Тепловозная тяга

1. Характеристика и краткое описание локомотива

Массовое производство тепловозов серии ТЭ3 началось в 1956 году и продолжалось до 1973 года. Постройка тепловозов серии ТЭ3 была организована на базе широкой кооперации Коломенского, Харьковского и Ворошиловского (Луганского) локомотивостроительных заводов, а также Харьковского завода тепловозного электрооборудования («Электротяжмаш»)

Кузов каждой секции тепловоза серии ТЭ3 состоит из главной рамы, через которую передается тяговое и тормозное усилия и каркаса вагонного типа, несущего боковые и побоковые стенки и крышу. На концах рамы каждой секции установлены автосцепки типа СА-3 с фрикционными аппаратами. Главная рама опирается на две трехосные тележки через восемь боковых опор. Центральные шкворни рамы вертикальных нагрузок не передают и служат только для восприятия горизонтальных сил. В средней части главной рамы размещена дизель-генераторная установка, имеющая свою поддизельную раму.

Боковые опоры располагались по окружности диаметром 2730 мм, центр которой совпадал с геометрической осью центрального шкворня. Каждая опора состоит из пяты, выполненной в виде грибка, выпуклая часть которого обращена вниз и опирается на шаровое гнездо подпятника. Гнезда размещаются на верхней плите, под которой находятся два цилиндрических ролика. Ролики опираются на нижнюю плиту, укрепленную на верхней части рамы тележки. Поверхности нижней и верхней плиты, по которым при повороте тележки относительно кузова могут перекатываться ролики, сделаны наклонными. Поэтому при повороте тележки возникают силы, стремящиеся возвратить тележку в положение, при котором ее продольная ось совпадала бы с продольной осью кузова. Боковые опоры кузова, располагающиеся ближе к середине секции, жестко прикреплены к раме, а концевые соединяются с рамой кузова шарнирами, а между собой связаны поперечной балансирной тягой. Считается, что такая конструкция создает как бы трехточечную опору кузова на каждую тележку.

Рамы тележек сварной конструкции состоят из двух боковин, связанных двумя концевыми балками и двумя межрамными креплениями. Устойчивость тележек достигалась за счет передачи вертикальных нагрузок от кузова через 4 опоры. Листовые рессоры, на хомуты которых опирались рамы тележек, были подвешены к надбуксовым балансирам. Рессоры состоят из 18 листов. Внешние концы балансиров крайних осей тележки связаны с рамой тележки при помощи цилиндрических пружин. Общий статический прогиб рессорной системы составлял 57 мм.

В каждой буксе находятся 2 подшипника с цилиндрическими роликами. Колесные пары с диаметром колес по кругу катания при новых бандажах 1050 мм имеют зубчатые колеса, насаженные на удлиненную ступицу. Каждый тяговый электродвигатель опирается на ось колесной пары через моторно-осевой подшипник и подвешен к раме тележки на пружинной подвеске (опорно-осевое подвешивание). Тяговый редуктор – односторонний, прямозубый, жесткий. Его передаточная способность равнялась 75 : 17 = 4 ,41.

На каждой тележке установлены два тормозных цилиндра, обеспечивающие при помощи рычажной передачи одностороннее нажатие тормозных колодок на все колеса.

В каждой секции тепловоза находится десятицилиндровый двухтактный бескомпрессорный дизель 2Д100 с вертикально расположенными встречно движущимися поршнями, непосредственным впрыском топлива и прямо-точной щелевой продувкой. Блок дизеля – стальной цельносварной. Верхний и нижний коленчатые валы имеют по 12 коренных и 10 шатунных шеек. Валы связаны упругой вертикальной передачей с двумя парами конических зубчатых колес. Поршни дизеля – составные. Диаметр цилиндров 207 мм, ход каждого поршня – 254 мм. Топливная система состоит из общего коллектора, 20 отдельных секций топливных насосов высокого давления и 20 форсунок.

Регулятор частоты вращения вала дизеля – центробежного типа с гидравлическим сервомотором.

При частоте вращения валов 800 об/мин дизели развивают мощность 2000 л. с. Расход топлива при этой мощности составляет 175+5
г/(э.л.с.∙ч). Масса сухого дизеля вместе с установленными на нем агрегатами и рамой дизель-генератора равнялась 19000 кг.

Охлаждение дизеля – водяное. С каждой стороны секции тепловоза установлено 18 масляных и 12 водяных секций. Секции холодильника охлаждаются воздухом, прогоняемым вентилятором; при частоте вращения валов дизеля 850 об/мин вентилятор вращается с частотой 1020 об/мин (зимний период) или 1380 об/мин (летний режим) в в зависимости от того, на какой ступени редуктора он работает. Температура воды и масла регулировалась периодическим включением и выключением вентилятора и ли открыванием верхних и боковых жалюзи. Управление ими осуществляется электропневматическими устройствами с пульта управления.

Вал дизеля через пластинчатую муфту соединен с валом тягового генератора МПТ-99/47. Он представляет собой самовентилирующуюся восьмиполюсную машину с добавочными полюсами и компенсационной обмоткой. Генератор имеет независимое возбуждение, для чего на каждой секции тепловоза установлен специальный возбудитель. Номинальная мощность тягового генератора равняется 1350 кВт (напряжение 550 В, ток 2455 А), максимальное напряжение 7600 кг.

