Основное удельное сопротивление движению подвижного состава

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (МИИТ)

Институт пути, строительства и сооружений

Кафедра «Проектирование и строительство железных дорог»

 

 

ТЕТРАДЬ

 

 

лабораторных работ

по дисциплине

"ИЗЫСКАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ"

 

 

Студента ______________________________________________

 

группы          – _________

 

 

Москва - 2018

СОДЕРЖАНИЕ

 

Лабораторная работа № 1

АНАЛИЗ СОПРОТИВЛЕНИЙ ДВИЖЕНИЮ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА.. 5

1 Основное удельное сопротивление движению подвижного состава. 5

1.1 Основное удельное сопротивление движению локомотива. 5

1.2 Основное удельное сопротивление движению вагонов. 5

1.2.1 Масса вагона брутто, приходящаяся на ось (нагрузка на ось) 5

1.2.2 Основное удельное сопротивление движению вагонов. 6

1.2.3 Основное удельное средневзвешенное сопротивление движению вагонного состава из нескольких групп вагонов разных типов. 6

1.3 Зависимость основного удельного сопротивления от скорости движения. 7

2 Удельное сопротивление движению при трогании с места. 8

3 Дополнительное сопротивление движению.. 9

3.1 Дополнительное сопротивление от уклона. 9

3.2 Дополнительное сопротивление при движении в кривой. 9

3.3 Приведенные уклоны.. 10

Лабораторная работа № 2

ОГРАНИЧЕНИЯ МАССЫ СОСТАВА. ДЛИНА ПОЕЗДА.. 11

1 Масса состава. 11

1.1 Масса состава из условии движения с установившейся скоростью на расчетном подъеме. 11

1.2 Исследование зависимости массы состава от величины руководящего уклона 12

1.3 Проверка массы состава по условию трогания с места. 12

2 Проверки уклонов. 13

3 Определение количества вагонов в составе, длины вагонного состава, поезда и рекомендованной полезной длины приемо-отправочных путей. 13

4 Оценка использования массы состава. 14

Лабораторная работа № 3

УДЕЛЬНЫЕ РАВНОДЕЙСТВУЮЩИЕ СИЛЫ.. 15

1 Удельная равнодействующая сила в режиме тяги. 15

2 Удельная равнодействующая сила в режиме холостого хода. 16

3  Удельная равнодействующая сила в режиме торможения. 17

4 Изучение свойств диаграммы удельных равнодействующих сил. 21

Лабораторная работа № 4

ОГРАНИЧЕНИЕ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПО УСЛОВИЯМ ТОРМОЖЕНИЯ.. 22

Лабораторная работа № 5

КРИВЫЕ СКОРОСТИ И ВРЕМЕНИ ХОДА.. 29

1 Подготовка к построению кривой скорости. 29

2 Построение кривой скорости. 29

3 Построение кривой времени хода. 30

Лабораторная работа № 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ.. 33

1 Построение кривых скорости и времени хода на перегоне. 33

2 Определение механической работы локомотива. 34

3 Определение работы сил сопротивления. 34

4 Определение расхода электрической энергии. 35

Лабораторная работа № 7

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ТРАССЫ НОВОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ.. 36

Лабораторная работа № 8

ВЫБОР ВАРИАНТОВ ТРАССЫ И РУКОВОДЯЩЕГО УКЛОНА НОВОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ.. 39

Лабораторная работа № 9

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И НОРМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТРАССЫ 42

1 Норма массы состава и длина приемо-отправочных путей. 42

1.1 Норма массы состава. 42

1.2 Длина состава, поезда и полезная длина приемо-отправочных путей. 42

2 Нормы проектирования вариантов трассы.. 43

2.1 Нормы проектирования плана трассы.. 43

2.2 Нормы проектирования продольного профиля трассы.. 44

 

РЕКОМЕНДОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА.. 46

 

Лабораторная работа №1

АНАЛИЗ СОПРОТИВЛЕНИЙ ДВИЖЕНИЮ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

 

Цель работы: определение основного удельного сопротивления, действующего на поезд при разных режимах движения, дополнительных сопротивлений движению; анализ зависимости сопротивления от различных влияющих факторов.

