Основы тепловозной тяги (стр. 1 )

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

(МИИТ)

Одобрено кафедрой «Тяговый

подвижной состав»

ОСНОВЫ ТЕПЛОВОЗНОЙ ТЯГИ

Задание на курсовой проект

с методическими указаниями

для студентов III курса

специальности

190701 Организация перевозок и управление на транспорте (железнодорожный транспорт)(Д)

Москва – 2009

С о с т а в и т е л и: к. т.н., проф.

к. т.н., доц.

Обращаем внимание на необходимость правильно вести записи при выполнении расчетов. Расчетные формулы записываются сначала в общем виде с буквенными обозначениями, затем в формулу подставляются числовые значения величин – аргументов и далее после знака равенства ставится цифровой результат вычислений с обязательным указанием единиц измерения для именованных величин.

Пример.

sп =0,278 vн tп ;

sп = 0,278 ·100 ·13,6 = 378,1 м.

Р е н з е н т: к. т.н., доц.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Курсовой проект необходимо выполнять, осмысленно применяя расчетные формулы и тщательно продумывая выводы и результаты. Совершенно недопустимо механическое применение формул и выполнение по ним расчетов. Методические указания, которые приводятся ниже, не избавляют студента от необходимости глубоко и внимательно разобраться в рассматриваемых вопросах, используя рекомендуемую литературу. При несоблюдении этого студент не приобретет необходимых знаний и окажется неподготовленным к экзамену по дисциплине.

При выполнении курсового проекта необходимо придерживаться следующих положений.

1.  Расчетная записка должна быть выполнена в тетради, составленной из стандартных листов писчей бумаги (размером 210 х 297 мм) с обязательным оставлением полей для замечаний рецензента; на обложке тетради необходимо указать название дисциплины, курс, фамилию, инициалы и шифр студента, а также год издания задания на курсовой проект, в соответствии с которым он выполняется.

2.  Расчетная записка должна быть написана аккуратно, разборчивым почерком, без сокращения слов.

3.  Исходные данные должны быть обязательно приведены в начале расчетной записки.

4.  Расчеты нужно сопровождать пояснениями. Расчетные формулы приводятся сначала в общем виде с применением принятых буквенных обозначений, после чего следует подставить в формулу числовые значения величин и проставить результат (см. пример на обороте обложки).

Необходимо указать, что представляют собой величины, входящие в формулу, обязательно проставляя для именованных величин их единицы измерения.

5. При выборе расчетных величин и параметров, использовании таблиц, формул, справочных материалов нужно ссылаться на источники; использованную литературу (автор, название книги, год издания) следует привести в конце расчетной записки.

6. Материал следует излагать с соблюдением принятой в технической литературе терминологии.

7. Точность вычислений до 1 % является достаточной при расчетах. Для ускорения вычислений желательно использование калькуляторов и электронных вычислительных машин.

8. Графическая часть работы выполняется на миллиметровой бумаге.

При изображении графических зависимостей следует:

а) на каждом графике иметь нулевую абсциссу и нулевую ординату;

б) графические зависимости вычерчивать аккуратно, остро заточенным карандашом;

в) оси координат выделить более толстой линией;

г) на осях координат проставлять буквенные обозначения откладываемых величин и их единицы измерения;

д) на осях координат нанести числовые шкалы в соответствии с принятыми масштабами изображения величин.

При построении графических зависимостей на миллиметровой бумаге начало координат следует выбирать в точке пересечения жирных линий; круглые значения числовых шкал на осях координат весьма желательно ставить против более жирных линий сетки.

9. Таблицы и графики необходимо вкладывать в тетрадь так же, как и страницы с текстом, в корешок тетради, не поворачивая их на 90о, чтобы ими удобно было пользоваться (не следует приклеивать графики и таблицы к полям страниц!). Вкладывать графики и таблицы в тетрадь нужно сразу же за той страницей, где есть касающиеся их пояснения.

