Курсовая работа: Подвижной состав и тяга поездов

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Белорусский государственный университет транспорта»

Кафедра “ Тепловозы и тепловые двигатели”

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

«Подвижной состав и тяга поездов»

Гомель 2007 г.

Содержание

Введение

1 Анализ профиля пути и выбор величины расчетного подъема

2 Определение массы состава

3 Проверка полученной массы состава на прохождение подъемов большей крутизны, чем расчётный с учетом накопленной кинетической энергии

4 Проверка полученной массы состава на трогание с места и по длине приемо-отправочных путей

5 Спрямление профиля на заданном участке

6 Расчет и построение диаграммы ускоряющих и замедляющих сил‚ действующих на поезд

7 Графическое решение тормозной задачи

8 Определение времени хода поезда по кривой времени и технической скорости движения

9 Построение кривых скоростей, времени и тока

10 Определение времён хода поезда по перегонам и технической скорости движения

11 Определение расхода электрической энергии

Литература

Введение

Теория локомотивной тяги – научная дисциплина, которая предназначена для решения важнейших для железнодорожного транспорта вопросов:

- выбор типа локомотива и его основных параметров;

- расчет массы состава, расчет времени хода поезда по перегону;

- определение рациональных режимов вождения поездов;

- расчет тормозов;

- определение расхода топлива (электроэнергии, воды).

Решение данных вопросов служит для: составление графиков движения поездов, определения пропускной и провозной способности, расчетов по размещению остановочных пунктов (тяговых подстанций, складов топлива, локомотивного парка).

Условно все курсовую можно поделить на 3 части.

В первой нужно рассчитать массу состава, проверить полученную массу состава на прохождение подъемов большей крутизны, чем расчетный, а также на трогание с места и по длине приемо-отправочных путей.

Во второй части мы должны спрямить профиль пути и произвести построение кривой скорости и времени методом МПС.

В третьей мы определим расход энергоресурсов.

1 Анализ профиля пути и выбор величины расчетного подъема

Проанализировав профиль пути был выбран расчетный подъем длиной 4500 м и уклон 8 ‰ (элемент №18)

Данный расчетный подъем будет использован при нахождении массы состава.

2 Определение массы состава

Состав поезда в процентах по массе состоит из вагонов:

4-осных-86%,

6-осных-6%,

8-осных-8%.

Средняя масса вагонов брутто составляет:

4-осных-88т,

6-осных-128т,

8-осных-168т.

Путь принят звеньевой.

Масса состава вычисляется по формуле:

Q =( F _кр - P ( + i_p )) / ( + i_p ), (1)

где F_кр —расчетная сила тяги локомотива, H;

P — расчетная масса локомотива, т;

—основное удельное сопротивление движению локомотива, H/т;

— основное удельное сопротивление движению состава, Н/т;

i _р —расчетный подъем, ‰;

Расчетные нормативы электровоза ВЛ10 принимаем из [1]

Расчетная сила тяги - F_{к тр} =460000 Н;

расчетная скорость- ν_р =46,7 км/ч;

расчетная масса- P=184 т.

Основное удельное сопротивление движению локомотива при ν=ν_р определяется по формуле:

где ν –скорость движения локомотива.

Н/т;

Расчет удельных сопротивлений 4-,6-и 8-осных вагонов производится по следующим формулам:

; (3)

_{( 6 )} =7+(80+ν +0,025ν ² )/q_{o ( 6)} ; (4)

₍₈₎ =7+(60+0,38ν +0,021ν ² )/q_{o (8)} , (5)

где q_{o (4)} , q_{o (6)} , q_{o (8)} –масса, приходящаяся на одну колесную пару, соответственно для 4-,6- и 8- осных вагонов, т.