На тепловозе установлены тяговые электродвигатели ЭДТ-200А с с четырьмя главными и и четырьмя добавочными полюсами. Обмотка якоря петлевая с уравнительными соединениями, якорные подшипники – роликовые. Номинальная мощность тягового электродвигателя – 206 кВт (напряжение 275 В, ток 815 А), максимальная частота вращения якоря – 2200об/мин, масса тягового двигателя – 3200 кг.

Электродвигатели попарно соединены последовательно и тремя параллельными цепями подключены к тяговому генератору.

На тепловозе установлен трехцилиндровый двухступенчатый поршневой компрессор КТ-6; производительность его при частоте вращения вала 850 об/мин - 5,3-5,7м3
/мин воздуха.

Для обогрева водяной, масляной и топливной систем предусмотрен котел-подогреватель, работающий на жидком топливе.

На каждой секции тепловоза установлена кислотная аккумуляторная батарея 32ТН-450 (32 элемента общей емкостью 450 А∙ч) нпряжением 64 В. От этой батареи получет электроэнергию тяговый генератор в период пуска дизеля.

Тепловоз ТЭ3 имеет запас топлива 2×5440 кг, масла 2×1400 кг, воды - 2×800 л, песка

2×400 кг. Служебная масса тепловоза равняется 2×126т. Длительная сила тяги при скорости 20 км/ч составляет 2×20200кгс,конструкционная скорость – 100 км/ч. При этой скорости тепловоз развивает силу тяги 2×2600 кгс (мощность 2×950 л. с.).

2. Анализ и подготовка продольного профиля пути для выполнения тяговых расчетов

Для выполнения тяговых расчетов производят анализ продольного профиля железнодорожного участка пути.

В результате анализа должны быть предварительно выбраны подъемы: расчетный iр
и скоростной iс
.

2.1 Выбор расчетного и скоростного подъемов

Расчетным подъемом i
р
называется один из наиболее крутых и затяжных подъемов на заданном участке, на котором поезд может достигнуть равномерной скорости, равной по величине расчетной скорости заданной серии локомотива.

Скоростным подъемом i
с
называется один из самых крутых подъемов, преодоление которого возможно за счет использования кинетической энергии поезда.

Профиль пути № 9

0	+3	+2	0	-4	-6	+5	-8	0	+10	+3	+2	0	+9
1000	1400	900	1500	2000	400	600	500	300	1500	900	1100	1700	500
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14

0	-8	0	+4	+5	+3	+2	0
1200	1700	1000	1200	1000	800	700	1500
15	16	17	18	19	20	21	22

Правилами тяговых расчетов установлены следующие обозначения элементов пути: подъемы обозначаются знаком «плюс», спуски – знаком «минус», горизонтальные участки («площадки») – «нуль».

Таким образом, принимаем в качестве расчетного
подъема iр
= +10‰
на том основании, что он наиболее крутой, наибольшей протяженности.

Подъем iс
= +9‰
принимаем в качестве скоростного
на том основании, что он наиболее крутой (после i = +10‰
).

2.2.Спрямление продольного профиля пути

Спрямление профиля состоит в замене нескольких, рядом лежащих, близких по крутизне, элементов действительного профиля одним суммарным (спрямлённым), что позволяет существенно уменьшить объём тяговых расчётов. Кроме того, в тяговых расчётах движение поезда рассматривается как движение материальной точки, т.е. не учитывается его длина, следовательно, при движении поезда по коротким элементам профиля, когда он одновременно находится на нескольких элементах профиля, нет смысла учитывать самостоятельное влияние этих элементов, а целесообразно объединять их в один спрямленный. Этим в ряде случаев достигается уменьшение погрешности тяговых расчётов.

Спрямлению подлежат рядом лежащие элементы профиля, имеющие одинаковый знак, близкие по значению уклоны (разница не более 3-4 ‰) и небольшую длину. Площадки (0 ‰) могут быть спрямлены с уклоном любого знака.

Крутизна спрямленного элемента

iс
′ = [ ‰],

где iи S – крутизна и длина каждого из спрямляемых элементов.

Проверка возможности спрямления каждого элемента:

Si
≤ 2000/|ic
– ij
|,

где ij
и Sj
- крутизна и длина проверяемого j – го элемента.

i2,3
= ≈ +2,6 ‰

1400 ≤ 2000/|2,6-3|; 1400 < 5000 – верно;

900 ≤ 2000/|2,6-2|; 900 < 3333 – верно.

i5,6
= ≈ -4,3 ‰

2000 ≤ 2000/|-4,3+4|; 2000 < 6667 – верно;

400 ≤ 2000/|-4,3-(-6)|; 400 < 1176 – верно.

i11,12
= ≈ +2,4 ‰

900 ≤ 2000/|2,4-3|; 900 < 3333 – верно;

1100 ≤ 2000/|2,4-2|; 1100 < 5000 – верно.

i18,19,20,21
= ≈ +3,7 ‰

1200 ≤ 2000/|3,7-4|; 1200 < 6667 – верно;

1000 ≤ 2000/|3,7-5|; 1000 < 1538 – верно.

800 ≤ 2000/|3,7-3|; 800 < 2857 – верно;

700 ≤ 2000/|3,7-2|; 700 < 1176 – верно.

Расчёт спрямления заданного профиля пути

Таблица 1.

