Тягові розрахунки

1. Технічна характеристика заданого локомотива.

2. Аналіз профілю шляху й вибір расчётного і кінетичного подъёмов.

3. Випрямлення і профілю пути.

4. Визначення маси складу по расчётному подъёму.

5. Перевірка знайденою маси состава:

5.1. подолання кінетичного подъёма.

5.2. за довжиною приёмо-отправочных путей.

5.3. на трогание з места.

6. Розрахунок і його побудова діаграм равнодействующих сил.

7. Визначення максимальної швидкість руху по спускам.

8. Побудова кривых:

8.1. швидкість руху потяги та її анализ.

8.2. часу проходження участку.

8.3. токов.

9. Перевірка маси складу по нагріванню тягових электродвигателей.

10. Розрахунок витрати палива тепловозами на тягу поездов.

Список використаної литературы.

Тягові розрахунки є прикладної частиною теорії тяги потягів і дозволяють вирішувати численні практичні завдання, які під час проектуванні та експлуатації залізниць. До найважливіших завдань относятся:

* визначення маси вантажних складів під час заданому типі локомотива відповідно до профілем, швидкістю руху, і часом ходу дільницями та окремим перегонам;

* визначення необхідних параметрів локомотива задля забезпечення заданої пропускної і провізної здібності участка;

* складання графіка руху поїздів — основного документа роботи залізничного транспорта;

* вибір найбільш раціонального розміщення станцій, зупиночних і роздільних пунктів під час проектування залізних дорог;

* визначення параметрів системи енергопостачання при електрифікації залізниці: розміщення тягових підстанцій й визначення їх потужності, розрахунок тягової сіті й другое.

На залізничному транспорті Росії методи виробництва тягових розрахунків й необхідні їхнього виконання нормативи регламентуються Правилами тягових розрахунків (ПТР) для потяговий работы.

Нині тягові розрахунки виконуються переважно на ЕОМ за наявними програмам в російських банках ПЦ і кафедрах. Проте задля математичної формулювання завдань треба розуміти фізичну сутність явищ, супроводжуючих процес руху потяга, і чути основні прийоми і знаходять способи тягових расчётов.

1. Технічна характеристика тепловоза 2ТЭ116.

Тепловоз 2ТЭ116 має такі характеристики:

Тип передачиэлектрическая.

Осьова характеристика2(3о-3о).

Потужність по дизелю, л. с. 6000.

Кількість дизелів в секции1.

Конструкційна швидкість, км/ч100.

Расчётная сила тяги, кгс50 600.

Расчётная швидкість, км/ч24,2.

Вага у стані, т274.

Питома вага тепловоза, кг/л. з. ч40,0.

Тип дизеляД49.

Тактность4.

Кількість цилиндров16.

Питома вага дизеля, кг/л. з. ч5,0.

Питома витрати, г/л. з. ч150.

Довжина тепловоза по осях автосцепок, мм40 340.

Потужність головного генератора, кВт4000.

Потужність електродвигуна, кВт307.

Екіпірувальні запаси лише у секції, кг.

* топливо6300.

* вода1500.

* олію (у системі дизеля)1450.

* песок1000.

2. Аналіз профілю шляху й вибір расчётного і кінетичного подъёмов.

Підйом, яким розраховують масу складу, називають расчётным чи лимитирующим (керівним). Це найтяжчий для руху потяга підйом цьому ділянці. Расчётный підйом одна із найкрутіших і затяжних подъёмов ділянки (перегону), у якого поїзд може становити рівномірної швидкості, рівної за величиною расчётной швидкості локомотива.

Кінетичним (швидкісним, інерційним) називають підйом найбільшої крутизни та порівняно невеличкий довжини, подолання якої стає можливим використанню повної потужності локомотива і кінетичної енергії поїзда, накопиченої які були підйомом. Швидкість поїзда перед кінетичним підйомом мусить бути максимально можливої станом шляху й конструкції рухомого состава.

З приведених визначень, вибираємо: расчётный підйом — елемент № 4, кінетичний підйом — елемент № 12.

3. Випрямлення і профілю пути.

