Основы тепловозной тяги (стр. 3 )

При построении кривой тока следует руководствоваться кривой скорости v=f(s) и токовой характеристикой Iг=f(v) генератора заданного тепловоза (см. прил.2).

В период трогания с места и разгона поезда значения тока Iг следует принимать в соответствии с ограничениями по сцеплению или по пусковому току. После выхода на автоматическую характеристику, соответствующую крайнему положению контроллера машиниста, величина тока определяется по кривым Iг=f(v) с учетом режима работы тяговых электродвигателей (ПП, ОП1, ОП2). Значения тока Iг определяются для скоростей, соответствующих начальной и конечной точкам каждого отрезка кривой v=f(s).

При скоростях, соответствующих переходу с одного режима работы тяговых электродвигателей на другой, необходимо определять два значения тока (для обоих режимов работы) и оба значения нанести на планшет (в этих местах, т. е. при скоростях, при которых происходят переключения режимов работы, на кривой Iг= f(s) ток изменяется “скачком”). Около каждой из этих точек ставится условное обозначение режима работы тяговых двигателей (ПП, ОП1, ОП2).

Нанесенные таким образом на график точки соединяются прямыми линиями, которые и образуют графическую зависимость Iг= f(s).

В местах выключения тока кривую обрывают и проводят вертикально вниз до нуля. Включение тока показывается вертикальной линией от нуля до значения тока, соответствующего скорости движения поезда в данной точке пути.

Пример построения кривой Iг= f(s) с подробными пояснениями приведен в [3].

Проверку на нагревание электрических машин тепловоза следует выполнять, руководствуясь построенной кривой тока Iг= f(s) и кривой времени t= f(s). У тепловозов ТЭ3 и 3ТЭ3 на нагревание проверяется обмотка якоря генератора, а у тепловозов 3ТЭ10М, 2ТЭ10М, 2 ТЭ10Л, 2ТЭ116, 2М62 – обмотки якорей тяговых электродвигателей.

Для расчетов по проверке обмоток электромашин на нагревание используется формула

Dt Dt

t = t¥ + t0 (1- ) , (34)

T T

где t - превышение температуры обмоток генератора или тягового электродвигателя над температурой окружающей среды, оС;

t0- начальное превышение температуры обмоток для расчетного промежутка времени Dt, оС;

Dt – промежуток времени, в течение которого величина тока принимается постоянной, мин;

t¥ - установившееся превышение температуры обмоток электромашины над температурой окружающего воздуха (для данного значения тока Iг ср или Iд ср), оС;

Т – тепловая постоянная времени (для данного значения тока Iг ср или Iд ср), мин.

Установившееся превышение температуры обмоток t¥ и постоянная времени Т являются тепловыми параметрами (характеристиками) тяговой электрической машины.

Графические зависимости тепловых параметров t¥ и Т от тока нагрузки для тяговых электрических машин тепловозов (тепловые характеристики) приведены в прил.2.

Расчетные интервалы времени Dt следует выбирать так, чтобы было выдержано соотношение

Dt

£ 0,1. (35)

Т

При определении средней величины тока тягового электродвигателя или главного генератора для отыскания тепловых параметров Т и t¥ следует кривую тока Iг=f(s) разбить на отдельные отрезки, в пределах которых величину тока можно принимать постоянной, равной полусумме токов в начале и конце отрезка.

Значение тока тягового электродвигателя для тепловозов 2М62, 2ТЭ10Л, 2ТЭ10М, 3ТЭ10м, 2ТЭ116 определяется делением тока генератора Iг на шесть (так как в силовую цепь включены параллельно 6 тяговых двигателей).

Снижение температуры обмоток электромашин при движении тепловоза на режимах холостого хода и торможения (когда ток в силовой цепи отсутствует, а следовательно, и установившееся превышение температуры обмоток t¥ = 0) определяется по формуле:

Dt

t = t0

Т

Снижение температуры обмоток тяговых электрических машин при движении на режимах холостого хода и торможения можно также определять по кривой t = f(t) при Iг(Iд) = 0 (характеристике охлаждения обмоток); эти кривые для электрических машин тепловозов приведены в [2].

Полученные по формулам (34) и (36) значения температур t для каждого расчетного элемента кривой тока являются начальными значениями t0 для следующего элемента расчета.

Первоначальное превышение температуры обмоток тяговых электромашин в момент отправления поезда со станции А(Е) следует принимать равным t0 = +15 оС.

Максимально допустимое превышение температуры обмоток якорей тяговых электрических машин над температурой окружающего воздуха составляет*:

для тепловозов 2М62, 2ТЭ10Л – 120 оС;

для тепловозов 2ТЭ10М, 3ТЭ10М, 2ТЭоС.

