Определение основного удельного сопротивления состава

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: «Изыскание и проектирование железнодорожного пути»

на тему: «Тяговые расчеты пути»

 

Проверил: Выполнил:

преподаватель студент группы СЖД-319

Аккерман Г.Л. Сулейманов Д.А.

 

 

Екатеринбург

2012

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1.СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ПОЕЗД. ПРАВИЛО ЗНАКОВ 4

1.1Определение основного удельного сопротивления состава 5

1.2 Определение основного удельного сопротивления движению вагонов 6

1.3Определение основного удельного сопротивления движению локомотива 7

2.РАСЧЕТ ВЕСА ВАГОННОГО СОСТАВА 9

2.1 Определение веса состава по условию трогания с места 10

2.2 Определение тормозных сил поезда 11

3. СПРЯМЛЕНИЕ ПРОФИЛЯ ПУТИ 14

4. РЕШЕНИЕ ТОРМОЗНОЙ ЗАДАЧИ 16

5. ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ СКОРОСТЕЙ И ВРЕМЕНИ 18

6. ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ СИЛЫ ТЯГИ И РАСХОДА ТОКА ТЕПЛОВОЗА 20

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ЛОКОМОТИВА 21

8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА ЛОКОМОТИВА 22

9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТЫ СИЛ СОПРОТИВЛЕНИЯ 24

10. СРАВНЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ ВЕЛИЧИН 25

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 26

Приложение

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Введение

При разработке проекта новой линии или реконструкции существующей железной дороги решают ряд задач:

- находят наилучшие положение трассы и очертание продольного профиля;

- выбирают тип локомотива и массу грузового поезда;

- назначают пути увеличения провозной скорости железной дороги.

Для правильного решения этих и других задач проектирования, железных дорог, необходимо располагать, алгоритмическими методами позволяющими определить: массу поезда при известном продольном профиле и заданном локомотиве, скорости движения поезда, расхода электрической энергии при электрической тяге или дизельного топлива при тепловозной тяге.

Такие методы называются «Тяговые расчёты», которые базируются на общих положениях науки о тяге поездов. Целью тяговых расчетов является изучение сил, действующих на поезд, законов его движения, методов определения скоростей движения, времени хода и других показателей, влияющих на оценку и выбор проектного решения.

В тяговых расчётах, как правило, применяют упрощённую модель поезда, рассматривая его как материальную точку, расположенную в середине поезда, масса которой равна массе поезда.

Методы тяговых расчетов, по своему существу основанные на законах механики, физики и экспериментальных данных, являются достаточно стабильными и от условий эксплуатации подвижного состава непосредственно не зависят.

 

1.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Силы, действующие на поезд. Правило знаков

При принятой модели поезда в расчётах должны приниматься силы, которые оказывают влияние на перемещение центра тяжести поезда, и составляющие этих сил, линия действия которых совпадает с линией действия возможного перемещения поезда по рельсовой колее.

Силы на сцепках между вагонами и силы взаимодействия между отдельными частями вагонов в расчётах не учитывают.

На поезд могут действовать следующие силы:

- силы тяги;

- силы сопротивления движению: зависят от типа подвижного состава, скорости движения, уклона, по которому идёт поезд, наличия кривой в месте расположения поезда;

- силы торможения.

Рис. 1. Силы, действующие на поезд

 

– сила тяги локомотива;

– сила сопротивления;

– тормозные силы;

– вес локомотива;

– вес вагонного состава.

В зависимости от того, какие регулируемые силы использует машинист можно различить режимы:

- режим тяги – двигатели локомотива включены;

- режим холостого хода – двигатели выключены, но торможение не осуществляется, и поезд движется под действием силы тяжести или по инерции;

- режим торможения – двигатели включены, тормозная система включена, в результате чего появляется тормозная сила.

Правило знаков:

- силы, направление действия которых совпадает с направлением движения, принимаются «положительными»;

- силы, направленные против движения принимаются «отрицательными».

При таком правиле знаков сила тяги «+», а тормозная сила «–». Сила сопротивления тоже отрицательна, хотя при движении поезда на спуске становится положительной, так как она способствует движению поезда.

 

Расчётные значения сил не всегда могут быть определены строго теоретически. В тяговых расчётах широко применяет эмпирические методы определения сил, основанные на специальных испытаниях подвижного состава.

Основные формулы и материалы нормативного характера для тяговых расчётов регламентируются «Правилами тяговых расчётов для поездной работы», которые периодически корректируется с учётом технического прогресса железных дорог Российской Федерации.