№ заданных элементов	Заданный профиль пути		Спрямленный профиль пути		№ спрямленных элементов	Проверка
	S, м	i, ‰	S, м	i, ‰
1	1000	0	1000	0	1
2	1400	+3	2300	+2,6	2	1400 < 5000 900 < 3333
3	900	+2
4	1500	0	1500	0	3
5	2000	-4	2400	-4,3	4	2000 < 6667 400 < 1176
6	400	-6
7	600	+5	600	+5	5
8	500	-8	500	-8	6
9	300	0	300	0	7
10	1500	+10	1500	+10	8
11	900	+3	2000	+2,4	9	900 < 3333 1100 < 5000
12	1100	+2
13	1700	0	1700	0	10
14	500	+9	500	+9	11
15	1200	0	1200	0	12
16	1700	-8	1700	-8	13
17	1000	0	1000	0	14
18	1200	+4	3700	+3,7	15	1200 < 6667 1000 < 1538 800 < 2857 700 < 1176
19	1000	+5
20	800	+3
21	700	+2
22	1500	0	1500	0	16

3. Расчет веса и массы поезда

3.1 Расчет веса и массы состава

Вес состава определяется исходя из условия равномерного движения поезда по расчетному подъему с расчетной скоростью тепловоза:

Q = [кН],где

Fкр
- расчетная сила тяги тепловоза, Н;

Р - вес локомотива, кН;

w′0
- основное удельное сопротивление движению тепловоза в режиме тяги, Н/кН;

w″0
- основное удельное сопротивление движению вагонов, Н/кН;

ip
- крутизна расчетного подъема, ‰.

Основное удельное сопротивление движению тепловозов в режиме тяги при расчетной скорости определяется по формуле:

w′0
= 1,9 + 0,01νр
+ 0,0003 νр
2
.

Основное удельное сопротивление движению состава из разнотипных вагонов определяется по формуле:

w″0
= αw″04
+ βw″06
+ γw″08
, где

α, β, γ - процентное содержание однотипных вагонов в составе;

w″04
, w″06
, w″08
- основное удельное сопротивление движению четырех-, шести- и восьмиосных вагонов соответственно, Н/кН:

w″04
= 0,7 + ; q04
= .

w″06
= 0,7 + ; q06
= .

w″08
= 0,7 + ; q08
= .

α = 75% = 0,75 – 4хосные; q4
= 88т;

β = 10% = 0,1 – 6тиосные; q6
= 116т;

γ = 15% = 0,15 – 8миосные; q8
= 160т.

Расчётные параметры тепловоза ТЭ3

Расчётная скорость VР , км/ч	20,5
Расчётная сила тяги FКР , кН	202
Расчётный вес Р, кН	1270
Сила тяги при трогании с места Fктр , кН	291
Длина локомотива Lл , м	17

w0
'= 1,9+0,01*20,5+0,0003*(20,5)2
≈ 2,23 Н/кН.

q04
= = 22 т; q06
= = 19,3 т; q08
= = 20 т.

Н/кН;

Н/кН;

Н/кН;

w″0
= 0,75*0,98+0,1*1,3+0,15*1,1 = 1,03 Н/кН;

Q = ≈ 16906
кН.

Масса состава по предварительному расчету:

mс
= т, где

g – ускорение свободного падения, м/с2
.

mс
= = 1690,6 т.

3.2 Проверка веса поезда по длине приемо-отправочных путей

Длина поезда lп
не должна превышать полезную длину приемо-отправочных путей станции lпоп
:

lп
≤ lпоп
, где

lп
- длина поезда,м;

lпоп
– полезная длина приемо-отправочных путей станции (lпоп
= 850м), м.

Длина поезда определяется из выражения:

lп
= lс
+ lл
+10, где

lс
- длина состава, м;

lл
- длина тепловоза, м;

10 – запас длины на неточность установки поезда, м.

Длина состава:

lс
= n4
l4
+ n6
l6
+ n8
l8
, где

n4
,n6
, n8
- количество однотипных вагонов в составе;

l4
,l6
,l8
- длина однотипных вагонов, м.

Количество однотипных вагонов в составе:

n4
= · ;

n6
= · ;

n8
= · , где

q4
, q6
, q8
- масса одного вагона из каждой группы однотипных вагонов, т.

n4
= ≈ 15 ваг;

n6
= ≈ 2 ваг;

n8
= ≈ 2 ваг;

lс
= 15*14+2*17+2*20 = 284 м;

lп
= 284 + 17 + 10 = 311 м.

Условие lп
≤ lпоп
выполняется (311 ≤ 850).

3.3 Проверка веса состава на преодоление скоростного подъема

Основная задача проверки состоит в том, чтобы определить, сможет ли поезд преодолеть выбранный в качестве «скоростного» подъем с учетом использования кинетической энергии, накопленной на предшествующих элементах профиля.

Аналитическая проверка выполняется по формуле:

S = ∑ [м],

где νн
i
,νк
i
- начальная и конечные скорости интервала, км/ч;

(fк
– wк
)i
– средняя удельная результирующая сила, действующая на поезд в пределах интервала скорости от νн
i
до νк
i
, Н/кН.

Удельную силу (fк
– wк
)i
можно рассчитать в пределах выбранного интервала изменения скоростей принимают равной удельной силе при средней скорости интервала, т. е.

[H/кH].

Если полученное расстояние больше или равно длине скоростного подъема Sс

S≥ Sс
,

то поезд преодолеет подъем.

