Спрямление профиля пути и его анализ

РОСЖЕЛДОР Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ростовский государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Локомотивы и локомотивное хозяйство»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Тяга поездов»

Ростов-на-Дону — 2013 г.

1. Спрямление профиля пути и его анализ

2. Определение массы состава

3. Проверки массы состава с учетом ограничений

4. Построение диаграмм удельных равнодействующих сил

5. Определение максимально допустимой скорости движения поездов на заданном участке

6. Определение времени хода поезда по участку

7. Определение расхода энергоресурсов на тягу поездов на заданном участке

8. Технико-экономические расчёты

Заключение

Список используемой литературы

Тяга поездов — прикладная наука, изучающая комплекс вопросов, связанных с теорией механического движения поезда и работой локомотивов.

В теоретической части данная наука основана на физических законах, а в прикладной части — на результатах испытаний подвижного состава (локомотивов и вагонов) и обобщения опыта их эксплуатации.

Как наука, тяга поездов состоит из четырёх взаимосвязанных разделов:

— теория тяги — решает вопросы эффективной эксплуатации железных дорог, рассчитывает параметры вновь проектируемых линий, участков, переводимых с одного вида тяги на другой;

— тяговые расчёты — рассматривает условия движения поезда и решает задачи, связанные с определением сил, действующих на поезд, и законов движения поезда под воздействием этих сил;

— испытания подвижного состава — служат для определения и проверки основных данных локомотивов, необходимых для нормирования веса поезда и тяговых расчётов;

— техника вождения поездов.

В данной работе рассматривается раздел — тяговые расчёты. Целью тяговых расчетов является изучение сил, действующих на поезд, законов его движения, методов определения скорости движения, времени хода и других показателей, влияющих на оценку и выбор проектного решения.

Для того, чтобы правильно произвести эти расчеты и решить другие задачи проектирования железных дорог нужно располагать аналитическими методами, позволяющими определить массу поезда при известном продольном профиле и заданном локомотиве, скорости движения и времени хода поезда, расход электрической энергии при электрической тяге и или дизельного топлива при тепловозной тяге. Все эти методы объединяются общим названием — тяговые расчеты, которые базируются на общие положения о тяге поездов.

1. Спрямление профиля пути на заданном участке

Спрямление состоит в замене ряда смежных, имеющих одинаковые знаки, коротких и близких по крутизне элементов действительного профиля пути одним элементом эквивалентной крутизны и длиной, равной суммарной длине спрямляемых элементов. Спрямление основано на предположении равенства механической работы сил сопротивления на спрямлённом и действительном профилях пути.

Уклон спрямленного элемента определяем по формуле:

где — уклон спрямляемого элемента, ‰, — длина спрямляемого элемента, м; - длина спрямленного элемента, м.

Для количественной оценки возможности спрямления профиля вводят условие:

где =- абсолютное значение разности между уклоном спрямленного участка и действительного значения уклона i-ого элемента, входящий в спрямляемый участок, ‰;

Кривые, имеющиеся на элементах спрямляемого профиля, учитываем с помощью зависимости:

Окончательный уклон спрямленного участника, на котором расположены кривые:

При спрямлении необходимо учесть условия:

1) Спрямлять можно только близкие по крутизне элементы одного знака и 0;

2) Нельзя спрямлять расчетный, максимальный подъем, максимальный спуск и элементы, на которых расположены раздельные пункты, площадки на перегоне между элементами разного знака.

Результаты по спрямлению заданного профиля пути сведены в таблицу 1. По результатам таблицы можно выделить:

i_max = 12,5‰

i_min = -9,7‰

i_р = 9,9 ‰

2. Определение массы состава

Масса состава — один из важнейших показателей работы железнодорожного транспорта. Увеличение массы составов позволяет повысить провозную способность железнодорожных линий, уменьшить расход топлива и электрической энергии, снизить себестоимость перевозок. поэтому массу состава определяют исходя из полного использования тяговых и мощностных качеств локомотива.