10. Страницы работы, иллюстрации, таблицы и графики должны быть пронумерованы. Таблицы должны иметь наименования, иллюстрации и графики – подрисуночные подписи.

11. Проект следует подписать и указать дату его выполнения.

12. Готовый проект должен быть представлен не позднее срока, установленного учебным планом.

После получения прорецензированного проекта нужно независимо от того, зачтен он или не зачтен, исправить все ошибки и сделать требуемые дополнения. Если проект не зачтен, следует в кратчайший срок выполнить требования рецензента и выслать исправленный проект вместе с рецензией в университет для повторной проверки*. При этом не следует переписывать целиком проект или отдельные его разделы. Нельзя также производить исправления по написанному тексту; все исправления и дополнения должны быть сделаны на отдельных листах и вклеены или вшиты в соответствующие места проекта. Стирать и зачеркивать замечания рецензента запрещается. Выполнив какое-либо исправление и получив новый числовой результат, следует, если это требуется, внести соответствующие поправки в дальнейшие расчеты.

перевозочной работы).

* На обложке тетради в этом случае должна быть сделана надпись: “Работа исправлена” или “На повторное рецензирование”.

Курсовые проекты, в которых не соблюдены изложенные выше положения, а также выполненные студентом не по своему варианту, не зачитываются.

Зачтенный проект с исправлениями и дополнениями, сделанными по требованию рецензента, следует сохранять, так как его необходимо представить при защите.

Выполнение курсового проекта способствует лучшему усвоению учебного материала, в частности методов определения массы состава, принципов анализа профиля пути, расчетов по построению диаграмм удельных равнодействующих сил, анализа по этим диаграммам условий движения поезда, способов определения скорости и времени движения поезда по участку, расчетов по проверке нагревания обмоток тяговых электрических машин локомотивов и определению расходов топлива тепловозами на тягу поездов (общего и на измеритель перевозочной работы).

Для сдачи зачета по дисциплине требуется не только знать материал, охватываемый курсовым проектом, но и усвоить все теоретические и прикладные вопросы программы по этой дисциплине.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

1.  Провести анализ профиля пути и установить крутизну расчетного подъема.

2.  Определить массу состава по выбранному расчетному подъему.

3.  Проверить полученную массу состава на прохождение встречающихся подъемов большей крутизны, чем расчетный, с учетом использования накопленной кинетической энергии.

4.  Проверить возможность трогания поезда с места при остановках на раздельных пунктах (станциях).

5.  Выполнить проверку массы состава по длине приемо-отправочных путей раздельных пунктов заданного участка.

6.  Спрямить профиль пути.

7.  Составить таблицу и построить диаграмму удельных равнодействующих (ускоряющих и замедляющих) сил для режимов тяги, холостого хода и торможения.

8.  Определить максимально допустимую скорость движения на наиболее крутом спуске участка при заданных тормозных средствах поезда.

9.  Построить кривые скорости v=f(s) и времени t=f(s).

10.  По кривой времени определить времени хода по перегонам и техническую скорость движения поезда на участке.

11.  Определить расход топлива тепловозом общий и на измеритель перевозочной работы.

12.  Определить коэффициент трудности заданного тягового участка.

13.  Рассчитать и построить графические зависимости полного сопротивления движению поезда от крутизны уклонов Wк(v),и наложить их на расчетную тяговую характеристику заданного тепловоза Fк(v).

14.  Определить по точкам пересечения кривых Wк(v) и Fк(v) равномерные скорости движения поезда на разных уклонах, составить таблицу и построить по данным этой таблицы графическую зависимость равномерных скоростей от крутизны уклонов.

Исходные данные выбираются студентом по последней цифре (табл.1), а профиль участка – по предпоследней цифре шифра (прил.1). Эти данные, а также расчетные параметры заданного локомотива (из табл.2) обязательно приводятся в начале расчетной пояснительной записки.

Рис.1. Диаграмма удельных равнодействующих сил (локомотив……………., масса состава………………..).

