Элементы тяговых расчетов

Элементы тяговых расчетов

Содержание

Введение

. Спрямление профиля пути

. Определение массы состава. Проверка массы состава

. Расчёт удельных ускоряющих и замедляющих сил поезда

. Расчёт основного удельного сопротивления движению поезда на выбеге

. Расчёт и построение кривых движения поезда

. Определение расхода электроэнергии на преодоление основного и дополнительного сопротивлений движению

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Тяговые расчеты являются составной частью науки о тяге поездов и служат для решения различного рода задач, связанных с движением поездов и возникающих при проектировании железных дорог, локомотивов, вагонов и в процессе их эксплуатации. В объем расчётов входят: предварительный выбор массы и типа поездов; расчёт времён хода и скоростей движения по перегонам; определение зависимостей потребления поездами тока или мощности от пути или времени и расхода энергии на их движение; расчёт нагревания тяговых двигателей и другого электротягового оборудования; окончательное уточнение параметров электроподвижного состава, масс поездов, режимов и эксплуатационных показателей их работы.

Для решения этих задач требуется построение кривых и графиков движения поездов и кривых потребляемых токов.

Утверждённые МПС Правила тяговых расчётов для поездной работы (ПТР) регламентируют нормативы, применяемые в расчётах эксплуатируемых и проектируемых железных дорог общего пользования России.

1. Спрямление профиля пути

Для упрощения тяговых расчётов произведём спрямление профиля пути, суть которого состоит в замене рядом лежащих, близких по крутизне элементов одним, длина которого равна сумме длин отдельных элементов. Кривые на спрямляемом участке заменим фиктивными подъёмами.

Последовательность спрямления профиля:

- из заданного профиля пути сгруппируем смежные элементы, подлежащие спрямлению;

группы элементов определим по формуле

 ,

где  - сумма произведений спрямляемых элементов крутизной i_k и длинной S_k;

 - сумма длин спрямляемой группы элементов, м;

Рассмотрим первую группу из следующих элементов профиля: 2,3,4

⁰/₀₀ .

Рассмотрим вторую группу из следующих элементов профиля: 8,9

⁰/₀₀ .

- произведём проверку возможности спрямления для каждого элемента, входящего в группу:

 ,

где  - абсолютная разность между уклоном спрямленного участка и проверяемого элемента,

Таблица 1

Спрямление профиля пути

- определим крутизну фиктивных подъёмов от кривых участков пути:

где S_кр.к и R_к - длина и радиус кривых в пределах спрямляемого участка пути соответственно, м;

- найдём окончательное значение уклона спрямляемого участка с учётом кривых (приведённый уклон)

Величина i ^‘_c может быть отрицательной (спуск) и положительной (подъём), а значение i ^“_c всегда положительное

Результаты спрямления представим в таблицу 2.

Таблица 2

Результаты спрямления профиля пути

Расчетным участком пути является элемент, имеющий максимальный для данного участка подъем при максимальной длине. Это участок №6 заданного профиля или №4 спрямленного профиля (i_p = 9,5 ⁰/₀₀ , S_р=4500м)

. Определение массы состава. Проверка массы состава

Массу состава определим, исходя из движения поезда по расчётному подъёму i_p

где F_кр - расчётная сила тяги электровоза, кгс;

P - масса электровоза, т;

i_p - крутизна спрямлённого расчётного участка пути, ⁰/₀₀

W^‘₀ ,W^“₀ - основное удельное сопротивление движению при установившейся (расчётной) скорости соответственно электровоза и вагонов по формулам, приведённым в (1), кгс/т

Основное удельное сопротивление движению для электровоза на бесстыковом пути при тяге определяется по формуле

,

3 кгс/т

Основное удельное сопротивление движению для 4-осного грузового вагона на подшипниках скольжения на бесстыковом пути определяется по формуле

,

где q₀ - средняя для состава нагрузка от оси на рельсы, т

,

 0,94 кгc/т,

 т.

Проверка массы состава Q на трогание с места осуществляется по формуле

,

где w_TP - удельное сопротивление поезда при трогании с места, кгс/т;

F_KTP - сила тяги электровоза, развиваемая при трогании с места, кгс.

,

где - удельные сопротивления при трогании с места локомотива, 4-, 6-, 8-осных вагонов на подшипниках скольжения и качения соответственно, кгс/т;

-весовая доля 4-,6-,8-осных вагонов в составе поезда соответственно.

Для подвижного состава на подшипниках скольжения

,

 кгс/т,

 1 кгс/т,

⁰/₀₀.

Таким образом, электровоз ВЛ82 с силой тяги F_KTP =47400 кгс обеспечит трогание с места поезда, составленного из 4-осных вагонов массой P+Q=4500 т на горизонтальном участке и всех подъёмах до =9,5⁰/₀₀ включительно.

. Расчёт удельных ускоряющих и замедляющих сил поезда

Ускоряющее усилие рассчитаем в следующей последовательности

, кгс,

где w₀ - полное сопротивление движению поезда, кгс;

 - удельное сопротивление движению электровоза, кгс/т;

 - удельное сопротивление движению вагона, кгс/т.

, кгс,

где F_y - ускоряющая сила, действующая на поезд, кгс;

F_K - касательная сила тяги электровоза, определяемая из тяговой

характеристики.

В расчётах используется упрощённая тяговая характеристика, имеющая пологий участок ограничения по сцеплению (от V=0 до V=V_p) и один крутой участок ограничения по ослаблению поля.