Для выбранного расчетного подъема массу состава в тоннах вычисляют по формуле:

F_кр-расчетная сила тяги локомотива, кгс;

F_кр=69 000 кгс

Р-расчетная масса локомотива, т;

Р = 276 т

— основное удельное сопротивление локомотива, кгс/т;

кгс/т

— основное удельное сопротивление состава, кгс/т;

, — соответственно доли 4-, 6- и 8- осных вагонов в составе по массе;

— доли 4-осных вагонов на подшипниках скольжения и качения;

— основное удельное сопротивление 4-осных груженых вагонов на подшипниках скольжения, кгс/т;

— основное удельное сопротивление 4-осных груженых вагонов на подшипниках скольжения, кгс/т;

— основное удельное сопротивление 6-осных груженых вагонов, кгс/т;

— основное удельное сопротивление 8-осных груженых вагонов, кгс/т;

— средняя нагрузка от оси на рельсы в т/ось соответственно 4-, 6- и 8- осного вагона;

— масса брутто соответственно 4-, 6- и 8- осного вагона, т;

кгс/т

кгс/т

кгс/т

кгс/т

кгс/т

— величина расчетного подъема, ;

= 9,9

Q — масса состава, т;

т

3. Проверка массы состава с учётом ограничений

Проверка массы состава на возможность надежного преодоления встречающегося на участке короткого подъема крутизной больше расчетного с учетом использования кинетической энергии, накопленной на предшествующих «легких» элементах профиля, выполняется аналитическим способом. При этом используют расчетное соотношение

Где S — путь, проходимый поездом с учётом кинетической энергии., м;

— скорость в начале проверяемого подъема; выбирается из условий подхода к проверяемому элементу (для грузовых поездов можно принимать, но не выше конструкционной скорости локомотива; в данном случае принимаем);

— скорость в конце проверяемого подъема. Эта скорость должна быть не менее расчетной, т. е. должно выдерживаться условие. В курсовой работе принимаем. ()

— расчетная сила тяги локомотива, кгс;

Р-расчетная масса локомотива, т;

Р = 276 т

кгс/т

км/ч

кгс/т

кгс/т

кгс/т

кгс/т

кгс/т

кгс/т

кгс/т

м

что меньше, чем, следовательно при рассчитанной массе состава Q поезд надежно преодолевает проверяемый подъем, крутизной больше расчетного, с учетом накопленной к началу элемента кинетической энергии.

Проверка массы состава на трогание с места на заданном участке Выполняется по формуле:

где-сила тяги локомотива при трогании состава с места, кгс;

— крутизна наиболее трудного элемента на раздельных пунктах (станциях) заданного участка (в сторону движения);

— удельное сопротивление поезда при трогании с места (на площадке), кгс/т.

Здесь и — удельное сопротивление при трогании с места соответственно для 4-осных вагонов на подшипниках качения и на подшипниках скольжения;

и — соответственно доли 4-осных вагонов с подшипниками качения и подшипниками скольжения.

Соответственно формулы расчета удельных сопротивлений для вагонов на подшипниках скольжения и качения выглядят следующим образом:

кгс/т кгс/т

кгс/т кгс/т

кгс/т

В этих формулах — нагрузка от оси на рельсы для данной группы вагонов (при вычислении по ним значений, , и подставляются величины, полученные ранее).

Формулу проверки массы состава на трогание с места целесообразнее решить относительно с целью определения наибольшего подъема, на котором заданный локомотив возьмет с места состав рассчитанной массы:

‰

‰

Так как i_тр > i_max, то есть 14,1 > 12,5 это значит, что данный локомотив сдвинет с места состав с рассчитанной ранее массой.

Проверка массы состава по длине приемо-отправочных путей станции

Чтобы выполнить проверку массы состава по длине приемо-отправочных путей, необходимо определить число вагонов в составе и длину поезда и сопоставить эту длину с длиной приемо-отправочных путей станций. Число вагонов в составе грузового поезда:

а) 8-осных ваг;

б) 6-осных ваг;

в) 4-осных ваг;

Длины вагонов принимаются равными: 4-осного — 15 м., 6-осного — 17 м., 8-осного — 20 м. Длина заданного локомотива — 50 м.(10 м. — запас длины на неточность установки). Таким образом, общая длина поезда составляет:

м

м м

Поезд принимается на станции с длиной приемо-отправочных путей 1250 метров.