νc
р
= 50,25 км/ч; Fкср
= 81000 Н.

w0
'* = 1,9 + 0,01νср
+ 0,0003 νср
2
=1,9+0,01*50,25+0,0003*(50,25)2
≈ 3,16 Н/кН;

w04
"*= 0,7 + = Н/кН;

w06
"*= 0,7 + = Н/кН;

w08
"*= 0,7 + = Н/кН;

w″0
= αw″04
* + βw″06
* + γw″08
* = 0,75*1,35+0,1*1,7+0,15*1,35 ≈ 1,39 Н/кН;

(fк
– wк
) = || ≈ 6,06 Н/кН;

S = м.

νн
= 80 км/ч;

νк
= νр
= 20,5 км/ч.

S> Sс
(4115 > 500 м) – верно.

3.4
Проверка веса поезда на трогание с места

Вес состава проверяют на возможность трогания с места на остановочных пунктах по формуле:

Qтр
= - Р [кН],

где Fктр
- сила тяги локомотива при трогании с места, Н;

wтр
- удельное сопротивление состава при трогании с места, Н/кН;

iтр
- крутизна элемента пути, на котором производится трогание с места, ‰.

Удельное сопротивление состава при трогании с места определяется по формуле:

wтр
= wтр4
+ wтр6
+ wтр8
Н/кН,

где wтр4 ,
wтр6
,wтр8
- удельное сопротивление при трогании с места соответственно 4-осных, 6-осных, 8-осных вагонов, Н/кН.

wтр
= Н/кН.

где q0
- масса, приходящаяся на одну колесную пару для данной группы вагонов, т.

Вес состава Qтр
, полученный по условиям трогания с места, должен быть не менее веса состава Q, определенного по расчетному подъему, т. е. Qтр
≥ Q.

wтр4
= ≈ 0,97 Н/кН;

wтр6
= ≈ 1,06 Н/кН;

wтр8
= ≈ 1,04 Н/кН;

wтр
= 0,75*0,97+0,1*1,06+0,15*1,04 ≈ 0,99 Н/кН;

Qтр
= - 1270 ≈ 292669 кН.

Условие Qтр
≥ Q выполняется (292669 > 16906).

4. Расчет удельных равнодействующих сил

Для построения диаграммы удельных равнодействующих сил предварительно составляется таблица для четырех возможных режимов движения поезда по прямому горизонтальному участку:

- для режима тяги fк
– w0
= f1
(v);

- для режима холостого хода w0х
= f2
(v);

- для режима служебного торможения 0,5bm
+ w0х
= f3
(v);

- для режима полного служебного торможения 0,8bm
+ w0х
= f4
(v).

Расчетный коэффициент трения тормозных колодок φкр
определяется по формуле:

φкр
.

Удельный тормозной коэффициент поезда определяется по формуле:

bm
= 1000·φкр
·υр
,

где υр
- расчетный тормозной коэффициент поезда.

Для грузового движения в расчетах можно принять нормативное значение, равное υр
= 0,33.

При движении в режиме холостого хода для звеньевого пути

w′х
= 2,4 + 0,011·ν + 0,00035·ν2
.

4. W′0
= w′0
*Р = 2,23*1270 2832,1 Н;

6. W″0
= w″0
*Q = 1,03*16906 = 17413,2 Н;

7. W0
= W′0
+ W″0
= 2832+17413 = 20245 Н;

9. fk
-w0
= Fk
- W0
/Q+P;

11. Wx
= w′х
*Р;

12. W0x
= Wx
+ W″0
;

13. w0
x
= W0
x
/Р+Q.

Расчетная таблица удельных равнодействующих сил

Таблица 2.

Режим тяги									Холостой ход				Торможение
V, Км/ч	Fk , Н	w′0 , Н/кН	W′0 , Н	w″0 , Н/кН	W″0 , Н	W0 , Н	Fk - W0 , Н	fk -w0 , Н/кН	wx , Н/кН	Wx , Н	W0 x , Н	w0 x , Н/кН	φkp	bm , Н/кН	0,5bm +w0 x Н/кН	0,8bm +w0 x Н/кН
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
0	285500	1,9	2413	0,89	15046	17459	268041	14,7	2,4	3048	18094	0,99	0,27	89,1	45,5	72,3
13	285500	2,08	2642	0,96	16230	18872	266628	14,7	2,58	3277	19507	1,07	0,18	61,02	31,6	49,9
15	258000	2,12	2692	0,98	16568	19260	238740	13,1	2,61	3315	19883	1,09	0,18	58,6	30,4	48
20,5	202000	2,23	2832	1,03	17413	20245	181755	10	2,73	3467	20880	1,15	0,16	53,02	27,7	43,6
24	168750	2,31	2934	1,05	17751	20685	148065	8,1	2,82	3581	21332	1,17	0,15	50,22	26,3	41,3
29,5	138250	2,46	3124	1,11	18766	21890	116360	6,4	2,97	3772	22538	1,24	0,14	46,62	24,5	38,5
35,5	114000	2,63	3340	1,18	19949	23289	90711	5	3,16	4013	23962	1,32	0,13	43,5	23,1	36,1
40	101500	2,78	3531	1,23	20794	24325	77175	4,2	3,32	4216	25010	1,38	0,13	41,58	22,2	34,6
45	90250	2,96	3759	1,3	21978	25737	64513	3,5	3,51	4458	26436	1,45	0,12	39,7	21,3	33,2
51,5	78750	3,21	4077	1,4	23668	27745	51005	2,8	3,79	4813	28481	1,57	0,11	37,8	20,5	31,8
60	67000	3,58	4547	1,55	26204	30751	36249	2	4,2	5334	31538	1,73	0,11	35,64	19,5	30,2
70	56000	4,07	5169	1,73	29247	34416	21584	1,2	4,75	6033	35280	1,94	0,1	33,66	18,8	28,9
80	46250	4,62	5867	1,94	32798	38665	7585	0,4	5,36	6807	39605	2,18	0,1	32,08	18,2	27,8
90	37500	5,23	6642	2,18	36855	43497	-5997	-0,3	6,05	7684	44539	2,45	0,09	30,78	17,8	27
100	29500	5,9	7493	2,44	41251	48744	-19244	-1,1	6,8	8636	49887	2,74	0,09	29,7	17,6	26,5