 

РЕШЕНИЕ ТОРМОЗНОЙ ЗАДАЧИ

Максимально допустимую скорость движения на элементе заданной крутизны определяем из условия, что тормозной путь при экстренном торможении будет равен 1000 метров. Это решение обычно называют тормозной задачей. В курсовой работе она решается графическим способом.

Полный тормозной путь

S_т=S_под+S_д , (4.1)

где S_n - путь подготовки тормозов к действию, на протяжении которого тормоза условно принимаются недействующими (хотя ручка крана машиниста уже установлена в тормозное положение);

S_д - действительный тормозной путь, на протяжении которого поезд движется с действующими в полную силу тормозами.

Формула (4.1) позволяет искать скорость как величину, соответствующую точке пересечения графических зависимостей подготовительного пути и действительного тормозного пути от скорости движения поезда. Задачу решают следующим образом:

По данным таблицы удельных равнодействующих сил строим график удельных замедляющих сил при экстренном торможении f_зам = а рядом справа, вычерчиваем в соответствующих масштабах систему координат V–S. Оси скоростей в обеих системах должны быть параллельными, а оси удельных сил f_зам = и пути S должны лежать на одной прямой. На оси S откладывают отрезок, соответствующий 1200 метров.

Путь подготовки к торможению - путь,который поезд пройдет с начала включения тормозов до приведения в действие тормозных сил.

(4.2)

где: а и h- коэффициенты, зависящие от типа поезда и от числа осей в составе, в данном случае m>200, а=10, h=15

в_т= - удельная сила торможения при v_н=40км/ч.

i,‰ - уклон, на котором происходит торможение.

(4.3)

Определим для трех уклонов S_п и t_п при одной и той же скорости торможения:

1. i =0‰

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

 

 

2. i =12‰

3. i=-12‰

Результаты решения тормозной задачи учитываются при построении графика скорости движения поезда для того, чтобы нигде не превысить скорости, допускаемой по тормозам.

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

5.ПОСТОРЕНИЕ КРИВЫХ СКОРОСТЕЙ И ВРЕМЕНИ

При построении кривых V(S) и t(S) на перегоне должны учитываться конкретные условия плана и профиля и ограничения скорости.

Кривая V(S) строится в предположении достижения наибольших скоростей всюду, за исключением тех мест, где скорость ограничена условиями торможения на спусках.

В данном методе используется такое соотношение масштабов построения, при котором отпадает необходимость вычислений, т.е. катета или уклона некоторого прямолинейного звена, составляющего зависимость в данном интервале скорости к оси пути.

Зависимость скорости от пути определяется на основании интегрирования основного уравнения движения поезда . Для построения кривой скорости необходимо узнать зависимость сил в составе.

Решение начинается из точки с и s=0. Выбираем скоростной интервал не более 10км/ч,

T,мин

V,км/ч

S,м

Рис.5.1.Посстроение кривой времени

-Кривая времени по методу Лебедева составила: 20,3 мин.

-по методу минутного треугольника Дегтерева составила: 19 мин

-определение времени хода по установившимся скоростям: 9,94 мин

Вывод: несовпадение результатов времени по различным методам обусловлено

наличием больших погрешностей при построен

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

ии

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

6.ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ СИЛЫ ТЯГИ И РАСХОДА ТОКА ЭЛЕКТРОВОЗА

Кривую силы тяги F_k(S) строим на спрямленном профиле, используя график тяговой характеристики F_k(V) и кривую скорости V(S). Построение ведём по точкам перелома этих графиков: определяем значение скорости V в точке перелома на спрямлённом профиле в том месте, где поезд движется с этой скоростью, откладываем в масштабе 4000 кгс = 1 см значение силы тяги F_k, соответствующее данной скорости. Соединяем между собой все точки и получаем кривую силы тяги.

На участке, где электровоз ведет поезд с постоянной скоростью и ограниченным использованием мощности, сила тяги определяется исходя из условия равенства нулю равнодействующей при равномерном движении:

F_k.огр. = (Q+P) * (ω_{0 40км}+i); (5.1)

Аналогичным образом строим кривую тока электровоза I_эл(S), использую токовую характеристику I_эл(V).

7.ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ЛОКОМОТИВА

Определяем работу двумя методами: табличным и по шаблону Морозова.