Вывод: Длина поезда меньше длины приемоотправочных путей станций заданного участка, т. е. можно сделать вывод о том, что массу состава уменьшать не надо.

4. Расчёт и построение диаграммы удельных равнодействующих усилий поезда

Для построения диаграмм необходимо составить таблицу для трех режимов ведения поезда по прямому горизонтальному участку:

а) для режима тяги

;

б) для режима холостого хода

;

в) для режимов торможения:

— при служебном регулировочном торможении

;

— при экстренном торможении

.

Рассчитаем строку для скорости 10 км/ч:

кгс/т

кгс кгс

кгс/т

кгс/т

кгс/т

кгс/т

кгс/т

кгс/т

кгс

кгс

кгс

кгс/т

кгс/т

кгс

кгс

кгс/т

тс/т

кгс/т

= кгс/т

= кгс/т

где-полное сопротивление локомотива, кгс;

— полное сопротивление состава, кгс;

— полное сопротивление поезда, кгс;

— основное удельное сопротивление локомотива на холостом ходу, кгс/т;

— полное сопротивление локомотива на холостом ходу, кгс;

— основное удельное сопротивление всего поезда (при следовании его по прямому горизонтальному пути) при движении локомотива на холостом ходу, кгс/т;

— расчетный коэффициент трения колодок о колесо (он рассчитывается по различным формулам в зависимости от того чугунные колодки или композиционные; в курсовой работе используется формула для чугунных колодок);

— удельные тормозные силы поезда, кгс/т;

— расчетный тормозной коэффициент состава, тс/т;

— расчетные силы нажатия тормозных колодок соответственно на ось 4-, 6- и 8-осного вагона (при чугунных колодках);

— число осей в группах 4-, 6- и 8-осных вагонов состава:, , (значения, и подсчитывались выше);

При определении расчетного тормозного коэффициента грузовых поездов на спусках до 20 масса и тормозные средства локомотива обычно не учитываются; это упрощает расчеты и не снижает их точность.

Удельная замедляющая сила, действующая на поезд при режиме торможения, в кгс/т:

— при служебном регулировочном торможении;

— при экстренном торможении.

Результаты расчётов сведены в таблицу 2. По данной этой таблицы построены по расчётным точкам диаграммы удельных равнодействующих сил для режима тяги, режима холостого хода и режима служебного торможения.

5. Определение максимально допустимой скорости движения поездов на заданном участке

Решение этого вопроса диктуется обеспечением безопасности движения поездов. Задача решается на наиболее крутом спуске при заданных тормозных средствах и принятом полном тормозном пути. В курсовой работе задача решается графоаналитическим способом.

Полный (расчетный) тормозной путь:

где-путь подготовки тормозов к действию, на протяжении которого тормоза поезда условно принимаются недействующими (от момента установки ручки крана машиниста в тормозное положение до включения тормозов поезда);

— действительный тормозной путь, на протяжении которого поезд движется с действующими в полную силу тормозами (коней пути совпадает с началом пути).

Вышеуказанная формула позволяет искать допустимую скорость как величину, соответствующую точке пересечения графических зависимостей подготовительного пути и действительного тормозного пути от скорости движения поезда на режиме торможения. Поэтому решаем тормозную задачу следующим образом.

По данным расчетной таблицы удельных равнодействующих сил строим по точкам графическую зависимость удельных замедляющих сил при экстренном торможении от скорости, а рядом, справа, устанавливаем в соответствующих масштабах систему координат. Оси скоростей в обеих системах должны быть параллельны, а оси удельных сил и пути должны лежать на одной прямой.

Решаем тормозную задачу следующим образом. От точки вправо на оси откладываем значение полного тормозного пути, который следует принимать равным: на спусках крутизной до 6 включительно — 1000 м, на спусках круче 6 и до 12 — 1200 м.

