Определение основного удельного средневзвешенного сопротивления вагонов.

Содержание.

 

 

Введение………………………………………………………………....4

 

1. Силы, действующие на поезд и правило знаков……………………....5

2. Определение основного удельного сопротивления состава………….7

3. Расчёт веса состава грузового поезда, длины поезда…………………9

4. Построение диаграмм удельных равнодействующих сил…………...12

5. Спрямление профиля пути……………………………………………..16

6. Решение тормозной задачи……………………………………….........17

7. Построение кривых скоростей и времени……………………………18

8. Построение кривых силы тяги и тока электровоза……………….......19

9. Определение работы сил сопротивления и механической работы

силы тяги локомотива…………………………………………..………19

10. Определение удельных затрат электроэнергии……….………………21

11. Данные по компьютерной обработке………………………………….24

Список литературы……………………………………………………....25

Приложения……………………………………………………………..26

 

Введение.

 

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.

Для того чтобы правильно выполнить эти расчеты и другие задачи проектирования необходимо располагать аналитическими методами, позволяющими определить массу поезда, при известном продольном профиле и заданном локомотиве, скорости движения и время хода поезда расход электрической энергии при электрической тяге. Все эти методы объединяются общим названием “Тяговые расчеты”, которые базируются на общих положениях науки о тяге поездов.

Специфика тяговых расчётов состоит в том, что в них основное внимание уделяется тем вопросам, от которых зависит выбор проектного решения и его качества.

Тяговые расчёты основаны на законах механики и экспериментальных испытаниях вагонов и локомотивов.

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

 

1.Силы, действующие на поезд и 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:

1. Силы тяги.

2. Силы сопротивления движению. Зависят от типа подвижного состава, скорости движения, уклона, по которому идёт поезд, наличия кривой в месте расположения поезда.

3. Силы торможения.

 

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

1. Режим тяги – двигатели локомотива включены.

2. Режим холостого хода – двигатели включены, но торможение не осуществляется, и поезд движется под действием силы тяжести или по инерции.

3. 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 – “отрицательными”.

При таком правиле знаков сила тяги F_к “+”, а тормозная сила В_т “–”. Сила сопротивления W тоже отрицательна, хотя при движении поезда на спуске становится “+”, так как она способствует движению поезда.

Силы, отнесенные к какой-то единице подвижного состава, называются полными и измеряются в [кгс]. Такие силы принято обозначать большими буквами. Сила, отнесённая к одной тонне собственного веса поезда, называется удельной силой. Такие силы измеряются в и обозначаются малыми буквами.

Для перехода от полной силы к удельной необходимо значение полной силы разделить на вес подвижного состава, к которому относится эта полная сила.

Для поезда, вес которого состоит из веса вагонов Q и веса локомотива P получают:

Удельная силы тяги f_к= ; (1.1)

Удельное сопротивление ω= ; (1.2)

Удельная тормозная сила b_т= . (1.3)

 

При этом, если F_к- W- В = 0 – поезд движется равномерно;

F_к- W- В > 0 – поезд движется равноускоренно;

F_к- W- В < 0 – поезд движется равнозамедленно;

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.

 

Режим тяги

Движению локомотива.

 

Из ПТР, таб. 15, выбираем конструкционную (максимальную) скорость V_max = 100км/ч для локомотива ВЛ–60.

Из ПТР, таб. 16, выбираем расчётное значение силы тяги и скорости для локомотива ВЛ–60: V_p = 43,5км/ч, F_кр. = 36800 кгс.

Из ПТР, таб.5, выбираем учётную массу локомотива в максимальном состоянии для локомотива ВЛ–60: P = 138 т.

 

 

Из ПТР, формула 13, подбираем основное удельное сопротивления для локомотива:

 

w^’_o (2.10)

 

w^’_o

 

Из ПТР, формула 14, выбираем основное удельное сопротивления для локомотива в режиме холостого хода:

 

w^’_х (2.11)

 

w^’_х

 

3. Расчёт веса состава грузового поезда, длины поезда.

 

Масса состава Q определяется исходя из условий полного использования мощности локомотива и его тяговых качеств, а так же накопленной поездом кинетической энергии.