Табличный метод:

Механическая работа на участке пути от S₁ до S₂ выражается интегралом:

R_m = ∫d R_m =∫F_ki*dS = ∑ F_ki*∆S (6.1)

По построенной кривой силы тяги локомотива (пункт 5) заполняем таблицу 4.1. и считаем удельную работу силы тяги локомотива по формуле:

∆R_м =F_k*∆S, т*км (6.2)

Полная сила тяги на перегоне Таблица 7.1.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

8.ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОКА ЛОКОМОТИВА

Так же как определение силы тяги локомотива по кривой тока считаем ток электровоза по времени:

∆I_t =I_cp*∆t, ампер*мин.

Полный расход тока на перегоне Таблица 8.1.

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Расход электроэнергии Ат (кВт*ч) для переменного тока Uc=25000 В

 

 

 

9.ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТЫ СИЛ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Работу сил сопротивление определяем по формуле:

R_с = R_м –ΔТ – R_h,

где: R_м – суммарная работа силы тяги локомотива взятая из таблицы 7.1;

ΔТ – кинетическая энергия;

R_h – потенциальная энергия.

Кинетическая энергия вычисляется по формуле:

ΔТ =4,1*(Р+Q)*(V²_кон- V²_нач)*10^-6, т*км

Так как начальная и конечная скорости для нашего случая равны нулю то Т=0.

Потенциальная энергия считается по формуле:

R_h =(P+Q)* Δh*10^-3, т*км,

где: (P+Q) – вес состава в тоннах;

Δh –высота, на которую поднимается состав в метрах.

 

Δh =∑ i_дейст *∆l,

где: i_дейст – действительный уклон участка в промиллях, взятый из задания;
∆l – длина рассматриваемого участка.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Δh = 0*0,6+(-5)*0,7+(-4)*0,7+(-10)*1+(-9)*0,5+3*0,4+5*1,1+12*1+11,3*2,5+12*1,7+10*0,8+0*0,3+(-4)*0,5+4*0,7+11*0,9+0*0,6=65,25м.

R_пот =(138+2406)*65,25*10^-3=165 т*км.

Тогда работа сил сопротивления равна:

R_с =349,785-166=183,79 т*км.

 

10.СРАВНЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ ВЕЛИЧИН

После всех приведенных выше расчетов необходимо сравнить полученные значения, рассчитанные разными методами: аналитическим, графическим и с помощью ЭВМ. Для сравнения все полученные данные сведем в одну таблицу.

 

Сводная таблица

Время хода t, мин	Механическая работа локомотива, т*км
по кривой времени	по ∆ Дегтярева	по равновесным скоростям	по ЭВМ	по тяговой хар-ке	по шаблону Морозова	по ЭВМ
20,3		9,94	16,964	394,693
	Расход тока А*мин
	по формуле	по ЭВМ
	2158,25

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Правила тяговых расчётов для поездной работы, М., «Транспорт», 1969, 287 с.

2. Справочник по тяговым расчётам. Астахов П.Н., Гребенюк П.Т., Скворцова А.И. «Транспорт», 1973, 256 с.

3. Изыскания и проектирование железных дорог: Учебник для вузов ж.-д трансп.; Под ред. И.В. Трубина. – М.: Транспорт, 1989. –479 с.

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: «Изыскание и проектирование железнодорожного пути»

на тему: «Тяговые расчеты пути»

 

Проверил: Выполнил:

преподаватель студент группы СЖД-319

Аккерман Г.Л. Сулейманов Д.А.

 

 

Екатеринбург

2012

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1.СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ПОЕЗД. ПРАВИЛО ЗНАКОВ 4

1.1Определение основного удельного сопротивления состава 5

1.2 Определение основного удельного сопротивления движению вагонов 6

1.3Определение основного удельного сопротивления движению локомотива 7

2.РАСЧЕТ ВЕСА ВАГОННОГО СОСТАВА 9

2.1 Определение веса состава по условию трогания с места 10

2.2 Определение тормозных сил поезда 11

3. СПРЯМЛЕНИЕ ПРОФИЛЯ ПУТИ 14

4. РЕШЕНИЕ ТОРМОЗНОЙ ЗАДАЧИ 16

5. ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ СКОРОСТЕЙ И ВРЕМЕНИ 18

6. ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ СИЛЫ ТЯГИ И РАСХОДА ТОКА ТЕПЛОВОЗА 20

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ЛОКОМОТИВА 21

8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА ЛОКОМОТИВА 22

9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТЫ СИЛ СОПРОТИВЛЕНИЯ 24

10. СРАВНЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ ВЕЛИЧИН 25

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 26

Приложение

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Введение

При разработке проекта новой линии или реконструкции существующей железной дороги решают ряд задач:

- находят наилучшие положение трассы и очертание продольного профиля;

- выбирают тип локомотива и массу грузового поезда;

- назначают пути увеличения провозной скорости железной дороги.

