Определение энергии на основе тяговых расчетов

В ходе тяговых расчетов определяют токовые характеристики I (t), /(/) на тягу поезда. Характеристики движения поезда скорость-путьвремя — V (l), V (t), l (t) получают из уравнений движения поезда [14], которые в удельной форме имеют вид:

В формулах (4.1) обозначено: /_д — действующая сила, ^; t — время, с; V — скорость, кмЛц I — путь, м; у = 0,09…0,20 — коэффициент для учета инерции вращающихся частей; ?, ?' - коэффициенты, зависящие от размерностей величин.

Действующая сила /_л в различных фазах движения определяется сочетаниями сил сопротивления со₀, «, уклонов /, ⁰/₀₀, торможения.

b и тяги /_т, • Результирующая сила в фазах движения: тяга ;

/д = /т -«*>-*'; ^ВЬ1бег «/д = ^_<�о0 -?*; торможение — /_д = -со₀

Уравнения (4.1) интегрируют по методу конечных приращений. Приращения пути и времени вычисляют по формулам:

Тяговые расчеты выполняют, как правило, на ЭВМ. В моделях движения поезда исходными данными являются характеристики на ободе колеса: тяговая — f_r(V), тормозная — b (V), сопротивления движению — щ{У), профиля пути — /(/), токовая i (V). Вычисления ведутся по формулам (4.2), в качестве выходных данных получают зависимости токовые /(/), /(/) вида рис. 4.1. На основе этих зависимостей вычисляются параметры поездных токов: средний и эффективный токи и производные величины.

Средний и среднеквадратичный (эффективный) токи за полное время движения определяют по формулам:

Аналогичные величины можно вычислять только для времени тяги: где T_TS — текущий период движения поезда в режиме тяги.

Рис. 4.1. Кривые поездного тока.

В описаниях поездных токов используется ряд производных величин:

Т /

а = у_т — коэффициент прерывистости поездного тока;

К_э = ^э/ — коэффициент эффективности тока поезда;

/^уо.

/_0т — а/₀ — средний ток в режиме тяги.

Коэффициенты, а и связаны зависимостью:

где коэффициентом (1,03…1,07) учитывается отклонение кривой тока от прямоугольной формы.

Дисперсия и среднее квадратическое отклонение поездного тока и их относительные значения определяют по формулам:

Расход энергии поездом за время движения Т_л со скоростью V_cp по участку длиной L определяется по формуле

где U_e — среднее напряжение в контактной сети.

Если известен расход энергии поездом на участке, то средний ток.

Удельные показатели расходов энергии могут определяться в разВтч, Втч, Втч «.

мерностях: а, -, а ,-, а ,-. Если известны удель;

т • км п • км т? уч-к ные показатели, то полный расход энергии будет определяться формулами.

В этом случае средний ток поезда вычисляется соответствующими подстановками в (4.7), к примеру,.

Удельный расход энергии на собственные нужды поезда определяется по параметрам вспомогательных потребителей на ЭПС (печи, двигатель-генератор, компрессор и др.) из формулы.

где Р_п1, tj, rttj — соответственно мощность, время работы, коэффициент включения i -го потребителя.

Сущность метода состоит в определении расходов энергии по фазам движения. Расход энергии, отнесенной к входным зажимам тяговой подстанции, представляется формулой:

где А_ю, А/, А_т, А", /1_СИ — энергия на преодоление сопротивлений движению основного и от профиля пути, торможения, пуска и собственных нужд; Г|лц, П_пр, г|_ге, г|" — КПД двигателя, трансмиссии привода, тяговой сети и подстанции.

Удельный расход энергии на участке можно найти по формуле.

где со₀, со_п, со_т — сопротивления движению основное, при пуске и торможении ((о₀«(о_пи (о_т для трамвая 8… 10, троллейбуса 18…20Н/кН); К_н= 1+у — коэффициент инерции; Р~ 1,2… 1,5 — коэффициент для учета дополнительных пусков и торможений; /_п = ?_уч/л_пср — средняя длина перегона на участке; г'_э — эквивалентный уклон; ПдвОпр ~ 0,72…(), 83; г|_тс * 0,93; г)» ~ 0,95 .

Тяговые расчеты и аналитический метод учитывают только детерминированные факторы, формирующие энергопотребление. Случайные факторы при этом остаются в стороне. В связи с этим их применение оправдано для высокоорганизованных транспортных систем таких, как метрополитен и, в какой-то мере, ЭЖД.

Методы основаны на опытных данных, получаемых в экспериментах при некоторых базовых условиях для конкретных транспортных средств. Величины, полученные при базовых условиях, корректируют на фактические условия умножением на соответствующие поправочные коэффициенты. Методы получили применение при нормировании расходов электроэнергии и проектировании СЭС трамвая и троллейбуса [ 1,34].

Удельные расходы энергии определяют [34] по формулам:

где а_т, а₀ — удельные расходы энергии фактические на тягу и то же при базовых условиях; V_y0 — базовая скорость (15 км/ч трамвай и 16 км/ч троллейбус при уклоне пути «0); К_у, К, К_м — коэффициенты для учета скорости — У_э, уклонов — /',; К_х, К_с — коэффициенты для учета температуры и снежного покрова.

Удельные нормы расходов электроэнергии при базовых условиях для некоторых видов ЭПС трамвая и троллейбуса показаны в табл. 4.1.

Таблица 4.1.

Удельные расходы энергии при базовых условиях, ВтЧ|/тЧсм.

В нормах проектирования [1], в свою очередь, для типов трамваев и троллейбусов задаются средние токи для зимы и лета (табл. 4.2), а также коэффициенты, а при базовых условиях: Ко = 16 (трамвай) и 17 км/ч (троллейбус); уклон эквивалентный /₎₀ < 5 ⁰/оо; длина перегона /_п = 350 м. Для фактических условий расчеты ведутся по формулам.

где К_п, К_у — коэффициенты для учета длины перегона и условий прохождения поездом спецчастей и транспортных развязок. Остальные величины имеют то же значение, что и выше.

Ориентировочные данные по расходам электроэнергии поездами на единицу транспортной работы, Втч/ткм: трамвай — 80… ПО; троллейбус — 140… 170; метрополитен — 35. .45; ЭЖД — 45. .60.

Таблица 4.2.

Показатели поездных токов при базовых условиях.

Опытные зависимости коэффициентов а от длины перегона показаны на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Намограмма для оценок коэффициентов а.

Важное значение в расчетах СЭС имеет оценка дисперсий поездных токов, которые определяются через коэффициент прерывистости поездного тока а. Величину, а в связи с длинами перегонов можно ориентировочно определять по кривым рис. 4.2.