В режиме тяги и выбега электровоза

 Расчёт основного удельного сопротивления движению поезда в режиме тяги  и выбега локомотива (то есть следования без тока)  для различных типов вагонов и электровоза выполняют по формулам (3.2) – (3.7). Расчёт сначала проводят для скоростей движения от 0 до 29-й позиции для электровозов переменного тока не более чем через 10 км/ч, затем необходимо рассчитать значения и при скорости перехода с 29-й на 33-ю позицию в режиме НП, а далее при скоростях перехода с одной ступени ослабления возбуждения на другую (v_оп1 , v_оп2 , v_оп3) на 33-й позиции. После этого не более чем через 5 км/ч до максимальной скорости движения. Результаты расчётов основного удельного сопротивления движению поезда при езде под током и без тока сводят в табл. 4.1. Основное удельное сопротивление движению поезда в режиме тяги определяется по формуле:

(кгс/тс),                          (4.1)

а основное удельное сопротивление движению поезда при движении локомотива без тока  − по формуле:

(кгс/тс),                          (4.2)

Пример: v=10 км/ч.

=1,9+0,008∙10+0,00025∙10²=2,01 кгс/тс,

=0,7+(8+0,08∙10+0,002∙10²)/14=0,99 кгс/тс,

=0,7+(6+0,026∙10+0,0017∙10²)/17,25=1,07 кгс/тс,

=0,7∙0,99+0,3∙1,02=1,02 кгс/тс,

,

= 2,4 + 0,009∙10 + 0,00035∙10²=2,53 кгс/тс,

Дальнейшие расчёты ведём подобным образом. Результаты сводим в табл. 4.1.

Таблица 4.1 - Основное удельное сопротивление движению поезда в режиме тяги и выбега

Расчетные формулы	Скорость, км/ч
	0,0	10,0	20,0	30,0	40,0	49,5	50,0	53,5	55,0	59,5	60,0	65,0	70,0	75,0	80,0	85,0	90,0	95,0	100,0
ω`0,Н/кН	1,90	2,01	2,16	2,37	2,62	2,89	2,93	3,04	3,10	3,26	3,28	3,48	3,69	3,91	4,14	4,39	4,65	4,92	5,20
Pω`0,Н	364,8	385,0	414,7	454,1	503,0	555,3	561,6	584,4	594,5	626,1	629,8	667,4	707,5	750,0	794,9	842,2	891,8	943,9	998,4
ω``04р,Н/кН	0,91	0,99	1,10	1,24	1,40	1,57	1,59	1,67	1,70	1,80	1,81	1,94	2,06	2,20	2,34	2,49	2,65	2,81	2,99
αω``04р,Н/кН	0,64	0,70	0,77	0,87	0,98	1,10	1,12	1,17	1,19	1,26	1,27	1,36	1,45	1,54	1,64	1,75	1,86	1,97	2,09
ω``08р,Н/кН	1,05	1,07	1,12	1,18	1,27	1,36	1,37	1,41	1,43	1,49	1,49	1,56	1,64	1,72	1,80	1,89	1,98	2,08	2,18
βω``08р,Н/кН	0,31	0,32	0,34	0,35	0,38	0,41	0,41	0,42	0,43	0,45	0,45	0,47	0,49	0,51	0,54	0,57	0,59	0,62	0,66
ω``0,Н/кН	0,95	1,02	1,11	1,22	1,36	1,51	1,53	1,59	1,62	1,71	1,72	1,82	1,94	2,05	2,18	2,31	2,45	2,59	2,75
Qω``0,Н	4008	4271	4642	5122	5711	6334	6409	6679	6798	7172	7215	7659	8131	8629	9155	9708	10288	10895	11530
	0,996	1,06	1,151	1,27	1,415	1,5686	1,587	1,6537	1,6832	1,7756	1,7862	1,8959	2,0123	2,1355	2,2654	2,4021	2,5455	2,69564	2,85253
ωx,Н/кН	2,40	2,53	2,72	2,99	3,32	3,68	3,73	3,88	3,95	4,17	4,20	4,46	4,75	5,04	5,36	5,69	6,05	6,41	6,80
Pωx,Н	461	485	522	573	637	707	715	746	759	802	806	857	911	968	1029	1093	1161	1231	1306
	1,02	1,08	1,18	1,30	1,45	1,60	1,62	1,69	1,72	1,82	1,83	1,94	2,06	2,19	2,32	2,46	2,61	2,76	2,92

4.2. Расчет удельных ускоряющих сил

Удельные ускоряющие силы в режиме тяги f_у при движении поезда по прямому горизонтальному пути определяется по формуле:

f_у = (кгс/тс).                             (4.3)

Силу f_k при движении на естественных характеристиках берут из построенных в разделе 1 тяговых характеристик, а при скоростях от 0 км/ч до выхода на 29-ю позицию её принимают постоянной, в том числе и для электровозов, имеющих ограничение зависимостей f_k(v) по сцеплению.

