Расчет параметров движения тепловоза

Расчет параметров движения тепловоза

1.      Тяговые характеристики тепловоза 2ТЭ116

2. Построение диаграммы удельных ускоряющих и замедляющих усилий

.1 Определение основного средневзвешенного удельного сопротивления состава

Основное удельное сопротивление движению состава определяется по формуле:

[Н/кН]                        (1)

где а, в, с, d - эмпирические коэффициенты;

 - скорость движения, км/ч;

g₀ - масса, приходящаяся на ось колесной пары, т/ось;

 - для шестиосных вагонов на роликовых подшипниках;

 - для восьмиосных вагонов на роликовых подшипниках;

                                                     (2)

где g_i - средняя масса вагона (брутто) для группы однотипных вагонов, т;

n₀ - число осей для данного типа вагонов, шт.

=18,7 т/ось;

=19,2 т/ось;

                                     (3)

где g_T - собственная масса вагона (тара);

 - коэффициент использования подъемной силы;

g_гр-расчетная грузоподъемность вагонов.

=112 т;

=153.7 т.

Формула 1.1 приемлема, если все вагоны одного типа, но в составе чаще вагоны разного типа, поэтому определяется основное средневзвешенное удельное сопротивление состава .

, [Н/кН]                              (4)

где -основное удельное сопротивление движению группы однотипных вагонов, определяется по формуле 1.1;

 - удельный вес (в долях единице) группы однотипных вагонов;

ТЭ116:

 Н/кН (при х_расч);

=3,0 Н/кН (при х_конс);

= 1,12 Н/кН (при х_расч);

=2,3 Н/кН (при х_конс);

=1,03 Н/кН (при х_расч);

=2,36Н/кН (при х_конс).

Находим удельный вес всех типов вагонов в составе, по формуле:

;                     (5)

где  - соотношение однотипных вагонов в составе по количеству (в долях единицы);

g_i - определяется по формуле 1.3;

=

.

Проверка правильности вычислений выполняется при соблюдении равенства:

      (6)

.

.2 Определение массы состава, числа вагонов и длины поезда

Масса состава определяется из аналитического выражения условия равномерного движения по расчетному руководящему уклону.

, [T]                          (7)

где Q - масса состава вагонов, т;

F_kp - расчетное значение касательной силы тяги, Н;

Р - расчетная масса локомотива, т;

 - средневзвешенное основное удельное сопротивление состава, при расчетной скорости, Н/кН;

 - основное удельное сопротивление движению локомотива, при расчетной скорости, Н/кН;

i_p - расчетный подъем, ⁰/₀₀;

g - ускорение свободного падения, м/с².

, (8)

где  - скорость движения, км/ч.

ТЭ116:

 т;

 Н/кН (при х_расч);

 Н/кН (при х_кон);

Число вагонов зависит от их доли в составе, т.е.

, [шт.] (9)

Поскольку число вагонов будет округлено, необходимо определить и оценивать величину погрешности.

При принятом числе вагонов масса поезда:

, (10)

Величина погрешности

[Q-Q^’] ≤ 50,

что соответствует допустимым по ПТР пределам точности расчетов.

Длина поезда, с учетом неточности на установку, определяется по формуле

, [M] (11)

где l_i - длина вагона данного типа по осям автосцепки, м;

l_л - длина локомотива, м;

n_i - количество вагонов данного типа;

м - на неточность установки.

По подсчитанной длине поезда устанавливается полезная длина приемо-отправочных путей L_поп, м, подчитанной по формуле:

Полезная длина приемо - отправочных путей определяется в большую сторону до ближайшей стандартной 850; 1050; 1700; 2100.

 шт.;

 шт.;

3845т;

;

 м;

L_поп=850 м.

2.3 Проверка массы состава на трогание с места

Эту проверку выполняют для выявления возможности трогания поезда с места на раздельном пункте, расположенном на уклоне i_тр.

Масса поезда, обеспечивающая трогание его с места, определяется по формуле:

, [т] (12)

где F_тр - касательная сила тяги, при трогании с места, Н;

 - удельное сопротивление состава при трогании с места (основное и дополнительное - суммарно), Н/кН;

i_тр - уклон участка пути, на котором происходит трогание поезда, ‰.

