2 Содержание курсовой работы ………………………………………………...6
2.1 Определение основных технических данных локомотива ……………….6
2.2 Определение расчетной массы состава …………………………………..…6
2.3 Построение диаграммы удельных результирующих сил поезда ………... 9
2.4 Определение допустимой скорости движения поезда на спусках………12
2.5 Построение кривых движения поезда на участке ………………………..14
Заключение…………………………………………………………………….... 15
Список литературы ………..……………………………………………………16
Приложение А Диаграмма удельных результирующих сил…..……………..17
Приложение Б Графическое решение тормозной задачи….…..……………..18
Приложение В Кривые движения поезда…………..….…...………………...19
Введение
В теории тяги изучают управляемое движение поездов. При этом поезд рассматривают как управляемую систему, функционирующую в условиях переменных возмущающих воздействий внешней среды, наложения внутренних и внешних удерживающих связей и нормативных ограничений ее управляющих воздействий.
В тяге поездов принято считать, что локомотив и вагоны, связанные между собой автосцепками, движутся в пространстве и времени как единое целое - как система, не имеющая никаких других движений, кроме управляемого.
Очевидно, что автосцепки являются внутренними, а рельсы - внешними удерживающими связями, определяющими траекторию движения и направление сил, воздействующих на управляемое движение поезда.
Расчетную часть теории тяги поездов называют тяговыми расчетами. Тяговые расчеты используются для разработки графика движения поездов, изыскания и проектирования железных дорог, расчетов в области экономической эффективности перевозок. В данной курсовой работе рассчитываются важнейшие задачи по тяговым расчетам, которые являются основным расчетным инструментом в деле рационального функционирования, планирования и развития железных дорог: определение расчетной массы состава, построение диаграммы удельных результирующих сил поезда, определение допустимой скорости движения поезда на спусках, построение кривых движения поезда на участке.
1 Исходные данные и задание на курсовую работу
1.1 Общие данные
1.1.1 Участок А-Б-В имеет звеньевой путь.
1.1.2 Расположение осей станционных путей следующее:
- ось станции А расположена в начале первого элемента;
- ось станции Б расположена в середине элемента №13;
- ось станции В расположена в конце последнего элемента.
1.1.3 Длина станционных путей - 1250 м.
1.1.4 Допустимая скорость движения по состоянию путей:
- по перегонам ……………. 80 км/ч;
- по станциям ……………... 60 км/ч.
1.1.5 Допустимый тормозной путь при экстренном торможении - 1200 м.
1.1.6 Расчетный тормозной коэффициент поезда - 0,33.
1.1.7 Тормозные колодки - чугунные.
1.2 Индивидуальные исходные данные
1.2.1 Серия локомотива - ВЛ8, профиль пути участка А-Б-В № 16.
Таблица 1.1 - Профиль пути участка пути А-Б-В
Элемент пути
Длина,
Lэ, м
Уклон,
i, ‰
Элемент пути
Длина,
Lэ, м
Уклон,
i, ‰
Элемент пути
Длина,
Lэ, м
Уклон,
i, ‰
1
800
0,2
10
1000
0
19
1500
-4
2
1300
2,5
11
600
3
20
1600
-11
3
1300
5
12
1200
1
21
600
-3
4
1000
6
13
1500
0
22
800
0
5
800
3
14
900
2,5
23
1900
9
6
1700
5,5
15
1200
2
24
700
4
7
1200
4
16
1200
1
25
1500
1
8
1500
7,5
17
1400
0
26
1500
0
9
1900
9
18
1400
-3
27
1100
-0,5
Lуч, м
33100