Расчёт величины f_у по формуле (4.3) производят для тех же скоростей, что и для основного сопротивления движению поезда (см. табл. 4.1). величину для соответствующих скоростей берут из табл. 4.1.

Пример: v=10 км/ч; F_k=51300 кгс; =1,06 кгс/тс.

f_у = кгс/тс.

Дальнейшие расчёты производим таким же образом. Результаты заносим в табл. 4.2.

4.3. Расчет и построение удельных замедляющих сил при торможении

В данной курсовой работе расчет удельной замедляющей силы , кгс/тс ведется в режиме механического торможения с использованием чугунных колодок. Эту величину рассчитывают по формуле:

                                        ,                                                            (4.2)

где  - удельная тормозная сила, кгс/тс

                                                    ,                                                           (4.3)

где  - расчетный коэффициент трения колодки о бандаж. Для чугунных колодок его определяют по формуле:

                                                                                                        (4.4)

где  - скорость движения, км/ч

 - расчетный тормозной коэффициент. Он определяется как

                                                    ,                                                   (4.5)

где  - сумма расчетных тормозных нажатий колодок локомотива, тс;

 - сумма расчетных тормозных нажатий колодок вагонов, тс.

В ПТР указано, что для грузовых поездов на спусках до 20 ⁰/₀₀ тормозную силу электровоза и его вес в расчетах не учитывают, поэтому формула (4.5) примет вид:

                                   (4.6)

для грузовых вагонов на груженом режиме воздухораспределителя нажатие колодки на колесо К_р(в) равно 7 тс на ось. сумма нажатия всех колодок определяется как произведение нажатия на одну колодку К_р(в) на число тормозных осей в поезде n_тос , которое в свою очередь определяется по формуле:

n_тос = n_тос4 + n_тос8 ,                                      (4.7)

где n_тос4 и n_тос8 – количество тормозных осей в 4^х и 8^и осных вагонах соответственно, которые находятся по формулам:

n_тос4 = n_во4∙α,                                   (4.8)

n_тос8 = n_во8∙β,                                   (4.9)

где α и β − доля тормозных осей в составе 4^х и 8^и осных вагонов соответственно, которые заданы в задании на курсовую работу;

n_во4 и n_во8 – число осей соответственно 4^х и 8^и осных вагонов.

Значение величины основного удельного сопротивления движению поезда при механическом торможении берут из таблицы 4.1.

Определяем количество осей 4^х и 8^и осных вагонов:

n_во4=n₄∙n_o4=53∙4=212,

n_во8=n₈∙n_o8=10∙8=80.

Определяем количество тормозных осей n_тос4 и n_{тос 8} по формулам (4.8) и (4.9):

n_{тос 4}=212∙0,98 208,

n_{тос 8}=80∙1 40.

Находим общее число тормозных осей в поезде по формуле (4.7):

n_тос=208+80=288.

Находим общее нажатие поезда:

=288∙7=2016 тс.

Определяем коэффициент обеспечения поезда тормозами по формуле (4.6):

.

Определяем расчётный коэффициент трения колодки о колесо φ_кр при скорости 10 км/ч по формуле (4.4):

φ_кр = .

Находим удельную тормозную силу b_т при данной скорости по формуле (4.3):

b_т =1000∙0,198∙0,48=95,04 кгс/тс.

Находим удельную замедляющую силу при служебном торможении при данной скорости по формуле (4.2):

b_сл =0,5∙95,04+1,08=48,6 кгс/тс.

Находим удельную замедляющую силу при экстренном торможении, применяющемся в исключительных случаях для предупреждения несчастных случаев и аварий, кгс/тс:

Т                                                                                               (4.10)                                  

Остальные расчёты ведём подобным образом. Результаты расчётов удельных тормозных сил сведены в таблицу 4.3.

Таблица 4.3 – Расчет величины удельной замедляющей силы

4.4 Расчет удельных замедляющих сил при электрическом торможении

Для построения удельных замедляющих сил в режиме рекуперативного торможения воспользуемся тормозными характеристиками электровоза ВЛ80^т в данном режиме.