Р - масса локомотива, т.

Величина удельного сопротивления состава определяется по:

 (13)

где  - удельное сопротивление трогания группы однотипных вагонов, Н/кН;

Для вагонов с подшипниками качения (6 осные)

;  Н/кН; (14)

Для вагонов с подшипниками качения (8 осные):

;  Н/кН. (15)

 Н/кН

ТЭ116:

 т.

2.4 Определение расчетного тормозного коэффициента состава

Расчетный тормозной коэффициент поезда определяется по формуле:

, (16)

где К_р - расчетная сила нажатия на одну тормозную колодку, Н.

Согласно ПТР на спусках до 20% при автотормозах в грузовых поездах разрешается тормозную силу и массу локомотива не учитывать, тогда

, (17)

где - сумма расчетных нажатий тормозных колодок вагонов, Н.

, (18)

где - процент тормозных вагонов (в долях единицы);

К_Р(i) - расчетная сила нажатия на одну тормозную i^-го типа вагонов, кН;

n_i - количество i^-го типа вагонов, шт.;

n_0(i) - количество осей одного вагона i^-ой группы.

ТЭ116:

 кН;

.

2.5 Подсчеты равнодействующих сил при разных режимах движения

В практике тяговых расчетов все подсчеты удельных равнодействующих сил для разных режимов движения сводятся в одну общую таблицу / таб. 1.1/.

Таблица заполняется следующим образом:

В графу 1 заносятся значения скорости от 0 до конструкционной с интервалом 10 км/ч, а также расчетная скорость  и скорости, соответствующие переломам кривой F_K = f ().

Графа 2 содержит значения F_K при соответствующих скоростях, взятые по расчетной кривой силы тяги локомотива (ПТР рис. 4.2.-расчетная кривая выделена жирной линией).

Графа 3 содержит значения удельной силы тяги f_к, Н/кН, определяющиеся по формуле 1.19.

, (19)

Графа 4 содержит значения основного сопротивления локомотива, которые определяются по формуле 1.8.

Графа 5 содержит значения полного основного сопротивления локомотива, определяются по формуле 1.20.

, (20)

Графа 6 содержит значения основного удельного сопротивления движению локомотива в режиме холостого хода:

, (21)

Графа 7 содержит значения полного основного сопротивления локомотива в режиме холостого хода:

, (22)

В графу 8 заносятся значения основного удельного средневзвешенного сопротивления состава, подсчитанные по формуле 1.4.

Графа 9 содержит значения полного основного сопротивления движению состава:

, (23)

Графа 10 содержит основное полное сопротивление движения поезда, определяется по формуле:

, (24)

В графу 11 заносятся значения основного удельного сопротивления движению поездов:

, (25)

Графа 12 содержит значения полного сопротивления движению поезда в режиме холостого хода, определяются путем сложения значений граф 9 и 7.

Графа 13 содержит значения основного удельного сопротивления движению поезда под тягой, определяются путем деления значений графы 12 на сумму веса локомотива и массы состава.

Графа 14 содержит значения расчетного коэффициента трения колодки о бандаж:

ц_кр=, (26)

Графа 15 - удельная тормозная сила, определяется по формуле:

, (27)

Графы 16 и 17 содержат значения удельных равнодействующих сил при служебном и экстренном торможениях. Они включают соответственно сумму значений граф 13 и 0,5 значений граф 15 и граф 13 и 15.

Графа 18 содержит значения удельных равнодействующих сил при движении на площадке под тягой, полученные путем вычитания значений графы 11 из значений графы 3.

2ТЭ116:

При х_расч:

 Н/кН;

 Н;

 Н/кН;

 Н;

 Н;

 Н;

 Н/кН;

 Н;

 Н/кН;

ц_кр=;

 Н/кН.

При х_конс:

 Н/кН;

 Н;

 Н/кН;

 Н;

 Н;

 Н;

 Н/кН;

 Н;

 Н/кН;

ц_кр=;

 Н/кН.

2.6 Построение диаграммы удельных равнодействующих сил

Графическое изображение зависимости  называют диаграммой ускоряющих сил, а зависимости  и  или  - диаграмма замедляющих сил.