, кгс/т,

где f_y - удельное ускоряющее усилие, действующее на поезд, кгс/т.

=3 · 200+0,94 · 4300 = 4642 кгс,

= 65300 - 4642 = 60658 кгс,

 кгс/т.

Результаты расчёта занесём в таблицу 3.

Таблица 3

Расчётные данные для построения зависимости f_y(V)

Таким образом, нами вычислены значения удельных ускоряющих сил, действующих на поезд во всём диапазоне эксплуатационных скоростей.

4. Расчёт основного удельного сопротивления движению поезда на выбеге

Основное удельное сопротивление движению поезда на выбеге определяем по формуле

,

где w_x - основное удельное сопротивление движению электровоза на выбеге, кгс/т.

Для бесстыкового пути значение определяется по формуле

=2,4+0,009·51+0,00035·51² = 3,77 кгс/т,

 кгс/т.

Рассчитаем значения основного удельного сопротивления движению поезда на выбеге при скоростях от v=0 до v=100 км/ч с интервалом =5 км/ч. Результаты расчёта представим в таблице 4.

Таблица 4

Расчётные данные для определения основного удельного сопротивления движению поезда на выбеге

спрямление путь сопротивление движение

5. Расчёт и построение кривых поезда

Графики зависимости v(s) и t(s) называются кривыми движения поезда. Скорость движения v(s) и время хода t(s) поезда можно определить аналитически или расчётно-графическими методами, предложенными А. И. Липецем и Г. В. Лебедевым. В курсовой работе предлагается кривые движения поезда построить расчётно-графическим методом. Этот метод позволяет использовать большие возможности ЭВМ и прослеживать физический процесс движения поезда. Координаты кривых v(s) и t(s) находятся по расчётным формулам для времени t и пути S при изменении скорости поезда от  до  путём решения уравнения движения поезда

, (1)

где 1+- коэффициент инерции вращающихся частей (1+=1,06);

P+Q - масса поезда, т;

dv/dt - ускорение движения поезда, м/с²;

F_у - равнодействующая всех сил, действующих на поезд, кгс.

Сила F_у равна алгебраической сумме силы тяги F_к, силы сопротивления движению W_к и силы торможения В_Т

Разделим обе части уравнения (1) на P+Q и заменим dv на  и dt на t, поскольку мы имеем дело не с бесконечно малыми величинами.

 , (2)

где f_у - удельное ускоряющее усилие.

Если время t измеряется в с, скорость -в км/ч и ускоряющее усилие -в кгс/т, то уравнение (2) примет вид

, (3)

Среднее значение пути, пройденного поездом за промежуток времени t

S=t*Vcp, (4)

По формулам (3) и (4) определяется приращение времени t и пути S при изменении скорости на v. Ускоряющее усилие определяется для среднего значения скорости в интервале V_j. При расчёте и построении кривых движения интервалы V_j до значений V=V_j следует принимать не более 10 км/ч, а свыше этих значений -5 км/ч. Причём значение V_ср должно совпадать с границей интервала. Пройденный путь S следует сопоставлять с продольным профилем пути. При достижении на подъёме скорости V=V_ср отрезок пути будет располагаться параллельно оси абсцисс, так как удельная ускоряющая сила будет уравновешена удельным сопротивлением движению от подъёма.

Тогда время, затраченное на движение до следующего перелома профиля, определится по формуле

, мин

где S_у -расстояние от точки, в которой поезд достиг установившейся

скорости V_уст до следующего перелома профиля пути.

Если скорость поезда достигает максимально допустимого значения, то следует перейти на выбег.

Определение расхода электроэнергии на преодоление основного и дополнительного сопротивлений движению

Расход электроэнергии на преодоление основного сопротивления движению определяется по формуле

, Втч

То же дополнительного сопротивления движению:

, Втч

где L -длина всего участка пути, км;

Si -длина спрямлённого подъёма, км;

W₀-среднее основное удельное сопротивление движению поезда, кгс/т;

К_хх - коэффициент, учитывающий долю времени следования на холостом ходу (без тока); в данном случае К_хх=0

Заключение

В данной расчетно-графической работе были спрямлены заданные участки пути и выполнена проверка возможности спрямления элементов профиля. Спрямление всех предложенных участков оказалась правомерным. Расчетный подъем составил 9,5^о/_о. По нему была определена масса состава, которая оказалась равной 4300 т, но проверка ее на трогание с места не выполнялась. Поэтому была рассчитана та масса состава, с которой электровоз ВЛ82 сможет тронуться с места на расчетном подъеме. В итоге масса состава Q=4500 т. Затем был выполнен расчет удельных ускоряющих и замедляющих сил поезда, получены данные для построения кривой f_y(V). Произведен расчет основного удельного сопротивления движению поезда на выбеге и получены данные для построения кривой w_ox(v). Далее расчетно-графическим методом были построены кривые движения поезда ( v(s) b t(s) ). Этот метод позволяет использовать большие возможности ЭВМ и прослеживать физический процесс движения поезда. В данной курсовой работе таблицы 3,4 и 5 были рассчитаны в программе Excel. Расчет производился для участка пути длиной 14550 м .

Список используемой литературы

1. Учебно-методическое пособие к курсовой работе «Элементы тяговых расчетов» А.М. Матва, В.Г. Рубан, С.А. Хачкинаян; РГУПС - Ростов н/Д, 2009. - 34 с.

. Электрические железные дороги / под ред. А.В. Плакса. - М.: Транспорт, 1993. - 280 с.

Приложение