ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Уральский государственный университет путей сообщения
Кафедра электрической тяги
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
на тему: «Тяговые расчеты для поездной работы»
по дисциплине: Подвижной состав
Проверил: Выполнил:
преподаватель студент группы БП – 414
Фетисова Н.Г. Пьянкова Ж.А.
Екатеринбург
2007
Содержание
Введение ………………………………………………………………………..…3
1 Исходные данные и задание на курсовую работу……………………….......4
1.1 Общие данные………………………………………………………………...4
1.2 Индивидуальные данные……………………………………………….........4
1.3 Задание …………………………………………………………………….….5
2 Содержание курсовой работы ………………………………………………...6
2.1 Определение основных технических данных локомотива ……………….6
2.2 Определение расчетной массы состава …………………………………..…6
2.3 Построение диаграммы удельных результирующих сил поезда ………... 9
2.4 Определение допустимой скорости движения поезда на спусках………12
2.5 Построение кривых движения поезда на участке ………………………..14
Заключение…………………………………………………………………….... 15
Список литературы ………..……………………………………………………16
Приложение А Диаграмма удельных результирующих сил…..……………..17
Приложение Б Графическое решение тормозной задачи….…..……………..18
Приложение В Кривые движения поезда…………..….…...………………...19
Введение
В теории тяги изучают управляемое движение поездов. При этом поезд рассматривают как управляемую систему, функционирующую в условиях переменных возмущающих воздействий внешней среды, наложения внутренних и внешних удерживающих связей и нормативных ограничений ее управляющих воздействий.
В тяге поездов принято считать, что локомотив и вагоны, связанные между собой автосцепками, движутся в пространстве и времени как единое целое – как система, не имеющая никаких других движений, кроме управляемого.
Очевидно, что автосцепки являются внутренними, а рельсы – внешними удерживающими связями, определяющими траекторию движения и направление сил, воздействующих на управляемое движение поезда.
Расчетную часть теории тяги поездов называют тяговыми расчетами. Тяговые расчеты используются для разработки графика движения поездов, изыскания и проектирования железных дорог, расчетов в области экономической эффективности перевозок. В данной курсовой работе рассчитываются важнейшие задачи по тяговым расчетам, которые являются основным расчетным инструментом в деле рационального функционирования, планирования и развития железных дорог: определение расчетной массы состава, построение диаграммы удельных результирующих сил поезда, определение допустимой скорости движения поезда на спусках, построение кривых движения поезда на участке.
Исходные данные и задание на курсовую работуОбщие данные
Участок А-Б-В имеет звеньевой путь.
Расположение осей станционных путей следующее:
ось станции А расположена в начале первого элемента;
ось станции Б расположена в середине элемента №13;
ось станции В расположена в конце последнего элемента.
Длина станционных путей – 1250 м.
Допустимая скорость движения по состоянию путей:
по перегонам ……………. 80 км/ч;
по станциям ……………... 60 км/ч.
Допустимый тормозной путь при экстренном торможении – 1200 м.
Расчетный тормозной коэффициент поезда – 0,33.
Тормозные колодки – чугунные.
Индивидуальные исходные данные
Серия локомотива – ВЛ8, профиль пути участка А-Б-В № 16.