Эти диаграммы рассчитываются и строятся для случая движения поезда по площадке, а дополнительные сопротивления от приведенного уклона учитываются путем изменения начала координат на диаграммах равнодействующих сил.

До построения графика , необходимо проверить правильность расчетов . Контроль правильности вычислений получается для данной скорости . Равнодействующая сил при  численно должна быть равна величине руководящего подъема, так как именно при этой скорости определяется вес состава.

Ошибки в вычислениях - при других значениях скорости могут быть обнаружены после построения кривой , на которой неправильно подсчитанные точки нарушают ее плавность.

График  строится по данным графы 13 таб. 1.1. На графике силы  откладываются со знаком минус, так как они вызывают отрицательное ускорение (замедление).

По данным граф 17 и 16 строятся графики:

 и

Рассмотренные графики вычерчиваются в одной координатной системе. По оси ординат откладываются значения скорости, а по оси абсцисс - значения равнодействующих сил, влево от оси ординат положительные значения, вправо - отрицательные. При вычерчивании диаграмм равнодействующих сил являются масштабы, указанные ниже в п. 2.1., являются обязательными.

Удельные и полные равнодействующие силы при различных режимах движения (2ТЭ116).

3. Построение кривой скорости движения поезда

.1 Масштабы для графических построений

В графических методах обязательно соблюдение зависимости между масштабами, выраженной формулой:

, (28)

где у - масштаб пути (1 км-у мм);

 - замедление поезда, км/ч², при действии силы в 1 Н/кН (ПТР разрешают для всех расчетов принимать );

- масштаб скорости (1 км/ч - мм);

К - масштаб удельных сил (1 Н/кН - К мм).

Наиболее удобными считаются следующие масштабы: у=20 мм; =1 мм; К=6 мм. Они отвечают указанной выше зависимости, т.е.:

.

.2 Спрямление профиля

Спрямление профиля состоит в замене соседних, близких по крутизне элементов профиля одним, длина которого равна сумме длин заменяемых элементов.

Спрямленный профиль должен сохранить характерные особенности действительного профиля, поэтому спрямлять профиль разрешается элементы одного знака с небольшой разницей в их крутизне.

Элементы в пределах остановочных пунктов, а также участки с руководящим уклоном не следует включать в группу объединяемых элементов, так как уклоны этих элементов, на которых проверяются условия трогания с места и ограничения скоростей, не должны быть искажены влиянием спрямления.

Уклон спрямленного элемента в профиле удобно вычислять по длинам и уклонам объединяемых элементов:

, (29)

где  - уклон элемента профиля, входящего в спрямленный участок, ‰;

 - длина элемента профиля, входящего в спрямляемый участок, м;

 - длина спрямляемого участка, м.;

К - число элементов профиля в спрямленном участке.

При задании кривой углами поворота б и наличии на спрямленном участке нескольких кривых величина I_эк определяется по формуле:

, (30)

где - сумма углов поворота всех кривых в границах спрямленного участка, град.;

n - количество кривых на спрямленном участке, шт.

Вычисления приведенного уклона производится для каждого направления движения:

, (31)

Проверка возможности спрямления производится по формуле:

, (32)

Если после спрямления остались элементы не вошедшие в число спрямленных, уклон эквивалентный сопротивлению от кривых, определяется на этих элементах тоже.

Расчеты по спрямлению профиля удобно производить в табличной форме (таб. 2.1).

Согласно правилу спрямления элементы №1,7 и 10 спрямлять нельзя, т.к. элементы №1 и 10 расположены в пределах остановочных пунктов, а элемент №7 имеет крутизну равную руководящему уклону.

Спрямляем элементы №2,3. Проверим возможность их спрямления, для этого определим  по формуле 2.2:

‰

Проверку делаем по формуле 2.5:

элемент №2: , условие выполняется;

элемент №3: , условие выполняется.

Данные заносим в графы 6,7,8 и 9 таблицы.

Элементы №4 и 5 одного знака. По формуле 2.2. определяем :

‰

Проверку делаем по формуле 2.5.:

элемент №6 , условие выполняется.

элемент №7 , условие выполняется.