Находится из выражений:

q_{o (4)} =q ₄ /4; (6)

q_{o (6)} =q ₆ /6; (7)

q_{o (8)} =q ₈ /8; (8)

где q₄ , q₆ , q₈ — масса брутто 4-,6- и 8-осных вагонов, т/ось;

q_{o (4)} =88/4=22 т/ось;

q_{o (6)} =128/6=21,3 т/ось;

q_{o (8)} =168/8=21 т/ось;

Рассчитаем удельные сопротивления:

₍₄₎ =7+(30+ 46,7+0,025^. 46,7² )/22=12,96 Н/т;

₍₆₎ =7+(80+ 43,5+0,025^. 43,5² )/21,3=15,51 Н/т;

₍₈₎ =7+(60+0,38^. 46,7+0,021^. 46,7² )/20,5=12,88 Н/т;

Средневзвешенное удельное сопротивление движению состава определяется по формуле:

(9)
где α, β, γ–соответственно доля 4-,6- и 8-осных вагонов в составе.

=0,86^. 12,96+0,06^. 15,51+0,08^. 12,88=13,11 Н/т;

Следовательно, масса состава будет равна:

Q =(46000-184^. (72,3 + 10^. 8)) / (13,11+10∙8)=4679 т.

Принимаем Q =4700 т.

3 Проверка полученной массы состава на прохождение подъемов большей крутизны, чем расчетный с учетом накопленной кинетической энергии

Проверка рассчитанной массы состава на возможность надежного преодоления встречающегося на участке короткого подъема крутизной больше расчетного с учетом использования кинетической энергии, накопленной на предшествующих (легких) элементах профиля, выполняется аналитическим способом.

Чтобы убедиться в том, что с таким составом принятый электровоз преодолеет подъем 10 ‰, рассчитаем, как изменяется скорость по мере движения поезда по данному подъему.

S _пр ≤∑S _пр =1000()/2^. 12(). (10)

Допустим, что к моменту вступления на рассматриваемый подъем скорость поезда v = 75 км/ч. ПТР рекомендуют для повышения точности расчета интервалы изменения скорости движения принимать в пределах 10 км/ч. Чтобы рассчитать расстояние, которое поезд пройдет при понижении

скорости от 80 км/ч до 70 км/ч, необходимо определить значение удельной замедляющей силы для средней на рассматриваемом интервале скорости v = 75 км/ч:

=( F _к - W ₀ )/(P + Q ). (11)

Из тяговой характеристики электровоза ВЛ10, приведенной в ПТР, для скорости v = 80 км/ч значение касательной силы тяги F _к = 231000 Н.

Основное удельное сопротивление движению тепловоза

= 19+0,1^. 75+0,003^. 75² =43,4 Н/т.

Основное удельное сопротивление движению груженых 4-,6-и 8-осных вагонов на подшипниках качения (роликовых) по звеньевому пути при осевой нагрузке:

q _{o (4)} =88/4=22 т/ось;

q _{o (6)} =128/6=21,3 т/ось;

q _{o (8)} =168/8=21 т/ось.

Будет иметь вид:

₍₄₎ =7+(30+75+0,025^. 75² )/22=18,2 Н/т;

₍₆₎ =7+(80+75+0,025^. 75² )/21,3=20,9 Н/т;

₍₈₎ =7+(60+0,38^. 75+0,021^. 75² )/21=16,8 Н/т.

Средневзвешенное удельное сопротивление движению состава:

=0,86^. 18,2+0,06^. 20,9+0,08^. 16,8=18,22 Н/т.

Таким образом, основные сопротивления движению локомотива и составу поезда:

=P ^. ; (12)

=184^. 43,4=5981,9 Н.

=Q ^. ; (13)

=4700^. 18,22=85634 Н.

Общее основное сопротивление движению поезда:

= +; (14)

=5981,9 +85634=93615,9 Н.

Удельная замедляющая сила

=( F _к - W ₀ )/(P + Q ), Н/т. (15)

=137384/(184+4700)=28,13 Н/т.

=- 10^. i _пр Н/т; (16)

= 28,13 -10 ^. 10 = -71,9 Н/т.

Расстояние, пройденное поездом при изменении скорости движения от 80 км/ч до 70 км/ч

S _пр =1000^. (70^{2 -} 80² )/2^. 12(-71,9)=869,6 м.

Проведем такие же расчеты и для расстояния, пройденного поездом при снижении его скорости с 70 км/ч до 60 км/ч. Средняя скорость – 65 км/ч.