Таблица 1.1 – Профиль пути участка пути А-Б-В
| Элемент пути | Длина, Lэ, м | Уклон, i, ‰ | Элемент пути | Длина, Lэ, м | Уклон, i, ‰ | Элемент пути | Длина, Lэ, м | Уклон, i, ‰ |
| 1 | 800 | 0,2 | 10 | 1000 | 0 | 19 | 1500 | -4 |
| 2 | 1300 | 2,5 | 11 | 600 | 3 | 20 | 1600 | -11 |
| 3 | 1300 | 5 | 12 | 1200 | 1 | 21 | 600 | -3 |
| 4 | 1000 | 6 | 13 | 1500 | 0 | 22 | 800 | 0 |
| 5 | 800 | 3 | 14 | 900 | 2,5 | 23 | 1900 | 9 |
| 6 | 1700 | 5,5 | 15 | 1200 | 2 | 24 | 700 | 4 |
| 7 | 1200 | 4 | 16 | 1200 | 1 | 25 | 1500 | 1 |
| 8 | 1500 | 7,5 | 17 | 1400 | 0 | 26 | 1500 | 0 |
| 9 | 1900 | 9 | 18 | 1400 | -3 | 27 | 1100 | -0,5 |
| Lуч, м | 33100 | |||||||
Вагонный состав поезда
Доля (по массе) восьмиосных (α8) и четырехосных (α4) вагонов в составе поезда:
α8 = 0,2 + 0,02N, (1.1)
α8 = 0,2 + 0,02*16 = 0,52;
α4 = 1 - α8, (1.2)
α4 = 1 – 0,52 = 0,48.
Масса в тоннах, приходящихся на ось колесной пары, соответственно:
m08 = 13 + 0,2N, (1.3)
m08 = 13 + 0,2 * 16 = 16,2, т;
m04 = 15 + 0,2N, (1.4)
m04 = 15 + 0,2 * 16 = 18,2, т;
где N – порядковый номер студента по списку.
Начальные условия
Начальная километровая отметка участка Sо, км
Sо = 520 + 100N, (1.8)
Sо = 520 + 100*16 = 2120, км.
Cкорость движения поезда в начале участка Vо, км/ч
Vо = 5 + N, (1.9)
Vо = 5 + 16 = 21, км/ч.
Начальное значение времени движения поезда to, мин
to = 0,3N, (1.10)
to = 0,3*16 = 4,8, мин.
ЗаданиеОпределить расчетную массу состава.
Определить допустимую скорость движения поезда на спусках.
Построить зависимости V(S) и t(S) при движении поезда по участку с расчетной массой состава и оценить полученные результаты:
по значениям технической и участковой скоростей движения;
по режиму проследования расчетного подъема.
Тяговые расчеты должны быть выполнены при условии варианта:
без остановки на промежуточной станции и без учета предупреждения;
Тяговые расчеты должны быть произведены с наибольшим использованием тяговых свойств локомотива и допустимых скоростей движения поезда с целью получения наименьших значений перегонных времен хода.
Содержание курсовой работыОпределение основных технических данных локомотива
Основные технические данные локомотива серии ВЛ8:
сила тяги при трогании с места Fк тр = 607 кН;
расчетная сила тяги Fк р = 465 кН;
расчетная скорость движения Vр = 43,3 км/ч;
конструкционная скорость движения Vк = 80 км/ч;
масса локомотива mл = 184 т;
длина локомотива lл = 28 м.
Ограничение тяговой характеристики локомотива по сцеплению Fсц, кН:
Fсц = 9,81* mл*ψк, (2.1)
где mл – масса локомотива, т;
ψк – расчетный коэффициент сцепления:
ψк = 0,25 + 8/(100+20*V) (2.2)
Vp = 43,3 км/ч: ψк = 0,25 + 8/(100+20*43,3) = 0,258,
Fсц = 9,81* 184*0,258 = 466,0 кН;
Таблица 2.1 – Ограничение тяговой характеристики локомотива серии ВЛ8 по сцеплению
| V, км/ч | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 43,3 |
| Fсц, кН | 596,0 | 500,0 | 480,5 | 471,5 | 467,5 | 466,0 |
Тяговую характеристику локомотива серии ВЛ8 Fк(V) и ее ограничение Fсц(V) (рисунок 2.1) строим на миллиметровой бумаге в удобном для пользования масштабе.
Определение расчетной массы составаРасчет критической массы состава
Критическую массу состава mс кр, т, определяют по мощности локомотива из условия движения поезда по расчетному подъему с установившейся (равномерной) скоростью при работе локомотива в расчетном режиме V = Vр:
m
с кр = (Fкр/g) – mл (w'o + ip), (2.3)
w''o + ip
где Fкр – расчетная сила тяги, Н;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
w'o – удельное основное сопротивление движению электровоза при езде под током, Н/кН;
ip – расчетный подъем, ‰;
w''o – удельное основное сопротивление движению состава, Н/кН.