Полученные значения  записываем в графу 7 таб. 2.1., а в графу 8 с обратным знаком.

Влияние кривых учитывается путем вычисления  по формуле 2.3., полученные значения записываются в графу 10 таб. 2.1.

По формуле 2.4.произведено вычисление приведенного уклона , полученные значения записываются в графы 11 и 12 таб. 2.1.

По результатам спрямления и приведения строится схема спрямленного приведенного профиля заданного перегона по направлению «туда».

Таблица 2.1

3.3 Определение допускаемых скоростей при движении по перегонам

При графическом решении этой задачи на одном чертеже строятся кривые  и . Пересечение их дает точку, ордината которой определяет допускаемую скорость по тормозам.

Кривая скорости при торможении  (тормозная кривая) строится с использованием удельных равнодействующих сил при экстренном торможении, т.е. .На том же самом чертеже строится кривая , выражающая зависимость действительного пути торможения от скорости. Действительный путь торможения , т.е. путь, проходимый поездом от начала снижения скорости до полной остановки, находится из выражения определяющего тормозной путь.

, (32)

отсюда

, (33)

где  - путь подготовки к торможению, м;

 - действительный путь торможения, м;

 - расчетный тормозной путь, м.

Расчетный тормозной путь  устанавливается МПС. В настоящее время приняты следующие длины тормозного пути:

для спусков крутизной до 6% - =1000 м;

для спусков от 6% и круче - =1200 м.

Путь подготовки к торможению , т.е.путь проходимый поездом от начала торможения до начала снижения скорости определяется по формуле:

, (34)

где  - скорость поезда в момент начала торможения, км/ч;

 - расчетное время подготовки тормозов к действию, сек.

Время подготовки тормозов к действию определяется по формулам:

грузовые составы длиной 200 осей и менее при автоматических тормозах:

, (35)

грузовые составы длиной более 200 осей (до 300 осей) при автоматических тормозах:

, (36)

В формулах 2.9 - 2.10. -  - удельная тормозная сила, при скорости , принимается по таб. 1.1.

Подсчеты по определению величины  производятся в табличной форме (таб. 2.2.1).

Наибольшую допускаемую скорость по тормозам определяют для трех значений уклонов:

а) , b) , с) .

По полученным трем точкам строится график зависимости наибольшей допускаемой скорости по тормозам от уклонов, т.е. график , по которому можно определить допускаемую скорость на любом уклоне.

Кривые  и строятся в масштабах связанных зависимостью:

.

Рекомендуются следующие значения: у=120 мм;  мм; К=1 мм.

2ТЭ116:

Определения допускаемой скорости по тормозам

Расчетный тормозной путь  принят равным 1200 м., т.к. =9 ‰ > 6 ‰. Время подготовки определено по формуле 2.11., как для состава длиной менее 200 осей.

Для i = 0 ‰ t _n= 10 - (15*0)/40,7= 10с,

для i = - 5,5 ‰ t _n= 10 - (15* - 5,5)/40,7=12,03с,

для i = - 11 ‰ t n= 10 - (15* - 11)/40,7=14,05 с.

Тогда подготовительный тормозной путь:

Для i = 0 ‰ S_n = 0,278*40,7*10=113,2 м;

для i = -5,5 ‰ S_n = 0,278*40,7*12,03=136 м;

для i = -11 ‰ S_n = 0,278*40,7*14,05=159 м.

Для построения достаточно определить величину  при двух значениях скорости, например, при  и  км/ч. При , для любого ,  будет равен 1200 м, значения  при  км/ч определены в таб. 2.2. по полученным значениям на рис. 2.2. построены графики .

Для построения тормозных кривых использована диаграмма удельных равнодействующих сил при экстренном торможении. Данные для построения этой диаграммы были получены выше (см. таб. 1.1).

Для упрощения, диаграмму делим на интервалы по 10 км/ч (0-10, 10-20, 20-30 и т.д.), в пределах которых замедляющую силу считаем постоянной, равной среднему ее значению в интервале на кривой .