Сведем расчеты в таблицу 3.1

Таблица 3.1- Расчет движения поезда по подъему с уклоном 10‰

4 Проверка полученной массы состава на трогание с места и по длине приемоотправочных путей

Проверка массы состава на трогание. Необходимо проверить выполнение следующего условия:

, (18)

где F _ктр – расчетная сила тяги локомотива при трогании с места, Н;

- удельное сопротивление состава при трогании с места, Н/т;

i _тр - уклон элемента профиля, с которого будет проводиться трогание, ‰. Принимаем, что поезд трогается со станции, которая находится на горизонтальной площадке. Соответственно, i _тр =0 ‰..

Таким образом, масса состава Q не должна превышать значение Q _тр , определенное по условиям трогания поезда на подъеме с уклоном i _тр .

Сопротивление троганию принимают для подвижного состава на роликовых подшипниках. Здесь q _o – средняя осевая нагрузка, т/ось.

, (19)

где α, β, γ–соответственно доля 4-,6- и 8-осных вагонов в составе,

,, - удельное сопротивление соответственно 4-,6- и 8-осных вагонов в составе при трогании с места.

=280/(22+7)=9,6 Н/т;

=280/(21,3+7)=9,8 Н/т;

=280/(21+7)=10 Н/т.

Общее удельное сопротивление троганию состава:

=0,86^. 9,6+0,06^. 9,8+0,08^. 10=9,7 Н/т

Масса состава при трогании с места:

Q _тр =626000/9,7-184=64352 т.

Так как Q <Q _тр, то есть 4700<64352, это значит, что данный локомотив сдвинет с места состав с рассчитанной ранее массой.

Проверка массы состава по длине приемоотправочных путей. Масса состава, рассчитанная по наиболее трудному элементу продольного профиля пути, прошедшая проверки на прохождение более крутого, чем расчетный, подъема и на трогание поезда, может оказаться, тем не менее, слишком большой для того, чтобы поезд уместился в пределах приемоотправочных путей. Для проверки следует определить длину поезда:

где l _л – длина локомотива, м;

l _с – длина состава, м;

10 – допуск на неточность установки поезда в пределах приемо-отправочных путей.

Для определения длины состава необходимо определить число вагонов. Число однотипных вагонов можно рассчитать, если известна, доля массы данной группы вагонов в общей массе состава

, (21)

где – доля массы i -й группы однотипных вагонов в общей массе состава поезда,

q _i – средняя масса вагона (брутто) для i -й группы однотипных вагонов.

Округляя n_i до целого и, принимая из ПТР длину одного вагона для рассматриваемой группы, определяют длину состава.

Длина локомотива l _л =33 м,

Длина вагонов:

4-осных l ₄ =15 м;

6-осных l ₆ =17 м;

8-осных l ₈ =20 м.

Число вагонов:

n ₄ =0,86^. 4700/88=46 вагонов,

n ₆ =0,06^. 4700/128=2 вагонов,

n ₈ =0,08^. 4700/168=2 вагонов.

Длина всего поезда:

l _п =46^. 15+2^. 17+2^. 20+33+10=807 м.

Поскольку в результате расчетов получили длину поезда меньше, чем длину приемоотправочных путей, то корректировать массу поезда не обязательно.

5 Спрямление профиля пути на заданном участке

При производстве тяговых расчетов целесообразно заменять несколько малоотличающихся крутизной элементов одним, длина которого S _с равна сумме длин этих элементов. Такую операцию называют спрямлением профиля пути.

Уклон спрямленного элемента определяем по формуле:

(22)

где - уклон спрямляемого элемента, ‰

- длина спрямляемого элемента, м;

- длина спрямленного элемента, м.

Для количественной оценки возможности спрямления профиля вводят условие:

(23)

где =- абсолютное значение разности между уклоном спрямленного участка и действительного значения уклона i-ого элемента, входящий в спрямляемый участок, ‰;

Кривые, имеющиеся на элементах спрямляемого профиля, учитываем с помощью зависимости:

Окончательный уклон спрямленного участника, на котором расположены кривые:

(25)

При спрямлении учитываем условия:

1) Спрямляем элементы одного знака и 0

Не спрямляем:

2) Расчетный, максимальный подъем, максимальный спуск и

элементы, на которых располагаются станции.

Результаты спрямления профиля пути приведем в виде таблицы.