Величину w'o рассчитывают по формуле
w'o = 1,9 + 0,01V + 0,0003V2, (2.4)
w'o = 1,9 + 0,01*43,3 + 0,0003*43,32 = 2,90, Н/кН,
где V – скорость движения, км/ч.
Для состава, сформированного из четырехосных и восьмиосных вагонов, величину w''o рассчитывают по формуле
w''o = α4* w''o4 + α8* w''o8, (2.5)
где w''o4 – удельное основное сопротивление движению четырехосных вагонов, Н/кН;
w''o8 – удельное основное сопротивление движению восьмиосных вагонов, Н/кН.
Удельное основное сопротивление движению груженых четырехосных и восьмиосных вагонов определяют по формулам:
w''o4 = 0,7 + 3+0,1V+0,0025V2 , (2.6)
mo4
w''o4 = 0,7 + 3+0,1*43,3+0,0025*43,32 = 1,36, Н/кН,
18,2
w''o8 = 0,7 + 6+0,038V+0,0021V2 , (2.7)
mo8
w''o8 = 0,7 + 6+0,038*43,3+0,0021*43,32 = 1,41, Н/кН,
16,2
w''o = 0,48* 1,36 + 0,52* 1,41 = 1,39, Н/кН,
mс кр = (465000/9,81) – 184(2,90 + 9) = 4351 ≈ 4350, т.
1,39 + 9
Проверка массы состава по троганию с места
Масса состава, рассчитанная выше, должна быть меньше массы mс тр, полученной по формуле
mс тр = Fк тр/[g(wтр + iтр)] – mл, (2.8)
где mс тр – масса состава при трогании с места, т;
Fк тр – сила тяги при трогании с места, Н;
wтр – удельное основное сопротивление при трогании с места, Н/кН;
iтр – уклон участка пути, на котором происходит трогание поезда с места, ‰.
Удельное основное сопротивление движению при трогании поезда с места для вагонов на роликовых подшипниках определяется по формуле
wтрi = 28/ (moi + 7), (2.9)
где moi – масса, приходящаяся на ось вагона i – того типа,т.
wтр4 = 28/ (18,2 + 7) = 1,11, Н/кН;
wтр8 = 28/ (16,2 + 7) = 1,21, Н/кН.
Для состава из четырехосных и восьмиосных вагонов wтр определяют по выражению
wтр = α4 * wтр4 + α8 * wтр8, (2.10)
wтр = 0,48 * 1,11 +0,52 * 1,21 = 1,16, Н/кН,
mс тр = 607000/[9,81(1,16 + 0,2)] – 184 = 45313 ≈ 45300, т.
4350 < 45300 => mс кр < mс тр, то есть условие выполняется.
Проверка массы состава по размещению на станционных путях
Длина поезда не должна превышать полезной длины приемоотправочных путей на участках обращения данного поезда (с учетом допуска 10 м на установку поезда).
Длина поезда lп, м, определяется по формуле
lп = lс + nл*lл + 10, (2.11)
где lс – длина состава, м;
nл – количество локомотивов;
lл – длина локомотива, м.
Длина состава определяется по формуле
lс = ∑(ni*li), (2.12)
где ni – количество вагонов i-того типа в составе;
li – длина вагона i-того типа, м. Принять l4 = 14м, l8 = 21м.
Количество вагонов определяется по выражению
ni = αi* mc/mi (2.13)
где αi – доля вагонов i-того типа (по массе);
mi – масса одного вагона i-того типа, т. Определяется по числу осей и массе, приходящейся на ось.
n4 = 0,48* 4350/18,2*4 = 28;
n8 = 0,52* 4350/16,2*8 = 17;
lс = (28*14) + (17*21) = 749, м;
lп = 749 + 1*28 + 10 = 787, м.