Для условия торможения на уклоне крутизной ‰ проводим через начало координат лучи. Теперь по кривой  строим кривую . Для этого в системе координат  и S к лучам проводим перпендикуляры. Так как конечная скорость торможения равна нулю, то построение начинаем с точки 0. перпендикуляр из этой точки 0 к лучу 1 проводим в пределах изменения скорости от 0 до 10 км/ч. Это будет отрезок прямой ОА. Далее перпендикуляр к лучу 2 проводим из точки А в пределах изменения скорости от 10 до 20 км/ч и получаем отрезок АВ и т.д.

В результате такого построения получим ломаную линию, которая и представляет графически выраженную зависимость скорости от пути.

Для условия торможения на уклоне крутизной i_c= -5,5 ‰ и i_c= -11 ‰, необходимо начало координат перенести вправо соответственно на 5,5 Н/кН и 11 Н/кН, т.к. на эти величины уменьшается замедляющая сила при движении поезда по заданным спускам, в сравнении с ее значением при движении по площадке. Далее построение ведется аналогично случаю движения по уклону ‰. Точки пересечения кривых  и  определяют допускаемую скорость по тормозам .

Полученные значения занесены в таб. 2.2. имея данные о допускаемых скоростях на уклонах ‰, i= -5.5 ‰ и i= -11 ‰, нанесем их в виде точек с координатами  и . Полученные точки соединяем, плавной кривой и получаем график

3.4 Построение кривой скорости по способу МПС

Исходные данные: диаграмма ускоряющих и замедляющих усилий для заданного типа локомотива, спрямленный профиль, вычерченный в масштабе 1 км - у =20 мм.

При построении кривой  необходимо учитывать допускаемую скорость по тормозам. Построение кривой скорости начинают с вычерчивания сетки профиля и размещают ее таким образом, чтобы оси сил (r) и пути (S) находились на одной прямой (в дальнейшем по мере построения кривой  диаграмму равнодействующих сил можно перемещать по чертежу вправо).

Построение кривой скорости начнем от оси ст. А.

Предположим, что центр тяжести поезда (примерно середина поезда по длине) совпадает с осью станции. Скорость поезда в этой точке равна нулю. В начальный момент движения скорость будет возрастать. Рассмотрим первый интервал изменения скорости от 0 до 10 км/ч. Первый элемент профиля (начало движения) - площадка, поэтому величина равнодействующей удельных сил отсчитывается от нуля и берется равной при средней скорости 5 км/ч (на кривой  точка а). Через точку а и 0 - начало координат - проводим луч, а перпендикуляр к нему на участке 0 - 1 дает отрезок кривой скорости в пределах ее изменения от 0 до 10 км/ч (при построении по направлению луча устанавливается линейка, а перпендикуляр восстанавливается по треугольнику).

Второй интервал изменения скорости принимаем в пределах от10 до 20 км/ч. Величина равнодействующей силы берется при средней скорости - 15 км/ч (точка  на кривой ), а перпендикуляр к лучу  дает отрезок кривой скорости на участке 1-2.

Третий интервал изменения скорости принимаем от 20 до 30 км/ч. Величина равнодействующей силы берется при средней скорости 25 км/ч (точка С на кривой ), перпендикуляр к лучу С - О дает отрезок скорости на участке 2-3.

Таким же образом можно производить дальнейшее построение кривой скорости, однако при этом нужно учитывать характер изменения продольного профиля. Прежде всего следует обратить внимание на то, что когда заканчивается один элемент профиля, а конец кривой скорости, при выбранном интервале изменения скорости, ложится на следующий элемент профиля. При этом не будет учтено дополнительное сопротивление от уклона этого элемента.

Следовательно, выбирать интервал скорости нужно таким, чтобы значение конечной скорости попало на конец элемента. Этого можно достичь только подбором.

С изменением крутизны элементов продольного профиля начало координат переносится в точку, соответствующую уклону продольного профиля.

Прежде чем приступить к построению кривой скорости для следующего элемента, необходимо установить, будет ли скорость повышаться или понижаться. Как известно, скорость движения поезда всегда стремится к установившейся (равномерной).

При построении кривой  на последующих участках нужно назначать интервалы скорости в соответствии с точками, где резко изменяется характер кривой =, например, при  км/ч.

