|
Тип вагона
|
Грузоподъемность
|
Вес тары
|
Длина вагона
|
|
Четырехосный с металлическим кузовом (без тормозной площадки)
Восьмиосный
|
62 126
|
22 42,6
|
13,92 20,24
|
- удельное содержание в
долях единицы 4-х и 8-ми-осных вагонов в составе по весу, определяемое по
выражениям:
(2.5)
Очевидно, что: β4
+ β8 =1
Здесь γ4,
γ 8 - удельное соотношение 4-х и 8-ми осных вагонов в составе по
количеству (в долях единицы).
Вычисленные значения: β4,
β8 подставляются в формулу (1), которая после этого приводится к
виду:
(2.6)
На основе формулы (7а)
вычисляется средневзвешенное основное удельное сопротивление для скоростей,
начиная с V = 10 км/ч, с интервалом через 10 км/ч, а также для скорости, при
которых резко изменяется очертания кривой FK=f(V) и для VP(min).
Основное удельное
сопротивление тепловозов и электровозов определяется по формуле:
(2.7)
Опираясь на построенный
график, необходимо сделать краткий вывод о взаимосвязи основного удельного
сопротивления движению вагонного состава и величины скорости.
Расчет:
, т/ось
, т/ось
=0 км/ч 
кГс/тс
кГс/тс
кГс/тс=10 км/ч 
кГс/тс
кГс/тс
кГс/тс=20 км/ч 
кГс/тс
кГс/тс
кГс/тс=30 км/ч 
кГс/тс
кГс/тс
кГс/тс=40 км/ч 
кГс/тс
кГс/тс
кГс/тс=46,7 км/ч 
кГс/тс
кГс/тс
кГс/тс=50 км/ч 
кГс/тс
кГс/тс
кГс/тс=60 км/ч 
кГс/тс
кГс/тс
кГс/тс=70 км/ч 
кГс/тс
кГс/тс
кГс/тс=80 км/ч 
кГс/тс
кГс/тс=90 км/ч 
кГс/тс
кГс/тс
кГс/тс=100 км/ч 
кГс/тс
кГс/тс
кГс/тс
Основное удельное
сопротивление тепловоза определяем по формуле
(2.8)
Расчет:=0 км/ч
кГс/тс=10 км/ч
кГс/тс=20 км/ч
кГс/тс=30 км/ч
кГс/тс=40 км/ч
кГс/тс=46,7 км/ч
кГс/тс=50 км/ч
кГс/тс=60 км/ч
кГс/тс=70 км/ч
кГс/тс=80 км/ч
кГс/тс=90 км/ч
кГс/тс=100 км/ч
кГс/тс
В столбце 9 приводятся
значения удельных равнодействующих сил, т.е.
(2.9)
Расчет:=0 км/ч
=10 км/ч 
=
=11,4
км/ч =
=20
км/ч =
=30
км/ч =
=40
км/ч =
3. Определение массы
вагонного состава
Для проектируемых
железных дорог масса вагонного состава (в тоннах) определяется из условия
установившегося движения поезда с расчетно-минимальной скоростью 
[2]
(3.1)
где
- сила тяги при расчетной скорости, кГс;
- основное удельное
сопротивление локомотива при движении под током со скоростью ,
кГс/тс (=46,7
км/ч);
- сцепной вес
локомотива, (Р=121т);
- руководящий уклон
линии, % (=7%);
- средневзвешенное
основное удельное сопротивление вагонного
состава, определяется по
формуле (2.6.).
Расчет:
т
Действительная масса
состава может отличаться от теоретической. Для ее уточнения определяются массы 4-х
и 8-ми-осных групп вагонов, содержащихся в составе: [2]
(3.2)
и число вагонов:
(3.3)
где 
-
масса вагона брутто (числитель формулы (2.4.).
Расчет:
т
т
вагонов
вагонов
Обычно число вагонов по
выражению (3.3.) получается дробным. После округления этих величин до ближайших
целых значений (точность до 50 т) снова находится масса состава:
(3.4)
Значение массы 
не
должна отличаться от теоретической более, чем на 50-100 т.