	Таблица 1
	Исходные данные
Наименование данных	Вариант (последняя цифра шифра)
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Локомотив Состав поезда в долях по массе 8-осных вагонов 4-осных вагонов Масса вагона брутто, т: 8-осного 4-осного Тормозных осей в составе, в долях Длина приемо-отправочных путей lпоп, м Тормозные колодки	2М62 0,16 0,84 168 86 0,96 850 Чугунные	2ТЭ10Л 0,17 0,83 164 86 0,98 1250 Чугунные	2ТЭ116 0,16 0,84 168 88 0,97 1050 Чугунные	2М62 0,18 0,82 166 88 0,97 850 Чугунные	3ТЭ10М 0,16 0,84 164 88 0,98 1550 Чугунные	2ТЭ116 0,10 0,90 168 88 0,98 1250 Компози - ционные	2ТЭ10М 0,10 0,90 164 88 0,96 1250 Компози- ционные	3ТЭ10М 0,12 0,88 164 88 0,96 1550 Компози - ционные	2ТЭ10М 0,15 0,85 168 86 0,98 1250 Компози - ционные	2ТЭ116 0,10 0,90 168 86 0,97 1250 Компози-ционные

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Точность вычислений при выполнении расчетов должна в соответствии с Правилами тяговых расчетов для поездной работы (ПТР) [2] приниматься:

а) для масс составов (грузовых) с округлением до 50 т;

б) для сил, действующих на поезд (силы тяги, сопротивления, тормозные), с округлением до 50 Н;

в) для крутизны уклонов при измерении в тысячных (промилле, %о) – с одним знаком после запятой;

г) для удельных сил при измерении в Н/кН – с двумя знаками после запятой;

д) для расстояний при измерении в метрах (для элементов профиля) и в километрах (для перегонов) – с одним знаком после запятой;

е) для скоростей при измерении в км/ч – с одним знаком после запятой;

ж) для расходов топлива с округлением до 10 кг;

з) для удельных расходов топлива – с округлением до 0,1 кг/104 ткм;

и) для токов с округлением до 5 А;

к) для перегонных времен хода – расчетное до 0,1 мин, для графика движения поездов с округлением до 1 мин;

л) для температур при расчетах электрических машин локомотивов на нагревание по отдельным элементам расчета до 0,01оС с округлением конечного результата до 1оС.

1.  Расчетный подъем – это наиболее трудный для движения в данном направлении элемент профиля пути, на котором достигается расчетная скорость, соответствующая расчетной силе тяги локомотива (см. ниже табл.2). Если наиболее крутой подъем участка достаточно длинный, то он принимается за расчетный. Если же наиболее крутой подъем заданного участка имеет небольшую протяженность и ему предшествуют “легкие” элементы профиля (спуски, площадки), на которых поезд может развить высокую скорость, то такой подъем не может быть принят за расчетный, так как поезд преодолевает его за счет накопленной кинетической энергии. В этом случае за расчетный следует принять подъем меньшей крутизны, но большей протяженности, на котором может быть достигнута равномерная скорость. Например, для профиля № 4 (см. прил.1) расчетным подъемом будет элемент, имеющий крутизну i = +9%o и длину s = 8000 м, а не элемент крутизной i = +12%о и длиной s = 1500 м, так как он небольшой длины и перед ним расположены спуски, позволяющие поезду подойти к этому подъему с большой скоростью.

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

Массу состава в т для выбранного расчетного подъема определяют по формуле

Fкр – (w0’ + iр) Р g

Q = , (1)

(w0” + ip) g

где Fкр – расчетная сила тяги локомотива, Н;

Р – расчетная масса локомотива, т;

w0’- основное удельное сопротивление локомотива, Н/кН*;

w0” - основное удельное сопротивление состава, Н/кН;

ip - крутизна расчетного подъема, %о;

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

Величины w0’и w0” определяют для расчетной скорости локомотива vp.