При движении поезда его скорость и кинетическая энергия постоянно изменяется в зависимости от профиля пути. Исключения составляют протяжённые подъёмы, на которых скорость поезда спустя некоторое время после входа на подъём становится постоянной.

Для обеспечения устойчивой работы локомотивов на тех участках, где климатические условия меняются в зависимости от времени года, расчётную массу необходимо определять для летнего и зимнего периодов.

Масса состава, рассчитанная по нормам ПТР для поездной работы, должна быть проверена в опытных поездках.

Руководящий уклон – это максимальный уклон на нашей железной дороге. Руководящий уклон – это подъём, при движении по которому скорость поезда постоянна и равна расчётно минимальной скорости для данного локомотива. Подъём осуществляется одиночной тягой. Вес состава в этом случае определяется по формуле:

 

Q_р=(F_кр-(w^’_o+i_p)*P)/(w^’’_o+i_p), (3.1)

 

где F_кр – расчётная сила тяги, F_кр=36800 кг.

P – расчётная масса локомотива,

i_р – дополнительное сопротивление от уклона, i_р=14 кг/т

w^’_o – основное удельное сопротивление локомотива при V_р=43,5км/ч,

w^’’_o – основное удельное сопротивление вагонов при V_р =43,5км/ч.

 

т

 

 

Высчитаем количество четырёхосных и восьмиосных вагонов в поезде по формулам:

 

n₄ = _, (3.2)

n₈ = (3.3)

 

 

n_{4 шт}

n₈ = _шт

 

 

Округляем значение n₄ и n₈ до целых таким образом, чтобы вес состава, вычисленный по этим значениям отличался не более, чем на 50 т от значения веса состава по формуле (3.1)

При n₄ = 26 и n₈ = 5, вес состава вычисляется по формуле:

 

Q^’ = n₄·q_.4 + n₈·q_.8, (3.4)

 

Q^’ = 29 ·69,2 + 3·68,8 = 2213,2 т.

 

2215,44-2213,2=2,24<50 т.

 

 

Рассчитанная по формуле (3.1) масса грузового состава проверяется на трогание с места на остановочных пунктах по формуле:

 

Q_тр (3.5)

 

где F_ктр – расчётная сила тяги при трогание с места;

i_тр – уклон, при котором происходит трогание поезда с места (принимаем i_тр=0, так как поезд трогается с прямого участка);

Р – вес локомотива;

w_тр– дополнительное удельное сопротивление состава при трогание с места:

 

w_тр=ᵦ₄w_тр4+ ᵦ₈w_тр8 (3.6)

w_тр4=28/(q₀₄+7)

w_тр8=28/(q₀₈+7)

w_тр=1,037+0,179=1,216

 

 

Подставим найденные значения в формулу (3.5) и найдем вес состава при трогании с места.

 

Q_тр = >2215,44 т.

Окончательно принимаем массу состава равную 2213т.

 

Сделаем проверку длины состава по размещению в пределах полезной длины приемоотправочных путей:

 

L_п £ L_поп., (3.7)

 

где L_п – длина поезда,

L_поп– длина приемоотправочных путей.

Длина поезда вычисляется по формуле:

+10 (3.8)

где: l₄ и l₈ – длина четырёхосных и восьмиосных вагонов ([1], таб. 12, стр25),

L_лок – длина локомотива ([1], таб. 12, стр25),

n₄ и n₈ – количество четырёхосных и восьмиосных вагонов в поезде.

L_п= 29·14+ 3·21+21+10=500м,

Минимальная длина приемоотправочных путей:

,

где 10 м- допуск на установку поезда

l=500+10=510м,

Принимаем длину приемоотправочных путей равной 850м.

Стандартная длина: 850, 1050, 1250, 1550 м.

Далее заполняем табл.№1 по следующим формулам:

- столбец 8 как сумма полных основных сопротивлений локомотива и вагонного состава, т.е. W₀²+W₀¢;

- столбец 9 как сумма полных основных сопротивлений вагонного состава и локомотива в режиме холостого хода, т.е. W₀²+W_0x¢; - столбец 10 как отношение значений столбца 8 к сумме массы состава и Q и массы локомотива P, т.е.

