--PAGE_BREAK--Введение.
При эксплуатации, а также при определении путей перспективного развития железных дорог, возникают многочисленные практические задачи, которые решаются с помощью теории локомотивной тяги и ее прикладной части — тяговых расчетов.
Основные задачи, которые решаются с помощью тяговых расчетов, следующие:
– выбор типа локомотива и его основных характеристик;
– расчет массы состава;
– расчет скорости и времени хода поезда по перегону;
– тормозные расчеты;
– определение механической работы локомотивов;
– определение температуры нагрева тяговых электрических машин.
Полученные с помощью тяговых расчетов данные служат основой для решения следующих задач:
– составление графиков движения поездов;
– разработки рациональных режимов вождения поездов;
– нормирования расхода топлива и электрической энергии натягу поездов;
– составления графика оборота локомотивов;
– расчета пропускной и провозной способности;
– расстановки сигналов на перегонах и раздельных пунктах для обеспечения безопасной остановки перед ними;
– проектирования новых и реконструкции существующих железных дорог.
Цель данной курсовой работы научится решать следующие задачи тяговых расчетов для заданного участка железнодорожной линии и заданного вида подвижного состава:
– строить и спрямлять профиль и план пути;
– проводить анализ профиля пути и выбирать величину расчетного подъема;
– определять массу состава по выбранному расчетному подъему;
– проверять массу состава на прохождение подъемов большей крутизны, чем расчетный, с учетом использования накопленной кинетической энергии;
– проверять возможность трогания с места при остановках на расчетном подъеме;
– определять длину поезда и сопоставлять её с заданной длиной приемоотправочных путей;
– рассчитывать удельные ускоряющие и замедляющие силы для режима тяги, холостого хода и торможения;
– определять максимально допустимую скорость движения на наиболее крутом спуске участка при заданных тормозных средствах поезда;
– строить кривые скорости и времени ;
– определять техническую скорость движения поезда по участку;
– рассчитывать время хода поезда по участку способом равномерных скоростей.
1. Построение и спрямление профиля пути.
1.1.
Построение
профиля
и
плана
пути
Элементамипрофиляпутиявляютсяуклоны
(подъёмыиспуски) иплощадки
(горизонтальныйэлемент, уклонкоторогоравеннулю). Граница смежныхэлементовназываетсяпереломом
профиля
. Расстояниемежду смежнымипереломамипрофиляпутиобразуетэлемент
профиля
.
Напрофилепутиотмечаюткрутизнуипротяженностьэлемента, высоты(отметки) переломныхточекнадуровнемморя, осираздельныхпунктов, границыстанцийикилометровыеотметки.
Напланепутинаносятрадиусы(углы) идлиныкривыхипрямыхучастковпутииихместорасположение.
Заданныйвтаблице №1профильипланпутинеобходимонанестиналистмиллиметровойбумагишириной297 ммидлиной630 мм. Профильвычерчиваетсявмасштабе: путь1 км—
20 мм, высотапереломныхточек1 м — 1 мм.
Отметкипереломныхточекрассчитываютсяпоформуле:
(1.1)
гдеhKj
— конечнаядля элементапутиотметкапрофиля, м
,
hHJ
-начальнаядля элементапутиотметкапрофиля, м
. — уклон(подъём илиспуск), %о. Знак(+) ставитсядляподъема, знак(-) — дляспуска; Sj
-длинаэлементапрофиляпути, м
.
Порядокирезультатырасчетаотметокпрофиляпутисводимв табл. 1.1. Начальноезначениеотметкипервогоэлементапрофиляпринимаемравным. Заначальноезначениеотметокпоследующихэлементовберётсяконечное значениепредыдущейотметки.
Кривые, длинакоторыхзадаетсяградусамицентральногоугла, пересчитываютсявметрыпоформуле
(1.2)
гдеS
K
р
— длинакривой, м
;
R
— радиускривой, м; — центральныйугол вградусах.
Определяемдлинукривойнаэлементе6 поформуле(1.2)
Кривуюнапланепутиразмещаемпроизвольно, новпределахэлемента, вкоторуюонавходит. Длинапрямогоучастканапланепутиопределяетсяпутёмизмерения.
