Расчет массы и длины состава грузового поезда

Масса и длина составов грузовых поездов являются важнейшими технико-экономическими показателями, влияющими на пропускную и провозную способность линии, потребность в локомотивах и локомотивных бригадах, расход топлива и электрической энергии и, в конечном счете, — на эксплуатационные расходы. Определение массы и длины ведется по Правилам тяговых расчетов для поездной работы (ПТР).

Q _бр — масса состава грузового поезда в тоннах при движении с равномерной скоростью по расчетному подъему определяется по формуле

 

   ,                                      (5.3)

    

где F _к.р — касательная сила тяги локомотива при расчетной скорости на руководящем подъеме, кН; Р — расчетная масса локомотива, т; i _р — руководящий уклон,  ; ω₀' — основное удельное сопротивление локомотива при езде с тягой на звеньевом пути, Н/кН; ω₀’’ — основное удельное сопротивление вагонов, Н/кН.

Основное удельное сопротивление локомотива и вагонов, возникающее в результате трения колес о рельсы, в движущихся частях подвижного состава, от воздушной среды и ветра, неровностей на поверхности катания рельсов и в кривых участках пути определяются по формуле

 

ω₀’ = 1,9 + 0,01 · V + 0,0003 · V ²,                                     (5.4)

 

где: V — расчетная скорость, км/ч (табл. 23 ПТР, 1985).

Основное удельное сопротивление груженых 4-осных вагонов на роликовых подшипниках и вагонов рефрижераторных поездов  

 

 

где: q 0 — осевая нагрузка вагона, т · брутто.

Для груженых 8-осных на роликовых подшипниках

 

 

Для порожних 4-осных на роликовых подшипниках

 

ω = 1+ 0,044 · V + 0,00024 · V 2,                                       (5.7)

 

Масса грузового поезда при расчетах округляется в меньшую сторону до 50 т, пассажирского — до 25 т.

Тяговыми расчетами предусматривается проверка полученного значения Q _бр на трогание состава с места поездным локомотивом после вынужденной остановки на подъеме. Проверка ведется по формуле

 

 

где F _к.тp — касательная сила тяги локомотива при трогании состава с места; ω_тр — основное удельное сопротивление троганию с места; i _тp — величина подъема, по которому ведется проверка (в учебном курсе ее можно принять равной расчетному подъему i _p),

 

 

Проверка массы состава по длине станционных путей выполняется с целью предупреждения затруднений в работе станций из-за выхода состава за пределы полезной длины.

Длина l _п, м, поезда составляет

l _п = l _с + n _л · l _л + 10,                                            (5.10)

где l _c — длина состава, м; l _л — длина локомотива, м; n _л — число локомотивов в составе; 10 — допуск на неточность установки поезда в пределах полезной длины, м.

Длина l _с, м, состава зависит от числа вагонов в составе и длины вагонов по осям автосцепки _{l в}, м:

l _с = ∑ m · l _в,                                                     (5.11)

где m — число однотипных вагонов.

Длина вагонов по осям автосцепки, м:

· восьмиосный полувагон........................................... 20

· восьмиосная цистерна............................................. 21

· четырехосный крытый и изотермический............................. 15

· четырехосный полувагон и платформа............................... 14

· четырехосная цистерна, цементовоз, думпкар......................... 12

Если известны масса состава Q _бр и доли α _i разных типов вагонов по массе, то можно определить число вагонов каждого типа:

 

где q_i — средняя масса вагона определенного типа.

Общее число вагонов в составе m _c = ∑ m_i.

Полученное значение длины поезда l _n должно быть проверено по полезной длине путей.

Число вагонов в составе при этом должно быть не более:

 

 

где l _по — полезная длина приемо-отправочных путей, м.

При сравнении m _c и   как результирующее принимается меньшее значение.

Ввиду того, что на каждом участке значения Q _бр разные, для сокращения эксплуатационных расходов, связанных с частыми переломами массы, на направлении устанавливается унифицированная масса поезда.

Для получения унифицированной массы поезда строится тонно-километровая диаграмма по перегонам и участкам в целом, с указанием руководящих уклонов, длин перегонов и полученных весовых норм поезда. На основании детального анализа этой диаграммы и результатов технико-экономических расчетов определяется унифицированная масса поезда по всему направлению.

В случае резкого различия масс следует предусмотреть прицепки-отцепки групп вагонов на попутных технических станциях.

Если на направлении пропускается маршрутный вагонопоток, то для маршрутных поездов следует произвести отдельный расчет Q _бр. Для этих поездов можно предусмотреть более мощный локомотив и организовать поездную работу на длинных участках обслуживания.

В ряде случаев технико-экономические расчеты подтверждают целесообразность проведения мер, позволяющих поднять среднюю массу поезда на подразделении, сократить число «ниток» на графике движения, уменьшить число остановок поездов при скрещении на однопутной линии, сократить потребное число поездных локомотивов и бригад, увеличить пропускную и провозную способность линии и т.д.