По данным таблицы 2 строим диаграмму удельных равнодействующих сил поезда:

а) для режима тяги (по графам 1 и 9) fк
– w0
= f1
(v);

б) для режима холостого хода (по графам1 и 13) w0х
= f2
(v

в) для режима служебного торможения (по графам 1 и 16) 0,5bm
+ w0х
= f3
(v).

Масштабы для графических расчетов

Таблица 3.

d>2

Величины	Грузовые и пассажирские поезда	Тормозные расчеты
Сила,1Н/кН - мм	12
Скорость, 1км/ч - мм	2	2
Путь,1 км – мм	40	240
Постоянная ∆,мм	30	-
Время, 1 мин - мм	10	-

5. Определение наибольших допустимых скоростей движения на уклонах профиля

Максимально допустимые значения скоростей движения поезда на уклонах профиля vmax
= f(-
i
) определяются по имеющимся тормозным средствам с учетом обеспечения остановки поезда в пределах тормозного пути.

Полный расчетный тормозной путь Sm
равен сумме пути подготовки тормозов к действию Sn
действительного тормозного пути Sд
:

Sm
= Sn
+ Sд
[м].

Расчетные тормозные пути принимаем равными:

а) Sm
= 1000 м – для спусков крутизной до 6 ‰ включительно;

б) Sm
= 1200 м – для спусков круче 6‰.

Порядок расчета следующий.

По данным таблицы 2 вычерчивается графическая зависимость удельных замедляющих сил при полном служебном торможении 0,8bm
+ wox
= f(v) в масштабах, приведенных в таблице 3. Рядом справа строятся кривые изменения скорости v = f(S) методом МПС для трех уклонов 0 ‰, -6 ‰, -12 ‰.

Для каждого из выбранных уклонов определяется подготовительный путь, м [1]

Sn
= 0,278 ·vн
·tn
,

где vн
– скорость в начале торможения (vн
= 100 км/ч);

tn
– время подготовки тормозов к действию, с:

tn
= 7 – - для составов длиной 200 осей и менее;

tn
= 10 – - для составов длиной от 200 до 300 осей;

tn
= 12 – - для составов длиной более 300 осей.

Число осей: N = 15*4+2*6+2*8 = 88 осей.

При уклоне 0 ‰: tn
= 7 – = 7 с;

Sn
= 0,278 ·100 · 7 = 194,6 м;

При уклоне -6 ‰ tn
= 7 + = 9 с;

Sn
= 0,278· 100 · 9 = 250 м;

При уклоне -12 ‰ tn
= 7 + = 11 с;

Sn
= 0,278· 100 · 11 = 306 м.

По полученным данным строятся зависимости vmax
= f(-
i
) для Sm
= 1000 м и Sm
= 1200 м, условно располагаемые на первом квадрате, Вертикальная линия, проведенная при i = -6 ‰, определяет области использования полученных зависимостей: до i = -6 ‰ включительно следует пользоваться кривой, построенной для Sm
= 1000 м, а для спусков круче для Sm
= 1200 м.

Результаты решения тормозной задачи необходимо учитывать при построении кривой скорости движения поезда v = f(S) с тем, чтобы нигде не превышать скорости, допустимой по тормозам, т. е. чтобы поезд мог быть всегда остановлен на расстоянии, не превышающем длины полного тормозного пути.

6. Построение диаграммы скорости и времени хода поезда

Построение зависимостей ν = f1
(S) и t = f2
(S) производятся на отдельном листе миллиметровой бумаги по методу МПС.

Все построения выполнять на спрямленном пути.

Интервалы скорости, в которых действующие силы на поезд считаются постоянными, принимать не более 10 км/ч.

В конце каждого элемента профиля подбирать интервал изменения скорости так, чтобы граница элемента, граница интервала скорости и зависимость ν = f1
(S) пересекались в одной точке.

При построении диаграммы ν = f1
(S) необходимо стремится к достижению поездом максимально допустимых скоростей движения. Это условие выполняется при соответствующем чередовании режимов тяги, холостого хода и регулировочного торможения.

При движении на спусках скорость не должна превосходить допускаемую по тормозам в зависимости от крутизны спуска.

Скорость поезда перед остановкой должна быть равна 40-50 км/ч на расстоянии 500-700 м от оси станции.

Момент начала торможения при остановке на станции определяем точкой пересечения зависимостей ν(S) для режимов холостого хода и служебного торможения. Последняя строится встречно, начиная от нулевой скорости на оси станции.

