Теория локомотивной тяги (стр. 12 )

Единицей продукции на железнодорожном транспорте является перевозочная работа, выраженная в 10 тыс. тонно-километрах брутто (104 т·км брутто), или пробег локомотивов, выраженный в 100 локомотиво-километрах (102 л·км).

Удельный натурный расход топлива, затраченный на единицу перевозочной работы определяется по формуле

е = 10000Е / mcL, (8.2)

где е – удельный расход топлива; кг/104 т·км брутто; mc – масса состава, т; L – длина участка, км.

Топливо характеризуется различными значениями теплоты сгорания. Для сравнения тепловой ценности, например, угля и дизельного топлива, введено понятие условного топлива. Теплота сгорания 1 кг условного топлива принимается равной 29307 кДж (7000 ккал), что соответствует теплоте сгорания каменного угля и антрацита с невысоким содержанием балласта. Теплота сгорания дизельного топлива в среднем составляет 42624 кДж/кг, поэтому эквивалент (коэффициент) перевода дизельного топлива в условное топливо будет равен 1,45. По теплотворной способности 1 кВт·ч равен 3600 кДж (860 ккал) или эквивалентен 122,8 г условного топлива (1 кг.у. т = 8,143 кВт·ч).

Пример 8.1. Определить натурный, удельный и условный удельный расход топлива тепловозом 2ТЭ10М с составом массой 4100 т на участке А–В (рис.6.4) длиной 20,65 км, время движения поезда в режиме тяги SDti = 23,6 мин, время движения в режиме холостого хода, торможения и стоянки равно tх = 5,2 + 5 = 10,2 мин.

Используя данные табл. 8.1 определяем натурный расход топлива по формуле (8.1)

Е = 16,8·23,6 + 0,76·10,2 = 396,48 + 7,6 = 404,08 кг

Определяем удельный е и условный удельный еу расход топлива

е = 10000 · 404,08 / 4100 ·20,65 = 47,72 кг/104 т·км брутто;

еу = 1,45 · 47,72 = 69,2 кг. у.т/104 т·км брутто.

8.2. Расход электроэнергии электровозами

Полный расход электроэнергии А, потребляемый электровозами и электропоездами при движении по участку определяется по формуле

А = АТ + Асн, (8.3)

где АТ – расход электроэнергии на тягу, кВт·ч; Асн – расход электроэнергии на собственные нужды, кВт·ч.

Расход электроэнергии на тягу ЭПС постоянного тока без учета колебания напряжения в контактной сети находится по формуле

АТ = UэS Iэ срDt /60 ·1000 , (8.4)

где Uэ – напряжение на токоприемнике, принимать равным 3000 В; Dt – время, мин; Iэ ср – средний ток электровоза за время Dt, А; 60 и 1000 – коэффициенты перевода минут в часы и ватт-часов в киловатт-часы).

Расход электроэнергии на тягу ЭПС переменного тока без учета колебания напряжения в контактной сети определяется по формуле

АТ = S Uэ IdacpDt /60 ·1000, (8.5)

где UЭ – напряжение в контактной сети переменного тока, принимать равным 25000 В; Idacp – действующее значение активного тока, среднее за время Dt, А.

Средний расход электроэнергии на собственные нужды складывается из энергии, необходимой для работы вспомогательных машин питания цепей управления, освещения и отопления ЭПС и определяется по формуле

Асн = асн T, (8.6)

где асн – расход электроэнергии вспомогательными машинами электровозов, кВт·ч /мин, приведен в табл.8.2; Т – общее время работы электровоза на участке с учетом стоянок на станциях, мин.

Таблица 8.2

Среднее значение электроэнергии, потребляемое
вспомогательными машинами электровозов

Электровозы постоянного тока	Электровозы переменного тока
Серия	асн , кВт·ч /мин	Серия	асн, кВт·ч /мин
ВЛ11	2,08	ВЛ85, ВЛ80	5,80
ВЛ15	2,08	Э5К	2,25
2ЭС4К	1,88	2ЭС5К	4,50
		3ЭС5К	6,75
		ЭП1	2,91
		ЭП10	4,17

При ориентировочных расчетах расход на собственные нужды можно определять в процентах от расхода электроэнергии на тягу: для постоянного тока – 2 %, а для переменного тока – 3 %.