Кривая  может быть построена для различных случаев движения: под тягой, без тяги и с торможением. При этом необходимо пользоваться соответствующей диаграммой равнодействующих сил, а принцип построения остается тот же, что и для кривой  при движении с тягой.

Рассмотрим особенности построения кривой скорости на подходах к раздельному пункту. На станции поезд может быть принят с остановкой на одном из боковых путей.

В соответствии с правилами технической эксплуатации (ПТЭ) скорость при движении по стрелочным переводам на боковые пути устанавливается начальником дороги в зависимости от типа стрелочных переводов. В работе принята скорость 40 км/ч.

На станции поезд нужно останавливать так, чтобы середина его совпадала с осью станции, а скорость при этом равнялась нулю.

Разберем построение кривой с остановкой на станции Б. Поезд принимается на боковой путь. Положение входной стрелки отмечено на чертеже.

Для соблюдения указанных выше условий поступают следующим образом. На горизонтальной линии, соответствующей скорости 40 км/ч, от положения входной стрелки откладывают в сторону перегона на расстояние, равное половине длины поезда (0,5 ).

Напомним, что кривую скорости строят по точкам, расположенной в середине поезда. В это время, когда середина поезда будет находиться в точке на расстоянии, равном половине длины поезда (0,5 ) от положения входной стрелки, локомотив приблизится к входной стрелке, при этом его скорость не будет превышать 40 км/ч.

Снижение скорости на подходах к станции и остановка поезда производится путем применения служебного торможения и езды на холостом ходу.

Построение кривой  на этом участке выполняется с помощью кривых равнодействующих сил

 и . Кривая  на участке торможения строится в обратном порядке, т.е. построение начинается от скорости  км/ч в точке, совпадающей с осью станции Б., в сторону увеличения скорости до встречи с кривой , построенной для перегона. С начала строится участок кривой скорости при торможении от км/ч до км/ч. Для этого последовательно проводятся лучи из точек, расположенных на кривой , через начало координат 0 (торможение происходит на площадке), а перпендикуляры к этим лучам дают участки кривой . На участке изменения скорости от 30 до 40 км/ч, кривую скорости предварительно наносим пунктиром.

Затем назначаем точку со скоростью 40 км/ч на ординате, соответствующей положению входной стрелки.

От этой точки до включения тормозов в целях остановки поезда для построения кривой скорости целесообразно применить режим холостого хода локомотива.

Теперь нужно найти точку на кривой  построенной для перегона, в которой надо включить тормоза, чтобы до точки 1 скорость поезда снизилась до 40 км/ч.

Кривую  на этом участке будем строить от точки 1’. Для этого последовательно проводим лучи от точек, расположенных на кривой  через начало координат, соответствующее ‰, а перпендикуляры к этим лучам дадут участки кривой  при торможении.

При построении кривой скорости на участке 1’-2’ применим режим частичного торможения, для поддержания постоянной скорости 40 км/ч. На этом построение кривой скорости заканчивается.

4. Определение времени хода поезда

.1 Построение кривой времени способом Лебедева

тепловоз поезд вагон

Построение кривой времени способом Лебедева требует наличие заранее построенной кривой скорости.

С левой стороны от начала координат 0 на произвольном расстоянии Д мм проводится вертикальная прямая. Из точки 0 проводится луч к этой вертикали через точку d, соответствующую среднему значению скорости на данном участке кривой .

Затем восстанавливается перпендикуляр к лучу в пределах рассматриваемого интервала скорости. Полученный отрезок является отрезком кривой , показывающим приращение времени Д t на участке ДS при движении со скоростью:

Масштаб времени при указанном построении связан с масштабом пути, скорости и величиной отрезка Д.

Если масштаб пути 1 км - у мм, масштаб скорости 1 км/ч - m мм, то масштаб времени равен:

; , (3.1.)

Если у=20 мм и m=1 мм, тогда

Таким образом, при выбранных ранее масштабах пути и скорости, масштаб времени зависит только от величины отрезка Д.

Если принять Д=30 мм, то масштаб времени будет 1 мин-Х мм-10 мм.