Для выполнения зависимости t = f2
(S) используется зависимость ν = f1
(S) . Ее непрерывный рост рекомендуется ограничивать при достижении уровня, соответствующего 10 мин.

7. Определение средних технической и участковой скоростей движения

Средняя техническая скорость представляет собой среднюю скорость движения поезда по перегону и учитывает время занятия перегона с учетом времени на разгоны и замедления при остановках.

Для нечетного направления движения поездов (А-В):

км/ч

где - общая длина пути (участка А-В), км;

- время хода поезда по участку А-В, ч.

Для четного направления (В-А):

где - время хода поезда по участку В-А, ч.

Средняя участковая скорость - средняя скорость движения поездов по участку с учетом времени стоянок на промежуточных станциях:

Для нечетного и четного направлений:

где - коэффициент участковой скорости, который зависит от технической оснащенности участка ( = 0,8).

Для нечетного направления движения поездов (А-В):

= 26,9 мин = 0,45 ч

км/ч

км/ч

Для четного направления движения поездов (В-А):

Время хода поезда для четного направления рассчитываем способом равномерных скоростей.

Способ равномерных скоростей относится к числу приближенных и основывается на следующих основных допущениях:

- поезд по каждому элементу профиля движется с постоянной (равномерной) скоростью независимо от длины элемента профиля;

- при переходе с одного элемента профиля на другой скорость поезда изменяется мгновенно.

Общее время движения поезда:

где n
- число элементов профиля на заданном участке;

- время хода поезда по i-му элементу профиля, мин;

- время поправки на один разгон, принимается равным 2 мин;

- время поправки на одно торможение при полной остановке поезда, принимается равным 1 мин.

Время хода поезда по i-му элементу профиля:

где - длина i-го элемента профиля, км;

- равномерная скорость движения на i-м элементе профиля, определяется по кривой км/ч.

На спусках, где скорость на практике регулируется тормозными средствами, за равномерную скорость можно принять максимально допустимую скорость движения грузового поезда на этом участке (определяется по решению тормозной задачи).

Расчет общего времени движения поезда в четном направлении (от станции В до станции А) приведен в таблице 4.

Расчет времени хода поезда на участке В – А

Таблица 4.

№ п/п	Крутизна элемента, ‰	Длина элемента, км	Равномерная скорость, км/ч	Время, мин
1	0	1,5	80,5	1,1
2	-3,7	3,7	75,5	2,94
3	0	1	80,5	0,7
4	+8	1,7	24	4,25
5	0	1,2	80,5	1
6	-9	0,5	74,5	0,4
7	0	1,7	80,5	1,3
8	-2,4	2	77,5	1,55
9	-10	1,5	73	1,23
10	0	0,3	80,5	0,2
11	+8	0,5	24	1,25
12	-5	0,6	73,5	0,49
13	+4,3	2,4	39	3,69
14	0	1,5	80,5	1,1
15	-2,6	2,3	77	1,79
16	0	1	80,5	0,7
ИТОГО		= 23,4	-	∑ = 23,38

= 2 + 23,38 + 1 = 26,38 мин ≈ 0,44ч

км/ч

км/ч.

8. Расчет расхода топлива тепловозом

Расход топлива тепловозом на данном участке пути определяем на основании предварительно построенных диаграмм скорости и времени и имеющихся для каждой серии тепловозов экспериментальных данных об удельном расходе топлива при том или ином режиме работы дизеля, т.е.

где - позиция контроллера машиниста.

Суммарный расход топлива за поездку определяется по формуле:

где - расход топлива в режиме тяги за интервал времени ;

- расход топлива тепловозом в режиме холостого хода.

Расчеты удобно свести в табл. 5.

Для каждого интервала времени определяется средняя скорость движения поезда:

По средней скорости из расходной характеристики тепловоза определяется расход топлива за минуту на наибольшей позиции контроллера.

Расход топлива на холостом ходу = 0,84 кг/мин.

Расход топлива тепловозом на тягу поезда

Таблица 5.

Номер элемента пути	νн , км/ч	νк , км/ч	νср , км/ч	Gi , кг/мин	ti , мин	Gi ·ti , кг
1	0	10	5	3,5	0,5	1,75
	10	20	15	5,7	0,4	2,28
	20	30	25	5,7	0,6	3,42
	30	40	35	5,7	1	5,7
2	40	46	43	5,7	3,3	18,81
3	46	50	48	5,7	0,6	3,42
	50	55	52,5	5,7	1,2	6,84
4	55	60	57,5	5,7	0,4	2,28
	60	64,5	62,25	5,7	0,3	1,71
	64,5	70	67,25	5,7	1,2	6,84
	70	71,5	70,75	5,7	0,3	1,71
5	71,5	70	70,75	5,7	0,2	1,14
	70	67,5	68,75	5,7	0,3	1,71
6	67,5	70	68,75	5,7	0,3	1,71
	70	72,5	71,25	5,7	0,2	1,14
7	72,5	73	72,75	5,7	0,2	1,14
8	73	70	71,5	5,7	0,2	1,14
	70	60	65	5,7	0,7	3,99
	60	50	55	5,7	0,6	3,42
	50	49	49,5	5,7	0,1	0,57
9	49	50	49,5	5,7	0,7	3,99
	50	51	50,5	5,7	1,7	9,69
10	51	55	53	5,7	0,8	4,56
	55	60	57,5	5,7	1,1	6,27
11	60	52,5	56,25	5,7	0,5	2,85
12	52,5	55	53,75	5,7	0,5	2,85
	55	58	56,5	5,7	0,9	5,13
13	58	60	59	5,7	0,1	0,57
	60	70	65	5,7	0,8	4,56
	65	70	67,5	5,7	0,4	2,28
14	70	71	70,5	5,7	0,8	4,56
15	71	70	70,5	5,7	0,2	1,14
	70	60	65	5,7	2,4	13,68
	60	56,5	58,25	5,7	1	5,7
16	53	50	51,5	5,7	1,1	6,27
ИТОГО					25,6	144,82