Удельная замедляющая сила при электрическом торможении  определяется по формуле:

                                                                                          (4.10)

Также рассчитаем удельную силу сцепления b_{сцрекуп}, которая определяется по формуле:

                                                                                         (4.11)

        После проведения расчетов строим на миллиметровой бумаге диаграммы удельных характеристик: диаграммы удельных ускоряющих и удельных замедляющих характеристик в режиме тяги f_y ( по данным таблицы 4.2), диаграмму удельной замедляющей силы в режиме выбега w_0х ( по данным таблицы 4.1), на отдельном листе строим диаграмму удельной замедляющей силы в режиме механического торможения b_зсл  (по данным таблицы 4.3)

На третьем листе строим диаграмму удельной замедляющей силы в режиме электрического торможения b_зреост  (по данным таблицы 4.4)

        При построении вышеуказанных диаграмм соблюдаем масштабы, рекомендованные для проведения тяговых расчетов, которые приведены в методических указаниях к выполнению курсовой работы (берем второй вариант).

       По этим рекомендациям берем следующий масштаб:

     Скорость 1 км/ч – 2 мм;

     Удельная сила 1 кгс/тс – 10мм. 

РЕШЕНИЕ ТОРМОЗНОЙ ЗАДАЧИ

В процессе движения поезда машинисту приходится применять торможение как с целью снижения или поддержания скорости (регулировочное торможение), так и для полной остановки поезда. В нормальных условиях осуществляется служебное торможение, а для предотвращения наездов и аварий – экстренное. Поэтому расчёты режимов торможения – ответственная часть тяговых расчетов, и они выделены в самостоятельный раздел – тормозные задачи.

В данном курсовом проекте будем решать тормозную задачу, для которой известно:

– вес поезда P+Q;

– профиль пути i, ‰;

– тормозные средства

– длина тормозного пути S_т = 1100 м,

требуется определить максимальные допустимые скорости движения V_max.

Для обеспечения безопасности движения поездов установлен наибольший тормозной путь:           

S_т = S_п + S_д  ,

где S_п – путь подготовки тормозов к действию, м;

S_д – действительный путь торможения, м.

  Путь подготовки тормозов к действию определяется по формуле

S_п = 0,278·v_нт ·t_п,

где t_п – время подготовки тормозов к действию, с;

  v_нт – скорость начала торможения, км/ч (принимаем равной v_max).

Время подготовки тормозов к действию t_п для грузовых поездов с числом осей не более 300 при автоматических тормозах рассчитывают по формуле:

 ,                                     

где i_c – алгебраическое значение крутизны спрямлённого уклона, ‰ ;

φ_кр – расчётный коэффициент трения колодки о бандаж при наибольшей скорости;

 – расчётный тормозной коэффициент поезда в режиме экстренного торможения.

Рассчитаем по вышеприведённым формулам время подготовки тормозов к действию и путь подготовки тормозов к действию для трёх значений уклонов.

Пример: v_max = 100 км/ч;  = 0,48; i_c1 = -11,5 ‰; i_c2 = -5,75 ‰; i_c3 = 0 ‰; φ_кр= 0,09.

 с;

 с;

 с;

Решение тормозной задачи приведено в приложении 5.

С помощью кривой b_тэ(v) строим кривую v(S_т), по которой определяем максимальные скорости движения поезда на уклонах . Определив эти скорости, можем построить кривую . Она изображена в приложении 6.

7. ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ И ВРЕМЕНИ ХОДА ПОЕЗДА ПО УЧАСТКУ

Зависимости  называются кривыми движения. Эти зависимости строят на миллиметровой бумаге графическим методом.

Зависимость  строят, используя кривые удельных ускоряющих и замедляющих сил. Перед тем, как начать строить кривые движения поезда, необходимо проанализировать профиль пути, данный в задании на курсовую работу, чтобы определить характер движения поезда на каждом из участков профиля. В данной работе мы видим, что перегон между станциями А и Б состоит из одних подъемов, между станциями Б и В состоит из одних подъемов.

При движении с остановкой и при разгоне со станций необходимо учесть ограничение максимальной допустимой скорости движения по стрелкам – 40 км/ч, а для этого нужно определить место перехода с режима тяги про разгоне поезда на режим выбега. Для этого при построении кривой скорости на планшете отметим точку в месте расположения стрелок при скорости 40 км/ч и обратным построением построим кривую скорости в режиме выбега до пересечения с режимом тяги.

При движении поезда с остановкой на станции Б нужно определить место перехода с режима тяги на режим выбега. Это также определяется обратным построением кривой скорости в режиме выбега от места расположения стрелок на станции Б до точки пересечения с режимом тяги.

Для построения кривой  значение средней скорости движения  каждого прямолинейного отрезка кривой  сносят на вертикальную линию, проведенную на расстоянии  от начала координат влево. Соединив полученную точку с началом координат и проведя к этой линии перпендикуляр в пределах пройденного пути  при изменении скорости на , получим время, необходимое для прохождения пути .

Таким образом, построив кривую движения подсчитали время – 31,5 мин.