Расчетная скорость, расчетная сила тяги, масса локомотива и другие

расчетные нормативы, взятые из [2], приведены в табл.2.

Таблица 2

Расчетные нормативы тепловозов

Серия локомотива	Расчетная сила тяги Fкр, Н	Расчетная скорость vp, км/ч	Расчетная масса Р, т	Конструкци-онная скорость vконстр, км/ч	Сила тяги при трогании с места Fк тр, Н	Длина локомо-тива lл, м	Число движущих колесных пар
2М62 (две секции) 2ТЭ10Л (две секции) 2ТЭ10М (две секции) 3 ТЭ10М (три секции) 2ТЭ116 (две секции)	392000 496000 469000 744500 496000	20,0 23,5 23,5 23.5 23,5	240 260 276 414 276	100 100 100 100 100	700000 750000 797000 942000 797000	36 34 34 51 36	12 12 12 18 12

Основное удельное сопротивление локомотива в Н/кН в зависимости от скорости на режиме тяги (при движении под током) определяют по графикам w0’ = f (v), приведенным в ПТР. Основное удельное сопротивление локомотивов, для которых графические зависимости w0’ = f (v) отсутствуют, следует подсчитывать по формуле:

* Удельные силы отнесены в 1 кН веса поезда, состава, вагона, локомотива.

w0’ = 1,9 + 0,01v + 0,0003 v2. (2)

Основное удельное сопротивление состава в Н/кН определяют по формуле

w0” = a w04” + b w08” , (3)

где a, b - соответственно доли 4- и 8-осных вагонов в состава по массе (см. табл.1);

w04” – основное удельное сопротивление 4-осных груженых вагонов, Н/кН;

3 + 0,1 v + 0,0025 v2

w04” = 0,7 + , (4)

q04

w08” - основное удельное сопротивление 8-осных груженых вагонов, Н/кН;

6 + 0,038 v + 0,0021 v2

w08” = 0,7 + , (5)

q08

Здесь q04 , q08– масса, приходящаяся на одну колесную пару соответственно 4- и 8-осного вагона, т/ось:

q4 q8

q04 = ; q08 = , (6)

4 8

где q4, q8 – масса брутто соответственно 4- и 8-осного вагона, т (см. табл.1).

Вычисленную по формуле (1) массу состава следует в соответствии с ПТР округлить до 50 или 100 т.

3.  Проверка рассчитанной 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

4,17 (vк2 – vн2)

s = м , (7)

(fк – wк)ср

где vн – скорость в начале проверяемого подъема; выбирается из условий подхода к проверяемому элементу iпр (для грузовых поездов можно принимать vн = 70 – 90 км/ч, но не выше конструкционной скорости заданного локомотива);

vк - скорость в конце проверяемого подъема. Эта скорость должна быть не менее расчетной, т. е. должно выдерживаться условие vк ³ vр. В курсовом проекте рекомендуется принимать vк = vр.

Удельную силу тяги fк и удельное сопротивление wк в пределах выбранного интервала изменения скоростей принимают равными их значениям при средней скорости рассматриваемого интервала:

 

* Следует указать параметры проверяемого подъема: iпр = … %o, sпр = … м.

vн + vк

vср = , (8)

2

Эти удельные силы вычисляют по формулам:

Fк ср

fк ср = Н/кН ; (9)

(P + Q) g

(w’0 ср + iпр) Pg + (w”0 ср + iпр) Qg

wк ср = , (10)

(Р + Q) g

Значение силы тяги локомотива Fк ср для средней скорости vср определяют по тяговой характеристике локомотива ( прил.2 – см. вклейки). Для той же средней скорости определяют основное удельное сопротивление w’0 ср локомотива – по графикам в ПТР или по формуле (2), и основное удельное сопротивление w”0 ср состава – по формуле (3) с использованием формул (4) – (6).