Расчет:
т
Масса состава нетто,
т.е. полезного груза, перевозимого в поезде, можно определить по формуле:
(3.5)
Расчет:
т
Отношение массы нетто к
массе брутто:
(3.6)
Расчет:
Если задана полезная
длина приемоотправочных путей 
на раздельных пунктах,
то следует проверить возможность размещения вагонного состава и локомотива в
пределах этой расчетной длины. Или, с другой стороны, когда неизвестна длина
приемоотправочных путей и требуется подобрать стандартную длину ,
также требуется определить длину поезда, которую можно рассчитать по формуле
(3.7)
где 
-
длина отдельных типов вагонов и локомотива;
10 - запас на установку поезда в
пределах полезной длины станционных путей, м.
Расчет:
м
Погонная нагрузка от
рассматриваемого состава на путь:
(3.8)
Расчет:
тс/пм
Проверку состава по
условиям трогания с места на остановочных пунктах следует производить по
формуле
где 
-
сила тяги локомотива при трогании с места, кГс;
- максимальная величина
уклона, на котором расположен раздельный пункт;
- удельное
сопротивление поезда при трогании с места, определяется по формуле (при
подшипниках качения):
(3.10)
Здесь средняя загрузка
на ось:
(3.11)
Расчет:
тс/ось
кГс/тс
т
4. Определение удельных
равнодействующих сил
Для расчета принимаем
электровоз ВЛ-60, расчетная сила тяги 
при расчетной скорости 
;
соотношение по числу вагонов: четырехосных - 55%, восьмиосных - 45% и при
руководящем уклоне 
.
Значения 
,
взятые из расчетной тяговой характеристики.
Значения основного
удельного сопротивления тепловоза, которые рассчитываются по формуле (2.6.).
Значение полного
основного сопротивления тепловоза 
по формуле
(4.1)
Расчет:=0 км/ч
кГс/тс=10 км/ч
кГс/тс=20 км/ч
кГс/тс=30 км/ч
кГс/тс=40 км/ч
кГс/тс=46,7
кГс/тс=50 км/ч
кГс/тс
Далее значения полного
основного сопротивления тепловоза определяются аналогичным образом. [3]
Значения
средневзвешенного основного удельного сопротивления 
(по
формуле 2.1.) и полного основного сопротивления 
вагонного состава по
формуле
(4.2)
Расчет:=0 км/ч
кГс/тс=10 км/ч
кГс/тс=20 км/ч
кГс/тс=30 км/ч
кГс/тс=40 км/ч
кГс/тс=46,7 км/ч
кГс/тс
Далее значения полного
основного удельного сопротивления вагонного состава определяются аналогичным
образом.
Значения полного
сопротивления поезда для всех скоростей
(4.3)
Расчет:=0 км/ч
кГс/тс=10 км/ч
кГс/тс=20 км/ч
кГс/тс=30 км/ч
кГс/тс=40 км/ч
кГс/тс=46,7 км/ч
кГс/тс
Далее значения полного
сопротивления поезда определяются аналогичным образом.
Значения полного
равнодействующего усилия
(4.4)
Расчет:=0 км/ч
=10 км/ч
=20 км/ч
=30 км/ч
=40 км/ч
=46,7 км/ч
Далее значения полного
равнодействующего усилия определяются
аналогичным образом.
Значения удельных
равнодействующих сил, т.е.
(4.5)
Расчет:=0 км/ч
кГс/тс=10 км/ч
кГс/тс=20 км/ч
кГс/тс=30 км/ч
кГс/тс=40 км/ч
кГс/тс=46,7 км/ч
кГс/тс
Далее значения удельных
равнодействующих сил определяются аналогичным образом. [4]
Значения удельного
сопротивления тепловоза при его движении на холостом ходу, определяются по
формуле
(4.6)
Значения полного
сопротивления тепловоза
(4.7)
(4.8)
Расчет:=0 км/ч
кГс/тс=10 км/ч
кГс/тс=20 км/ч
кГс/тс=30 км/ч
кГс/тс=40 км/ч
кГс/тс=46,7 км/ч
кГс/тс
Далее значения удельного
средневзвешенного сопротивления при движении тепловоза на холостом ходу
определяются аналогичным образом.
5. Определение
тормозного коэффициента
Необходимо определить
тормозной коэффициент поезда и коэффициент трения тормозных колодок, при
колодочном торможении. [4]
Расчетный коэффициент
трения тормозных колодок в зависимости от скорости определяется:
(5.1)
Расчет:
=0 км/ч
=10 км/ч
=20 км/ч
=30 км/ч
=40 км/ч
=46,7 км/ч
Далее расчетный
коэффициент трения тормозных колодок определяется аналогичным образом.
Расчетное нажатие
тормозных колодок на ось:
для четырехосных
вагонов: 
для восьмиосных вагонов:
.