Так как длина приемоотправочных путей 1250 м, а длина поезда 787 м, то делаем вывод о том, что масса состава рассчитана верно.
Выбор расчетной массы составаИз двух значений масс состава, полученных выше, для дальнейших расчетов принимается ее наименьшее значение, а именно – 4350 т.
Построение диаграммы удельных результирующих сил поезда
Для получения в дальнейшем кривых движения поезда графическим способом необходимо предварительно рассчитать удельные результирующие силы, действующие на поезд при движении его по прямому и горизонтальному участку пути. При этом удельные результирующие силы поезда рассчитывают и строят на графике в зависимости от скорости движения для всех трех возможных режимов ведения поезда: тяги – fт, выбега – fв, служебного механического торможения – fсл.т.. Совместное графическое изображение этих зависимостей принято называть диаграммой удельных результирующих сил поезда.
В тяговом режиме
fт = fк – wо, (2.14)
Таблица 2.2 – таблица удельных сил поезда. Сводная
| V, км/ч | w'o, Н/кН | w''o4, Н/кН | w''o8, Н/кН | w''o, Н/кН | φкр | bт, Н/кН | tn, c | Sn, м | wx, Н/кН | wox, Н/кН | Fэкст.т., Н/кН | wo, Н/кН | Fк, Н/кН | fк, Н/кН | fт, Н/кН | fсл.торм., Н/кН |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 |
| 0 | 2,03 | 0,93 | 1,11 | 1,02 | 0,270 | 89,10 | 11,85 | 0 | 2,55 | 1,09 | -90,26 | 1,06 | 596,0 | 13,40 | 12,39 | -45,58 |
| 10 | 2,03 | 0,93 | 1,11 | 1,02 | 0,198 | 65,34 | 12,53 | 35 | 2,55 | 1,09 | -66,42 | 1,06 | 500,0 | 11,24 | 10,18 | -33,76 |
| 20 | 2,22 | 1,03 | 1,17 | 1,10 | 0,162 | 53,46 | 13,09 | 73 | 2,76 | 1,17 | -54,63 | 1,15 | 480,5 | 10,80 | 9,66 | -27,90 |
| 30 | 2,47 | 1,15 | 1,26 | 1,21 | 0,140 | 46,33 | 13,56 | 113 | 3,05 | 1,28 | -47,61 | 1,26 | 471,5 | 10,60 | 9,34 | -24,45 |
| 40 | 2,78 | 1,30 | 1,37 | 1,34 | 0,126 | 41,58 | 13,97 | 155 | 3,40 | 1,42 | -43,00 | 1,40 | 467,5 | 10,51 | 9,11 | -22,21 |
| 43,3 | 2,90 | 1,36 | 1,41 | 1,39 | 0,122 | 40,34 | 14,09 | 170 | 3,53 | 1,48 | -41,82 | 1,45 | 466,0 | 10,48 | 9,03 | -21,65 |
| 50 | 3,15 | 1,48 | 1,51 | 1,50 | 0,116 | 38,19 | 14,32 | 199 | 3,83 | 1,59 | -39,78 | 1,56 | 280,0 | 6,30 | 4,73 | -20,69 |
| 60 | 3,58 | 1,69 | 1,68 | 1,68 | 0,108 | 35,64 | 14,63 | 244 | 4,32 | 1,79 | -37,43 | 1,76 | 143,0 | 3,22 | 1,45 | -19,61 |
| 70 | 4,07 | 1,92 | 1,87 | 1,90 | 0,102 | 33,66 | 14,90 | 290 | 4,89 | 2,02 | -35,68 | 1,98 | 89,0 | 2,00 | 0,02 | -18,85 |
| 80 | 4,62 | 2,18 | 2,09 | 2,13 | 0,097 | 32,08 | 15,14 | 337 | 5,52 | 2,27 | -34,35 | 2,23 | 62,0 | 1,39 | -0,84 | -18,31 |
в режиме выбега
fв = – wох, (2.15)
в режиме служебного механического торможения
fсл.т. = - (0,5*bт + wох), (2.16)
где fк – удельная сила тяги, Н/кН;
wо – удельное основное сопротивление движению поезда при езде локомотива под током, Н/кН;
wох – удельное основное сопротивление движению поезда при езде локомотива без тока, Н/кН;
bт – удельная тормозная сила при механическом торможении, Н/кН.
