Тяговые расчеты тепловоза 2ТЭ10М

Министерство путей сообщения Российской Федерации Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Кафедра Тепловозы и тепловые двигатели

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине ТЕОРИЯ ЛОКОМОТИВНОЙ ТЯГИ

Тяговые расчеты тепловоза 2ТЭ10М

Выполнил студент: Белов Ю.Н.

Проверил: Постол Б.Г.

Хабаровск

ЗАДАНИЕ на разработку курсового проекта по дисциплине

«Теория локомотивной тяги»

студенту 140группы Исходные данные Тепловоз 2ТЭ10М Состав грузового поезда

Тип тормозных колодок. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .чугунные Доля тормозных осей. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 0,98

Скорость по боковым путям. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 40 км/ч Путь. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. звеньевой Дата выдачи 5.02.04г.

Срок сдачи проекта 10.05.04 г.

Руководитель проекта, доцент Б. Г. Постол

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение

1 Построение и спрямление профиля и плана пути

1.1 Построим профиль и план пути

1.2 Строим спрямление профиля пути

1.2.1 Определим крутизну подъема участка 2, 3, 4

1.2.2 Определяем величину расчетного подъема

2 Выбор расчетного подъема и определение массы

2.1 Определяем массы состава при движении поезда по расчетному подъему с равномерной скоростью

2.2 Проверяем массу состава на трогание с места

2.3 Проверяем массу поезда по длине приемоотправочных путей

2.4 Рассчитаем массу состава с учетом использования кинетической энергии поезда

3 Расчет и построение диаграмм удельных сил, действующих на поезд

4 Определение наибольших допустимых скоростей движения поездов по условиям торможения

4.1 Определим тормозной путь

5 Определение времени и средних скоростей движения поезда на участке способом установившихся скоростей

6 Расчет скорости и времени хода поезда графическим методом

6.1 Построение кривой скорости

6.2 Построение кривой времени

6.2.1 Определим время движения поезда по перегонам

6.2.2 Определим время на замедления поезда по станции Б

6.2.3 Определим время на разгон поезда по станции Б

6.2.4 Определим коэффициент участковой скорости

7 Построение кривой тока локомотива

8 Определение расхода топлива тепловоза

9 Проверка тяговых машин локомотивов на нагрев Список литературы

тепловоз локомотив тяговый

При эксплуатации, а также при определении путей перспективного развития железных дорог, возникают многочисленные практические задачи, которые решаются с помощью теории локомотивной тяги и ее прикладной части — тяговых расчетов.

Основные задачи, которые решаются с помощью тяговых расчетов, следующие:

— выбор типа локомотива и его основных характеристик;

— расчет массы состава;

— расчет скорости и времени хода поезда по перегону;

— тормозные расчеты;

— определение механической работы локомотивов;

— определение температуры нагрева тяговых электрических машин.

Полученные с помощью тяговых расчетов данные служат основой для решения следующих задач:

— составление графиков движения поездов;

— разработки рациональных режимов вождения поездов;

— нормирования расхода топлива и электрической энергии натягу поездов;

— составления графика оборота локомотивов;

— расчета пропускной и провозной способности;

— расстановки сигналов на перегонах и раздельных пунктах для обеспечения безопасной остановки перед ними;

— проектирования новых и реконструкции существующих железных дорог.

Цель данной курсовой работы научится решать следующие задачи тяговых расчетов для заданного участка железнодорожной линии и заданного вида подвижного состава:

— строить и спрямлять профиль и план пути;

— проводить анализ профиля пути и выбирать величину расчетного подъема;

— определять массу состава по выбранному расчетному подъему;

— проверять массу состава на прохождение подъемов большей крутизны, чем расчетный, с учетом использования накопленной кинетической энергии;

— проверять возможность трогания с места при остановках на расчетном подъеме;

— определять длину поезда и сопоставлять её с заданной длиной приемоотправочных путей;

— рассчитывать удельные ускоряющие и замедляющие силы для режима тяги, холостого хода и торможения;

— определять максимально допустимую скорость движения на наиболее крутом спуске участка при заданных тормозных средствах поезда;

— строить кривые скорости и времени ;

— определять техническую скорость движения поезда по участку;

— рассчитывать время хода поезда по участку способом равномерных скоростей.