Построениепланаипрофиляпутииосновныеразмерыпоказанына рис.1.1.
Встроке«отметкипрофиляпути»показанывысоты(отметки) точекпереломапрофилянадуровнемморявм.
Встроке«профиль»вчислителедануклонкаждогоэлементавпромилле(%о), взнаменателе— длинауклонавм. Наклончертыпоказывает направлениеуклона. Встроке«планпути»показанырадиусыRидлиныSкривыхвм, атакжецентральныеуглыавградусах.
Таблица1.1. «Расчетотметокпрофиляпути»
№ элемента
, м
1
1050
2
400
— 1,0
3
350
— 2,5
4
500
5
4200
+ 9,0
6
1200
7
3900
— 9,2
8
500
9
700
+ 3,5
10
1050
11
400
— 3,2
12
500
— 2,8
13
350
14
1500
— 12,0
15
900
16
1450
+ 11,8
17
600
+ 6,2
18
1300
+ 5,8
19
500
+ 2,7
20
1050
1.2.
Спрямление
профиля
пути
Общие
сведения
Действительныйпрофильпутинастолькосложен, состояизкомбинацийразличныхспусков, подъемовикривых, что пользованиеимкрайнезатруднительно, поэтомуегоупрощают. Упрощениезаключаетсявзаменеегоусловнымпрофилем— спрямленным
.
Спрямлениепрофилясостоитиздвухопераций:
-спрямлениевпродольномпрофиле, путемобъединениягруппыэлементовпути, лежащихрядомиимеющихблизкуюдругкдругукрутизну;
-спрямлениевпланепутемзаменыкривыхфиктивным
подъемом
в пределахспрямляемыхэлементов.
Правила
спрямления
пути. Спрямлятьразрешаетсятолькоблизкиепокрутизнеэлементыодногознака.
Площадкимогутвключатьсявгруппысэлементами, имеющимикак положительныйзнак, такиотрицательный.
Элементпрофиляпутина
остановочных
пунктах
,
расчетный
подъ
ем
,
подъем
круче
расчетного
, длякотороговыполняетсяпроверкана возможностьпреодоленияегозасчеткинетическойэнергии, атакже спуск, покоторомуопределяетсямаксимальнодопускаемаяскорость движенияпотормознымсредствампоезда— не
объединяются
с
другими
элементами
(книмдобавляетсятолькофиктивныйподъем, еслинаних имеетсякривая).
Определяем элементы профиля, которые можно предварительно объединить в группы для спрямления. Это элементы: 2, 3,4; 11, 12,13; 17, 18. Элементы 1, 10, 20 в группы для спрямления не включаем, так как на них расположены станции.
1.2.1 Определим крутизну участка 2, 3, 4
Начальная отметка участка над уровнем моря.
Конечная отметка участка над уровнем моря.
Длина участка равна:
Спрямленный уклон этого участка определим по следующей формуле
, %o ( 1.3 )
%о.
Проверим возможность такого спрямления по формуле
( 1.4 )
для элемента 2: ;
для элемента 3: ;
для элемента 4: .
Проверка на спрямление для этих элементов прошла успешно, следовательно, элементы 2, 3 и 4 мы объединяем.
Определяем фиктивный подъем от кривой, находящейся на спрямленном участке по формуле
%о, ( 1.5 )
где – длина кривой в пределах спрямленного элемента;
– радиус кривой в пределах спрямленного элемента.
%о.
Определяем суммарную крутизну спрямленного участка в рассматриваемом направлении по формуле
%о ( 1.6 )
%о.
Определяем суммарную крутизну спрямленного участка в противоположном направлении
%о.
Аналогичным образом произведем расчеты по спрямлению профиля пути и для других намеченных участков. Результаты расчетов сводим в таблицу 1,2.