1.2.2 Вагонный состав поездаДоля (по массе) восьмиосных (б8) и четырехосных (б4) вагонов в составе поезда:б8 = 0,2 + 0,02N, (1.1)б8 = 0,2 + 0,02*16 = 0,52; б4 = 1 - б8, (1.2)б4 = 1 - 0,52 = 0,48.Масса в тоннах, приходящихся на ось колесной пары, соответственно:m08 = 13 + 0,2N, (1.3)m08 = 13 + 0,2 * 16 = 16,2, т; m04 = 15 + 0,2N, (1.4)m04 = 15 + 0,2 * 16 = 18,2, т; где N - порядковый номер студента по списку.1.2.3 Начальные условияНачальная километровая отметка участка Sо, кмSо = 520 + 100N, (1.8)Sо = 520 + 100*16 = 2120, км.Cкорость движения поезда в начале участка Vо, км/чVо = 5 + N, (1.9)Vо = 5 + 16 = 21, км/ч.Начальное значение времени движения поезда to, минto = 0,3N, (1.10)to = 0,3*16 = 4,8, мин.1.3 ЗаданиеОпределить расчетную массу состава.Определить допустимую скорость движения поезда на спусках.Построить зависимости V(S) и t(S) при движении поезда по участку с расчетной массой состава и оценить полученные результаты:- по значениям технической и участковой скоростей движения;- по режиму проследования расчетного подъема. Тяговые расчеты должны быть выполнены при условии варианта:без остановки на промежуточной станции и без учета предупреждения;Тяговые расчеты должны быть произведены с наибольшим использованием тяговых свойств локомотива и допустимых скоростей движения поезда с целью получения наименьших значений перегонных времен хода.2 Содержание курсовой работы2.1 Определение основных технических данных локомотиваОсновные технические данные локомотива серии ВЛ8:- сила тяги при трогании с места Fк тр = 607 кН;- расчетная сила тяги Fк р = 465 кН;- расчетная скорость движения Vр = 43,3 км/ч;- конструкционная скорость движения Vк = 80 км/ч;- масса локомотива mл = 184 т;- длина локомотива lл = 28 м.Ограничение тяговой характеристики локомотива по сцеплению Fсц, кН:Fсц = 9,81* mл*шк, (2.1)где mл - масса локомотива, т;шк - расчетный коэффициент сцепления:шк = 0,25 + 8/(100+20*V) (2.2)Vp = 43,3 км/ч: шк = 0,25 + 8/(100+20*43,3) = 0,258,Fсц = 9,81* 184*0,258 = 466,0 кН; Таблица 2.1 - Ограничение тяговой характеристики локомотива серии ВЛ8 по сцеплению
V, км/ч
0
10
20
30
40
43,3
Fсц, кН
596,0
500,0
480,5
471,5
467,5
466,0
Тяговую характеристику локомотива серии ВЛ8 Fк(V) и ее ограничение Fсц(V) (рисунок 2.1) строим на миллиметровой бумаге в удобном для пользования масштабе.2.2 Определение расчетной массы состава2.2.1 Расчет критической массы составаКритическую массу состава mс кр, т, определяют по мощности локомотива из условия движения поезда по расчетному подъему с установившейся (равномерной) скоростью при работе локомотива в расчетном режиме V = Vр:mс кр = (Fкр/g) - mл (w'o + ip), (2.3)w''o + ipгде Fкр - расчетная сила тяги, Н;g - ускорение свободного падения, м/с2;w'o - удельное основное сопротивление движению электровоза при езде под током, Н/кН;ip - расчетный подъем, ‰;w''o - удельное основное сопротивление движению состава, Н/кН.Величину w'o рассчитывают по формулеw'o = 1,9 + 0,01V + 0,0003V2, (2.4)w'o = 1,9 + 0,01*43,3 + 0,0003*43,32 = 2,90, Н/кН,где V - скорость движения, км/ч.Для состава, сформированного из четырехосных и восьмиосных вагонов, величину w''o рассчитывают по формулеw''o = б4* w''o4 + б8* w''o8, (2.5)где w''o4 - удельное основное сопротивление движению четырехосных вагонов, Н/кН;w''o8 - удельное основное сопротивление движению восьмиосных вагонов, Н/кН.Удельное основное сопротивление движению груженых четырехосных и восьмиосных вагонов определяют по формулам:w''o4 = 0,7 + 3+0,1V+0,0025V2 , (2.6)mo4w''o4 = 0,7 + 3+0,1*43,3+0,0025*43,32 = 1,36, Н/кН, 18,2w''o8 = 0,7 + 6+0,038V+0,0021V2 , (2.7)mo8w''o8 = 0,7 + 6+0,038*43,3+0,0021*43,32 = 1,41, Н/кН, 16,2w''o = 0,48* 1,36 + 0,52* 1,41 = 1,39, Н/кН, mс кр = (465000/9,81) - 184(2,90 + 9) = 4351 ? 