Исходные данные для курсового проекта 5 страница

Значения G, g_х принимают по расходным характеристикам тепловозов, полученным экспериментально и приведенным в ПТР. В курсовом проекте для расчета следует принимать значения, приведенные в таблице 13.2 [6].

Таблица 13.2 – Удельный расход дизельного топлива тепловозами

Тепловоз	Удельный расход дизельного топлива, кг/мин
	на режиме тяги	на режиме холостого хода и торможения
2ТЭ116	15,7	0,50
М62	5,8	0,42
2М62	11,6	0,84
2ТЭ10М	16,8	0,76
3ТЭ10М	25,2	1,14
ТЭ3	11,4	0,70

Для того, чтобы сравнивать расход топлива при работе локомотивов с разными поездами и на различных направлениях, общий расход топлива относят к измерителю выполненной перевозочной работы, получая удельный расход топлива e_т, кг/(10⁴ т·км), определяемый по формуле

                                                                                                     (13.2)

Чтобы сравнивать различные виды тяги и разные сорта топлива, введено понятие «условное топливо», под которым понимают топливо с удельной теплотой сгорания 29,3 МДж/кг. Удельная теплота сгорания дизельного топлива 41,9 МДж/кг. Следовательно, чтобы пересчитать расход дизельного топлива в расход условного топлива, следует ввести эквивалент. Удельный расход условного топлива, кг у. т./(10⁴ т·км), определяется по формуле

                                                                                                           (13.3)

где Э – эквивалент дизельного топлива; Э = 41,9/29,3 = 1,43.

14 Определение расхода электроэнергии электровозом

Полный расход электроэнергии электровозом за поездку определяется по формуле

                                                                                           (14.1)

где А_д – расход электроэнергии на движение поезда, кВт·ч;

А_сн – расход электроэнергии на собственные нужды электровоза, кВт·ч;

А_р – количество энергии, возвращенной в сеть при рекуперативном торможении, кВт·ч; в курсовом проекте принимать А_р = 0.

Расход электроэнергии на движение электровозами постоянного тока (ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11, ВЛ82) определяется по формуле

                                                                                        (14.2)

где U_э – номинальное напряжение контактной сети, В; U_э = 3000 В;

I_эсрi – средний ток электровоза за время ∆t_i, А;

∆t_i – время, в течение которого величина тока принимается постоянной, мин.

Расход электроэнергии на движение электровозами переменного тока (ВЛ60^к, ВЛ80^р) определяется по формуле

                                                                                     (14.3)

где U_э – номинальное напряжение контактной сети, В; U_э = 25000 В;

I_daсрi – среднее действующее значение активного тока электровоза за время ∆t_i, А;

∆t_i – время, в течение которого величина тока принимается постоянной, мин.

Расчеты по определению расхода электроэнергии следует свести в таблицу следующей формы:

Таблица 14.1 – Расчет расхода электроэнергии электровозом

Номер отрезка кривой скорости, в пределах которого ток принимается постоянным	Ток электровоза Iср, А	Время ∆t , мин	Iср·∆t, А·мин
1	Iср1	∆t1	Iср1·∆t1
2	Iср2	∆t2	Iср2·∆t2
. . .	. . .	. . .	. . .
i	Iсрi	∆ti	Iсрi·∆ti
Итого

Предварительно строится кривая тока I = f (s), потребляемого электровозом на тягу из контактной сети (см. раздел 11).

Определенное в таблице 14.1 значение  подставляют в формулу (14.2) или (14.3), определяя значение расхода электроэнергии на движение поезда.

Расход электроэнергии на собственные нужды электровоза определяют по формуле

                                                                                                         (14.4)

где k_сн – средний расход электроэнергии на собственные нужды электровоза в единицу времени, кВт·ч/мин;

t – полное время работы электровоза на заданном участке, мин;

Средние значения расходов электроэнергии на собственные нужды электровозов представлены в таблице 14.2 [1].