Випрямлення полягає у заміні низки суміжних, однакових знаків коротких і близьких по крутизну елементів дійсного профілю шляху одним елементом еквівалентній крутизни і, рівної сумарною довжині спрямляемых елементів. Випрямлення грунтується на припущенні рівності механічної роботи сил опору на спрямлённом і дійсному профілях пути.

Значення ухилу спрямлённого і приведённого елемента у подовжньому профілі і плані шляху визначається по формуле:

(3.1).

де — фіктивний підйом від кривою, ‰.

Крутість спрямляемого елемента у подовжньому профілі шляху визначається по формуле:

(3.2).

де — крутість й довжину дійсних елементів, відповідно ‰ і м; - довжина спрямлённого елемента, м.

Можливість випрямлення перевіряється по черзі всім елементів дійсного профілю шляху, які входять у спрямляемый ділянку, по формуле:

(3.3).

де — довжина проверяемого елемента дійсного профілю шляху, м; - абсолютна різницю між еквівалентним ухилом спрямляемых елементів і дійсним ухилом проверяемого елемента, ‰:

.(3.4).

Не допускається спрямляти: елементи різного знака, расчётный і кінетичний підйоми, елементи зупиночних пунктів (станцій), і навіть елементи, не задовольняють умові (3.3), тобто які пройшли проверки.

Криві ділянки шляху на дійсному профілі викликають додаткове опір руху поїзда. Розрахунки заміни кривою фіктивним підйомом, еквівалентним по опору руху, називають приведенням профілю пути.

Значимість фіктивного піднесення від кривою на спрямлённом чи наведеному елементі, визначають по формуле:

(3.5).

де — довжина і радіус j-й кривою не більше спрямляемого елемента, м.

Величина завжди позитивна, оскільки кривизна шляху збільшує опір руху поїзда будь-якою ухилі. Параметри дійсного профілю шляху й результати розрахунку випрямлення елементів сведём в таблицю 2.1.

Таблиця. 2.1.

Справжній профіль пути.

Спрямлённый профіль пути.

Номер элемента.

Довжина SJ, м.

Крутість, ‰.

Кривые.

Длина.

Крутість эквив-го уклона.

Крутість привед-го уклона.

‰.

Номер элемента.

Елементи 2 і трьох: ‰.

Перевірка: — випрямляється; - спрямляется.

‰; тоді ‰.

Елементи 5 і шість: ‰.

Перевірка: — випрямляється; - спрямляется.

‰; тоді ‰.

Елемент 11: ‰; тоді ‰.

Елементи 13 і 14: ‰.

Перевірка: — випрямляється; - спрямляется.

‰; тоді ‰.

4. Визначення маси складу по расчётному подъёму.

Маса складу по расчётному підйому визначається за точністю до 50 тонн по формуле:

(4.1).

де FK — расчётная сила тяги для даного локомотива, FK=50 600 кмб; P — расчётная маса локомотива, P=274 т; - основне удільне опір руху локомотива як тяги; - основне удільне опір руху складу (гружёных вагонів); - расчётный підйом, =7‰.

Осьова навантаження розраховується за формуле:

(4.2).

де qбр — середня маса брутто вагонів, nj — осность вагонов.

.

Основне удільне опір руху локомотива і вагонів слід визначати по нижеприведённым формулам для расчётной швидкості движения.

;

;

(4.3).

де, , і - вагові частки складі відповідних вагонів,, ;

,.

.

Тоді т, округлимо отримане значення кратно 50 т, тоді тонн.

5. Перевірка знайденою маси состава.

5.1. Перевірка знайденою маси складу подолання кінетичного подъёма.

Довжину пройдених відрізків шляху визначають по формуле:

(5.1).

де vкj і vнj — швидкість поїзди кінці і на початку задаваемого інтервалу швидкості на проверяемом кінетичному підйомі, км/год; - середня питома рівнодіюча сила, прикладена до поїзду не більше обраного інтервалу швидкості, Н/кН.

Питома сила тяги визначається выражением:

(5.2).

де FK — сила тяги, обумовлена по тяговим характеристикам для середньої швидкості інтервалу, кгс.

Питома замедляющая сила перебувають розслідування щодо формуле:

(5.3).

де і - основні удільні опору руху локомотива і складу, зумовлені для середньої швидкості інтервалів, Н/кН; - кінетичний підйом, ‰.