Если полученное по формуле (7) расстояние больше или равно длине проверяемого подъема sпр

s ³ sпр, (11)

то на этом проверка заканчивается и делается вывод о том, что при рассчитанной массе состава Q поезд надежно преодолевает проверяемый подъем, крутизной больше расчетного, с учетом использования накопленной к началу элемента кинетической энергии. Если же путь s, который может быть пройден за счет разгона, окажется короче длины проверяемого подъема sпр, то необходимо уменьшить массу состава (для начала, например, на 200 т) и все расчеты по проверке массы состава на возможность прохождения подъема большей крутизны, чем расчетный, с учетом использования накопленной кинетической энергии повторить снова; уменьшение массы состава и последующий проверочный расчет следует производить до тех пор, пока не будет выдерживаться условие (11).

4.  Проверка рассчитанной массы состава на трогание с места на раздельных пунктах заданного участка выполняется по формуле

Fк тр

Qтр = - P, (12)

(wтр + iтр) g

где Fк тр – сила тяги локомотива при трогании состава с места, Н (см. табл.2);

iтр - крутизна наиболее трудного элемента на раздельных пунктах (станциях) заданного участка, %о (в сторону движения);

wтр - удельное сопротивление поезда при трогании с места (на площадке), Н/кН;

wтр = a wтр4 + b wтр

Здесь wтр4 и wтр8 – удельные сопротивления при трогании с места соответственно для 4- и 8-осных вагонов.

Для вагонов на подшипниках качения

28

wтр = , (14)

q0 + 7

В этой формуле q0 – нагрузка от оси на рельсы для данной группы вагонов (при вычислении подставляются величины q0, полученные ранее по формулам (6).

Масса состава Qтр, полученная по условиям трогания с места, должна быть не менне массы состава Q, определенной по расчетному подъему, т. е. должно выдерживаться условие Qтр ³ Q (см. п.2). Так как для проверки массы состава на трогание с места была выбрана станция, расположенная на наиболее трудном элементе, то в этом случае делается вывод о том, что трогание состава с места и разгон поезда обеспечены на всех раздельных пунктах участка.

5.  Чтобы выполнить проверку массы состава по длине приемо-отправочных путей, необходимо определить число вагонов в составе, длину поезда и сопоставить эту длину с заданной длиной приемо-отправочных путей станции.

Число вагонов в составе грузового поезда:

a Q

а) 4-осных m4 = ; (15)

q4

b Q

б) 8-осных m8 = ; (16)

q8

Полученные количества вагонов необходимо округлить до целых числовых значений.

Длины вагонов принимаются равными: 4-осного – 15 м, 8-осного – 20 м. Длины локомотивов приведены в табл.2. Общая длина поезда

lп = 20 m8 + 15 m4 + lл + 10 м (18)

(здесь 10 м – запас длины на неточность установки поезда).

Проверка возможности установки поезда на приемо-отправочных путях выполняется по соотношению

lп £ lпоп, (19)

где lпоп - длина приемо-отправочных путей, м (см. табл.1).

Если длина поезда меньше (или равна) длины приемо-отправочных путей станций заданного участка, то масса состава не корректируется и делается вывод о том, что массу состава уменьшать не надо.

Если же вычисленная длина поезда получилась больше длины приемо-отправочных путей, указанной в задании, то масса состава уменьшается так, чтобы длина поезда равнялась длине приемо-отправочных путей на раздельных пунктах (при этом снова должны быть определены число вагонов в составе уменьшенной массы и соответствующая длина поезда и выполнено сопоставление последней с заданной длиной приемо-отправочных путей станций).

6.  Для повышения точности результатов тяговых расчетов, a также для сокращения объема последних и, следовательно, времени на их выполнение необходимо спрямлять профиль пути.

Спрямление профиля пути состоит в замене двух или нескольких смежных элементов продольного профиля пути одним элементом, длина которого sc равна сумме длин спрямляемых элементов (s1, s2 , …, sn), т. е.

sc = s1 + s2 + … + sn, (20)

а крутизна i’c вычисляется по формуле

i1s1 + i2s2 + … + insn

i’c = , (21)

s1 + s2 + … + sn

где i1, i2, …, in - крутизна элементов спрямляемого участка.