Таблица 14.2 – Средний расход электроэнергии на собственные нужды электровоза

Серия электровоза	Средний расход электроэнергии  на собственные нужды kсн, кВт·ч/мин
ВЛ8	1,67
ВЛ82	4,17
ВЛ10	2,08
ВЛ11	3,12
ВЛ60к	3,33
ВЛ80р	5,83

Удельный расход электроэнергии, кВт·ч/(10⁴ т·км), рассчитывают по формуле

                                                                                                         (14.5)

Чтобы пересчитать расход электрической энергии в расход условного топлива, учитывая, что 1 кВт·ч эквивалентен 0,123 кг условного топлива, используют выражение

                                                                                                     (14.6)

15 Пример тяговых расчетов для тепловозной тяги

Выбор исходных данных. По таблице А.1 приложения А выбираем исходные данные (исходные данные принимаются по последним двум цифрам шифра). Выбранные исходные данные представлены в таблице 15.1. Для тепловоза ТЭ3 по таблице А.2 приложения А выбираем основные технические характеристики локомотива, представленные в таблице 15.2.

Таблица 15.1 – Исходные данные

Наименование данных	Значение
Локомотив	Тепловоз ТЭ3
Состав поезда в % по массе: 4-осных вагонов 6-осных     ٬٬ 8-осных      ٬٬	73 5 22
Масса вагона брутто, т: 4-осного вагона 6-осного    ٬٬ 8-осного     ٬٬	80 120 160
Тормозных осей в состава, %	97
Длина приемоотправочных путей, м	1550
Тормозные колодки	Композиционные

Таблица 15.2 – Технические характеристики тепловоза ТЭ3

Наименование данных	Значение
Расчетная сила тяги, Н	396300
Расчетная скорость, км/ч	20,5
Расчетная масса, т	254
Конструкционная скорость, км/ч	100
Сила тяги при трогании с места, Н	571000
Длина локомотива, м	34
Число движущих колесных пар	12

По таблице Б.6 приложения Б выбираем профиль участка (принимается по таблицам Б.1–Б.5 по последней цифре шифра). Профиль участка представлен в таблице 15.3.

Таблица 15.3 – Профиль участка

Номер элемента	Крутизна уклона, ‰	Длина элемента, м	Радиус и длина кривых, м	Станция участка
1	0	1600		А
2	–2	1000
3	–4	1800	R = 1200, sкр = 600
4	0	900	R = 800, sкр = 400
5	+11	1400
6	+8	5500
7	0	800
8	+2	1100
9	0	1300
10	+1,5	1800		Б
11	0	700
12	–5	1500	R = 1500, sкр = 850
13	–4	500
14	0	800	R = 700, sкр = 500

Окончание таблицы 15.3

Номер элемента	Крутизна уклона, ‰	Длина элемента, м	Радиус и длина кривых, м	Станция участка
15	–10	2000
16	0	800	R = 900, sкр = 550
17	+2,5	2100	R = 1500, sкр = 700
18	0	1500
19	–7	4800
20	0	2200
21	–4	1600
22	–1	1800		В

В приложении В выбираем тяговую характеристику для заданного локомотива. В нашем случае для тепловоза ТЭ3 тяговая характеристика представлена на рисунке В.1 приложения В. В курсовом проекте тяговая характеристика тепловоза ТЭ3 представлена на рисунке 15.1 (тяговая характеристика тепловоза оформляется на листе миллиметровой бумаги формата А4 в произвольном масштабе).

Рисунок 15.1 – Тяговая характеристика тепловоза ТЭ3

Анализ профиля пути и выбор расчётного подъёма. Проведем анализ профиля участка, приведенного в таблице 15.3. На участке имеется два подъема большой крутизны уклона (5-й и 6-й элементы профиля). 6-й элемент профиля имеет не максимальную крутизну уклона (i = 8 ‰), но большую протяженность (s = 5500 м). Крутизна уклона 5-го элемента максимальна (i = 11 ‰), но протяженность его мала (s = 1400 м).

Необходимо рассмотреть элементы участка, предшествующие 5-му элементу, чтобы понять, можно ли его принять за скоростной подъем. Видим, что данному элементу предшествуют горизонтальные участки и спуски. Предполагаем, что поезд сможет развить достаточно высокую скорость и пройти этот элемент с использованием кинетической энергии, и его скорость к концу элемента не снизится ниже расчетной скорости локомотива. Следовательно, принимаем 5-й элемент профиля пути в качестве скоростного, а в качестве расчетного подъема – 6-й элемент профиля (i = 8 ‰, s = 5500 м).