1) км/год, км/год, км/год, Fк = 16 800 кгс.

Відтинки шляху, отримані під час зниження швидкістю кожному інтервалі, просуммируем і порівняти з довжиною кінетичного подъёма:

;(5.4).

2100?708.08+660.88+618.41+576.14=2563,51- умова выполняется.

Висновок: поїзд із локомотивом серії 2ТЭ116 та величезною кількістю складу тонн долає кінетичний підйом крутизною ‰ і за зміни швидкості від км/год до км/ч.

5.2. Перевірка знайденою маси складу за довжиною приёмо-отправочных путей.

Довжина поїзда має перевищувати корисною довжини роздільних пунктів у тих ділянках звернення даного поїзда (з урахуванням допуску 10 м на неточність установки поїзда), то есть.

.(5.5).

Приёмоотправочный шлях за довжиною вибираємо найменшим з першого варіанта й останнього елементів заданого профілю; м.

Довжина поїзда визначається з выражения.

(5.6).

де — довжина складу, м; - число локомотивів,; - довжина локомотива, м.

Довжина складу равна:

(5.7).

де — число однотипних вагонів у складі; - довжина вагонів відповідного типу, м, м (беремо полувагоны).

Кількість вагонів за типами визначається по формуле.

(5.8).

де — середня для однотипної групи маса вагона, т, т; - частка (щодо маси) однотипних вагонів в составе.

ваг.,.

ваг., приймаємо вагонов;

м;

м.

Оскільки довжина поїзда більше довжини приёмоотправочных шляхів (1070>900), необхідно зменшити масу складу до величини, обмеженою довжиною приёмоотправочных путей:

(5.9).

де — кількість вагонів певній осности, яким потрібно зменшити довжину складу, ваг., ваг.

т, округлимо отримане значення кратно 50 т, тоді тонн.

Висновок: поїзд масою т з локомотивом 2ТЭ116 розміщається на приёмоотправочном шляху довжиною м.

5.3. Перевірка знайденою маси складу на трогание поїзди з места.

Однією з важких режимів роботи локомотива, коли використовується його повна міць і максимальні струми в тягових двигунах, є трогание на зупиночних пунктах (станциях).

Маса складу при трогании визначається по формуле.

(5.10).

де — сила тяги локомотива при трогании з місця, кмб; - удільне опір поїзда при трогании з місця (на майданчику), Н/кН; - крутість елемента одній з станцій (убік руху), найбільш важкого при трогании, ‰.

Питома опір руху визначається по формуле.

(5.11).

де — удільне опір руху при трогании поїзди з місця для 4-осных вагонів, Н/кН; - удільне опір руху при трогании поїзди з місця для 8-осных вагонів, Н/кН.

(5.13).

; ;

;

т.

Порівняємо масу складу з безліччю :

25 372,7> 4900, тобто виконується умова: .

Висновок: трогание поїзди з місця з безліччю складу т з локомотивом 2ТЭ116 возможно.

6. Розрахунок й модульна побудова діаграм питомих равнодействующих сил.

Рівняння руху потяга визначає зв’язок в диференціальної формі між масою складу, його швидкістю, часом руху, і діючими на поїзд силами. Поїзд сприймається як матеріальна точка і всі які діють нього сили вважаються прикладеними до ободу коліс на місці опори їх у рейки. Для полегшення обчислень рівняння руху потяга у про питомих единицах.

(6.1).

де 0 — відповідно удільні сили тяги, опору і гальмівна, Н/кН; 0 — коефіцієнт, відповідний прискоренню одиниці ваги поїзда при дії нею однієї тонна-силы, км/ч2 (наприклад, для вантажних поїздів км/ч2).

При русі на поїзд діють сила тяги, сила опору руху як тяги, сила опору руху як холостого ходу і гальмівна сила, Н.

Аби вирішити рівняння руху потяга і побудови кривою швидкості від шляху графічним методом необхідно мати діаграми (криві) равнодействующих прискорювальних і які уповільнюють наснаги в реалізації названих режимах ведення поїзда через прямий горизонтальному ділянці шляху, а именно:

* діаграму — удільної рівнодіючої прискорювальній сили на своєму шляху як тяги;

* діаграму — удільної замедляющей сили у режимі холостого хода;

* діаграму — удільної замедляющей сили у режимі службового регулировочного торможения;

* діаграму — удільної замедляющей сили у режимі екстреного торможения;

7. Визначення максимальної швидкість руху по спускам.