Таблица 5.1-Спрямление профиля пути

Приведем пример спрямления участка на основании элементов №2,№3 и № 4.

Длина спрямленного участка вычисляется по формуле:

(26)

где , и - длина 2-ого, 3-его и 4-ого элемента спрямляемого участка, м;

м;

Уклон спрямленного элемента определяем по формуле (22):

‰.

Для учета на профиле кривых воспользуемся формулой (24):

‰,

‰,

‰.

Окончательный уклон определяем по формуле (25):

‰.

Определим, удовлетворяют ли значения длин наших элементов условию возможности спрямления:

м< м;

м< м;

м< м.

Так как условие возможности спрямления выполнилось, значит, элементы № 2, №3 и №4 можно спрямить.

Аналогичным образом производятся спрямления других элементов.

6 Расчет и построение диаграммы ускоряющих и

замедляющих сил, действующих на поезд

При построении диаграммы удельных равнодействующих сил действующих на поезд, результаты расчетов сводим в таблицу 6.1. Вычисления выполняем для трех режимов движения поезда:

1) режим тяги;

2) режим холостого хода;

3) режим торможения.

Первые два столбца таблицы заполняем тяговыми данными.

Пример заполнения таблицы приведем на основании км/ч и силы тяги Н

Для режима холостого хода удельное сопротивление определяем по формуле:

(27)

Н/т.

Полное сопротивление от локомотива определим по формуле:

(28)

Н;

(29)

Н/т.

Для режима торможения определим значение расчетного тормозного коэффициента:

(30)

где - расчетный тормозной коэффициент;

- доля тормозных осей в составе;

- суммарное нажатие тормозных колодок на оси.

(31)

где - нажатие на ось, т/ось;

Принимаем в курсовом проекте в соответствии с ПТР

т/ось.

т.

Расчетный коэффициент трения колодки для чугунных колодок:

(32)

.

Значение удельной тормозной силы определяем по формуле:

(33)

Н/т.

В соответствующие столбцы записываем значения равнодействующих сил приложенных к поезду.

Некоторые значения выразим с помощью (рисунка 1)

Произведем расчет первой строки таблицы:

7 Графическое решение тормозной задачи

Полный тормозной путь состоит из подготовительного и действительного тормозного пути:

(34)

Подготовительный путь определяется по формуле:

(35)

где - скорость поезда в момент начального торможения, км/ч; =100 км/ч;

- время подготовки тормозов к действию, с.

Учитывая, что в действительности за время подготовки тормозов к действию скорость не постоянна, используют поправку, учитывающая величину уклона и тормозную силу. Так как у нас состав с количеством осей от 200 до 300 используем формулу:

(36)

где - приведенный уклон, ‰;

Рассчитаем время подготовки тормозов к действию для =0‰, -4‰,-8‰.

с;

с;

с;

м;

м;

м;

Действительный тормозной путь определим графическим способом (рисунок 2).

8 Определение времени хода поезда по участку способом равномерных скоростей

Этот способ предполагает следующие допущения:

- скорость движения в пределах элемента спрямленного профиля пути постоянна и равна равновесной;

- при переходе с одного элемента профиля на другой скорость движения поезда меняется мгновенно.

Равновесную скорость для каждого элемента профиля определяем по диаграмме удельных ускоряющих и замедляющих сил.

Если ограничения по конструкционной скорости подвижного состава, по тормозам или по состоянию пути оказываются меньше, то в качестве равновесной принимаем наименьшее из названных значений. На подъемах круче расчетного принимаем значение равновесной скорости .

Время хода по рассмотренному участку определяется по формуле:

(37)

где ,- поправки на разгон и замедление соответственно, мин.; =2 мин.; =1 мин.

Все расчеты сводим в табличную форму.

Таблица 8.1 - Определение времени хода поезда методом равновесных скоростей

Найдем время хода без остановок:

мин;

Найдем время хода с учетом остановок:

мин.

Определим погрешность между методом равновесных скоростей и графическим способом определения времени хода:

Без остановки: ∆_бо =(40,8-40)/40,8∙100%=2%

С остановкой: ∆_со =(43,7-46)/43,7∙100%=5%

9 Построение кривых скорости, времени и тока

9.1 Построение кривой скорости

Построение кривой скорости осуществляем способом Липеца (МПС).