Подсчитаем техническую скорость движения, используя формулу:

                                                       .                                                  (5.1)

                                            км/ч,

При построении кривых движения были использованы масштабы:

1. скорости: 1 км/ч – 2 мм;

2. времени: 1 мин – 10 мм;

3. пути: 1 км – 48 мм;

4. постоянная  - 25 мм.

Графики зависимостей  и  приведены в приложении 7.

8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ТЯГУ ПОЕЗДОВ

       При определении нагрева тяговых электродвигателей и расхода энергии для электроподвижного состава однофазного тока со статическими преобразователями и тяговыми электродвигателями постоянного тока необходимо также построение токовых характеристик. Наличие преобразовательной установки на электровозе, а также изменение коэффициента мощности вызывает необходимость построения следующих кривых: тока тяговых двигателей Iд(S) – для определения нагрева их обмоток; действующее значения активного тока электровоза (на первичной обмотке трансформатора) Ida(S) – для определения расхода электроэнергии.

       Расход электроэнергии в курсовом проекте определяем при помощи кривой тока, потребляемой электровозом при движении по данному железнодорожному участку. Кривую тока можно построить двумя способами:

- с помощью токовых характеристик электровоза;

- в точках перелома кривой скорости υ(S) при следовании в режиме тяги определяем силу тяги электровоза, из ее величины находим силу тяги одного ТЭД, по силе тяги определяем его ток, по которому определяем ток электровоза.   

8.1 Построение кривой тока электровоза

Кривые Iд(S) и Ida(S) строят на том же планшете, где были построены кривые υ(S) и t(S). Масштаб при этом выбирают исходя из удобства пользования токовыми характеристиками и соблюдая масштабные ряды.

Построение кривой Iд(S) для электровозов переменного тока ведут, используя характеристики υ(S). По этой характеристике определяют ток тягового двигателя (согласно токовым характеристикам электровоза) в режиме тяги (или в режиме рекуперативного торможения) в точках излома кривой скорости. Режим работы двигателей устанавливают по тем особым отметкам, которые были нанесены при построении кривой скорости υ(S).

Аналогично строим кривую Ida(S) в режиме тяги.

Кривые Iд(S) и Ida(S) приведены в приложении 7.

8.2 Определение общего и удельного расхода электроэнергии на

 тягу поездов

Локомотивы совершают механическую работу, затрачиваемую на передвижение поезда. Эту работу электроподвижной состав выполняет, используя электрическую энергию, получаемую от систем электроснабжения электрифицированной железной дороги. При расчете полного расхода электроэнергии, потребляемой электроподвижным составом, ее подразделяют на отдельные составляющие: энергия, расходуемая на тягу поезда и энергия, расходуемая на собственные нужды электровоза.

Расход электроэнергии на тягу поезда можно определить графоаналитическим способом при использовании кривых тока и времени. Для этого кривую тока разбивают на участки, в пределах которых ток принимают постоянным и равным среднему арифметическому значению в начале (н) и конце (к) участка:

                                         [А]                                          (8.1)

По кривой времени определяется длительность интервала , мин, действия этого тока

Расход электроэнергии на тягу поездов , , определяют по формуле:

                                        ,                                             (8.2)

где напряжение на токоприемнике, В

Для тягового режима на участках переменного тока  В.

Удельный расход электроэнергии, :

                                        ,                                                       (8.3)

где  - пробег поезда, км.

Удельный расход электроэнергии на собственные нужды,  определяем по формуле:

                                        ,                                                        (8.4)

где  - полный расход энергии на собственные нужды электровоза, ;

Рисунок 8.1 – Токовые характеристики электровоза ВЛ80^т

Рисунок 8.2 – Токовые характеристики ТЭД НБ-418К электровоза ВЛ80^т  при реостатном торможении.

                                                          ,                                                       (7.5)

где  - время работы электровоза на участке, мин;

 - среднее значение электроэнергии, потребляемых вспомогательными машинами электровоза (кВт•ч/мин), для ВЛ-80^с данный параметр составляет 5,50 кВт•ч/мин

Отсюда удельный расход электроэнергии на тягу поездов :

                                                                                                   (7.6)

Пример: Необходимо определить удельный расход электроэнергии на тягу поезда на основании кривых  и  при напряжении на токоприемнике 25000 В.

1) Рассчитаем средние значения тока на каждом участке:

на участке 2 - 3

;                 мин и т.д.

Результаты расчетов сведены в таблицы 8.1.

2) Рассчитаем расход электроэнергии на тягу поезда по формуле (8.2):

3) Удельный расход энергии:

 Полный расход энергии на собственные нужды электровоза:

4) Удельный расход энергии на собственные нужды:

.

5) Удельный расход электроэнергии на тягу поезда:

Таблица 8.1 – Расчет электроэнергии на тягу поезда