ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Уральский государственныйуниверситет путей сообщения
Кафедра «Электрическая тяга»
Курсовой проект
По дисциплине: «Теория электрической тяги»
На тему:
«Тяговые расчеты поездной работы наэлектрифицированном участке»
Проверил:
Выполнил:
Екатеринбург 2006
Содержание
Введение
1. Исходные данные и задание на курсовой проект
2. Анализ исходных данныхи выбор расчетного подъема
3. Расчет массы состава иее проверка
4. Построение диаграммыудельных результирующих сил поезда
5. Тормозная задача
6. Построение кривыхдвижения поезда
7. Построение кривых токатягового двигателя и электровоза
8. Расчет нагреваниятяговых двигателей
9. Расчет полного иудельного расхода электроэнергии
Список использованныхисточников
1 Исходные данные.
1.1 Индивидуальныеисходные данные
1.1.1 Электровоз ВЛ-8.Профиль № 10 (таблица 1.1.).
1.1.2 Вагонный составпоезда
Доля (по массе)восьмиосных (/>) и четырехосных (/>) вагонов в составе поезда:
/> = 0,02·N, (1.1)
/> = 0,02·10 = 0,2гдеN – порядковый номер студента по списку.
/> = 1 — /> (1.2)
/> = 1 – 0,2 = 0,8
Масса в тоннах,приходящихся на ось колесной пары, соответственно:
m08 = 6,5 + 0,5·N, (1.3)
m08 = 6,5 + 0,5·10 = 11,5 т.
m04 = 7,5 + 0,5·N. (1.4)
m04 = 8,5 + 0,5·10 = 13,5 т.
1.1.3 Направлениедвижения –нечетное.
1.2 Общие данные
1.2.1 Участок А-Б-В имеетзвеньевой путь.
1.2.2 Расположение осейстанционных путей следующее:
– ось станции Арасположена в начале первого элемента;
– ось станции Брасположена в середине элемента № 13;
– ось станции Врасположена в конце последнего элемента.
1.2.3 Длина станционныхпутей – 1250 м.
1.2.4 Допустимая скоростьдвижения по состоянию путей:
– по перегонам………..80км/ч;
– по станциям…………60 км/ч.
1.2.5 Допустимыйтормозной путь при экстренном торможении –1200 м.
1.2.6 Расчетный тормознойкоэффициент поезда – 0,33.
1.2.7 Тормозные колодки –чугунные.
Таблица 1.1 – Продольныйпрофиль и план пути участка А-Б-ВНомер элемента Lэ, м i, % 1 А 1700 -0,3 2 600 -1 3 1100 4 1900 4,5 5 1200 6 1300 3,5 7 1400 8 8 1600 10 9 1100 10 1400 -5 11 1800 -2 12 800 13 Б 1600 0,4 14 1300 1,5 15 1700 16 800 -7 17 1600 -12 18 1100 -2 19 1200 20 1600 10 21 1800 2,5 22 800 23 1700 -6 24 1000 -3 25 1500 -8 26 700 27 В 1000 0,2 35300
2. Анализ исходных данныхи выбор расчетного подъема
2.1. Основные данныеэлектровоза
Таблица 2.1
Основные техническиеданные и характеристики электровоза.
Серия
электровоза
Тип
ТЭД
mэ, т
Fктр, кН
Fкт,
кН
vр,
км/ч
Lэ,
м
aсн,
кВт·ч/мин
vк,
км/ч ВЛ – 8 НБ – 406 184 595 456 43,3 28 1,67 80
Таблица 2.2 – Тяговыехарактеристики электровоза ВЛ – 8.V, км/ч Fк, кН ПВ ОВ 1 ОВ 2 ОВ 3 595 10 499 20 480 30 471 43,3 466 600 - - 45 282 397 530 - 50 190 274 362 460 55 134 196 266 335 60 98 140 194 254 65 77 112 151 193 70 61 87 119 157 75 50 73 103 133 80 41 61 88 112
Таблица 2.3
Токовые характеристикиэлектровоза ВЛ – 8 в режиме тяги.V, км/ч Iэ, А ПВ ОВ 1 ОВ 2 ОВ 3 40 1900 3000 - - 45 1330 1830 2500 - 50 970 1390 1900 2400 55 770 1110 1460 1870 60 620 880 1200 1530 65 540 740 1020 1290 70 480 650 900 1130 75 430 590 810 1020 80 390 540 750 930
Таблица 2.4 – Токи электровозаВЛ – 8 в период пуска и разгона.V, км/ч Iэ, А
0,0
8,2
8,2
18,5
18,5
39,7
570
515
1030
980
1960
1910
Таблица 2.5 – Тепловая характеристикаТЭД НБ-406, электровоза ВЛ – 8.Iя, А 100 200 300 400 450 500 600
τ∞, С° 22 46 91 185 260 350 572 Т, мин 44 44 44 44 44 44 44 44
2.2. Расчет и построениеограничений характеристик
Сила сцепления в режиметяги Fсц, кН, определяется по выражению:
Fсц = 9,81·mэ·ψк, (2.1)
где, mэ – масса электровоза.