4350, т. 1,39 + 92.2.2 Проверка массы состава по троганию с местаМасса состава, рассчитанная выше, должна быть меньше массы mс тр, полученной по формулеmс тр = Fк тр/[g(wтр + iтр)] - mл, (2.8)где mс тр - масса состава при трогании с места, т;Fк тр - сила тяги при трогании с места, Н;wтр - удельное основное сопротивление при трогании с места, Н/кН;iтр - уклон участка пути, на котором происходит трогание поезда с места, ‰. Удельное основное сопротивление движению при трогании поезда с места для вагонов на роликовых подшипниках определяется по формуле wтрi = 28/ (moi + 7), (2.9)где moi - масса, приходящаяся на ось вагона i - того типа,т.wтр4 = 28/ (18,2 + 7) = 1,11, Н/кН;wтр8 = 28/ (16,2 + 7) = 1,21, Н/кН.Для состава из четырехосных и восьмиосных вагонов wтр определяют по выражениюwтр = б4 * wтр4 + б8 * wтр8, (2.10)wтр = 0,48 * 1,11 +0,52 * 1,21 = 1,16, Н/кН,mс тр = 607000/[9,81(1,16 + 0,2)] - 184 = 45313 ? 45300, т.4350 < 45300 => mс кр < mс тр, то есть условие выполняется.2.2.3 Проверка массы состава по размещению на станционных путяхДлина поезда не должна превышать полезной длины приемоотправочных путей на участках обращения данного поезда (с учетом допуска 10 м на установку поезда).Длина поезда lп, м, определяется по формулеlп = lс + nл*lл + 10, (2.11)где lс - длина состава, м;nл - количество локомотивов;lл - длина локомотива, м.Длина состава определяется по формулеlс = ?(ni*li), (2.12)где ni - количество вагонов i-того типа в составе;li - длина вагона i-того типа, м. Принять l4 = 14м, l8 = 21м.Количество вагонов определяется по выражениюni = бi* mc/mi (2.13)где бi - доля вагонов i-того типа (по массе);mi - масса одного вагона i-того типа, т. Определяется по числу осей и массе, приходящейся на ось.n4 = 0,48* 4350/18,2*4 = 28;n8 = 0,52* 4350/16,2*8 = 17; lс = (28*14) + (17*21) = 749, м;lп = 749 + 1*28 + 10 = 787, м.Так как длина приемоотправочных путей 1250 м, а длина поезда 787 м, то делаем вывод о том, что масса состава рассчитана верно. 2.2.4 Выбор расчетной массы составаИз двух значений масс состава, полученных выше, для дальнейших расчетов принимается ее наименьшее значение, а именно - 4350 т.2.3 Построение диаграммы удельных результирующих сил поезда Для получения в дальнейшем кривых движения поезда графическим способом необходимо предварительно рассчитать удельные результирующие силы, действующие на поезд при движении его по прямому и горизонтальному участку пути. При этом удельные результирующие силы поезда рассчитывают и строят на графике в зависимости от скорости движения для всех трех возможных режимов ведения поезда: тяги - fт, выбега - fв, служебного механического торможения - fсл.т.. Совместное графическое изображение этих зависимостей принято называть диаграммой удельных результирующих сил поезда. В тяговом режиме fт = fк - wо, (2.14)Таблица 2.2 - таблица удельных сил поезда. Сводная
V, км/ч
w'o, Н/кН
w''o4, Н/кН
w''o8,
Н/кН
w''o,
Н/кН
цкр
bт,
Н/кН
tn, c
Sn, м
wx,
Н/кН
wox, Н/кН
Fэкст.т.,
Н/кН
wo, Н/кН
Fк,
Н/кН
fк,
Н/кН
fт,
Н/кН
fсл.торм.,
Н/кН
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
0
2,03
0,93
1,11
1,02
0,270
89,10
11,85
0
2,55
1,09
-90,26
1,06
596,0
13,40
12,39
-45,58
10
2,03
0,93
1,11
1,02
0,198
65,34
12,53
35
2,55
1,09
-66,42
1,06
500,0
11,24
10,18
-33,76
20
2,22
1,03
1,17
1,10
0,162
53,46
13,09
73
2,76
1,17
-54,63
1,15
480,5
10,80
9,66
-27,90
30
2,47
1,15
1,26
1,21
0,140
46,33
13,56
113
3,05
1,28
-47,61
1,26
471,5
10,60
9,34
-24,45
40
2,78
1,30
1,37
1,34
0,126
41,58
13,97
155
3,40
1,42
-43,00
1,40
467,5
10,51
9,11
-22,21
43,3
2,90
1,36
1,41
1,39
0,122
40,34
14,09
170
3,53
1,48
-41,82
1,45
466,0
10,48
9,03
-21,65
50
3,15
1,48
1,51
1,50
0,116
38,19
14,32
199
3,83
1,59
-39,78
1,56
280,0
6,30
4,73
-20,69
60