Згідно з умовами безпеку руху будь-який поїзд, незалежно від крутизни спусків, наявних дільниці, слід зупинити з відривом, рівному довжині расчётного (повного) гальмівного пути.

Величина повного гальмівного шляху ST нормується МШС і составляет:

при швидкості вантажного поїзда до 80 км/год Sт=1000 м — для спусків крутістю до ‰ включно і Sт=1200 м — для спусків крутизною ‰.

Аналітично повний гальмівний шлях визначається выражением.

Sт = Sп + Sд,(7.1).

де Sп — шлях підготовки гальм до дії, залежить від початковій швидкості гальмування (км/год) і часу підготовки гальм до дії (з), м; Sд — дійсний шлях, прохідний поїздом при діючих гальмах, м.

Шлях підготовки гальм до дії розраховується за формуле.

.(7.2).

Час підготовки гальм до дії залежить від величини удільної гальмівний сили при, числа осей у складі, крутизни спуску й по емпіричним формулам:

для вантажних складів із кількістю осей 200…300.

(7.3).

де — крутість ухилу, у якому виробляється гальмування, ‰.

Для км/ч:

якщо, те з, м;

якщо ‰, те з, м;

якщо ‰, те з, м;

якщо ‰, те з, м.

Для км/ч:

якщо, те з, м;

якщо ‰, те з, м;

якщо ‰, те з, м;

якщо ‰, те з, м.

Задля більшої своєчасного гальмування на практиці потрібно знати максимально допустиму швидкість руху потяга на спусках різної крутизни. Допустимі швидкості початку гальмування визначаються графічним способом, сутність якого у побудові залежності припустимою швидкості початку гальмування від крутизни спуску: .

Для побудови залежності листку міліметрової папери будуємо в раніше прийнятому масштабі криву екстреного гальмування і криві залежності швидкості початку гальмування від довжини гальмівного шляху щодо різноманітних спусков.

У координатах і з допомогою кривою будуємо криві для спусків, , і ‰. На осі фіксуємо точку-полюс М, чисельна розмір якої відповідає крутизні выбираемого спуску. Далі на кривою знаходимо середні удільні сили при екстреному гальмуванні для середніх точок інтервалу (наприклад, точка 1 — для інтервалу швидкостей від 0 до 10 км/год). Після цього докладаємо лінійку те щоб її ребро проходило через точки 0 і одну. До ребру лінійки докладаємо прямокутник, другий катет якого має проходити через початок координат, і креслимо відрізок 0А від точки 0 до верхнього інтервалу швидкості (км/год). Подальший процес побудови аналогічний описаного і радіомовлення продовжується до швидкості, рівної конструктивної швидкості локомотива.

Подібною будуємо криві ля спусків, і ‰, у своїй точка-полюс М кожному за спуску переміщається правіше початку координат на виборах 4, 8, 12 единиц.

Щоб співаку визначити допустиму швидкість початку гальмування кожному з вибраних спусків від вертикальних ліній, відповідних Sт=1000 метрів і Sт=1200 м, зліва-направо відкладаємо обчислені Sп лише на рівні швидкостей км/год і км/год. Пряма, проведена через ці точки, перетинає криву при ‰ у точці N0, чисельна розмір якої дорівнює припустимою швидкості початку гальмування. Поступаючи аналогічно, одержимо інших спусків точки N4, N8, N12.

Отримавши допустимі швидкості початку гальмування на вибраних спусках, їх значення переносимо як точок. Потім, провівши через точки і, і навіть через і прямі. Одержимо графіки для Sт=1000 метрів і Sт=1200 м. Цими прямих при ‰ проводимо границу.

Отже, графік дає можливість визначити найбільшу допустиму швидкість початку гальмування будь-якою спуске.

8. Побудова кривих швидкості, часу й тока.

8.1 Побудова кривою скорости.

Крива швидкості будується методом МШС з допомогою діаграм питомих прискорювальних і які уповільнюють наснаги в реалізації режимі тяги — за дзвоновидною кривою, як холостого ходу — за дзвоновидною кривою й у режимі службового гальмування — за дзвоновидною кривою .