Все расчеты по определению температур обмоток тяговых электрических машин тепловозов следует свести в таблицу, составленную по форме табл.7.

Токовую характеристику тягового генератора Iг=f(v), тепловые характеристики Т=f(I) и t¥ = (I) необходимо аккуратно вычертить на миллиметровой бумаге и привести в курсовой работе.

										Таблица 7
Расчет температур обмоток якоря тягового электродвигателя типа …………… тепловоза……………
Элементы спрямленного профиля	Ir ср, А	Iд ср, А	Dt, мин	t¥ ,оС	Т, мин	Dt Т			tо, оС	, °С	t, оС
№	Крутиз-на ic, %o	Длина s, м
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14

* Приводятся данные для климатических условий, при которых в летнее время температура окружающего наружного воздуха tнв не превышает 40 оС.

Сравнив наибольшее достигнутое превышение температуры обмоток тягового электродвигателя (или тягового генератора) с максимально допустимым превышением температуры обмоток для данного тепловоза, необходимо сделать вывод о том, требуется ли корректировка массы состава.

Примеры расчета температур обмоток электрической машины тепловоза аналитическим способом с пояснениями приведены в [1, 3].

По цифрам последнего столбца табл.7 построить на планшете, где уже имеются кривые v(s), t(s) и Iг(s) графическую зависимость температуры обмотки якоря тягового электродвигателя t от пройденного пути (t(s)).

12.  Расход дизельного топлива тепловозом на заданном участке в кг определяют по формуле

Е = G tт + gx tx, (37)

где G – расход дизельного топлива тепловозом на режиме тяги, кг/мин;

tт - суммарное время работы тепловоза на режиме тяги, мин;

gx - расход топлива тепловозом при выключенном токе (режимы холостого хода и торможения), кг/мин (см. табл.8);

tx – суммарное время движения тепловоза на режима холостого хода и торможения, мин*.

Таблица 8

Расходы дизельного топлива тепловозами, кг/мин

Тепловоз	На режиме тяги G	На режимах холостого хода и торможения gx
2М62 2ТЭ10Л 2ТЭ10М 3ТЭ10М 2ТЭ116	12,8 16,8 16,8 25,2 15,7	0,80 0,76 0,76 1,14 0,50

Время работы тепловоза tт и tx определяется по кривой времени t=f(s) и отметкам об изменении режима работы тепловоза на кривой скорости v=f(s).

Удельный расход топлива на измеритель в кг/104 ткм

Е

е = 104 , (38)

QL

где Q – масса состава, т

L - длина участка, для которого выполнены тяговые расчеты, км (расстояние между осями граничных станций заданного участка).

* Суммарное время tт + tx должно быть равно времени хода поезда по заданному участку, определенному в п.10 (t1 + t2).

Удельный расход топлива обычно приводится к удельному расходу условного топлива в кг/104 ткм

еу = е Э, (39)

где Э – эквивалент дизельного топлива (Э = 1,43).

13.  Коэффициентом трудности тягового участка называется отношение механической работы, выполненной локомотивом при проведении поезда по данному участку к механической работе, выполненной локомотивом при проведении поезда с составом той же массы по прямолинейному горизонтальному тяговому участку той же длины.

В курсовом проекте (с незначительной погрешностью) определяем коэффициент трудности тягового участка по соответствующим расходам дизельного топлива

Е

А = ,

Ео

где Е – расход топлива тепловозом на конкретном заданном тяговом участке (см. пункт 12);

Ео - расход топлива тепловозом с составом той же массы при проведении поезда по прямолинейному горизонтальному тяговому участку той же длины.

Ео = G to

G – расход дизельного топлива тепловозом на режиме тяги, кг/мин (табл.8);

to - время движения поезда с составом той же массы по прямолинейному горизонтальному пути той же длины, мин

L

to = 60

Vo

где L – длина тягового участка, км;

Vo - скорость равномерного движения п

оезда по прямому горизонтальному пути, км/ч; определяется по кривой режима тяги диаграммы удельных равнодействующих сил для элемента пути крутизной i = 0,0 %о.

14.  Полное сопротивление движению поезда вычисляется по формуле в Н

Wк = Р g (w’o + iк) + Q g (w”o + iк) ,

где Р – масса локомотива, т;

w’o – основное удельное сопротивление движению локомотива, Н/кН;

Q – масса состава, т;

w”o – основное удельное сопротитвление состава, Н/кН;

iк – крутизна уклона, по которому движется поезд (численно равная удельному дополнительному сопротивлению движению), %о

g=9,81 м/с2 – ускорение свободного падения.

Формулы для вычисления основных удельных сопротивлений локомотива w’o и w”o состава приведены выше.