Исходные данные:  

продольный профиль перегона - выдается преподавателем;

тип локомотива ……………;

тип верхнего строения пути ………………..;

вид и характеристики вагонов (таблица 1.1).

Таблица 1.1

Тип вагонов	Число осей грузовых вагонов, m	Масса тары, , т	Грузоподъемность вагонов, , т	Коэффициент полногрузности, β	Доля по числу данной группы вагонов в составе, γ i , %
1
2

Порядок выполнения работы

Приведенные уклоны

В тяговых расчетах дополнительное сопротивление от уклона и от кривой объединяют и учитывают с помощью приведенного уклона.

Приведенный уклон вычисляют как сумму действительного уклона и уклона, эквивалентного сопротивлению от кривой

.

Приведенный уклон различается для направлений движения поезда «туда» и «обратно».

Расчет приведенного уклона производится в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Определение приведенного уклона

№	Длина элемента, м	Действительный уклон, ± i, ‰		Уклон, эквивалентный сопротивлению от кривой, i эк, ‰	Приведенный уклон, ± , ‰
		туда	обратно		туда	обратно

Вывод:_______________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

 

Работу выполнил:   ______________________

подпись студента

Работу принял:        ______________________         Дата:__________

подпись преподавателя

Лабораторная работа №2

 

ОГРАНИЧЕНИЯ МАССЫ СОСТАВА. ДЛИНА ПОЕЗДА

Цель работы: Определение массы и длины состава.

 

Исходные данные:

тип локомотива (см. лаб. работу №1);

расчетная скорость локомотива – V _р=……….км/ч;

расчетный подъем (руководящий уклон) - =………‰;

характеристики подвижного состава (см. лаб. раб. №1);

тип верхнего строения пути (см. лаб. работу №1).

 

Порядок выполнения работы

Масса состава

Проверки уклонов

При незапланированной остановке поезда в пределах перегона должна быть обеспечена возможность трогания поезда расчетной массы на любом уклоне. Для этого проводится проверка: максимальный уклон трогания не должен быть меньше максимального уклона продольного профиля.

Максимальный уклон по троганию:

, ‰.

, ‰.

, ‰ , ‰

При стоянке поезда на уклоне, когда отпускаются тормоза вагонов (во время стоянки поезда или перед троганием поезда с места), возникает необходимость удержания поезда вспомогательными тормозами локомотива.

Наибольшая крутизна уклона, обеспечивающего удержание поезда расчетной массы P + Q вспомогательным тормозом локомотива, определяется по формуле

, ‰,

где ∑К _{р (л)} – сумма расчетных сил нажатия тормозных колодок локомотива, кН.

,

где k _{p (л)} – расчетное тормозное нажатие на одну ось локомотива, кН;

(k _{p (л)} = ……… кН); m _л – число осей локомотива(m _л =…….).

, кН.

, ‰.

Лабораторная работа №3

 

УДЕЛЬНЫЕ РАВНОДЕЙСТВУЮЩИЕ СИЛЫ

Цель работы: Определение удельных сил, действующих на поезд при разных режимах движения и их анализ.

 

Исходные данные:

тип локомотива;

тяговая характеристика локомотива;

данные предыдущих лабораторных работ.

 

Порядок выполнения работы

Лабораторная работа №4

 

ОГРАНИЧЕНИЕ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПО УСЛОВИЯМ ТОРМОЖЕНИЯ

Цель работы: Определение скоростей движения поезда, допускаемых по условиям торможения.

Исходные данные:

руководящий уклон i _р ………. ‰;

нормативный тормозной путь - S _т= …………… м;

ограничение скорости по вагонному составу V _ваг = ….... км/ч;

данные предыдущих лабораторных работ.