; (3.11)

- столбец 11 как отношение значений столбца 9 к сумме массы состава и Q и массы локомотива P, т.е.

(3.12)

 

Спрямление профиля пути

 

Для учёта влияния кривых и уклонов пути на сопротивление движению поезда при расчёте массы состава, определении скорости движения и времени хода поезда необходимо спрямлять продольный профиль пути и план пути. При этом кривые в плане пути заменять фиктивными подъёмами в пределах спрямлённых элементов.

Спрямлять разрешается только близкие по значению уклона элементы профиля одного знака. Элементы профиля на раздельных пунктах с прилегающими элементами профиля перегонов не спрямляются.

Уклон спрямлённого участка определяется по формуле

 

(5.1)

 

где – уклон каждого из элементов профиля, входящих в спрямляемый участок, ‰;

– длина каждого из элементов профиля, входящих в спрямляемый участок, м;

– длина спрямляемого элемента, м.

 

Кривые заменяют фиктивными подъёмами, крутизна которых определяется по формуле

(5.2)

где – центральный угол данной кривой в пределах спрямляемого элемента, град.

 

Проверка возможности спрямления производится для каждого элемента действительного профиля, входящего в спрямляемый участок по формуле

 

(5.3)

 

где – длина любого элемента действительного профиля пути, входящего в спрямлённый элемент, м;

– абсолютная разность между уклоном спрямлённого элемента и действительным уклоном отдельного (проверяемого) элемента, ‰.

 

Приведённый уклон будет равен:

 

(5.4)

 

 

Спрямление профиля

 

Таблица №2

№ эл	і эл ‰	ℓэл, м	ℓспрям,м	і с ‰	∑α°	і эк ‰	і к ‰
туда	обратно	туда	обратно	туда	обратно
							-	-	-	-
	10,0	-10,0			8,8	-8,8	25,4	0,3	9,1	-8,5
	8,0	-8,0
	0,0	0,0					7,9	0,3	0,3	-0,3
	12,0	-12,0			10,7	-10,7	51,25	0,7	11,4	-10,0
	8,0	-8,0
	0,0	0,0				-1	61,2	0,6	1,6	-0,4
	2,0	-2,0
	14,0	-14,0			13,8	-13,8	95,1	0,2	14,0	-13,6
	13,5	-13,5
	14,0	-14,0
	2,0	-2,0			4,5	-4,5		0,4	4,9	-4,1
	6,0	-6,0
	-6,0	6,0			-6		5,8	0,1	-5,9	6,1
	8,0	-8,0			8,4	-8,4		0,4	8,8	-8,0
	9,0	-9,0

 

 

Решение тормозной задачи

 

При расчётах тормозных путей поездов полный тормозной путь , проходимый от начала торможения до остановки, определяется как сумма подготовительного пути и действительного пути торможения . Подготовительный путь подсчитывается по формуле:

(6.1)

 

где – скорость поезда в начальный момент торможения, км/ч;

– время подготовки тормозов к действию, сек.

Действительный тормозной путь вычисляется в результате суммирования тормозных путей, определяемых по интервалам скорости, при условии постоянства величин тормозной силы, удельного сопротивления движению и уклона в принятом интервале скоростей

 

(6.2)

 

где , – начальная и конечные скорости поезда в принятом расчётном интервале скоростей, км/ч;

– удельная тормозная сила, кг/т, при средней скорости в каждом интервале, равной ;

 

 

Так как число осей поезда m=29·4+3·8=140 < 200, то время подготовки автотормозов к действию определяется по формуле ([1], ф.68, стр.18):

 

(6.3)

Тормозной путь устанавливается приказом Министерства путей сообщения и при ‰ равен =1200 м, а так же если ‰ равен =1000 м Решая графическим способом систему уравнений определяем ограничение скорости по тормозам (см.приложение 1):

 

(6.4)

 

Силы тяги локомотива.