В свою очередь
wо = (mл* w'о + mс* w''о) / (mл+ mс), (2.17)
wох= (mл* wх + mс* w''о) / (mл+ mс), (2.18)
fк = Fк / [(mл+ mс)*g], (2.19)
bт = 1000φкр* υр; (2.20)
где wх – удельное основное сопротивление движению электровоза при езде без тока, Н/кН;
Fк – сила тяги электровоза, Н;
φкр – расчетный коэффициент трения колодок о бандаж;
υр – расчетный тормозной коэффициент, 0,33.
Для всех серий электровозов
wх = 2,4 + 0,011V + 0,00035V2. (2.21)
Для чугунных тормозных колодок
φкр = 0,27(V+100) / (5V+100). (2.22)
Расчет значений удельных сил поезда выполняют для скоростей движения в диапазоне от нуля до конструкционной скорости с интервалом 10 км/ч. В диапазоне скоростей движения от нуля до скорости выхода на характеристику полного возбуждения силу тяги принимают равной силе сцепления. Сопротивление движению локомотива и состава при скоростях 0…10 км/ч принимают неизменным и равным его величине при скорости движения V = 10 км/ч.
V = 10 км/ч: φкр = 0,27(10+100) / (5*10+100) = 0,20;
wх = 2,4 + 0,011*10 + 0,00035*102 = 2,55,Н/кН;
bт = 1000*0,198* 0,33=65,34 Н/кН;
fк = 500000 / [(184+ 4350)*9,81] = 11,24 Н/кН;
wох= (184* 2,55 + 4350* 0,97) / (184+ 4350) = 1,09, Н/кН;
wо = (184* 1,9 + 4350* 0,97) / (184+ 4350) = 1,06,Н/кН;
fт = 11,24 – 1,06 = 10,18, Н/кН;
fв = – 1,09, Н/кН;
fсл.т. = - (0,5* 65,34 + 1,09) = - 33,76, Н/кН.
Полученные данные заносятся в таблицу 2.2, по данным граф 11, 16 и 17 строится диаграмма удельных результирующих сил поезда (приложение А).
Определение допустимых скоростей движения поезда на спусках
Определение допустимых скоростей движения поезда на спусках производится с целью недопущения проследования поездом участков пути, имеющих спуски, со скоростями движения, превышающими допустимые значения по тормозным средствам поезда. Такая задача называется тормозной задачей и решается путем расчета режима экстренного торможения поезда, когда по заданным значениям тормозного пути Sт, профиля пути iс и тормозным средствам поезда bт определяется максимально допустимое значение скорости начала торможения Vнт.
Тормозной путь Sт, м, имеет две составляющие
Sт = Sп + Sд, (2.23)
где Sп – подготовительный тормозной путь, м;
Sд – действительный тормозной путь, м.
Путь Sп, пройденный поездом за время подготовки тормозов к действию, находится по формуле
Sп = 0,278* Vнт*tп, (2.24)
где Vнт – скорость движения поезда в момент начала торможения, км/ч;
tп – время подготовки тормозов к действию, с.
В зависимости от количества осей в грузовом составе находят время. Количество осей в составе определяется по формуле
No = 4n4 + 8n8, (2.25)
No = 4*28 + 8*17 = 248;
tп = 10 – 15*iс / bт, (2.26)
При V= 10 км/ч tп = 10 – 15*(-11) / 65,34 = 12,5, с;
Sп = 0,278* 10*12,5 = 35, м.
Зависимость действительного тормозного пути от скорости начала торможения Sд(Vнт) определяют путем решения графическим методом основного уравнения движения поезда в режиме его экстренного торможения, когда удельная равнодействующая сила поезда fэкст.т равна
fэкст.т = - bт – wox. (2.27)
При V= 10 км/ч fэкст.т = - 65,34 – 1,09 = - 66,42, Н/кН.