 

Порядок выполнения работы

 

При движении поезда по длинному спуску его скорость, увеличиваясь, не должна превышать такую величину V _т, при которой поезд может быть остановлен на расстоянии тормозного пути S _т при экстренном торможении. Такая скорость называется допускаемой по условиям торможения.

Она зависит от крутизны спуска i, тормозного оснащения состава, характеризуемого расчетным тормозным коэффициентом J _р, системы тормозов и нормативной величины тормозного пути S _т.

Тормозной путь слагается из пути подготовки к торможению  и пути действительного торможения :

.

Скорости, допускаемые по условиям торможения, рекомендуется определять графо-аналитическим методом. Последовательность действий:

 

1. Откладывается отрезок, равный нормативной длине тормозного пути .

 

2. Рассчитываются зависимости пути подготовки к торможению от скорости начала торможения S _П (V _Т) для трех значений уклонов (площадки , спуска с руководящим уклоном  и промежуточного значения ).

Путь подготовки к торможению :

, м,

где: V _Т – скорость начала торможения, км/ч;

t _П – время подготовки к торможению:

, мин,

где: i – уклон, ‰ (три принятых значения, в формулу подставляются со знаком «-»);

b _Т – удельная тормозная сила (см. лаб. раб № 3) при скорости начала торможения V _Т, Н/кН;

a, e – коэффициенты, зависящие от количества осей в составе М:

,

где: m_i – количество тормозных осей у вагонов i -го типа;

n_i – количество вагонов i -ого типа;

k – количество типов вагонов.

 

.

 

,        .

 

Расчет производится в таблице 4.1. Расчетные скорости могут быть выбраны из диапазона от 0 до конструкционной скорости локомотива V _к. Так как зависимость незначительно отличается от линейной, для требуемой точности расчетов достаточно двух значений, например, 0 и V _к.

 

Таблица 4.1 - Расчет пути подготовки к торможению

Скорость, V, км/ч	Расчетный коэффициент трения, φ кр	Удельная тормозная сила, b т, Н/кН	Время подготовки к торможению, t п, мин			Путь подготовки к торможению, S п, м
			Уклоны, ‰			Уклоны, ‰
0						0	0	0

 

3. Полученная зависимость строится на рисунке 4.1 с началом координат в начале отрезка тормозного пути.

 

4. Рассчитывается зависимость действительного пути торможения от скорости начала торможения S _д (V _т ) для тех же значений уклонов.

Действительный путь торможения S _д

,

где - приращение пути

, м,

V _н – начальная скорость, км/ч; V _к – конечная скорость, км/ч; V _ср – средняя скорость, км/ч;  – удельная равнодействующая сила, действующая на поезд в режиме экстренного торможения при средней скорости на заданном интервале:

, Н/кН;

, - удельная тормозная сила и основное удельное сопротивление движению поезда в режиме холостого хода при средней скорости V _ср

  км/ч;

 – уклон спуска (в формулу подставляется со знаком «-»), ‰.

Расчет ведется в таблице 4.2. Скорости задаются в диапазоне от 0 до V _к с шагом 10 км/ч.

 

5. Зависимость действительного пути торможения строится на рисунке 4.1 с началом координат в конке отрезка тормозного пути.

 

6. Допускаемая скорость по условиям торможения для каждого из заданных уклонов спусков определяется как значение скорости в точке пересечения графиков зависимостей пути подготовки и действительного пути торможения для соответствующего уклона. Полученные точки переносятся на рисунок 4.2.

 

7. По трем полученным значениям уклона и соответствующих им значениям допускаемых скоростей на рисунке 4.2 производится линейная интерполяция зависимости допускаемой скорости по условиям торможения от уклона V _т (i).

 

8. К полученной зависимости допускаемой скорости по условиям торможения от уклона V _т (i) добавляется ограничение скорости по вагонному составу V _ваг и вводится поправка ΔV в соответствии с правилами ПТР [1]:

,         ,

,         ,

,         .

Полученная окончательная зависимость может быть использована для определения допускаемых скоростей по условиям торможения для любых значений уклонов спусков.