Элементарная работа силы тяги локомотив:

dR_м =F_k·dS; (9.1)

Расчет выполняем в виде таблицы 9.2, где значения Fкн, Fкн, ΔS, взяты из графика F_k=f(V) (приложение 2):

В проекте работу сил сопротивления вычисляем, используя графико-аналитический способ, при этом пользуемся формулой:

 

R_c= R_м -ΔT-R_h (9.2)

где R_м - механическая работа;

ΔТ=4,1·(P+Q)·(V_к²-V_н²)·10^-6- изменение кинетической энергии. В курсовом проекте V_к²-V_н²=>0 => ΔТ=0;

R_h – потенциальная энергия, вычисляемая по формуле:

R_h== (P+Q)·(Σi·ΔS) ·10^-3 =∑(P+Q)·Δh·10^-3,т·км (9.3)

Δh – разница между конечными отметками профиля (м.у. станциями А и В).

Δh=∑i ΔS

i – заданный уклон.

R_h= (138+2213)·119,15 ·10^-3= 280,12 т·км

 

 

Таблица 9.2.

№ п/п	Fнач, кг	Fкон, кг	Fср, кг	S, км	Rмех, т∙км
				0,05	2,33
				0,1	4,20
				0,15	5,93
				0,225	8,49
				0,1	3,69
				0,075	2,74
				0,25	9,03
				0,75	26,78
				0,2	6,51
				0,15	4,25
				0,95	26,93
				0,8	20,08
				0,55	10,89
				1,0	24,40
				2,0	65,70
				3,15	113,87
				0,15	5,42
				0,8	26,28
				0,4	10,98
				0,25	5,71
				0,45	8,21
				0,275	4,81
				0,1	1,98
				0,225	5,65
				0,15	4,93
				0,1	3,65
				0,3	7,76
				0,35	3,07
				∑	424,27

 

 

R_м=424,27 т·км.

ð R_c= 424,27 - 280,12 = 144,15 т·км.

 

 

9.1

Механическая работа может быть при­ближенно определена без построения кривой F_K(S) при помощи шаблонов инженера Морозова, пользование которыми напоминает процедуру определения времени хода при помощи треугольника Дегтерева. Построение шаблонов инженера Морозова основано на допущении, что в пределах некоторого участка пути (км), соответствующего определенному выбранному приращению ме­ханической работы, например Δr_м = 10 ткм, скорость и сила тяги являются постоянными величинами, равными _ср и F_{K (ср)}. Определяя путь ΔS при разных значениях средней скорости, строят шаблон для определения меха­нической работы локомотива (рис. 9.1). Механическая работа локомотива равна количеству уложенных на кривой скорости шаблонов, умноженному на цену каждого шага Δг_м:

R_м =40· Δг_м = 40,0·10 = 400 т·км.

=> R_c= 400 - 280,12 = 119,88 т·км.

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

 

F_kp.огр. = (f_kp.огр.±i)·(Q+P) = (ω₀±i)·(Q+P); (9.4)

В данном курсовом проекте таких участков два.

В местах, где поезд достигает ограниченной скорости, режим его движения будет зависеть от уклона данного участка.

 

F_kp.огр =2351(8,8+2,202)2351=25865,7

F_kp.огр =2351(0+3,73)=8769,23

 

 

Список литературы

 

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

 

2. Изыскания и проектирование железных дорог: Учебник для вузов ж.-д трансп.; Под ред. А.В.Горинов, И.И. Кантор,А.П. Кондратченко, И.В. Трубин. – М.: Транспорт, 1979.

 

Приложения

 

 

Содержание.

 

 

Введение………………………………………………………………....4

 

1. Силы, действующие на поезд и правило знаков……………………....5

2. Определение основного удельного сопротивления состава………….7

3. Расчёт веса состава грузового поезда, длины поезда…………………9

4. Построение диаграмм удельных равнодействующих сил…………...12

5. Спрямление профиля пути……………………………………………..16

6. Решение тормозной задачи……………………………………….........17

7. Построение кривых скоростей и времени……………………………18

8. Построение кривых силы тяги и тока электровоза……………….......19

9. Определение работы сил сопротивления и механической работы

силы тяги локомотива…………………………………………..………19

10. Определение удельных затрат электроэнергии……….………………21

11. Данные по компьютерной обработке………………………………….24

Список литературы……………………………………………………....25

Приложения……………………………………………………………..26

 

Введение.