Данный профиль участка можно отнести к тому варианту профиля, в котором за расчетный принимается менее крутой подъем большой протяженности, а подъем с максимальной крутизной принимается за скоростной.

Поскольку на расчетном и скоростном подъемах отсутствуют кривые, то их результирующие величины уклонов будут равняться их действительному уклону, т.е.

                                                                                        

Определение массы состава по расчетному подъему. Масса состава Q определяется по формуле (3.1) из условия равенства расчетной касательной силы тяги локомотива силам сопротивления движению поезда при расчетной скорости на расчетном подъеме.

Касательная сила тяги тепловоза ТЭ3 F_кр и его масса P приведены в задании (таблица 15.2): F_кр = 396300 Н; P = 254 т.

Величина расчетного подъема определена ранее: i_р= 8 ‰ .

Основное удельное сопротивление движению локомотива (для режима тяги)  и состава  определим по формулам (3.2)–(3.15) из условия, что поезд движется по звеньевому пути с расчетной скоростью v = v_р = 20,5 км/ч.

Основное удельное сопротивление движению локомотива

                           

Для определения основного удельного сопротивления движению состава по формуле (3.6) определим основное удельное сопротивление движению каждого типа вагонов в отдельности по формулам (3.7), (3.9), (3.11). Предварительно определим осевую нагрузку для каждого типа вагонов по формулам (3.13) – (3.15).

По заданию массы вагонов брутто равны: q₄ = 80 т; q₆ = 120 т; q₈ = 160 т.

Тогда

                 

Основное удельное сопротивление движению 4-осного вагона

                           

Основное удельное сопротивление движению 6-осного вагона

                          

Основное удельное сопротивление движению 8-осного вагона

                      

Основное удельное сопротивление движению состава с учетом доли вагонов (по массе) каждого типа (α₄ = 0,73; α₆ = 0,05; α₈ = 0,22)

                      

Масса состава

                             

Округляем полученное значение в соответствии с ПТР до 50 т. Принимаем Q = 4100 т.

Проверка полученной массы состава на прохождение скоростного подъема. Проверка на преодоление элементов профиля большей крутизны, чем расчетный подъем, заключается в расчете скорости движения поезда для всех подъемов, крутизна которых превышает крутизну расчетного подъема. В нашем случае такой элемент только один – скоростной подъем крутизной уклона i_ск= 11 ‰ и протяженностью s = 1400 м.

Для проверки массы состава на преодоление скоростного подъема определим путь, который может преодолеть поезд при движении по подъему с уклоном +11 ‰ в режиме тяги на номинальной мощности (максимальная позиция контроллера машиниста) при падении скорости с максимально допустимой до расчетной. За максимально допустимую скорость примем ограничение по состоянию пути, равное 80 км/ч.

Принимаем интервал изменения скорости от 80 до 70 км/ч. Средняя скорость на заданном интервале по формуле (4.6)

                                                                                               

По тяговой характеристике тепловоза ТЭ3 (см. рисунок 15.1) определяем касательную силу тяги. При скорости 75 км/ч F_к = 100000 Н.

Удельную касательную силу тяги определим по формуле (4.5):

                                                                                        

Рассчитаем основное удельное сопротивление движению поезда по формулам (3.2) – (3.12), (4.4).

Основное удельное сопротивление движению локомотива

                              

Основное удельное сопротивление движению 4-осного вагона

                              

Основное удельное сопротивление движению 6-осного вагона

                              

Основное удельное сопротивление движению 8-осного вагона

                         

Средневзвешенное основное удельное сопротивление движению состава

                      

Основное удельное сопротивление движению поезда

                                                                    

Удельная равнодействующая сила в пределах выбранного интервала изменения скорости по формуле (4.3)

                                                                      

Путь, проходимый поездом при изменении скорости от 80 до 70 км/ч, по формуле (4.2)

                                                                                    

Так как найденное значение пройденного пути меньше, чем длина проверяемого подъема (s = 1400 м), то следует продолжить расчеты. Результаты расчетов представим в таблице 15.4.