В соответствии с ПТР при выполнении тяговых расчетов поезд рассматривается как материальная точка, в которой сосредоточена вся масса поезда и к которой приложены внешние силы, действующие на реальный объект (поезд). Условно принимают, что эта точка расположена в середине поезда.

После трогания поезда осуществляется опробование тормозов (при достижении скорости 40 км/ч); снижаем скорость на 20 км/ч.

Проба осуществляется только на спуске либо на ровной площадке.

На кривой скорости делаем отметки о включении и выключении контролера (КВ, КО) и о включении и отпуске тормозов (ТД, ТО). При построении учитывается необходимые ограничения скорости движения:

- конструкционная скорость локомотива (100 км/ч);

- по состоянию пути и подвижного состава (90 км/ч);

- по тормозным средствам (п. 7);

Так как результаты построения в дальнейшем используется при составлении графика движения поездов, то кривую скорости строим исходя из условия минимального времени преодоления участка.

9.2 Построение кривой времени

Кривой времени называют графическую зависимость времени движения поезда от пройденного пути . Ее строят на имеющемся листе миллиметровой бумаги с помощью построенной ранее кривой скорости.

Для построения кривой времени используем способ Лебедева.

Результаты построения в дальнейшем используем для составления графика движения поездов и определения расхода энергоресурсов. При построении используем следующий масштаб 1 см – 1 мин.

9.3 Построение кривой тока

Кривую тока строим, используя имеющуюся кривую скорости и токовую характеристику электровоза ВЛ10. При построении используем следующий масштаб 1 см – 200 А.

10 Определение времени хода поезда по кривой времени и технической скорости движения

Определяем время хода поезда с остановкой и без остановки по кривой . Точность определения времени составляет 0,1 мин. Полученное время округляем для использования в графике движения поездов (ГДП) с точностью до 1 мин.Результаты сведем в таблицу 5.

Таблица 10.1 – Определение времени хода по участку с остановкой

Определяем техническую скорость движения поезда по участку с учетом остановки:

(38)

где - длина участка, км;

- время принятое для ГДП.

км/ч

Таблица 10.2 – Определение времени хода по участку без остановки

Определим техническую скорость движения поезда по участку без учета остановки:

(39)

км/ч

11 Определение расхода электрической энергии

По кривым и подсчитываем расход энергии, затраченной электровозом на перемещение поезда по участку и отнесенный к токоприемнику. Подсчет выполняем путем суммирования расходов энергии по отдельным элементам времени:

(40)

где - напряжение в контактной сети, В; =25000 В;

- среднее значение тока для отрезка кривой , А;

- промежуток времени, в течение которого величина тока принимается постоянной, мин.

Расчет по определению расхода электроэнергии с учетом остановки сведем в таблицу 11.1.

Таблица 11.1 – Определение расхода электрической энергии с учетом остановки

Расчет по определению расхода электроэнергии без учета остановки сведем в таблицу 11.2.

Таблица 11.2 – Определение расхода электрической энергии без учета остановки

Расход электроэнергии с учетом остановки будет равен:

кВт/ч.

Расход электроэнергии без учета остановки будет равен:

кВт/ч.

Расход электроэнергии на собственные нужды электровоза:

(41)

где - средний расход электроэнергии на собственные нужды; для ВЛ10 =2,08 кВт·ч/мин;

- полное время работы электровоза на заданном участке, мин.

Расход электроэнергии на собственные нужды электровоза с учетом остановки:

кВт/ч

Расход электроэнергии на собственные нужды электровоза без учета остановки:

кВт/ч.

Полный расход электроэнергии электровозом с учетом и без учета остановки соответственно:

(42)

кВт/ч;

кВт/ч.

Удельный расход электроэнергии:

, (43)

Удельный расход электроэнергии с учетом и без учета остановки соответственно:

;

.

Литература

1. Правила тяговых расчетов для поездной работы – М.: Транспорт,1985. 287 с.

2. Френкель, С.Я. Техника тяговых расчетов: учебно–метод. пособие / С.Я. Френкель–Гомель: УО “БелГУТ”,2006. – 74 с.