Учитывая, что зависимость Sп(Vнт) начинается в начале заданного тормозного пути и имеет нарастающий характер, а зависимость заканчивается в конце заданного тормозного пути и имеет убывающий характер, то очевидно, что две эти зависимости на интервале тормозного пути пересекаются, а точка их пересечения и есть решение тормозной задачи (приложение Б).
Если решить тормозную задачу для нескольких значений спусков на участке, начиная с самого крутого, то можно получить зависимость допустимой скорости движения поезда с расчетной массой состава от величины спусков на заданном участке Vдоп(iс) (рисунок 2.2).
Второй по величине спуск составляет -4‰. При решении тормозной задачи для этого спуска точка пересечения графиков зависимостей Sп(Vнт) и Sд(Vнт) оказалась значительно выше конструкционной скорости локомотива ВЛ8 (80км/ч). Поэтому принимаем ограничение скорости только на элементе профиля со спуском величиной - 11‰, а на остальных спусках скорость равна конструкционной скорости локомотива ВЛ8.
Построение кривых движения поезда
Кривые движения поезда V(S) и t(S) – это зависимости, соответственно, скорости движения поезда и времени его хода от пути. Эти кривые получаются в результате решения основных дифференциальных уравнений движения поезда:
V(dV/dS) = 120f, (2.28)
dS/dt = V, (2.29)
где V – скорость движения поезда, км/ч;
S – путь, пройденный поездом, км;
f– удельная результирующая сила, действующая на поезд, Н/кН;
t– время движения поезда, ч.
Значения f определяем по формулам (2.14), (2.15) или (2.16) в зависимости от режима ведения поезда, они приведены в таблице 2.2 и на диаграмме удельных результирующих сил поезда f(V).
В курсовом проекте используем графический метод интегрирования уравнений (2.28), (2.29). Сначала строим кривую скорости V(S), а затем кривую времени t(S),ось времени t располагаем параллельно оси скорости V. Для уменьшения размеров графика кривую t(S) строим со сбросами на нуль через каждые 10 мин.
Полюсное расстояние: Δ = mV*mt/mS = 2*3600/240 = 30 мм.
Кривые движения поезда приведены в приложении В.
По результатам построения кривых движения поезда по участку А-Б-В (без остановки на промежуточной станции Б) определяем:
- техническую скорость движения поезда
VT = Lуч*60/Тх, (2.30)
VT = 33,1*60/39,5 = 50,3 км/ч,
- участковую скорость движения поезда
Vуч = Lуч*60/(Тх + Тст), (2.31)
Vуч = 33,1*60/(39,5 + 0) = 50,3 км/ч,
где Lуч – длина участка А-Б-В, км;
Тх – время движения поезда по участку, мин;
Тст – время стоянки поезда на промежуточной станции, мин.
Заключение
В данной курсовой работе был выбран расчетный и проверяемый подъемы (+9‰ и -11‰ соответственно), определена расчетная масса состава (4350 т), определена длина поезда (787 м), рассчитаны удельные равнодействующие силы и построена их диаграмма, решена тормозная задача, определена допустимая скорость движения поезда на максимальном спуске – 79 км/ч, построены графики зависимости скорости V(S) и времени t(S) от пути, определено время хода поезда по перегонам (39,5 мин), рассчитаны техническая и участковая скорости, равные между собой – 50,3 км/ч.
Список литературы
Э.И.Бегагоин, О.И.Ветлугина. Тяговые расчеты для поездной работы: Методическое руководство к курсовому проекту.–Екатеринбург:
УрГУПС, 2004.
Подвижной состав и тяга поездов / Под ред. Н.А.Фуфрянского и В.В.Деева. – М.: Транспорт, 1971.
Правила тяговых расчетов для поездной работы (ПТР). – М.: Транспорт, 1985 г.