Числовые значения Wк для заданного локомотива и принятой массы состава Q для скоростей 20, 40, …, 100 км/ч вычисляются для уклонов 0, +1, +3, +5, +7, +9 %о и результаты вычислений заносятся в таблицу по форме 9:

Таблица 9

Полное сопротивление движению поезда

Скорость, V, км/ч	Крутизна уклона, i, ‰
0	+1	+3	+5	+7	+9
20	44620	87620	173620	259620	345620	431620
40	54760	97760	183760	269760	355760	441760
60	69780	112780	198780	284780	370780	456780
80	88370	131370	217370	303370	389370	475370
100	111430	154430	240430	326430	412430	498430

Далее на миллиметровой бумаге строится расчетная кривая тяговой характеристики и на нее наносятся точки, координатами которых являются числовые значения скоростей движения поезда по разным уклонам и соответствующие значения полных сопротивлений движению Wк. Через эти точки с применением лекал проводятся тонкими линиями графические зависимости Wк (V).

15. Точки пересечения кривых Wк (v) с расчетной кривой тяговой характеристики, спроектированные на ось абсцисс, определяют равномерные скорости движения поезда, при которых касательная сила тяги, создаваемая тепловозом, равна полному сопротивлению поезда на данном уклоне (рис.4). Полученные числовые значения заносятся в таблицу 10.

Таблица 10

Равномерные скорости движения поезда на уклонах

Крутизна уклона, i, %о	0	+1	+3	+5	+7	+9
Равномерные скорости движения, Vравн, км/ч	106	96	81	71	64	59

Рис. 4. Наложеие кривых полного сопротивления движению поезда на расчетную кривую тяговой характеристики (пример)

По данным таблицы 10 строится графическая зависимость установившихся равномерных скоростей движения поезда от крутизны элемента пути (рис.5).

Рис.5 Изменение равномерных (установившихся) скоростей движения от крутизны уклона i%о (пример).

Рекомендуемая литература

1.  , , локомотивной тяги, М.: Маршрут, 2005.

2.  Правила тяговых расчетов для поездной работы. М.: Транспорт, 1985.

3.  , Осипов тяги поездов. М.: Изд-во УМК МПС России, 2000.

4.  , , Скворцова расчеты. М.: Транспорт, 1987.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРОФИЛЬ И План ПУТИ

ЗАДАННОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО УЧАСТКА

(принимается профиль, номер которого соответствует

предпоследней цифре шифра студента)

Профиль № 0 – от ст. А к ст. Е

Профиль № 1 – от ст. Е к ст. А (знаки уклонов сменить на обратные)

Номера элементов	Крутизна уклона, %о	Длина элемента, м	Кривые (радиус и длина, м)	Раздельные пункты
1 (19) 2 (18) 3 (17) 4 (16) 5 (15) 6 (14) 7 (13) 8 (12) 9 (11) 10 (10) 11 (9) 12 (8) 13 (7) 14 (6) 15 (5) 16 (4) 17 (13) 18 (2) 19(1)	-2,5 -1,5 -3,5 0,0 + 12,5 + 3,5 + 10,0 + 1,5 0,0 -9,0 0,0 + 6,0 + 4,5 0,0 -7,0 -2,0 0,0 + 2,0 0,0	1700 2400 800 1600 1850 500 6800 1600 800 1200 1000 800 600 500 7375 1250 2500 1700 1600	R=650; sкр=350 R=1500; sкр=600 R=1000; sкр=500 R=650; sкр=450 R=1300; sкр=600	Станция А Станция К Станция Е

Профиль № 2 – от ст. А к ст. Е

Профиль № 3 – от ст. Е к ст. А (знаки уклонов сменить на обратные)

Номера элементов	Крутизна уклона, %о	Длина элемента, м	Кривые (радиус и длина, м)	Раздельные пункты
1 (23) 2 (22) 3 (21) 4 (20) 5 (19) 6 (18) 7 (17) 8 (16) 9 (15) 10 (14) 11 (13) 12 (12) 13 (11) 14 (10) 15 (9) 16 (8) 17 (7) 18 (6) 19 (5) 20 (4) 21 (3) 22 (2) 23 (1)	-1,5 -3,0 -5,0 0,0 + 9,0 + 7,0 0,0 +6,0 +1,5 +5,0 +3,0 0,0 -10,0 0,0 +4,0 +3,0 0,0 -8,0 0,0 +1,0 +2,0 +4,0 0,0	1800 1800 2000 1600 2000 7000 400 500 1700 300 400 600 1450 800 1400 800 700 6500 1850 1650 1500 1200 1900	R=800; sкр=1000 R=1000; sкр=600 R=700; sкр=500 R=650; sкр=400 R=700; sкр=400 R=1500; sкр=850	Cтанция А Станция К Станция Е