1 ПОСТРОЕНИЕ И СПРЯМЛЕНИЕ ПРОФИЛЯ И ПЛАНА ПУТИ

1.1 Построим профиль и план пути Отметки переломных точек рассчитаем по формуле

(1.1)

где — конечная для j-го элемента пути отметка профиля, м;

— начальная для j-го элемента пути отметка профиля, м;

— уклон, %о;

— длина элемента профиля пути, м.

Таблица 1.1 — Расчет отметок профиля пути (Расчет проведен в Excel)

Кривые, длина которых задается градусами центрального угла, пересчитывается в метры по формуле

(1.2)

где — длина кривой, м;

— радиус кривой, м;

— центральный угол в градусах.

1.2 Строим спрямление профиля пути Определяем элементы профиля, которые можно предварительно объединить в группы для спрямления. Это элементы: 2, 3, 4; 8, 9; 11, 12, 13; 17, 18, 19. Элементы 1, 9, 20 в группы для спрямления не включаем, так как на них расположены станции.

1.2.1 Определим крутизну подъема участка 2, 3, 4

Начальная отметка участка над уровнем моря.

Конечная отметка участка над уровнем моря.

Длина участка равна:

Спрямленный уклон этого участка определим по следующей формуле

%o (1.3)

%о.

Проверим возможность такого спрямления по формуле

(1.4)

для элемента 2: ;

для элемента 3: ;

для элемента 4: .

Проверка на спрямление для этих элементов прошла успешно, следовательно, элементы 2, 3 и 4 мы объединяем.

Определяем фиктивный подъем от кривой, находящейся на спрямленном участке по формуле

%о, (1.5)

%о.

где — длина кривой в пределах спрямленного элемента;

— радиус кривой в пределах спрямленного элемента.

Определяем суммарную крутизну спрямленного участка в рассматриваемом направлении по формуле

%о (1.6)

%о.

Определяем суммарную крутизну спрямленного участка в противоположном направлении %о.

Аналогичным образом произведем расчеты по спрямлению профиля пути и для других намеченных участков. Результаты расчетов оформим в виде таблицы.

Таблица 1.2 — Расчеты по спрямлению профиля пути

1.2.2 Определяем величину расчетного подъема Расчетный подъем — это наиболее трудный для движения в выбранном направлении элемент профиля пути, на котором достигается расчетная скорость, соответствующая расчетной силе тяги локомотива.

Принимаем расчетный подъем, равный %о.

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ СОСТАВА

2.1 Определяем массы состава при движении поезда по расчетному подъему с равномерной скоростью Масса состава в этом случае определятся по формуле

т, (2.1)

где — расчетная сила тяги, ;

— основное удельное сопротивление локомотива в режиме тяги, ;

— основное удельное сопротивление вагонов, ;

— расчетная масса локомотива, т;

— ускорение свободного падения, .

Определим основное удельное сопротивление движения локомотива в режиме тяги для звеньевого пути по формуле

(2.2)

где — расчетная скорость локомотива,

Определяем основное удельное сопротивление состава по формуле

(2.3)

где — доли в составе по массе четырех-, шестиосных вагонов, ;

— основное удельное сопротивление четырех-, шестиосных вагонов.

Определяем основное удельное сопротивление четырехосных вагонов

(2.4)

где — масса, приходящаяся на одну ось вагона.

Для четырехосных вагонов т, а для шестиосных т.

т.

Полученную массу состава для дальнейших расчетов округляем в меньшую сторону до значения кратного 50 т. В нашем случае масса состава будет равна т.

2.2 Проверяем массу состава на трогание с места Массу грузового состава проверяем на трогание с места на расчетном подъеме по следующей формуле

т, (2.5)

где — сила тяги локомотива при трогании с места,

— удельное сопротивление состава при трогании с места,

Определим удельное сопротивление состава при трогании с места по формуле

(2.6)

Для четырехосных вагонов Для шестиосных вагонов Определяем средневзвешенное сопротивление состава при трогании с места по формуле (2.3)

т.

Полученная масса превышает массу состава, рассчитанную по формуле (2.1), следовательно, тепловоз 2ТЭ10У сможет взять с места состав массой 4500 т. на расчетном подъеме.

2.3 Проверяем массу поезда по длине приемоотправочных путей Длина поезда не должна превышать полезную длину приемоотправочных путей станций на участках обращения данного поезда.