Таблица 1.2 «Расчеты по спрямлению профиля пути»
№
Профиль
План
%о
%о
%о
Туда
Обратно
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
1050
100
1050
Станция А
2
400
— 1,0
99,60
1250
— 1,016
— 1,016
+ 1,016
3
350
— 2,5
98,73
4
500
98,73
5
4200
+ 9,0
136,53
300
600
4200
+ 9,0
6
1200
136,53
900
549
1200
7
3900
— 9,2
100,65
450
700
3900
— 9,2
+ 9,2
8
500
100,65
500
9
700
+ 3,5
103,10
700
+ 3,5
— 3,5
10
1050
103,10
1050
Станция
Б
11
400
103,10
1250
— 2,114
— 2,114
+ 2,114
12
500
— 3,2
101,82
13
350
— 2,8
100,42
14
1500
100,42
1500
15
900
— 12,0
82,42
900
— 12,0
+ 12,0
16
1450
82,42
1450
17
600
+ 11,8
99,53
2400
+ 5,379
0,205
+ 5,58
- 5,58
18
1300
+ 6,2
103,25
350
450
19
500
+ 5,8
110,79
1000
500
20
1050
112,14
1050
Станция В
22400
1.3.2 Определяем величину расчетного подъема
Расчетный подъем – это наиболее трудный для движения в выбранном направлении элемент профиля пути, на котором достигается расчетная скорость, соответствующая расчетной силе тяги локомотива.
Принимаем расчетный подъем, равный %о.
продолжение
--PAGE_BREAK--2 Определение массы состава
2.1 Определяем массы состава при движении поезда по расчетному
подъему с равномерной скоростью
Масса состава в этом случае определятся по формуле
т, ( 2.1 )
где – расчетная сила тяги, ;
– основное удельное сопротивление локомотива в режиме тяги, ;
– основное удельное сопротивление вагонов, ;
– расчетная масса локомотива, т;
– ускорение свободного падения, .
Определим основное удельное сопротивление движения локомотива в режиме тяги для звеньевого пути по формуле
, ( 2.2 )
где – расчетная скорость локомотива,
Определяем основное удельное сопротивление состава по формуле
, ( 2.3 )
где – доли в составе по массе четырех-, шести- и восьмиосных вагонов, ;
– основное удельное сопротивление четырех-, шести- и восьмиосных вагонов.
Определяем основное удельное сопротивление четырехосных вагонов
, ( 2.4 )
где – масса, приходящаяся на одну ось вагона.
Для четырехосных вагонов т, а для восьмиосных т.
Определяем основное удельное сопротивление восьмиосных вагонов
( 2.5 )
т.
Полученную массу состава для дальнейших расчетов округляем в меньшую сторону до значения кратного 50 т. В нашем случае масса состава будет равна т.
2.2. Проверяем массу состава на трогание с места.
Массу грузового состава проверяем на трогание с места на расчетном подъеме по следующей формуле
т, ( 2.6 )
где – сила тяги локомотива при трогании с места,
– удельное сопротивление состава при трогании с места,
Определим удельное сопротивление состава при трогании с места по формуле
( 2.7 )
Для четырехосных вагонов;
Для восьмиосных вагонов;
Определяем средневзвешенное сопротивление состава при трогании с места по формуле (2.3)
т.
Полученная масса превышает массу состава, рассчитанную по формуле (2.1), следовательно, тепловоз 2ТЭ121 сможет взять с места состав массой 4250 т. на расчетном подъеме.
2.3. Проверяем массу поезда по длине приемоотправочных путей.
Длина поезда не должна превышать полезную длину приемоотправочных путей станций на участках обращения данного поезда.
Длину поезда определим по следующей формуле
( 2.8 )
где – длина состава, м;
– число локомотивов в поезде;
– длина локомотива, .
Длину состава определим по формуле
( 2.9 )
где к – число различных групп вагонов в составе;
– число однотипных вагонов в i-й группе;
– длина вагона i-й группы, м.
Число вагонов в i-й группе определим из выражения
(2.10)
где – доля массы состава , приходящаяся на i-ю группу вагонов;
– средняя масса вагона i-й группы, м.
Длина приемоотправочных путей грузовой станции равна 1050 м.
По формуле (2.10) определяем число вагонов в составе:
– четырехосных
принимаем
– восьмиосных
принимаем
Определяем длину вагонов
– четырехосных
– восьмиосных
Длина поезда получилась меньше длины приемоотправочных путей, поэтому для дальнейших расчетов принимаем массу состава 4250 т.