ψк –расчетный коэффициент сцепления.
Расчетный коэффициентсцепления определяется:
ψк =0,25+8/(100+20·v) (2.2)
Сила сцепленияэлектровоза при рекуперативном торможении Всц, кН, принимаем равной0,8 Fсц.
Таблица 2.6 – Ограничениехарактеристик по силе сцепления.V, км/ч 10 20 30 43,3 50 60 70 80
ψк 0,330 0,277 0,266 0,261 0,258 0,257 0,256 0,255 0,255
Fсц, кН 595,66 499,39 480,14 471,88 466,20 464,38 462,36 460,88 459,75
2.3. Анализ продольногопрофиля пути
В курсовом проектепредполагается массу состава определить из условия движения с равномернойскоростью по расчетному подъему, но надежного метода выбора расчетного подъеманет, поэтому правильность определения расчетного подъема устанавливается припостроении кривой скорости движения.
Если длина труднейшегоподъема, характер прилегающих к нему элементов профиля пути и расположениеостановочных пунктов позволяют предположить, что этот подъем не может бытьпреодолен с использованием кинетической энергии поезда, то такой подъем следуетпринимать расчетным.
По данным таблицы 1.1. выбираемтри наиболее крутых подъёма:
— элемент 7, i = 8,0 ‰
— элемент 10, i = 10,0 ‰
— элемент 20, i = 10,0 ‰
За расчетный принимаемподъем на элементе 10.
Ось станции А расположенана уклоне i = -0,3 ‰ ось станции Б расположена на подъеме i = 0,4 ‰, оськонечной станции В на подъеме, где i = 0,2 ‰.
Самый крутой спуск научастке элемент 17, i = -12,0 ‰.
3. Расчет массысостава и ее проверки
3.1. Расчеткритической массы состава
Критическая масса составаmс кр, т, определяется по мощностиэлектровоза из условия движения поезда по расчетному подъему с установившейся(равномерной) скоростью и при работе электровоза в расчетном режиме
/>/> (3.1)
где Fкр – расчетная сила тяги электровоза,Н;
g – ускорение свободногопадения, м/с2;
wо’ – удельное основное сопротивлениедвижению электровоза при езде под током, Н/кН;
iр – расчетный подъем, ‰;
w”о – удельное основноесопротивление движению состава, Н/кН.
Примечание. За расчетныйподъем принимают один из наиболее крутых и один из наиболее длинных попротяженности подъемов, перед которым отсутствуют достаточно легкие элементыпрофиля пути. Последнее дает основание предположить, что этот подъем не можетбыть преодолен с использованием кинетической энергии движения поезда. Извышесказанного следует, что надежного метода выбора расчетного подъема нет.Поэтому правильность определения расчетного подъема может быть установленатолько после построения кривой скорости движения поезда и оценки проследованиявыбранного подъема.
Для всех серийэлектровозов величину wо’ рассчитывают по формуле
wо’ = 1,9 + 0,01V + 0,0003V2, (3.2)
где V – скорость движения, км/ч.
Для состава,сформированного из четырехосных и восьмиосных вагонов, величину wо” рассчитывают по формуле
/> (3.3)
где wо4” – удельное основное сопротивление движениючетырехосных вагонов, Н/кН;
wо8” – удельное основное сопротивление движениювосьмиосных вагонов, Н/кН.
Удельное основноесопротивление движению груженых четырехосных и восьмиосных вагонов определяютпо формулам:
/>, (3.4)
/> (3.5)
где m04, m08 – масса приходящихся на одну ось четырехосного ивосьмиосного вагона соответственно, т.
При расчете массысостава, величины wо’, wо” определяют при V = Vр
Тогда, проведя расчет поформулам (4.1) – (4.5) получим:
/>
/>
wо’ = 1,9 + 0,01·43,3 + 0,0003·43,32 = 2,90Н/кН
/>
Тогда
/>
3.2Проверка критической массы состава по условию взятию поезда с места
Критическая масса составадолжна быть меньше массы mс.тр, полученной по формуле
/> (3.6)
где mс.тр – масса состава по условию взятияпоезда с места, т;
Fк.тр – сила тяги электровоза при троганиипоезда с места, Н;
wтр – удельное основное сопротивлениедвижению состава при трогании поезда с места, Н/кН;
iтр – уклон станционного пути, на которомпроисходит трогание поезда с места, ‰.