Расчетный тормозной
коэффициент поезда:
(5.2)
Расчет:
Значения удельной
тормозной силы для каждой скорости по формуле:
(5.3)
Расчет:=0 км/ч
кГс/тс=10 км/ч
кГс/тс=20 км/ч
кГс/тс=30 км/ч
кГс/тс=40 км/ч
кГс/тс=46,7 км/ч
кГс/тс
Далее значения удельной
тормозной силы определяются аналогичным образом.
Значения удельного
тормозного усилия при движении тепловоза с поездом на холостом ходу, что
соответствует режиму экстренного торможения.
Значения удельных
тормозных усилий при служебном торможении, т.е. при частичном использовании
тормозных средств. Эти условия принимаются равными
(5.4)
Расчет:=0 км/ч
кГс/тс=10 км/ч
кГс/тс=20 км/ч
кГс/тс=30 км/ч
кГс/тс=40 км/ч
кГс/тс=46,7 км/ч
кГс/тс
Далее значения удельных
тормозных усилий определяются аналогичным образом.
6. Спрямление
продольного профиля
Спрямление профиля
производится с расчетом приведенных уклонов по принятому профилю при движении
поезда «туда» (со станции А до станции Б). [1]
Анализ профиля пути
показывает, что элементы, на которых расположены остановочные пункты, нельзя
объединять со смежными элементами; руководящий подъем спрямлять нельзя.
Поскольку элементы знака и мало отличаются крутизной, можно попытаться их
спрямить:
(6.1)
Проверим возможность
спрямления для каждого элемента исходного профиля пути:
(6.2)
На рассматриваемом
участке пути в плане расположена две кривые. Рассчитаем фиктивный подъем от
этих кривых.
Далее расчеты спрямления
профиля пути выполняются аналогичным образом.
7. Решение тормозной
задачи
При последующем
построении кривых скорости необходимо учитывать возможное ограничение скорости
по тормозам, вследствие чего следует установить наибольшие допускаемые
скорости, с которыми поезд может следовать по элементу профиля заданной
крутизны (спуска), чтобы при внезапной необходимости он мог быть остановлен при
применении экстренного торможения в пределах установленного расчетного
тормозного пути. [2]
Исходными данными при
решении этой задачи являются:
кривая удельных
равнодействующих сил при экстренном торможении поезда 
,
зависящая от тормозного оснащения поезда ;
величина уклона
(спуска), на котором производится торможение 
;
установленная
максимальная длина расчетного тормозного пути в настоящее время принимается:
на спусках 6% и круче, и 1000 м на спусках положе 6%.
(7.1)
Расчет:
Относятся кривые
подготовки пути к торможению в функции скорости 
. Длина тормозного пути
принята 
.
(7.2)
Кривые 
строят
для тех же уклонов, для которых построены кривые скорости 
.
Путь 
определяется
по формуле:
(7.3)
где 
-
начальная скорость движения поезда (в начале торможения), км/ч.
Время подготовки к
торможению определяется:
, (7.4)
где 
-
уклон, на котором осуществляется торможение, %
- удельная тормозная
сила, развиваемая на рассматриваемом подъеме при
.
Расчет:
Точки пересечения кривых
,
соответствуют наибольшим скоростям, допускаемым на данных уклонах по условиям
торможения и определенным в следующих значениях:
при 
На основе полученных
допустимых скоростей строится график зависимости этих скоростей по тормозам от
величины уклонов 
.
По этой кривой можно определить ограничение скорости для любого значения
крутизны спуска. Если при построении получается 
, но не более 100 км/ч,
допустимой принимается конструкционная скорость, которую не разрешается
превышать ни при каких условиях [3].
8. Физическая природа
сцепления ведущих колес локомотива с рельсами
тяговый вагонный
тормозной локомотив
Процесс взаимодействия
ведущего колеса и рельса при создании силы тяги очень сложен и его протекание
зависит от множества переменных факторов. Взаимодействие зависит от величин
нагрузок, передаваемых на рельс колесом: вертикальной силы нажатия и вращающего
момента, а также от скорости движения, упругих свойств материалов колеса и
рельса, состояния и износа их рабочих поверхностей и ряда других, в том числе и
случайных, условий и обстоятельств.
Изучением физических
основ сцепления колес с рельсами в течение длительного времени, особенно во
второй половине XX столетия занимались многие отечественные и зарубежные ученые
и специалисты (только в недавние годы в нашей стране опубликовали свои труды по
исследованию вопросов сцепления профессора, доктора технических наук И.П.