При недостаточном числе вагонов на целый маршрут рассматривается вопрос о выделении «ядра» и прицепной группы в составе. В этом случае такие поезда будут следовать как групповые.

Для безостановочного пропуска маршрутных поездов на графике предусматриваются специализированные «нитки». Тогда число вагонов m _c в составе поезда рассчитывается по условию трогания поезда с места, т.е.

где q₀ — средняя нагрузка на ось вагона, т.

Масса и длина отправительских маршрутов и специализированных поездов устанавливаются:

· для внутренних назначений — начальником железной дороги;

· внутри государственных — железнодорожной администрацией государства;

· межгосударственных — Дирекцией Совета по железнодорожному транспорту государств по согласованию с железнодорожными администрациями.

В исключительных случаях допускается отклонение от установленных норм в сторону уменьшения длины маршрута не более чем на один физический вагон.

Вывозные, передаточные и участковые поезда формируются по массе и длине в пределах минимальных и максимальных норм, установленных приказом начальника дороги.

Сборные поезда и диспетчерские локомотивы отправляются с начальных станций независимо от числа накопившихся вагонов.

Пример. Определить массу поезда и число вагонов в составе на участке А—Б с руководящим уклоном 9 , локомотивом 2ТЭ10В. Характер вагонопотока в зависимости от нагрузки на вагон и доли типов вагонов:

груженые 4-осные ПВ на роликовых подшипниках: q ₁ = 72 т, α₁ = 0,7;

порожние 4-осные ПВ на роликовых подшипниках: q ₂ = 22 т, α₂ = 0,1;

груженые 8-осные ПВ на роликовых подшипниках: q ₃ = 160 т, α₃ = 0,2.

Полезная длина приемо-отправочных путей на станциях — 1050 м.

Решение.

при F _к.р = 496 кН (табл. 23 ПТР, 1985); V _p = 23,4 км/ч; Р = 276 т; g = 9,81;

ω₀’ = 1,9 + 0,01 · V + 0,0003 · V ² = 1,9 + 0,01 · 23,4 + 0,0003 · 23,4² = 2,3 Н/кН.

Основное удельное сопротивление для 4-осных груженых вагонов:

Основное удельное сопротивление для 4-осных порожних вагонов:

 1+ 0,044 · V + 0,00024 · V ² = 1+ 0,044 · 23,4 + 0,00024 · 23,4² = 2,16 Н/кН.

Основное удельное сопротивление для 8-осных груженых вагонов:

 

Основное удельное сопротивление для всего состава:

ω'₀ = ω''_0,4гр · α₁ + ω''_0,4пор · α₂ + ω''_0,8гр · α₃ =

= 1,02 · 0,7 + 2,16 · 0,7 + 2,16 · 0,1 + 1,1 · 0,2 = 1,13 Н/кН.

Масса поезда

Масса округляется до 4700 т.

Полученная масса проверяется по условию трогания поезда с места.

Основное удельное сопротивление всего состава при трогании с места:

ω_тр = 1,12 · 0,7 + 2,33 · 0,1 + 1,04 · 0,2 = 1,225 Н/кН.

Масса поезда по условию трогания с места на руководящем подъеме:

Q _тр,бр = = 7994 ≈ 7950 т.

Q _тр,бр > Q _бр

Вывод — тепловоз 2ТЭ10В может взять с места поезд массой 4700 т даже на руководящем подъеме.

Число вагонов в поезде, исходя из массы поезда Q _бр и средней нагрузки q ₀ на ось вагона, составит

Определяем часть длины состава для 4-осных груженых полувагонов:

 

m _4.гр =  · 0,7 = 45,71 ваг.,

l = 45,71 · 14 = 639,44 м;

для 4-осных порожних полувагонов:

 

m _4.пор =  · 0,1 = 23,5 ваг.,

l = 23,5 · 14 = 239,4 м;

 

для 8-осных груженых полувагонов:

 

m _8.гр =  · 0,2 = 5,88 ваг.,

l = 5,88 · 20 = 117,6 м.

 

Общее число вагонов в составе:

 

m _c = 45,71 + 23,5 + 5,88 = 74,1 ваг.

l = 639,44 + 329,4 + 117,6 = 1086,44 м.

 

Длина поезда по полезной длине должна составлять:

 

  = l _с + l _л + 10 = 1050 м,

 

фактическая длина поезда составляет:

 

  = 1086,44 + 30 + 10 = 1126,44 м,

что больше 1050 м, значит, поезд не вместится в пределах полезной длины путей.

Вывод: фактическую длину поезда надо уменьшить на 1126,44 – 1050 =

= 76,44 м или на  = 5,096 ваг. ≈ 5 ваг.