Основное удельноесопротивление движению при трогании поезда с места для вагонов на роликовыхподшипниках определяется по формуле
Wтрi = 28 / (moi + 7), (3.7)
где mоi – масса, приходящаяся на ось вагона i-того типа, т.
Для состава из четырехосных и восьмиосных вагонов wтропределяют по выражению
wтр = a4×wтр4+ a8×wтр8, (3.8)
Очевидно, критическая масса состава проверяется на взятие поезда с
места на остановочном пункте с наиболее тяжелым профилем пути.
Произведя расчеты по формулам (4.6) – (4.8) получим:
Wтр4 = 28 / (11,5 + 7) = 1,51 Н/кН
Wтр8 = 28 / (13,5 + 7) = 1,37 Н/кН
wтр = 0,8×1,51+ 0,2×1,37 = 1,48 Н/кН
/>
Полученная масса состава значительно превышает то значение mс, которое было получено по формуле (3.1). Этоудовлетворяет условию проверки.
3.3 Проверка массы состава по размещению на станционных путях
Длина поезда не должна превышать полезной длины приемоотправочных путейна участках обращения данного поезда (с учетом допуска 10 м на установку поезда).
Длина поезда lп, м,определяется по формуле
lп = lс + nл× lл + 10, (3.9)
где lс — длинасостава, м;
nл — число локомотивов.
Длина состава определяется по формуле
lс = S(ni × li), (3.10)
где ni — количество вагонов i-го типа всоставе;
li — длинавагона i-го типа, м.
В курсовом проекте принять l4 = 14 м, l8 = 21 м.
Количество вагонов определяется по выражению
ni = ai × mс / mi, (3.11)
где ai — доля вагонов i-го типа (по массе);
mi — массаодного вагона i-го типа, т.
Масса вагона определяется по числу осей и осевой нагрузке.
Тогда по формулам (3.9) – (3.11) получаем:
n4 = />
n8 = />
lс = (66×14)+ (7×21)= 1071,00 м.
lп = 1071,00 + 28 ×1+ 10 = 1109,00 ≈ 1110 м.
Данная проверка массы состава по размещению на станционных путяхвыполнена, т.к. полученная величина lп менее длиныстанционных путей 1250 м по условию задания.
4. Расчет и построение зависимостей удельныхрезультирующих сил поезда от скорости движения.
Для получения в дальнейшем кривых движения поезда графическим способомнеобходимо предварительно рассчитать удельные результирующие силы, действующиена поезд при движении его по прямому и горизонтальному участку пути. При этомудельные результирующие силы поезда рассчитывают и строят на графике взависимости от скорости движения для всех трех возможных режимов веденияпоезда: тяги – fт (V), выбега – fв (V), служебного механического торможения – fсл… т (V). Совместное графическое изображение этих зависимостейпринято называть диаграммой удельных результирующих сил поезда.
В тяговом режиме
fт = fк — wо, (4.1)
в режиме выбега
fв = -wох , (4.2)
в режиме экстренного торможения
fэ.т. = — (bт + wо) (4.3)
в режиме служебного механического торможения
fсл.т = — (0,5bт + wох), (4.4)
где fк — удельная силатяги, Н/кН;
wо — удельное основноесопротивление движению поезда при работе электровоза под током, Н/кН;
wох — удельноеосновное сопротивление движению поезда при работе электровоза без тока, Н/кН;
bт — удельнаятормозная сила при механическом торможении, Н/кН.
В свою очередь
wо = (mл× wo + mc × wо ) / (mл + mc), (4.5)
wох = (mл × wx+ mc × wо ) / (mл + mc), (4.6)
fк = Fк / [( mл + mc) × g], (4.7)
bт = 1000jкр× uр; (4.8)
где wх - удельноеосновное сопротивление движению электровоза при
работе его без тока, Н/кН;
Fк - сила тягиэлектровоза, Н;
jкр — расчетный коэффициент трения колодок обандаж;
uр — расчетный тормозной коэффициент поезда.
Для всех серий электровозов
wх = 2,4 + 0,011V + 0,00035V2. (4.9)
Для чугунных тормозных колодок
jкр = 0,27(V + 100) / (5V + 100). (4.10)
Расчет значений удельных сил поезда выполняют для ряда скоростей движенияс интервалом 10 км/ч в диапазоне от нуля до конструкционной скорости.
В диапазоне скоростейдвижения от нуля до скорости выхода на характеристику полного возбуждения ПВсилу тяги принимают равной силе сцепления.
Сопротивление движению электровоза исостава при скоростях от 0 до 10 км/ч принимают неизменным и равным еговеличине при скорости движения 10 км/ч.