 

9. В таблице 4.3 представить допускаемую по условиям торможения скорость для приведенных уклонов (см. лаб. раб. № 1) продольного профиля в направлении «туда» и «обратно». Для подъемов ограничение скорости принять равным ограничению по вагонному составу.

 

 

Таблица 4.2 - Расчет действительного пути торможения

 

Скорость, V, км/ч

Средняя скорость, V ср, км/ч

Расчетный коэффициент трения, φ кр

Удельная тормозная сила,   b т, Н/кН

Основное удельное сопротивление поезда в режиме холостого хода,   w ох, Н/кН

Равнодействующая в режиме экстренного торможения, r экт, Н/кН

Приращение действительного пути торможения, Δ S, м

Действительный путь торможения, S д, м

Уклоны, ‰

Уклоны, ‰

Уклоны, ‰

i = 0

i = - i р/2

i = - i р

i = 0

i = - i р/2

i = - i р

i = 0

i = - i р/2

i = - i р

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

 

 

Рисунок 4.1 - Определение допускаемой скорости по условиям торможения для трех значений уклонов спусков

 

Рисунок 4.2 - Зависимость допускаемой скорости по условиям торможения от уклона спуска

 

Таблица 4.3 - Допускаемая по условиям торможения скорость для приведенных уклонов продольного профиля в обоих направлениях

 

№	Приведенный уклон продольного профиля в направлении «туда», i к(т), ‰	Допускаемая по условиям торможения скорость, км/ч	Приведенный уклон продольного профиля в направлении «обратно», i к(обр), ‰	Допускаемая по условиям торможения скорость, км/ч

 

Вывод:_______________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

 

Работу выполнил:   ______________________

подпись студента

Работу принял:        ______________________         Дата:__________

подпись преподавателя

 

Лабораторная работа №5

 

КРИВЫЕ СКОРОСТИ И ВРЕМЕНИ ХОДА

 

Цель работы: Построение кривых скорости движения и времени хода поезда в пределах части перегона.

Исходные данные:

участок продольного профиля для построения кривых скорости и времени хода …………………………………..…………………………………………….;

скорость движения поезда в начале заданного участка, V ₀ = ………… км/ч;

продольный профиль перегона;

данные предыдущих лабораторных работ.

 

Порядок выполнения работы

Подготовка к построению кривой скорости

На рисунке 5.1 по горизонтальной оси отложить длину заданного участка в масштабе 1:20000 (в 1 см 200 м) с началом участка в начале координат. Выделить границы элементов продольного профиля вертикальными линиями. Обозначить длины элементов продольного профиля и приведенные уклоны в направлении «туда» (см. лаб. раб. №1).

Горизонтальными линиями в пределах каждого элемента продольного профиля отметить допускаемые ограничения скорости по условиям торможения (см. лаб.раб. № 4).

Указать место стрелочного перевода на станции в соответствии с заданием. Если место стрелочного перевода не указано на продольном профиле, то оно может быть получено как половина длины станционной площадки

 м,

где  - полезная длина приемо-отправочных путей, м (см. лаб. раб. №2).

В обе стороны от центра стрелочного перевода на расстояние половины длины поезда нанести ограничение скорости равное 50 км/ч.

Построение кривой скорости

 

Кривая скорости строится методом численного интегрирования уравнения движения поезда по пути. Задавая значения начальной скорости , км/ч, на интервале интегрирования , км, находим значение скорости , км/ч, в конце интервала

, км/ч,

где  (дзета) - ускорение или замедление поезда при удельной силе 1 Н/кН, км/ч², для грузовых и пассажирских поездов принимается равным 120;

 - шаг интегрирования или приращение пути, км; для получения достаточной точности расчетов принять равным 0,1 км; в местах быстрого изменения скорости (набор скорости при выходе со станции, участки торможения) приращение пути задавать равным 0,05 км;

 – удельная равнодействующая сила, действующая на поезд при начальной скорости , Н/кН.