3,58
1,69
1,68
1,68
0,108
35,64
14,63
244
4,32
1,79
-37,43
1,76
143,0
3,22
1,45
-19,61
70
4,07
1,92
1,87
1,90
0,102
33,66
14,90
290
4,89
2,02
-35,68
1,98
89,0
2,00
0,02
-18,85
80
4,62
2,18
2,09
2,13
0,097
32,08
15,14
337
5,52
2,27
-34,35
2,23
62,0
1,39
-0,84
-18,31
в режиме выбегаfв = - wох, (2.15)в режиме служебного механического торможенияfсл.т. = - (0,5*bт + wох), (2.16)где fк - удельная сила тяги, Н/кН;wо - удельное основное сопротивление движению поезда при езде локомотива под током, Н/кН;wох - удельное основное сопротивление движению поезда при езде локомотива без тока, Н/кН;bт - удельная тормозная сила при механическом торможении, Н/кН.В свою очередьwо = (mл* w'о + mс* w''о) / (mл+ mс), (2.17)wох= (mл* wх + mс* w''о) / (mл+ mс), (2.18)fк = Fк / [(mл+ mс)*g], (2.19)bт = 1000цкр* хр; (2.20)где wх - удельное основное сопротивление движению электровоза при езде без тока, Н/кН;Fк - сила тяги электровоза, Н;цкр - расчетный коэффициент трения колодок о бандаж;хр - расчетный тормозной коэффициент, 0,33.Для всех серий электровозовwх = 2,4 + 0,011V + 0,00035V2. (2.21)Для чугунных тормозных колодокцкр = 0,27(V+100) / (5V+100). (2.22)Расчет значений удельных сил поезда выполняют для скоростей движения в диапазоне от нуля до конструкционной скорости с интервалом 10 км/ч. В диапазоне скоростей движения от нуля до скорости выхода на характеристику полного возбуждения силу тяги принимают равной силе сцепления. Сопротивление движению локомотива и состава при скоростях 0…10 км/ч принимают неизменным и равным его величине при скорости движения V = 10 км/ч.V = 10 км/ч: цкр = 0,27(10+100) / (5*10+100) = 0,20;wх = 2,4 + 0,011*10 + 0,00035*102 = 2,55,Н/кН;bт = 1000*0,198* 0,33=65,34 Н/кН;fк = 500000 / [(184+ 4350)*9,81] = 11,24 Н/кН;wох= (184* 2,55 + 4350* 0,97) / (184+ 4350) = 1,09, Н/кН; wо = (184* 1,9 + 4350* 0,97) / (184+ 4350) = 1,06,Н/кН;fт = 11,24 - 1,06 = 10,18, Н/кН; fв = - 1,09, Н/кН;fсл.т. = - (0,5* 65,34 + 1,09) = - 33,76, Н/кН.Полученные данные заносятся в таблицу 2.2, по данным граф 11, 16 и 17 строится диаграмма удельных результирующих сил поезда (приложение А).2.4 Определение допустимых скоростей движения поезда на спускахОпределение допустимых скоростей движения поезда на спусках производится с целью недопущения проследования поездом участков пути, имеющих спуски, со скоростями движения, превышающими допустимые значения по тормозным средствам поезда. Такая задача называется тормозной задачей и решается путем расчета режима экстренного торможения поезда, когда по заданным значениям тормозного пути Sт, профиля пути iс и тормозным средствам поезда bт определяется максимально допустимое значение скорости начала торможения Vнт.Тормозной путь Sт, м, имеет две составляющиеSт = Sп + Sд, (2.23)где Sп - подготовительный тормозной путь, м;Sд - действительный тормозной путь, м.Путь Sп, пройденный поездом за время подготовки тормозов к действию, находится по формулеSп = 0,278* Vнт*tп, (2.24)где Vнт - скорость движения поезда в момент начала торможения, км/ч;tп - время подготовки тормозов к действию, с.В зависимости от количества осей в грузовом составе находят время. Количество осей в составе определяется по формулеNo = 4n4 + 8n8, (2.25)No = 4*28 + 8*17 = 248;tп = 10 - 15*iс / bт, (2.26)При V= 10 км/ч tп = 10 - 15*(-11) / 65,34 = 12,5, с;Sп = 0,278* 10*12,5 = 35, м.Зависимость действительного тормозного пути от скорости начала торможения Sд(Vнт) определяют путем решения графическим методом основного уравнения движения поезда в режиме его экстренного торможения, когда удельная равнодействующая сила поезда fэкст.