Исходными данными для расчетов являются построенные зависимости v = f1(s), t = f2 (s)и Iэ = f(s) для ЭПС постоянного тока или Ida = f(s) – для ЭПС переменного тока.

Удельный расход электроэнергии в кВт·ч на единицу перевозочной работы 104 т·км брутто определяется по формуле

a = 10000Е / mcL, (8.7)

где е – удельный расход топлива; кВт·ч /104 т·км брутто; mc – масса состава, т; L – длина участка, км.

Расчеты по определению расхода электрической энергии на тягу должны оформляться в виде таблицы. Пример оформления таких расчетов показан в табл.8.3 [ 4 ].

Пример 8.2. Определить общий и удельный расход электроэнергии электровозом ВЛ10 на основании данных табл.8.3, при массе состава mc = 4100 т, на участке длиной L = 10,5 км, общее время нахождения поезда на участке равно Т = 17,3 мин.

Подставив из табл.8.3 итоговое значение SIэ срDt = 17056,5 в формулу (8.4) находим расход электроэнергии на тягу

АТ = 3000·17056,5/60·1000 = 852,825 кВт·ч.

Общий расход рассчитываем по формуле (8.3) (для электровоза ВЛ10

асн = 2,08 кВт·ч /мин)

А = 852,825 + 2,08 17,3 = 888,809 кВт·ч.

Удельный расход определяем по формуле (8.4)

а = 10000·888,809/4100·10,5 = 206,46 кВт·ч /104 т·км брутто.

Таблица 8.3.

Пример оформления расчета расхода электроэнергии на тягу поезда на основании кривых Iэ = f(s) и t = f2 (s)

Участок на кривой тока Iэ	Iэ ср, А	Dt, мин	Iэ срDt	Участок на кривой тока Iэ	Iэ ср, А	Dt, мин	Iэ срDt
0'' - 1''	640	0,5	320	12'' - 13''	1835	0,1	183,5
1''- 2''	1170	0,4	468	13'' - 14''	1980	0,25	495
2'' - 3''	2265	0,3	679,5	14'' - 15''	2250	0,35	787,5
3'' - 4''	2200	0,4	880	15'' - 16''	2600	0,45	1170
4''- 5''	2155	0,4	862	16'' - 17''	2470	0,5	1235
5'' - 6''	2055	0,15	308,25	17'' - 18''	2240	0,4	896
6''- 7''	2270	0,15	340,5	18'' - 19''	2420	0,2	484
7'' - 8''	2470	0,2	494	19'' - 20''	2240	0,25	560
8'' - 9''	2600	0,2	520	20'' - 21''	2470	0,35	864,5
9'' - 10''	2250	0,25	562,5	21'' - 22''	2600	0,45	1170
10'' - 11''	1980	0,4	792	22'' - 23''	2250	0,5	1125
11'' -12''	1835	0,15	275.25	23'' - 24''	1980	0,8	1584
Итого	8,1	17056,5

9. ПРОВЕРКА ТЯГОВЫХ МАШИН ЛОКОМОТИВОВ НА НАГРЕВ

9.1. Общие сведения

Нагревание тяговой электрической машины локомотива зависит от величины тока, проходящего через её обмотки. Чем больший ток проходит через ее обмотки, тем сильнее нагреваются ее части.

При малом нагреве изоляции ее изоляционные свойства сохраняются долго, а при высоких температурах происходит интенсивный процесс ее старения и потери изоляционных свойств.

При рассмотрении процессов нагревания тяговых электрических машин используется не температура этой машины, а превышение её температуры над температурой окружающего воздуха.

Наибольшую силу тяги при расчете массы состава принимают с учетом ограничения по коммутации тяговых электродвигателей или по сцеплению колес с рельсами. Однако, кроме этих ограничений, на электроподвижном составе необходимо учитывать ограничение по нагреванию ТЭД.

В табл. 9.1 приведены предельно допустимые превышения температуры обмоток тяговых электрических машин, а также их коллекторов tдоп над температурой наружного воздуха tнв, равной не более 40оС для различных классов изоляции.