кг

кг

кг

Для сравнения расхода топлива различными тепловозами используют удельный расход топлива на измеритель выполненной перевозочной работы 104
т-км брутто:

[кг/104
т-км брутто]

где е
— удельный расход топлива, кг/104
т-км брутто;

Е
- расход топлива на тягу поезда, кг;

- длина заданного участка, км.

[кг/104
т-км брутто]

Для сравнения различных видов и сортов топлива, имеющих разную теплоту сгорания, пользуются так называемым условным топливом

где - удельный расход условного топлива, кг/104
т-км брутто;

Э = 1,43 - тепловой эквивалент дизельного топлива.

[кг/104
т-км брутто]

9. Расчет потребности эксплуатируемого парка локомотивов для обслуживания поездов

Потребность локомотивного парка определяется объемом перевозочной работы, условиями и организацией движения поездов.

В зависимости от исходных данных расчет потребности локомотивов ведется двумя методами: аналитическим и графическим.

Аналитический метод расчета применяют как при перспективном, так и при оперативном планировании численности эксплуатируемого парка локомотивов, графический - только при оперативном.

Расчетный парк локомотивов по сети железных дорог является основой для планирования поставок новых электровозов и тепловозов и перспективного развития локомотивного хозяйства.

Из-за значительных колебаний размеров движения грузовых поездов на участке обращения расчет числа локомотивов ведется только для постоянно (ежесуточно) обращающихся поездов ("ядро" графика).

Для составления расписания движения поездов ядра графика (таблица 6) определяется интервал времени последовательного отправления поездов со станций в течение суток

где - число пар грузовых поездов ядра графика.

2 часа

Расписание движения поездов на участке составляем в табличной форме: со станции А основного депо с начала суток первым отправляется поезд №1001 в 0 ч 30 мин , через интервал времени последовательно отправляются поезда нечетного направления №1003, №1005 и т.д.

Аналогично в 0 ч 15 мин отправляется поезд №1002 четного направления, и за ним через поезда №1004, №1006 и т.д. Прибавляя ко времени отправления поезда время его хода по участку или , заполняем столбцы прибытия поездов на станции А и В; последовательность расположения поездов обусловлена временем их прибытия с начала суток.

L = 180 км;
tнч
=
L/
= 180/41,6 = 4,3ч = 4ч18мин.

L = 180 км;
tч
=
L/
= 180/42,56 = 4,2ч = 4ч12мин.

Из расписания движения поездов на участке А-В в хронологическом порядке, начиная с нуля часов суток, заполнены графы 2, 3, 5, 6, 9, 11, 12 ведомости оборота тепловозов (таблица 7).

Затем заполнены графы 8 и 14, куда занесены время следования тепловоза с поездом в нечетном (А-В) и четном (В-А) направлениях.

С учетом заданных норм минимального времени нахождения на станциях А основного депо и В оборотного депо в графах 4 и 10 произведена «увязка локомотивов» с прибывающими и отправляющимися поездами.

Расписание движения поездов ядра графика на участке А-В

Таблица 6.

Станция основного депо А				Станция оборотного депо В
Прибытие		Отправление		Прибытие		Отправление
№ поезда	Время	№ поезда	Время	№ поезда	Время	№ поезда	Время
1	2	3	4	5	6	7	8
1022	0:27	1001	0:30	1021	0:48	1002	0:15
1024	2:27	1003	2:30	1023	2:48	1004	2:15
1002	4:27	1005	4:30	1001	4:48	1006	4:15
1004	6:27	1007	6:30	1003	6:48	1008	6:15
1006	8:27	1009	8:30	1005	8:48	1010	8:15
1008	10:27	1011	10:30	1007	10:48	1012	10:15
1010	12:27	1013	12:30	1009	12:48	1014	12:15
1012	14:27	1015	14:30	1011	14:48	1016	14:15
1014	16:27	1017	16:30	1013	16:48	1018	16:15
1016	18:27	1019	18:30	1015	18:48	1020	18:15
1018	20:27	1021	20:30	1017	20:48	1022	20:15
1020	22:27	1023	22:30	1019	22:48	1024	22:15

Ведомость оборота локомотивов на участке А-В

Таблица 7.