Исаев, А.Л. Лисицын, А.Л. Голубенко, Ю.М. Лужнов, кандидат технических наук
А.Н. Долганов и другие специалисты), и тем не менее нельзя сказать, что
абсолютная истина в познании этого процесса была достигнута. Существуют
различные теоретические гипотезы физического взаимодействия колеса и рельса,
которые не могут быть в полной мере экспериментально проверены.
Как уже неоднократно
подчеркивалось выше, основным физическим фактором, обеспечивающим возможность
поступательного движения ведущего колеса любого колесного транспортного
средства, является трение между колесом и дорогой. Трение с точки зрения физики
складывается из целого комплекса различных физико-механических процессов,
протекающих в поверхностных слоях контактирующих тел.
Различают два основных
вида взаимодействия при трении: механическое и молекулярное. Механическое
взаимодействие характеризуется взаимным проникновением контактирующих точек
вследствие деформации тел при высоких удельных давлениях. Молекулярное
взаимодействие связано с взаимным притяжением контактирующих твердых тел,
вызываемым неуравновешенным состоянием атомов на их поверхностях.
Количественные соотношения между двумя факторами контактного взаимодействия, с
одной стороны, ни теоретически, ни экспериментально не определены, но,
очевидно, с другой стороны, они могут зависеть от условий и особенностей
контакта. Такой двойственный молекулярно-механический принцип обычно и
принимают в качестве «обобщенной» теории трения.
Сложность проблемы
контакта колеса и рельса вообще, а при создании силы тяги особенно, делает
необходимым рассмотреть ее в упрощенно-популярном, доступном для
первоначального понимания, представлении, которое, однако, точно соответствует
реальным физическим процессам.
При рассмотрении
физической природы сцепления будем придерживаться, в основном, позиций
популярных объяснений профессоров A.M. Бабичкова (МЭМИЙТ) и И.П. Исаева (МИИТ),
принятых в их фундаментальных учебниках, ставших уже классическими.
Рабочие поверхности
колеса подвижного состава и железнодорожного рельса в зоне контакта между ними
являются цилиндрическими, так как средняя часть стандартного профиля головки
отечественных рельсов очерчена по радиусу (г = 300 мм), а коническую
поверхность катания колеса, радиус круга катания R которого для стандартных
колес локомотивов имеет величину R = 525 мм, если диаметр колес 1050 мм, или R
= 625 мм (при диаметре -1250 мм), в зоне контакта с рельсом можно посчитать^гак
же за цилиндрическую, так как образующие конусной поверхности бандажа при
качении перпендикулярны вертикальной оси рельса из-за установки его подошвы с
уклоном 1:20 (подуклонки). Контакт двух прижатых друг к другу цилиндров с перпендикулярными
ося\ш (z и у) осуществляется в точке, если цилиндры абсолютно жесткие, то есть
недеформируемые.
В действительности же
при контакте под нагрузкой оба тела - колесо и рельс - деформируются. В курсе
сопротивления материалов задачи определения деформаций и напряжений при таких
взаимодействиях называются контактными. В основе их решения лежит уравнение
известного ученого Г. Герца, полученное им для распределения давлении и
напряжений на поверхности i ладких упругих тел при их статическом сжатии.
Процесс взаимодействия
ведущего колеса и рельса и создания силы сцепления между ними можно представить
схематически следующим образом.
В статическом состоянии,
ввиду того, что и колесо и рельс не являются абсолютно жесткими и вследствие их
деформации под действием вертикальной нагрузки вместо точки контакта,
подразумевавшейся при абсолютно жестких колесе и рельсе, образуется контактная
площадка.
Механические свойства
материала (стали) контактирующих тел (колеса и рельса) приблизительно
одинаковы, вследствие различия радиусов контактирующих цилиндров контактная
площадка двух цилиндров теоретически имеет форму не круга, а эллипса.
В зоне этой площадки
вследствие упругих деформаций колеса и рельса имеют место вертикальные
напряжения сжатия в колесе и горизонтальные напряжения растяжения на
поверхности рельса, рас-11 ределение которых может быть проанализировано на
основе уравнения Герца. По границам (по контуру) площадки напряжения сжатия
равны нулю, то есть отсутствуют. Примерные формы эпюр нормальных давлений/? и напряжений
сжатия а в контактной площадке колеса и рельса при статическом нагружении имеют
вид параболических.