На кривой отмечаем точки, соответствующие, средним значениям скоростей выбранного скоростного интервала 10 км/ч (т. е. точки, соответствующие 5,15,25,35 и т. д. км/ч). Через эти точки из точки М на оси соответствующей крутизне самого крутого спуска участка (полюс построения), проводим лучи 1,2,3,4 и т. д.

Построение кривой начинаем из точки О, так как нам известно конечное значение скорости при торможении, равное нулю. Из этой точки проводим (с помощью линейки и угольника) перпендикуляр к лучу 1 до конца первого интервала, т. е. в пределах от 0 до 10 км/ч (отрезок ОВ). из точки В проводим перпендикуляр к лучу 2 до конца второго скоростного интервала от 10 до 20 км/ч (отрезок ВС); из точки С проводим перпендикуляр к лучу 3 и т. д.

Начало каждого последующего отрезка совпадает с концом предыдущего. В результате получаем ломаную линию, которая представляет собой выраженную графически зависимость скорости заторможенного поезда от пройденного пути (или, говоря иначе, зависимость пути, пройденного поездом на режиме торможения, от скорости движения).

На тот же график следует нанести зависимость подготовительного тормозного пути от скорости:

м

м

где-скорость в начале торможения, км/ч;

— время подготовки тормозов к действию, с; это время для автотормозов грузового типа равно:

;

с

Здесь-крутизна уклона, для которого решается тормозная задача (для спусков со знаком минус);

— удельная тормозная сила при начальной скорости торможения .

Число осей в составе

.

Построение зависимости подготовительного тормозного пути от скорости производим по двум точкам, для чего подсчитываем значения при (в этом случае) и при .

Графическую зависимость между и строим в тех же выбранных масштабах. Значение, вычисленное для скорости, равной конструкционной скорости локомотива, откладываем в масштабе вправо от вертикальной оси на «уровне» той скорости, для которой подсчитывалось значение (т.е. против скорости, равной). Получаем точку K; соединяем её с точкой О' (так как при имеем). Точка пересечения ломаной линии OBCDEFGHIPс линией О’Kточка N — определяет максимально допустимую скорость движения поезда на наиболее крутом спуске участка при данном расчётном тормозном пути. Полученное значение допустимой скорости движения округляем в меньшую сторону до 5.

Таким образом:

6. Определение времени хода поезда по участку

В курсовой работе время хода поезда по участку определяется способом равномерных скоростей. Этот способ основан на предположении о равномерном движении поезда по каждому элементу профиля. При этом скорость равномерного движения на каждом элементе спрямленного профиля определяем по диаграмме удельных равнодействующих сил для режима тяги. Для «скоростных» подъёмов (более крутых, чем расчётный) величину равномерной скорости принимаем равной расчётной скорости .На спусках, когда равномерная скорость, определенная по диаграмме удельных сил для режима тяги, получается выше наибольшей допустимой скорости движения, принимаем равномерную скорость равной максимально допустимой. К времени хода по перегонам, полученному при расчете приближенным способом, следует добавлять 2 мин на разгон и 1 мин на замедление в каждом случае, когда имеется трогание и разгон поезда на станции и остановка его на раздельном пункте участка. Все расчеты сводим в таблицу 3.

Рассчитываем техническую скорость по участку:

км/ч

гдеt-время хода по участку, мин;

L-длина участка, км.

км/ч

Таблица 3. Определение времени хода поезда методом равновесных скоростей

7. Определение расхода энергоресурсов на тягу поездов на заданном участке

Железнодорожный транспорт, выполняя большой объём перевозочной работы, расходует большое количество дизельного топлива и электроэнергии на тягу поездов (до 18% дизельного топлива и до 4,5% электроэнергии, вырабатываемых в стране).

В курсовой работе рассмотрим вопрос расхода электроэнергии электровозом:

Вопрос решается по паспортным характеристикам тока, потребляемого электровозом на тягу поезда и нормам расхода электроэнергии на собственные нужды.