т равнаfэкст.т = - bт - wox. (2.27)При V= 10 км/ч fэкст.т = - 65,34 - 1,09 = - 66,42, Н/кН.Учитывая, что зависимость Sп(Vнт) начинается в начале заданного тормозного пути и имеет нарастающий характер, а зависимость заканчивается в конце заданного тормозного пути и имеет убывающий характер, то очевидно, что две эти зависимости на интервале тормозного пути пересекаются, а точка их пересечения и есть решение тормозной задачи (приложение Б).Если решить тормозную задачу для нескольких значений спусков на участке, начиная с самого крутого, то можно получить зависимость допустимой скорости движения поезда с расчетной массой состава от величины спусков на заданном участке Vдоп(iс) (рисунок 2.2).Второй по величине спуск составляет -4‰. При решении тормозной задачи для этого спуска точка пересечения графиков зависимостей Sп(Vнт) и Sд(Vнт) оказалась значительно выше конструкционной скорости локомотива ВЛ8 (80км/ч). Поэтому принимаем ограничение скорости только на элементе профиля со спуском величиной - 11‰, а на остальных спусках скорость равна конструкционной скорости локомотива ВЛ8.2.5 Построение кривых движения поезда
2.5.1 Кривые движения поезда V(S) и t(S) - это зависимости, соответственно, скорости движения поезда и времени его хода от пути. Эти кривые получаются в результате решения основных дифференциальных уравнений движения поезда:
V(dV/dS) = 120f, (2.28)
dS/dt = V, (2.29)
где V - скорость движения поезда, км/ч;
S - путь, пройденный поездом, км;
f- удельная результирующая сила, действующая на поезд, Н/кН;
t- время движения поезда, ч.
Значения f определяем по формулам (2.14), (2.15) или (2.16) в зависимости от режима ведения поезда, они приведены в таблице 2.2 и на диаграмме удельных результирующих сил поезда f(V).
В курсовом проекте используем графический метод интегрирования уравнений (2.28), (2.29). Сначала строим кривую скорости V(S), а затем кривую времени t(S),ось времени t располагаем параллельно оси скорости V. Для уменьшения размеров графика кривую t(S) строим со сбросами на нуль через каждые 10 мин.
Полюсное расстояние: Д = mV*mt/mS = 2*3600/240 = 30 мм.
Кривые движения поезда приведены в приложении В.
2.5.2 По результатам построения кривых движения поезда по участку А-Б-В (без остановки на промежуточной станции Б) определяем:
- техническую скорость движения поезда
VT = Lуч*60/Тх, (2.30)
VT = 33,1*60/39,5 = 50,3 км/ч,
- участковую скорость движения поезда
Vуч = Lуч*60/(Тх + Тст), (2.31)
Vуч = 33,1*60/(39,5 + 0) = 50,3 км/ч,
где Lуч - длина участка А-Б-В, км;
Тх - время движения поезда по участку, мин;
Тст - время стоянки поезда на промежуточной станции, мин.
Заключение
В данной курсовой работе был выбран расчетный и проверяемый подъемы (+9‰ и -11‰ соответственно), определена расчетная масса состава (4350 т), определена длина поезда (787 м), рассчитаны удельные равнодействующие силы и построена их диаграмма, решена тормозная задача, определена допустимая скорость движения поезда на максимальном спуске - 79 км/ч, построены графики зависимости скорости V(S) и времени t(S) от пути, определено время хода поезда по перегонам (39,5 мин), рассчитаны техническая и участковая скорости, равные между собой - 50,3 км/ч.
Список литературы
1. Э.И.Бегагоин, О.И.Ветлугина. Тяговые расчеты для поездной работы: Методическое руководство к курсовому проекту.-Екатеринбург:
УрГУПС, 2004.
2. Подвижной состав и тяга поездов / Под ред. Н.А.Фуфрянского и В.В.Деева. - М.: Транспорт, 1971.
3. Правила тяговых расчетов для поездной работы (ПТР). - М.: Транспорт, 1985 г.