Продолжение прил.1

Профиль № 4 – от ст. А к ст. Е

Профиль № 5 – от ст. Е к ст. А (знаки уклонов сменить на обратные)

Номера элементов	Крутизна уклона, %о	Длина элемента, м	Кривые (радиус и длина, м)	Раздельные пункты
1 (17) 2 (16) 3 (15) 4 (14) 5 (13) 6 (12) 7 (11) 8 (10) 9 (9) 10 (8) 11 (7) 12 (6) 13 (5) 14 (4) 15 (3) 16 (2) 17 (1)	0,0 +2,0 0,0 -4,0 0,0 -5,0 -8,0 -2,0 -10,0 0,0 +12,0 +9,0 +5,0 0,0 +3,0 0,0 +1,0	1600 1000 1800 1500 600 600 7800 1700 1500 1500 1500 8000 1500 1300 800 2000 1700	R=800; sкр=400 R=1200; sкр=650 R=1500; sкр=400 R=1500; sкр=450 R=850; sкр=750	Cтанция А Станция К Станция Е

Профиль № 6 – от ст. А к ст. Е

Профиль № 7 – от ст. Е к ст. А (знаки уклонов сменить на обратные)

Номера элементов	Крутизна уклона, %о	Длина элемента, м	Кривые (радиус и длина, м)	Раздельные пункты
1 (21) 2 (20) 3 (19) 4 (18) 5 (17) 6 (16) 7 (15) 8 (14) 9 (13) 10 (12) 11 (11) 12 (10) 13 (9) 14 (8) 15 (7) 16 (6) 17 (5) 18 (4) 19 (3) 20 (2) 21 (1)	0,0 -3,0 -7,0 -9,0 0,0 +5,5 +4,5 0,0 -4,0 0,0 +2,5 0,0 -2,0 -4,0 0,0 +11,0 +9,0 +3,0 0,0 -2,0 -1,5	1800 1500 7400 1250 800 1200 600 400 800 1000 1800 500 450 500 600 1750 6800 1000 2500 1400 2000	R=1500; sкр=900 R=1000; sкр=500 R=700; sкр=400 R=900; sкр=350 R=1200; sкр=300 R=1500; sкр=500	Cтанция А Станция К Станция Е

Окончание прил.1

Профиль № 8 – от ст. А к ст. Е

Профиль № 9 – от ст. Е к ст. А (знаки уклонов сменить на обратные)

Номера элементов	Крутизна уклона, %о	Длина элемента, м	Кривые (радиус и длина, м)	Раздельные пункты
1 (20) 2 (19) 3 (18) 4 (17) 5 (16) 6 (15) 7 (14) 8 (13) 9 (12) 10 (11) 11 (10) 12 (9) 13 (8) 14 (7) 15 (6) 16 (5) 17 (4) 18 (3) 19 (2) 20 (1)	0,0 -1,0 -4,0 0,0 -9,0 -10,5 0,0 +5,0 +1,0 +2,0 0,0 -3,0 0,0 +11,0 +9,0 +1,5 0,0 -4,0 -3,0 -1,5	1800 800 1000 1400 7500 1500 650 900 1300 2000 900 100 750 2000 7500 800 1600 2750 850 1750	R=900; sкр=400 R=1500; sкр=650 R=800; sкр=300 R=1200; sкр=450 R=975; sкр=400	Cтанция А Станция К Станция Е

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Рис.1. Тяговая характеристика тепловоза 2ТЭ10Л с тяговыми электродвигателями ЭД1071.

Рис.2. Тяговая характеристика тепловоза 2ТЭ10М с тяговыми электродвигателями ЭД118А.

Рис.3. Тяговая характеристика тепловоза 3ТЭ10М с тяговыми электродвигателями ЭД118А.

Рис.4. Тяговая характеристика тепловоза 2ТЭ116 с тяговыми электродвигателями ЭД1118.

Рис.5. Тяговая характеристика тепловоза 2М62 с тяговыми электродвигателями ЭД107А.

Рис.6. Ток тягового генератора ГП-311Б тепловозов 2ТЭ10Л, 2ТЭ10М, 3ТЭ10М.

Рис.7. Ток тягового генератора ГП-312 тепловоза 2М62.

Рис.8. Выпрямленный ток тягового генератора ГШС-501А тепловоза 2ТЭ116.

Рис.9.Тепловые характеристики тяговых электродвигателей ЭД107А (тепловозов 2М62 и 2ТЭ10Л) и ЭД118А (тепловозов 2ТЭ10М. 3ТЭ10М и 2ТЭ116).