В режиме тяги удельная равнодействующая сила определяется по формуле

, Н/кН,

где:  - удельная равнодействующая сила в режиме тяги, Н/кН;  - приведенный уклон элемента профиля, для которого строится кривая скорости, ‰.

На участках торможения кривая скорости строится в обратном направлении, начиная с точки, в которой должен быть достигнут определенный уровень скорости. Удельная равнодействующая в режиме служебного торможения равна

,

где  - удельная равнодействующая сила в режиме служебного торможения, Н/кН.

Расчет скорости производится в таблице 5.1.

На кривой скорости нужно обозначить режимы движения поезда: режим тяги (ВКЛ), торможения (Т), регулировочного торможения (РТ) или ограниченной силы тяги (ОГР).

 

Лабораторная работа №6

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ

 

Цель работы: Построение кривых силы тяги и силы тока в пределах перегона; определение механической работы локомотива, работы сил сопротивления, расхода электрической энергии (топлива).

Исходные данные:

 тип локомотива;

 тип верхнего строения пути;

 продольный профиль и план перегона;

 данные по подвижному составу.

 

Порядок выполнения работы

 

Лабораторная работа №7

 

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ТРАССЫ НОВОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ

 

Цель работы: Выявление возможных направлений трассы и их анализ.

Исходные данные:

топографическая карта района проектирования масштаба 1:25000 с сечением горизонталей через 5 м;

заданные опорные пункты: станция примыкания ______________;

направление А.

Порядок выполнения работы

1. Опорные пункты соединить геодезической линией и определить ее длину  = ……… км.

2. В результате изучения района проектирования между станцией примыкания и направлением А выявить фиксированные точки и назначить 2-3 возможных направления трассы;  дать их описание.

I-й вариант направления :                                                                        

                                                                                                                       

                                                                                                                                                                                                                                              

II-й вариант направления :                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              

III-й вариант направления :                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             

 

3. На каждом направлении выделить участки с однообразным уклоном местности, обозначить границы этих участков (фиксированные точки) цифрами (1,2.....).

4. Для каждого из участков  направления определить:

- средний уклон местности для участков , ‰;

где  – длина участка, км; H _{к i}, H _{н i}  - отметки конца и начала участков, м;

- длину направления как сумму длин участков ;

- сумму преодолеваемых высот в направлении «туда» и «обратно», м

и .

 

Расчеты выполнить  в таблицах 7.1 – 7.3.

Таблица 7.1 - Расчет среднего уклона местности участков I-го направления

№ участка	Длина участка	Отметка в начале участка	Отметка в конце участка	Разность отметок	Средний уклон местности
	, км	H н i, м	H к i, м	Δ hi,= H к i - H н i м	, ‰
1	2	3	4	5	6
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6

В сумму преодолеваемых высот для направления «туда» и «обратно» необходимо включить только подъемы для каждого из направлений [из графы 5 (таблица 7.1) для направления «туда» - Δ h_i с плюсом, для направления «обратно» - с минусом].

Суммы преодолеваемых высот для I-го направления

 =________ м   =_________м.

 

Таблица 7.2 - Расчет среднего уклона местности участков II-го направления

№ участка	Длина участка	Отметка в начале участка	Отметка в конце участка	Разность отметок	Средний уклон местности
	, км	H н i, м	H к i, м	Δ hi,= H к i - H н i м	, ‰
1	2	3	4	5	6
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6

Суммы преодолеваемых высот для II-го направления

 =________ м    =_________м.

Таблица 7.3 - Расчет среднего уклона местности участков III-го направления

№ участка	Длина участка	Отметка в начале участка	Отметка в конце участка	Разность отметок	Средний уклон местности
	, км	H н i, м	H к i, м	Δ hi,= H к i - H н i м	, ‰
1	2	3	4	5	6
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6

Суммы преодолеваемых высот для III-го направления

 =________ м       =_________м.

 

5. Свести основные показатели направлений в таблицу 7.4

Таблица 7.4 - Основные показатели направлений

Направление

Длина направления

Максимальный средний уклон местности

Сумма преодолеваемых высот

Дополнительные показатели