2.4. Рассчитаем массу состава с учетом использования кинетической энергии поезда.
Проверим массу состава на прохождение коротких подъемов большой крутизны, с учетом кинетической энергии, накопленной на предшествующих участках по формуле
( 2.11 )
где – скорость в конце проверяемого участка, ;
– скорость поезда в начале проверяемого подъема, ;
– средняя ускоряющая сила, .
Определим удельную касательную силу тяги локомотива.
( 2.12 )
Для определения силы тяги при средней скорости построим тяговую характеристику локомотива (рисунок 2.1).
Среднюю скорость рассматриваемого участка определим по формуле
( 2.13 )
Таблица 2.1 – Значения тяговой характеристики тепловоза 2ТЭ121
865000
50
320000
10
738500
57
282000
20
656500
70
228000
24,9
628000
80
200000
26,9
588500
90
176500
30
525500
100
157000
40
399000
Из рисунка 2.1 видно, что при средней скорости сила тяги локомотива равна .
По формуле (2.2) определим основное удельное сопротивление движения локомотива при скорости .
По формулам (2.4) и (2.5) определим основное удельное сопротивление четырех- и восьмиосных вагонов при той же скорости.
Определим общее удельное сопротивление движения поезда по формуле
( 2.14 )
где – проверяемый подъем крутизной больше расчетного, %о.
.
.
Длина проверяемого подъема () меньше 3185 м, следовательно, этот подъем можно преодолеть за счет кинетической энергии, приобретенной на спусках перед этим подъемом.
продолжение
--PAGE_BREAK--3. Расчёт и построение диаграмм удельных сил, действующих на поезд.
Удельные ускоряющие силы в режиме тяги рассчитываются по формуле
. ( 3.1 )
Удельные замедляющие силы в режиме холостого хода определяются по формуле
( 3.2 )
где – основное удельное сопротивление движения тепловозов на холостом ходу определяется по формуле
. ( 3.3 )
Удельные замедляющие силы в режиме торможения определяются по формуле
( 3.4 )
где для экстренного, для полного служебного и для служебного торможений;
– удельная тормозная сила поезда от действия тормозных колодок,
Удельная тормозная сила поезда рассчитывается по формуле
( 3.5 )
где – коэффициент трения колодок о колесо;
– расчетный тормозной коэффициент поезда.
Расчетный коэффициент трения при чугунных колодках определяется по формуле
( 3.6 )
Расчетный тормозной коэффициент определяется по формуле
( 3.7 )
где n– число осей в составе;
– доля тормозных осей в составе, ;
– расчетная сила нажатия тормозных колодок на ось, .
Масса локомотива и его тормозные средства включаются в расчет только при наличии на участке спусков круче 20%о.
Определяем число осей в составе
.
Определим расчетный тормозной коэффициент
Рассчитываем удельные ускоряющие и замедляющие силы, и результаты расчета сведем в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 «Расчет удельных равнодействующих сил тепловоза 2ТЭ121»
Тяговая характеристика
Тяга
Выбег
Торможение
экстренное
служебное
865000
17,7791
— 1,5341
129,60
— 131,1341
— 66,3341
10
738500
14,9451
— 1,5437
95,04
— 96,5837
— 49,0673
20
656500
13,1080
— 1,5579
77,76
— 79,3179
— 40,4379
24,9
628000
12,4694
— 1,5665
72,10
— 73,6665
— 37,6165
26,9
588500
11,5845
— 1,5693
70,13
— 71,7003
— 36,6353
30
525500
10,1731
— 1,5703
67,39
— 68,9666
— 35,2716
40
399000
7,3390
— 1,6001
60,48
— 62,0801
— 31,8401
50
320000
5,5691
— 1,6281
55,54
— 57,1681
— 29,3981
57
282000
4,7178
— 1,6504
52,85
— 54,5004
— 28,0754
70
228000
3,5079
— 1,6979
48,96
— 50,6579
— 26,1779
80
200000
2,8807
— 1,6628
46,66
— 48,3228
— 24,9928
90
176500
2,3442
— 1,7863
44,77
— 46,5563
— 24,1713
100
157000
1,9173
— 1,8374
43,20
— 45,0374
— 23,4374
продолжение
--PAGE_BREAK--4. Определение наибольших допустимыхдвижения поезда по условиям торможения.