Для правильного решения этих и других задач проектирования, железных дорог, необходимо располагать, алгоритмическими методами позволяющими определить: массу поезда при известном продольном профиле и заданном локомотиве, скорости движения поезда, расхода электрической энергии при электрической тяге или дизельного топлива при тепловозной тяге.

Такие методы называются «Тяговые расчёты», которые базируются на общих положениях науки о тяге поездов. Целью тяговых расчетов является изучение сил, действующих на поезд, законов его движения, методов определения скоростей движения, времени хода и других показателей, влияющих на оценку и выбор проектного решения.

В тяговых расчётах, как правило, применяют упрощённую модель поезда, рассматривая его как материальную точку, расположенную в середине поезда, масса которой равна массе поезда.

Методы тяговых расчетов, по своему существу основанные на законах механики, физики и экспериментальных данных, являются достаточно стабильными и от условий эксплуатации подвижного состава непосредственно не зависят.

 

1.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Силы, действующие на поезд. Правило знаков

При принятой модели поезда в расчётах должны приниматься силы, которые оказывают влияние на перемещение центра тяжести поезда, и составляющие этих сил, линия действия которых совпадает с линией действия возможного перемещения поезда по рельсовой колее.

Силы на сцепках между вагонами и силы взаимодействия между отдельными частями вагонов в расчётах не учитывают.

На поезд могут действовать следующие силы:

- силы тяги;

- силы сопротивления движению: зависят от типа подвижного состава, скорости движения, уклона, по которому идёт поезд, наличия кривой в месте расположения поезда;

- силы торможения.

Рис. 1. Силы, действующие на поезд

 

– сила тяги локомотива;

– сила сопротивления;

– тормозные силы;

– вес локомотива;

– вес вагонного состава.

В зависимости от того, какие регулируемые силы использует машинист можно различить режимы:

- режим тяги – двигатели локомотива включены;

- режим холостого хода – двигатели выключены, но торможение не осуществляется, и поезд движется под действием силы тяжести или по инерции;

- режим торможения – двигатели включены, тормозная система включена, в результате чего появляется тормозная сила.

Правило знаков:

- силы, направление действия которых совпадает с направлением движения, принимаются «положительными»;

- силы, направленные против движения принимаются «отрицательными».

При таком правиле знаков сила тяги «+», а тормозная сила «–». Сила сопротивления тоже отрицательна, хотя при движении поезда на спуске становится положительной, так как она способствует движению поезда.

 

Расчётные значения сил не всегда могут быть определены строго теоретически. В тяговых расчётах широко применяет эмпирические методы определения сил, основанные на специальных испытаниях подвижного состава.

Основные формулы и материалы нормативного характера для тяговых расчётов регламентируются «Правилами тяговых расчётов для поездной работы», которые периодически корректируется с учётом технического прогресса железных дорог Российской Федерации.

 

Определение основного удельного сопротивления состава

В курсовом проекте поезд состоит двух групп вагонов:

Первая группа – четырёхосные грузовые вагоны грузоподъёмностью =44 т и весом тары =25 т при коэффициенте использования грузоподъёмности

= 0,75 и количественном содержании в поезде = 80%;

Вторая группа – восьмиосные грузовые вагоны грузоподъёмностью =124 т и весом тары =45 т при коэффициенте использования грузоподъёмности

= 0,70 и количеством содержании в поезде =20%.

Определение веса вагона брутто:

(1)

(2)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

где и – вес вагонов брутто для четырёх и восьмиосных вагонов соответственно;

и – грузоподъёмность соответствующих вагонов;

и – коэффициент использования грузоподъёмности;

и – вес тары.

Определение осевой нагрузки:

Осевая нагрузка – масса, приходящая на ось колёсной пары.

(3)

(4)

где и – осевая нагрузка на ось соответствующих вагонов.

Соотношение вагонов по весу в поезде для каждой категории вагонов:

(5)

(6)

где и – соотношение вагонов по весу в поезде;

 

 

и – процентное содержание вагонов.

Проверка: (7)