Построение кривой  производится на одном чертеже с кривой  и по тем же интервалам скоростей. Поэтому каждому перелому кривой скорости  будет соответствовать перелом кривой . Переломы на кривой  менее ярко выражены, а иногда и совсем незаметны. Кривая времени, в отличии от кривой скорости, имеет постоянно нарастающий характер.

4.2 Построение кривой времени способом Дегтярева

Этот способ на пропорциональности основания равнобедренного треугольника его высоте. Равнодействующая сила в этом способе принимается постоянной в пределах некоторого промежутка времени в отличии от метода Лебедева, где она принимается постоянной в пределах некоторого интервала скорости. При средней скорости 60 км/ч поезд за 1 минуту проходит путь, равный 1 км. При принятых масштабах строим треугольник. Затем, совмещая его с кривой скорости, вычерчиваем треугольники. Количество треугольников, которые поместились на участок А-Б, это и есть количество минут, за которые поезд прошел этот путь.

5. Энергетические расчеты

.1 Разметка режимов работы локомотива на кривой скорости

Разметка режимов работы локомотива производится по кривой скорости движения и заключается в установлении участков движения под тягой, с частичным использованием тяги, без тяги и с частичным торможением.

Участки пути, где кривая скорости построена по диаграмме  и скорость растет или падает (< ) независимо от профиля, являются участками движения под тягой.

Участки пути, где кривая скорости построена по диаграмме , являются участками движения без тяги, а где по - с торможением.

На участках, где кривая скорости ограничена = , поезд может двигаться в зависимости от профиля под тягой, с частичным использованием тяги, без тяги и с частичным торможением.

Чтобы установить режим работы локомотива, необходимо определить уклон начала движения с частичным использованием тяги i₀ и уклон движения без тяги i_К.

Уклоном с частичным использованием тяги называется уклон, для которого заданная максимальная скорость является равномерной при движении под тягой. Величину этого уклона легко определить графически (равновесная скорость, при диаграмме ).

Уклоном движении без тяги i_К называется уклон, для которого заданная максимальная скорость является равномерной при движении без тяги (по диаграмме ).

На всех уклонах i_j, находящихся между уклонами i₀ и i_К надо использовать силу тяги частично, чтобы не превысить данной скорости. На рис. 2.3. для рассматриваемого примера произведена разметка режимов движения.

5.2 Расчет расхода топлива тепловозом

При работе тепловоза энергия, заключенная в топливе, расходуется на совершение работы по преодолению сил основного и дополнительно сопротивлений, на покрытии потерь в тормозах, дизель-генераторной установке и передаче и на собственные нужды.

В курсовой работе расход топлива на передвижение состава по участку Е, кг, следует определять по формуле:

, (37)

где -масса топлива, расходуемая тепловозом при средней скорости движения на данной позиции контроллера машиниста в одну минуту, кг/мин; - время работы дизеля с данной средней скоростью, мин; g_x - масса топлива, расходуемого тепловозом на холостом ходу в одну минуту, кг/мин; t_x - время хода по участку на холостом ходу и время стоянок, мин.

Величины  в расчетах принимаются по кривой времени t(S) для принятых интервалов скорости в соответствии с кривой v(S) для режимов тяги и частичной тяги.

Масса топлива в единицу времени  определяется по диаграммам G=f(v), полученным при испытаниях тепловозов. Диаграммы приведены в ПТР и в приложении 7.

Таким образом, первое слагаемое формулы (4.3)  дает расход топлива при движении поезда под тягой и с частичным использованием тяги. Второе слагаемое позволяет определить расход топлива на участках движения без тяги, с частичным торможением, на участках торможения и на стоянках.

Величина g_x принимается в зависимости от частоты вращения коленчатого вала дизеля, об/мин, по кривым g_x = f(n_Д), приведенным в ПТР (приложение 5).

Величина t_x, так же, как и величины , принимается по кривой времени в увязке с кривой скорости v(S) с размеченными режимами движения. Подсчет расхода топлива целесообразно вести в табличной форме (табл. 4.2).

Для сравнения расхода топлива различными локомотивами используют удельный показатель на измеритель выполненной перевозочной работы, равный 10⁴ :

, (37)

где е - удельный расход топлива, кг/(10⁴ ); Е - расход топлива на перемещение поезда, кг определяется по формуле (4.3); Р - расчетная масса локомотива, т; Q - масса состава, т; L - длина участка (перегона), км.