4.1 Определим тормозной путь
( 4.1 )
где – путь подготовки тормозов действию, м;
– путь действительного торможения, м.
( 4.2 )
где – скорость в начале торможения, ;
– время подготовки тормозов к действию, с.
( 4.3 )
где и – коэффициенты, определяемые в зависимости от числа осей;
– удельная тормозная сила при скорости начала торможения.
Строим зависимость по двум точкам: и . Точка пересечения зависимости и ломаной определяет максимально допустимую скорость движения поезда на спуске 12,0 %о, которая будет равна
Чтобы не выполнять подобные построения для каждого спуска участка, выполним аналогичные расчеты для профиля пути с %о. Путь подготовки тормозов к действию при скорости в этом случае будет равен
Зная значения допускаемых скоростей на этих участках профиля пути, наносим их на диаграмму удельных сил и соединяем между собой. Эта линии будет ограничением скорости по тормозам на спусках для данного поезда (пунктирная линия на рисунке 3.1).
5. Приближённое определение времени и средних скоростей движения поезда на участке способом установившихся.
Способ установившихся скоростей основан на предположении, что на протяжении каждого элемента профиля пути поезд движется с равномерной скоростью, соответствующей крутизне профиля данного элемента.
Используя данные таблицы 1.3 и по диаграмме удельных сил (рисунок 3.1) находим средние скорости движения для каждого элемента и определяем время движения по каждому элементу и по всему участку. Результаты вычислений сводим в таблицу 5.1.
Таблица 5.1 «Расчет времени хода поезда способом равномерных скоростей»
Номера элементов
j
Длина элементов
Уклон элемента %о
Ст.А 1
1,05
92,0
0,68
2
1,25
— 1,016
91,5
0,82
3
4,2
— 9,0
85,0
2,96
4
1,2
92,0
0,78
5
3,9
— 9,2
84,8
2,76
6
0,5
92,0
0,33
7
0,7
+ 3,5
65,0
0,65
Ст. Б 8
1,05
92,0
0,68
9
1,25
— 2,114
91,2
0,82
10
1,5
92,0
0,98
11
0,9
— 12,0
82.8
0,65
12
1,45
92,0
0,95
13
2,4
+ 5,58
45,0
3,20
Ст. В 14
1,05
92,0
0,68
Общее время нахождения поезда на участке определим по формуле
( 5.1 )
где – длина j-го элемента, км;
– равномерная скорость на j-ом элементе, км/ч;
– суммарное время простоя на промежуточных ст. участка,
– суммарное время на разгон поезда после остановок,
– суммарное время на торможение поезда при остановках,
Ходовую скорость движения поезда определим по формуле
( 5.2 )
где – ходовая скорость;
– длина участка, км;
– среднее, ходовое время движения поезда по участку без учета времени
стоянок поезда на промежуточных станциях и времени затраченного на
разгон и замедление поезда, мин.
Техническую скорость движения поезда определим по формуле
( 5.3 )
Участковую скорость движения поезда определим по формуле
( 5.4 )
Все вычисления сведем в таблицу 5.2.
Таблица 5.2 «Время и скорости движения поезда на участке А-Б-В»
Перегон
Расстоя-ние между станция-ми, км
Время хода, мин
Время на разгон, мин
Время на замедле-ние, мин
Скорость, км/ч
А – Б
11,750
9,66
2
1
72,98
55,9
–
Б – В
7,500
7,96
2
1
56,53
41,06
–
А – В
22,400
16,94
4
2
79,33
58,59
48,10
Определим коэффициент участковой скорости
( 5.5 )
продолжение
--PAGE_BREAK--6. Определение скорости и времени ходаграфическим методом.
6.1 Построение кривой скорости
Для построения кривой скорости будем использовать данные о спрямленном профиле пути, массу состава, диаграммы удельных сил и допустимую скорость безопасного движения локомотива на спусках (по тормозам), допустимая скорость движения по приемоотправочным путям станции будет равна , (рисунок 6.1).