Таблица 15.4 – Расчет движения поезда по подъему с уклоном 11 ‰

v1, км/ч	v2, км/ч	vср, км/ч	Fк, Н	, Н/т	, Н/т	, Н	rср, Н/т	, м	, м
80	70	75	100000	43,4	19,0	20,4	–107,4	582	582
70	60	65	122000	38,2	16,8	18,0	–100,0	542	1124
60	50	55	148000	33,6	14,9	16,0	–92,0	498	1622

При снижении скорости с 80 до 50 км/ч поезд, двигаясь по подъему с уклоном 11 ‰, проходит путь 1622 м. Проверка массы состава на прохождение скоростного подъема выполняется (1622 > 1400), и массу корректировать нет необходимости.

Проверка массы состава на трогание с места. Прежде чем приступить к расчетам, необходимо определить уклон участка пути, на котором происходит трогание поезда (следует принять уклон станционных путей с максимальным подъемом). В нашем случае это элемент № 10 с крутизной уклона i_тр = 1,5 ‰. Кривая на данном элементе отсутствует, т.е. дополнительного сопротивления от действия кривой нет.

Для проверки массы состава на трогание с места по формуле (5.1) определим массу состава, которую локомотив может взять с места. Для этого рассчитаем удельное сопротивление движению состава при трогании с места по формулам (5.2)–(5.5).

Удельное сопротивление троганию вагонов

Удельное сопротивление движению состава при трогании

                                              

С учетом того, что касательная сила тяги локомотива при трогании по исходным данным равна F_ктр = 571000 Н (не превышает максимальную силу на автосцепке, ограниченную величиной 930 кН), определим массу состава, которую локомотив может взять с места, по формуле (5.1):

                                                                          

Так как масса состава при трогании больше расчетной массы состава (Q_тр > Q), то проверка массы состава на трогание выполняется.

Проверка массы состава по длине приемоотправочных путей. На основании исходных данных длина приемоотправочных путей равна l_поп = 1550 м. Сравним данную величину с длиной поезда, которую определим по формуле (6.1).

Для определения длины состава найдем количество 4, 6 и 8-осных вагонов по формуле (6.2):

                   

                                                                                   

По таблице 6.1 принимаем:

– четырехосные крытые и изотермические вагоны – l₄ = 15 м;

– шестиосные полувагоны – l₆ = 17 м;

– восьмиосные цистерны – l₈ = 21 м.

По формуле (6.3) определим длину состава:

                                                                              

С учетом того, что длина локомотива l_л = 34 м, определим длину поезда по формуле (6.1):

                                                                                           

Длина поезда меньше длины приемоотправочных путей, следовательно, поезд уместится на них. Проверка выполняется.

Спрямление профиля пути на заданном участке. Произведем спрямление исходного профиля, представленного в таблице 15.3. Будем следовать алгоритму, предложенному в разделе 7.

1 Определим элементы профиля, которые спрямлять нельзя. Не спрямляют элементы 1, 10, 22 (остановочные пункты), 5 (скоростной подъем) и 6 (расчетный подъем). Помимо этого не будем спрямлять с другими элементами профиля 15-й и 19-й элементы, т.к. крутизна их уклонов значительно отличается от крутизны соседних элементов.

2 Определим возможные группы спрямляемых элементов. В нашем случае предварительно можно сгруппировать элементы между собой таким образом: 2-3-4, 7-8-9, 11-12-13-14, 16-17-18 и 20-21.

3 Производим проверку возможности спрямления. Произведем спрямление элементов 2-3-4.

По формуле (7.1)

                                      

По формуле (7.2) с учетом округления по ПТР

                                                      

По условию (7.3) проверим возможность спрямления профиля:

– для 2-го элемента –

                     (условие выполняется);                      

– для 3-го элемента –

                   (условие не выполняется).                   

Для 3-го элемента условие спрямления не выполняется, следовательно, спрямление данной группы элементов невозможно. Произведем спрямление элементов 2-3:

                                           

                                                                     

                      (условие выполняется);                      

                     (условие выполняется).                      

Так как для всех элементов условие спрямления выполняется, то можно элементы 2-3 спрямлять в один, длина которого 2800 м, а крутизна .