Расход электроэнергии электровозом за поездку (А):

Полный расход электроэнергии электровозом за поездку, А складывается из расхода электроэнергии на тягу поезда А_Т и собственные нужды А_С.Н :

А=А_Т+А_С.Н

Электровоз 3ВЛ11 является электровозом постоянного тока, поэтому расход электроэнергии на тягу поезда определяется выражением:

Где:

U_C — напряжение на токоприемнике электровоза, В,

U_C = 3000 В (при постоянном токе);

I_эср — среднее значение тока, потребляемого электровозом, А (определяется по токовым характеристикам для средней технической скорости движения поезда по участку);

Дt — время работы электровоза в режиме тяги, мин;

Дt^б.о = 20,8 мин;

Дt^с.о = 22,9 мин;

Расход электроэнергии электровозом на собственные нужды определяется из выражения:

Где:

r — средний расход электроэнергии на собственные нужды электровоза, кВт•ч/мин;

r = 3,12 кВт•ч/ мин;

— полное время работы электровоза на участке, мин;

= 29,72 мин;

= 32,72 мин;

По результатам научных исследований 75…65% от общего времени электровоз работает в режиме тяги. Используя эти данные, можно определить, какое время тепловоз работал в режиме тяги и в режиме холостого хода.

Таким образом,

Удельный расход электроэнергии определяется по формуле:

8. Технико-экономические расчёты

В данном разделе необходимо выполнить анализ и денежную оценку результатов тяговых расчётов по вариантам (с остановкой и без остановки на промежуточной станции заданного участка), по энергозатратам, изменению технической скорости и т. п.

При денежной оценке энергозатрат на тягу поездов следует считать, что 1 кВт час электроэнергии стоит 4,5 руб.

Экономия денежных средств «Д» от отмены остановки поезда на промежуточной станции заданного участка может быть определена из выражения:

Где A_max(E_max) — расход энергоресурсов за поездку при остановке поезда на промежуточной станции, кВт час;

A_max(E_max) — 3810 кВт час;

A_min(E_min) — расход энергоресурсов за поездку при проследовании промежуточной станции без остановки, кВт час;

A_min(E_min) — 2610 кВт час;

С_э — стоимость электроэнергии руб/кВт час;

С_э — 4,5 руб/кВт час.

Кроме экономии энергоресурсов на тягу поезда, отмена остановки поезда на промежуточной станции позволяет увеличить техническую скорость движения поезда:

%,

Где V_{т.б.ост.}— значение технической скорости поезда без остановки на промежуточной станции, км/ч;

V_т.б.ост = 52,5км/ч;

V_т.ост. — значение технической скорости поезда с остановкой на промежуточной станции, км/ч;

V_т.ост. = 47,6 км/ч.

%

Итак, можно сделать вывод, что остановка на промежуточной станции не является целесообразной с точки зрения экономии энергоресурсов и увеличения технической скорости. Поэтому, при отсутствии необходимости, её следует исключить.

Заключение

В ходе курсовой работы я научилась выполнять тяговые расчёты, т. е. спрямлять профиль пути, определять массу поезда, условия движения поезда, решать задачи, связанные с определением сил, действующих на поезд и т. д. Выполняя работу, я сделала вывод, что тяговые расчёты крайне важны при движении поездов. Они используются для разработки графика движения поездов, изыскания и проектирования железных дорог, расчетов в области экономической эффективности перевозок.

поезд состав скорость движение

Список используемой литературы

1. Правила тяговых расчетов для поездной работы. М.: Транспорт, 1985. 287 с.

2. Подвижной состав и тяга поездов. Под редакцией В. В. Деева и Н. А. Фуфрянского, М.: Транспорт, 2006, 368 с.

3. П. Т. Гребенюк, А. Н. Долганов, А. И. Скворцова. Тяговые расчеты: Справочник. М.: Транспорт, 1987, 272с.

4. Шапшал С. М., Шапшал А. С. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Теория локомотивной тяги». РГУПС, Ростов на Дону, 2012, 48 с.