При побудові залежності необхідно обов’язково учитывать:

* режим руху потяга (потяг, холостий хід чи торможение);

* характер зміни швидкість руху поїзди залежність від профілю шляху, тобто крутизни уклонов;

* становища точки-полюса на осі питомих прискорювальних і які уповільнюють сил.

* Режим руху вибираємо залежно від виробничої необхідності підвищення або зменшення швидкості і мінуси можливих її обмежень. Наприклад, при відправлення поїзда зі станції, тобто збільшення швидкості або заради подолання елементів профілю шляху, які мають велику крутизну піднесення, застосовується режим тяги.

* Режим холостого ходу використовується зазвичай, у випадках, коли подальше використання режиму тяги супроводжується збільшенням швидкість руху поїзда вище припустимою, і навіть перед включенням і після вимикання гальм, тобто і після включення режиму тяги.

* Режим гальмування використовується за незначного зниження швидкості або за необхідності зупинки поїзда. У кожному разі інтервал зміни швидкості при побудові залежності ні перевищувати 10 км/ч.

* Припустима швидкість руху обмежується станом шляху, гальмовими засобами поїзда, конструкцією локомотива і вагонів. У курсової роботі за максимально допустиму швидкість руху станом шляху приймається швидкість, рівна 80 км/год. Величина припустимою швидкості на спусках визначається і під час розділу 7.

* Становище точки-полюса на осі питомих прискорювальних і які уповільнюють сил визначається величиною ухилу аналізованого елемента профілю шляху. Наприклад, якщо елемент профілю шляху розташований на підйомі ‰, то становище точки-полюса відкладається на 1.5 одиниць вліво від осі скорости.

* У початковий час поїзд вирушає до режимі тяги вирушає зі станції А, його початкова швидкість дорівнює 0 км/год. Отже, початкова точка 0 кривою швидкості відома — вона на початку осі станції А. Потім на осі швидкості діаграм питомих прискорювальних і які уповільнюють зусиль приймаємо інтервал зміни швидкість руху поїзда від км/год до км/год. Значення середини інтервалу км/год проектуємо на криву удільної прискорювальній рівнодіючої сили у режимі тяги і фіксуємо точку С1. У цьому вважається, що з зміні швидкості поїзди інтервалі від до прискорювальна сила постійна й відповідає середньому значенням скорости.

* Далі на осі фіксуємо точку (полюс) М1, чисельна розмір якої дорівнює крутизні першого елемента профілю шляху, тобто — 1.5 одиниці праворуч від осі швидкості. Через отримані точки С1 і М1 проводимо пряму лінію, перпендикуляр до котрої я переносимо в точку 0, і креслимо лінію рівня км/год і фіксуємо точку 1, відповідну цієї швидкості. Такі чином, побудований перший відрізок 0−1 кривою швидкості. Подальший процес побудови кривою аналогичен.

* Для побудови кривою під час руху поїзди режимах холостого ходу і гальмування використовуємо криві і відповідно. Режим руху потяга позначимо на кривою: хх — спрямування режимі холостого ходу, т — як торможения.

8.2 Побудова кривою времени.

Побудова кривою часу виконуємо з допомогою кривою швидкості. Для визначення часу ходу на якомусь відрізку, наприклад, 0−1 беруть на кривою швидкості відрізок 0−1 і середину його проектують на вісь часу. Отриману на осі точку з'єднуємо лінією з початком координат осі. Перпендикуляр до отриманої лінії переносимо на початок осі станції Проте й проводимо відрізок. До того ж точка повинна бути на вертикальної проекції точки 1 кривою. Далі, вступаючи аналогічно, будуємо криву остаточно заданого участка.

Час руху на хвилинах будь-якого відрізку шляху окреслюється різницю ординат кривою часу наприкінці і на початку цього отрезка.

8.3 Побудова кривою тока.

Крива струму, як функція струму від пройденого поїздом шляху, необхідна для розрахунку нагрівання обмоток електричних машин локомотивів, і навіть визначення витрати електроенергії на тягу поїздів электроподвижным складом. Крива струму, як функція струму від шляху, будується лише у режимі тяги з допомогою кривою і токовых характеристик локомотивов.