Очередность обслуживания поездов

№ поезда прибывшего на станцию А

Время прибытия на станцию А, ч-мин

Оборот локомотивов на станции основного депо А

Время отправления со станции А, ч-мин

№ поезда

Простой на станции А, ч-мин

Время следования от станции А до станции В, ч-мин

Время прибытия на станцию В, ч-мин

Оборот локомотивов на станции оборотного депо В

Время отправления со станции В, ч- мин

№ поезда

Простой на станции В, ч-мин

Время следова ния от станции В до станции А, ч-мин

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

1022

0:27

0:30

1001

3:27

4:18

0:48

0:15

1002

4:03

4:12

1024

2:27

2:30

1003

3:27

4:18

2:48

2:15

1004

4:03

4:12

1002

4:27

4:30

1005

3:27

4:18

4:48

4:15

1006

4:03

4:12

1004

6:27

6:30

1007

3:27

4:18

6:48

6:15

1008

4:03

4:12

1006

8:27

8:30

1009

3:27

4:18

8:48

8:15

1010

4:03

4:12

1008

10:27

10:30

1011

3:27

4:18

10:48

10:15

1012

4:03

4:12

1010

12:27

12:30

1013

3:27

4:18

12:48

12:15

1014

4:03

4:12

1012

14:27

14:30

1015

3:27

4:18

14:48

14:15

1016

4:03

4:12

1014

16:27

16:30

1017

3:27

4:18

16:48

16:15

1018

4:03

4:12

1016

18:27

18:30

1019

3:27

4:18

18:48

18:15

1020

4:03

4:12

1018

20:27

20:30

1021

3:27

4:18

20:48

20:15

1022

4:03

4:12

1020

22:27

22:30

1023

3:27

4:18

22:48

22:15

1024

4:03

4:12

Итого

41:24

51:36

48:36

50:24

График оборота локомотивов на участке А –В

Таблица 8.

Локомотиво- сутки	1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

Линиями связи в графах 4 и 10 ведомости отмечен порядок обслуживания поездов.

Графы ведомости оборота 7 и 13 заполнены путем сопоставления времени прибытия и отправления поездов по станциям оборота (гр. 3-5 и 9-11).

В графе 1 ведомости оборота указана последовательность обслуживания поездов по станции А основного депо. График оборота получился двухгрупповым.

После заполнения всей ведомости оборота данные по каждой строке граф 7, 8, 13, 14 просуммированы. Их общая сумма ∑Т дает время, необходимое для обслуживания одним тепловозом всех 16 пар поездов графика.

∑Т = 2484+3096+2916+3024 = 11520мин = 192 часа

Эксплуатируемый парк локомотивов для обслуживания поездов «ядра» графика движения определяется делением величины ∑Т на число часов в сутках, т.е.

локомотивов.

Оборот локомотива определяется по формуле:

часа

Коэффициент потребностей локомотивов:

Среднесуточный пробег:

км

Среднесуточная производительность:

ткм/брутто

Число локомотивов эксплуатационного парка при заданных размерах движения также можно определить по графику оборота. График оборота локомотивов представляет собой единый план работы всех подразделений локомотивного хозяйства: ремонтных и эксплуатационного цехов депо, пунктов технического обслуживания и экипировочных устройств. По графику оборота определяется суточный план выдачи конкретных поездных локомотивов к составам, развернутый план работы локомотивов на планируемый период, время явки сменных локомотивных бригад по основному депо и целый ряд других показателей, определяющих эксплуатационную деятельность депо.

Методика построения графика оборота локомотивов заключается в следующем: одним локомотивом последовательно обслуживаются все поезда «ядра» графика. Линии времени движения локомотива с поездом проецируются в принятом масштабе на горизонтальную линию, равную 24ч суток. Над этой горизонтальной линий проставляется номер поезда, а минуты отправления и прибытия поезда по пунктам оборота локомотива указываются в начале и в конце этой линии. Число суток работы локомотива по обслуживанию всех поездов «ядра» расписания, выраженное количеством горизонтальных строк графика, определяет эксплуатационный парк локомотивов для обслуживания этого количества пар поездов в течение одних суток.

Содержание работы

Введение

1. Характеристика и краткое описание локомотива 2ЭТ10В

2. Подготовка продольного профиля пути для выполнения тяговых расчётов

3. Определение веса поезда с учётом ограничений по условиям эксплуатации

4. расчёт удельных равнодействующих сил поезда

5. Определение наибольших допустимых скоростей движения на спусках

6. Определение удельного расхода топлива на участке

7. Определение времени хода поезда на участке А-В

8. Составление ведомости и построение графика оборота локомотивов

9. Расчёт эксплуатируемого парка локомотивов

Заключение

Список использованной литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Состав массой 1690,6 тонны, состоящий из 15 четырехосных, 2 шестиосных и 2 восьмиосных вагонов преодолевает скоростной подъём +9 ‰ . Условия проведенных проверок (по длине приемо-отправочных путей, по весу поезда при трогании с места, по преодоление скоростного подъема) выполняются полностью.

Расчет тормозной задачи определил максимально допустимые скорости движения поезда на уклонах, обеспечивающие остановку в пределах тормозного пути.

На основе рассчитанных данных был построены зависимости и .

Определено, что расход топлива тепловозом на заданном участке составляет 128,78 кг.

Для обслуживания участка пути необходимая потребность эксплуатируемого парка составляет 8 локомотивов, при ядре графика 12.

Составлено расписание движения поездов и ведомость оборота локомотива на участке А – В.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Правила тяговых расчетов для поездной работы. – М.: Транспорт, 1985 г.

2. Раков В.А. Локомотивы и моторвагонный подвижной состав железных дорог. – М.: Транспорт, 1990 г.

3. Кузьмич В.Д., Сашко Н.И., Петрущенко О.Е. Тепловозная тяга: Методические указания к курсовому проектированию. – М.: МИИТ, 2003г.