 

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.

Для того чтобы правильно выполнить эти расчеты и другие задачи проектирования необходимо располагать аналитическими методами, позволяющими определить массу поезда, при известном продольном профиле и заданном локомотиве, скорости движения и время хода поезда расход электрической энергии при электрической тяге. Все эти методы объединяются общим названием “Тяговые расчеты”, которые базируются на общих положениях науки о тяге поездов.

Специфика тяговых расчётов состоит в том, что в них основное внимание уделяется тем вопросам, от которых зависит выбор проектного решения и его качества.

Тяговые расчёты основаны на законах механики и экспериментальных испытаниях вагонов и локомотивов.

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

 

1.Силы, действующие на поезд и 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:

1. Силы тяги.

2. Силы сопротивления движению. Зависят от типа подвижного состава, скорости движения, уклона, по которому идёт поезд, наличия кривой в месте расположения поезда.

3. Силы торможения.

 

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

1. Режим тяги – двигатели локомотива включены.

2. Режим холостого хода – двигатели включены, но торможение не осуществляется, и поезд движется под действием силы тяжести или по инерции.

3. 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 – “отрицательными”.

При таком правиле знаков сила тяги F_к “+”, а тормозная сила В_т “–”. Сила сопротивления W тоже отрицательна, хотя при движении поезда на спуске становится “+”, так как она способствует движению поезда.

Силы, отнесенные к какой-то единице подвижного состава, называются полными и измеряются в [кгс]. Такие силы принято обозначать большими буквами. Сила, отнесённая к одной тонне собственного веса поезда, называется удельной силой. Такие силы измеряются в и обозначаются малыми буквами.

Для перехода от полной силы к удельной необходимо значение полной силы разделить на вес подвижного состава, к которому относится эта полная сила.

Для поезда, вес которого состоит из веса вагонов Q и веса локомотива P получают:

Удельная силы тяги f_к= ; (1.1)

Удельное сопротивление ω= ; (1.2)

Удельная тормозная сила b_т= . (1.3)

 

При этом, если F_к- W- В = 0 – поезд движется равномерно;

F_к- W- В > 0 – поезд движется равноускоренно;

F_к- W- В < 0 – поезд движется равнозамедленно;

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.

 

Режим тяги

Определение основного удельного средневзвешенного сопротивления вагонов.

 

Поезд состоит из двух групп вагонов:

• четырёхосные грузовые вагоны грузоподъёмностью q _гр.4 = 59 т и грузоподъемностью тары q _т.4 = 22 т при коэффициенте использования грузоподъёмности вагона β₄ = 0,8 и количественном содержании в поезде g₄ = 82 %

•восьмиосные грузовые вагоны грузоподъёмностью q_гр8 = 124 т и грузоподъемностью тары q_т = 44 т при коэффициенте использования грузоподъёмности β₈ =0,2 и количеством содержании в поезде g₈ = 08 %.

 

Определение полного веса вагона брутто:

 

q₄ = q_т.4 q _гр.4 β₄ (2.1)

q₈ = q_т.8 q _гр.8 β₈ (2.2)

 

где q₄ и q₈ – полный вес вагонов брутто для четырёх и восьмиосных вагонов,

q_гр.4 и q_гр.8 – грузоподъёмность вагонов,

b₄ и b₈ – коэффициент использования грузоподъёмности,

q_т.4 и q_т.8 – вес тары.

q₄

q₈

 

Соотношение вагонов по весу в поезде для каждой категории вагонов:

 

b₄ (2.3)

b₈ (2.4)

 

где b₄ и b₈ – соотношение вагонов по весу в поезде,

g₄ и g₈ – соотношение вагонов по количеству, в %,

 

b₄

b₈

 

 

Проверка: b₄ + b₈ = 1; (2.5)

 

0,9 + 0,1 = 1

 

Расчёт осевой нагрузки:

 

Осевая нагрузка – масса, приходящая на ось колёсной пары.

 

(2.6)

где, q_o4 и q_o8 – осевая нагрузка на ось соответствующих вагонов,

m – количество осей вагона.