Методика побудови кривою струму зводиться ось до чого. НА кривою швидкості визначаємо значення швидкості руху потяга. По токовой характеристиці [1] знаходимо величину струму, відповідну швидкості. На вертикальних лініях, що пропливали точки перелому кривою швидкості, у прийнятому масштабі наносимо точки, відповідні величинам струмів, знайдених по токовым характеристикам. Отримані точки з'єднуємо відрізками прямий лінією, яка утворює криву струму .

При побудові кривою струму головного генератора тепловоза також враховуємо перемикання рукоятки контролера машиніста з позиції на позицію; на кривою струму головного генератора позначається такий перехід з позиції на позицию.

Побудова кривою струму ведеться лише за русі поїзди режимі тяги. У режимах холостого ходу і гальмування струм відсутня, і крива обривається нанівець, де він, де знову включається режим тяги, струм відповідає швидкість руху локомотива.

9. Перевірка маси складу по нагріванню головного генератора.

Нагрівання обмоток тягових двигунів чи головних генераторів локомотивів залежить від величини струму, викликаного них, тобто сили тяги, і тривалості його дії. Для ведення більшої маси складу потрібна велика сила тяги, отже, більший ток.

Можливість проведення складу расчётной маси з усього ділянці з допомогою вибраних режимів перевіряємо по нагріванню електричних машин.

Перевищення температури обмоток двигуна над температурою довкілля визначаємо аналітичним методом по приближённым формулам:

при нагріванні (під час роботи як тяги).

(9.1).

де — усталене перевищення температури при певному струмі, оС; - проміжок часу, протягом якого протікає даний струм, хв; Т — стала часу, хв; - початкова перевищення температури (приймається значення наприкінці попереднього проміжку часу), оС.

за відсутності струму (в режимах вибігу і механічного гальмування) відбувається охолодження () і вираз (9.1) прийме вид.

.(9.2).

Використання даних формул допускається за умови, что.

.(9.3).

У тепловоза серії 2ТЭ116 перевіряють на нагрівання тягові електродвигуни. Середнє значення струму беремо між двома сусідніми точками. Середнє значення струму тягового двигуна тепловоза визначимо по формуле:

(9.4).

де — число двигунів в секції, для тепловоза 2ТЭ116 .

По графі 14 таблиці 9.1 вибираємо максимальну температуру перегріву і порівнюємо її з допустимим значенням перевищення температур обмоток. Повинно виконатися условие:

;(9.5).

49.60.

Висновок: тягові двигуни даного локомотива з безліччю поїзда Q=4900 т дільниці довжиною 19.88 км не перегреваются.

10. Розрахунок витрати палива тепловозами на тягу поездов.

Витрати на електроенергію чи паливо є з найважливіших елементів в собівартості перевезень, і тому точне визначення його розміри необхідне встановлення і різних техніко-економічних расчётов.

Загальний витрати тепловозом на переміщення складу визначається, як сума витрат палива за відтинки часу, відповідні постійному витраті палива й середньої постійної швидкість руху як тяги, і витрати палива під час руху на холостому ходу :

(10.1).

де — витрата (хвилинний) палива при швидкість руху і використовуваної позиції контролера, кг/хв; - проміжок часу роботи дизеля, у якого швидкість руху потяга прийнята постійної, хв; - питома витрата палива на тепловоз на холостому ходу, кг/мин.

Питома витрата натурного (дизельного) палива на кілограмах на одиницю перевізній роботи (кг/(104 т*км бр.)) составит.

(10.2).

де L — довжина ділянки, км.

Для планування витрати палива на ролі одиниця виміру приймають питома витрата умовного топлива.

(10.3).

де 1,43 — теплової еквівалент палива, визначається, як ставлення теплоти згоряння дизельного (41 900 кДж/кг) і умовного (29 300 кДж/кг) топлива.

Список використаної литературы.

1. Правила тягових розрахунків для потяговий роботи. М., 1985.

2. Тягові розрахунки. Методичні вказівки до курсовому проектування під редакцією Ю. М. Ликратова. Новосибірськ, 1989.

3. Рухомий склад парламенту й тягове господарство залізниць / Під ред. А. П. Третьякова. М., 1971.