Расход топлива принимается по наивысшей позиции контроллера машиниста, потому что при этой позиции произведено построение графика скорости.

№ эле-мента, i      км/чкм/ч км/ч, минG_i, кг/минРасход

топлива,

Расход определяется по 8-ой позиции контроллера машиниста при каждом значении средней скорости в интервале. Расход топлива на передвижение состава в режиме тяги на участке длиной 10 км составил 96,34 кг.

Расход топлива на холостом ходу составит g_x = 0,5 кг/мин. Время движения на холостом ходу t_x=2,1 мин.

Общий расход топлива, кг, на заданном участке:

 кг.

Удельный расход топлива, кг/(10⁴ ), определяется по формуле (38):

 кг/(10⁴ ).

5.3 Определение механической работы силы тяги и работы сил сопротивления

Механическая работа локомотива или работа его силы тяги имеет место при движении под тягой или частичной тягой. Величина механической работы определяет степень износа машины локомотива, а, следовательно, величину расходов по ее ремонту.

Механическая работа силы тяги локомотива, МДж, может быть определена по формуле

, (39)

где F_к - сила тяги локомотива, соответствующая средней скорости локомотива в данном i - том интервале пути (определяется по тяговой характеристике), кН; S_i - длина элемента пути, на котором, с достаточной для практических целей точностью, сила тяги может быть принята постоянной, м.

Работа силы тяги локомотива определяется графическим способом путем построения кривой силы тяги в зависимости от пути F_K =f(S).

Так как тяговые расчеты производятся в определенной последовательности и на данной стадии уже построены кривые скорости v =f(S) и произведена разметка режимов движения поезда на заданном перегоне, то построение зависимости F_K = f(S) не представляет затруднений. Эта зависимость строится на том же графике, что и кривая скорости на участках движения в режиме тяги и частичной тяги, с использованием тяговой характеристики заданного локомотива. Для каждого значения перелома кривой скорости по расчетной тяговой характеристике выбирается значение силы тяги F_K и откладывается в произвольно выбранном масштабе.

Работа силы тяги будет равна площади, ограниченной построенной кривой и осью абсцисс.

Изменение силы тяги при смене режима движения принимается мгновенным и выражается ступенью или резким обрывом кривой F_K =f(S).

Механическая работа сил сопротивления, МДж, определяет степень износа ходовых частей подвижного состава и верхнего строения пути, а, следовательно, и размеры соответствующих статей эксплуатационных расходов.

Работа сил сопротивления, МДж, может быть определена по формуле:

, (40)

где -работа силы тяги локомотива на участке пути, МДж; -работа на создание запаса потенциальной энергии, МДж; ,  - отметки конечного и начального пункта участка, м; -изменение кинетической энергии поезда при изменении скорости от  до , МДж (= 0,06 для груженого грузового поезда).

В курсовой работе работа сил сопротивления определяется на участке, ограниченном раздельными пунктами, поэтому =и величина изменения кинетической энергии равна нулю.

В этом случае формула (41) примет вид:

.

Разность отметок , м, принимается в расчетах с соответствующим знаком и может быть подсчитана по формуле:

, (42)

где  - действительный уклон j - ого элемента продольного профиля, ‰; l_j - длина j - ого элемента продольного профиля, м.

см² 45/4=11

см²; l=40 МДж

 МДж;

 МДж;

4м

Список используемой литературы

тепловоз поезд вагон

1.   Четвертнова В.В. Тяговые расчеты при электрической тепловозной тяге. Часть 1. Общие положения.: Учебное пособие. - Иркутск: ИрГУПС, 2003. - 77 с.

2.      Четвертнова В.В. Тяговые расчеты при электрической тепловозной тяге. Часть 2. Основные расчеты и графические построения.: Учебное пособие. - Иркутск: ИрГУПС, 2003. - 59 с.

3.      Изыскания и проектирование железных дорог - М. Транспорт, 1989-479 с.

4.      Правила тяговых расчетов для поездной работы - М. Транспорт - 287 с.