Сокращенные отметки о режиме работы локомотива:
Т – режим тяги;
ХХ – режим выбега;
ТР – регулировочное торможение;
ПТ – пробное торможение в пути следования.
6.2 Построение кривой времени
Кривая времени строится на основании кривой скорости на том же графике и в том же масштабе (рисунок 6.1).
Используя кривую времени определим время движения поезда по участку А–Б–В в целом и по перегонам, время на разгон и замедление поезда по станции Б, техническую и участковую скорость поезда, а также коэффициент участковой скорости по данным о спрямленном профиле пути.
6.2.1 Определим время движения поезда по перегонам
; ; .
6.2.2 Определим время на замедления поезда по станции Б
Для определения времени на замедления поезда по станции Б построим кривую скорости в обратном направлении от точки b(координата оси станции Б) до пересечения с кривой скорости в прямом направлении – точка а на рисунке 6.1. После этого определим время движения поезда от точки а до точки b() и от точки а до точки с ().
Время на замедление по станции Б получаем
6.2.3 Определим время на разгон поезда по станции Б
Для определения времени на разгон поезда по станции Б строится кривая скорости от точки bдо пересечения с кривой скорости при движении поезда без остановки на станции Б – точка d.
Определим время движения поезда через станцию Б без остановки до точки d() и с учетом остановки на станции Б ().
Время на разгон по станции Б будет равен
.
И с учётом остановки на ст. Б.
Результаты расчета снесем в таблицу 6.1.
Таблица 6.1 – Время и скорости движения поезда на участке А-Б-В
Перегон
Расстоя-ние между станция-ми, км
Время хода, мин
Время на разгон, мин
Время на замедле-ние, мин
Скорость, км/ч
А – Б
11,750
17,2
–
3,6
40,9
33,9
–
Б – В
7,500
12,5
3,1
–
35,7
28,9
–
А – В
22,400
29,7
3,1
3,6
45,3
36,9
33,3
6.2.4 Определим коэффициент участковой скорости
.
Анализ результатов расчета из таблицы 5.2 и таблицы 6.1 показывает, что ошибка приближенного метода равномерных скоростей по сравнению с точным графическим методом МПС составляет
– по общему времени движения поезда по участку
– по технической скорости
– по участковой скорости
продолжение
--PAGE_BREAK--7. Построение кривой тока локомотива.
Кривая тока генератора тепловоза в зависимости от пути строится на графике кривых скорости и времени, на основании кривой скорости и тока тягового генератора тепловоза в зависимости от скорости .
На кривой возьмем точки перелома скорости и для каждой из них по кривой определим ток генератора, полученные значения занесем в таблицу 7.1.
Таблица 7.1 – Значения тока генератора тепловоза 2ТЭ121
Точка
Скорость,
Режим движения
Точка
Скорость,
Режим движения
Тяга – ПП
7000
17
77
Тяга – ОП2
4100
1
10
Тяга – ПП
5750
18
77
ТР
2
20
Тяга – ПП
5075
19
70
ХХ
3
30
Тяга – ПП
4400
21
69
ХХ
ПП-ОП1
45
Тяга – ПП
3480
22
77
ХХ
Тяга – ОП1
4260
23
75
Тяга – ОП2
6
50
Тяга – ОП1
4000
24
76
ТР
ОП1-0П2
53
Тяга – ОП1
4260
25
70
ТР
Тяга – ОП2
3480
26
60
ТР
7
60
Тяга – ОП2
4750
27
50
ТР
8
60
Тяга – ОП2
4750
28
40
ТР
9
60
Тяга – ОП2
4750
29
30
Тяга – ПП
4400
10
60
ПТ
30
30
Тяга – ПП
4400
11
50
ХХ
31
20
ТР
12
60
Тяга – ОП2
4700
32
10
ТР
0
13
70
Тяга – ОП2
4300
33
0
0
14
74
Тяга – ОП2
4250
15
76
Тяга – ОП2
4200
16
77
Тяга – ОП2
4100
По данным таблицы 7.1 строим кривую тока генератора тепловоза 2ТЭ121.
продолжение
--PAGE_BREAK--