Чтобы расчеты скорости и времени движения поезда по участку были достаточно точными, необходимо выполнить проверку возможности спрямления группы элементов профиля по формуле

2000

si £ , (22)

Di

где si – длина спрямляемого элемента, м;

Di - абсолютная величина разности между крутизной спрямленного участка и крутизной проверяемого элемента, %о, т. е. êi’c – ii ê.

Проверке по формуле (22) подлежит каждый элемент спрямляемой группы. Чем короче элементы спрямляемой группы и чем ближе они по крутизне, тем более вероятно, что проверка их на удовлетворение условию (22) окажется благоприятной (положительной).

Кривые на спрямленном участке заменяются фиктивным подъемом, крутизна которого определяется по формуле:

700 n sкр i

i”c = å , (23)

sc i=1 Ri

где sкр i и Ri – длина и радиус кривых в пределах спрямленного участка, м.

Крутизна спрямленного участка с учетом фиктивного подъема от кривой

ic = i’c + i”c. (24)

Необходимо отметить, что знак крутизны уклона i’c может быть и положительным (для подъемов), и отрицательным (для спусков); знак крутизны фиктивного подъема от кривой i”c всегда положительный. Это обязательно надо учитывать при вычислениях.

Объединять в группы для спрямления следует только близкие по крутизне элементы профиля одного знака. Горизонтальные элементы (площадки) могут включаться в спрямляемые группы как с элементами, имеющими положительный знак крутизны, так и с элементами отрицательной крутизны. Элементы, на которых расположены раздельные пункты, не спрямляются.

Не следует включать в группы элементов, подлежащих спрямлению, расчетный подъем, а также крутой подъем, для которого выполнялась проверка возможности преодоления его поездом с учетом накопленной на предшествующих элементах кинетической энергии. Спрямленный профиль должен сохранить характерные особенности действительного профиля пути в смысле относительного расположения повышенных и пониженных точек.

Результаты расчетов по спрямлению заданного профиля пути сводятся в таблицу, составленную по форме табл.3.

Порядок выполнения и оформления расчетов по спрямлению элементов профиля пути покажем на следующем примере.

Имеются элементы профиля пути:

i5 = - 4,5 %o ; S5 = 500 м; R5 = 700 м; sкр 5 = 450 м,

i6 = - 2,5 %o ; S6 = 1200 м; R6 = 1000 м; sкр 6 = 500 м.

i 7 = 0,0 %o ; S7 = 800 м;

Проверим возможность спрямления этих трех смежных элементов.

sc = 500 + 1200 + 800 = 2500 м ;

(-4,5) 500 + (-2,5) 1200 + 0 800

i’c = = - 2,1 %o ;

2500

Di5 = ç -2,1 – (-4,5)ç = 2,4 %o ;

Di6 = ç -2,1 – (-2,5)ç = 0,4 %o ;

Di7 = ç -2,1 – 0ç = 2,1 %o ;

Таблица 3
Таблица спрямления профиля и плана пути
№ элемента	Крутизна элементов i, %о	Длина элементов s, м	Кривые	Длина спрям-ленного участка sc, м	Крутизна спрямле-нного участка, i’c, %o	Фиктивный подъем от кривых i”c, %o	Суммарная крутизна спрямленного участка, ic= i’c+ i”c, %o	№ спрямленных участков
R, м	sкр, м
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1 2 3 4 5 . . . . . .	……. ……. ……. ……. ……. . . . ……. . …….	……. ……. ……. ……. ……. . . . ……. . …….	……. ……. ……. ……. ……. . . . ……. . …….	……. ……. ……. ……. ……. . . . ……. . …….	…….	…….	…….	…….	1
…….	…….	…….	…….	2
…….	…….	…….	…….	3
. . . . .…….	. . . . …….	. . . . …….	. . . . …….	. . . . …….

Длина участка ΣS= …м