Длину поезда определим по следующей формуле

(2.7)

где — длина состава, м;

— число локомотивов в поезде;

— длина локомотива, .

Длину состава определим по формуле

(2.8)

где к — число различных групп вагонов в составе;

— число однотипных вагонов в i-й группе;

— длина вагона i-й группы, м.

Число вагонов в i-й группе определим из выражения

(2.9)

где — доля массы состава, приходящаяся на i-ю группу вагонов;

— средняя масса вагона i-й группы, м.

Длина приемоотправочных путей грузовой станции равна 1050 м.

По формуле (2.10) определяем число вагонов в составе:

четырехосных принимаем

шестиосных принимаем

Определяем длину вагонов четырехосных шестиосных Длина поезда получилась меньше длины приемоотправочных путей, поэтому для дальнейших расчетов принимаем массу состава 4500 т.

2.4 Рассчитаем массу состава с учетом использования кинетической энергии поезда Проверим массу состава на прохождение коротких подъемов большой крутизны, с учетом кинетической энергии, накопленной на предшествующих участках по формуле

(2.10)

где — скорость в конце проверяемого участка, ;

— скорость поезда в начале проверяемого подъема, ;

— средняя ускоряющая сила, .

Определим удельную касательную силу тяги локомотива.

(2.11)

Для определения силы тяги при средней скорости построим тяговую характеристику локомотива (рисунок 2.1).

Среднюю скорость рассматриваемого участка определим по формуле

(2.12)

Таблица 2.1 — Значения тяговой характеристики тепловоза 2ТЭ10У

Из рисунка 2.1 видно, что при средней скорости сила тяги локомотива равна .

По формуле (2.2) определим основное удельное сопротивление движения локомотива при скорости .

По формулам (2.4) и (2.5) определим основное удельное сопротивление четырехи шестиосных вагонов при той же скорости.

Определим общее удельное сопротивление движения поезда по формуле

(2.13)

где — проверяемый подъем крутизной больше расчетного, %о.

.

.

Длина проверяемого подъема () меньше 3833,8 м, следовательно, этот подъем можно преодолеть за счет кинетической энергии, приобретенной на спусках перед этим подъемом.

3 РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММ УДЕЛЬНЫХ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ПОЕЗД

Удельные ускоряющие силы в режиме тяги рассчитываются по формуле

. (3.1)

Удельные замедляющие силы в режиме холостого хода определяются по формуле

(3.2)

где — основное удельное сопротивление движения тепловозов на холостом ходу определяется по формуле

. (3.3)

Удельные замедляющие силы в режиме торможения определяются по формуле

(3.4)

где для экстренного, для полного служебного и для служебного торможений;

— удельная тормозная сила поезда от действия тормозных колодок,

Удельная тормозная сила поезда рассчитывается по формуле

(3.5)

где — коэффициент трения колодок о колесо;

— расчетный тормозной коэффициент поезда.

Расчетный коэффициент трения при чугунных колодках определяется по формуле

(3.6)

Расчетный тормозной коэффициент определяется по формуле

(3.7)

где n — число осей в составе;

— доля тормозных осей в составе, ;

— расчетная сила нажатия тормозных колодок на ось, .

Масса локомотива и его тормозные средства включаются в расчет только при наличии на участке спусков круче 20%о.

Определяем число осей в составе

.

Определим расчетный тормозной коэффициент Рассчитываем удельные ускоряющие и замедляющие силы, и результаты расчета сведем в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 — Расчет удельных равнодействующих сил тепловоза 2ТЭ10У

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАИБОЛЬШИХ ДОПУСТИМЫХ СКОРОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ ПО УСЛОВИЯМ ТОРМОЖЕНИЯ

4.1 Определим тормозной путь

(4.1)

где — путь подготовки тормозов действию, м;

— путь действительного торможения, м.

(4.2)

где — скорость в начале торможения, ;

— время подготовки тормозов к действию, с.

(4.3)

где и — коэффициенты, определяемые в зависимости от числа осей;

— удельная тормозная сила при скорости начала торможения.

Строим зависимость по двум точкам: и. Точка пересечения зависимости и ломаной определяет максимально допустимую скорость движения поезда на спуске 11,4%о, которая будет равна

Чтобы не выполнять подобные построения для каждого спуска участка, выполним аналогичные расчеты для профиля пути с %о. Путь подготовки тормозов к действию при скорости в этом случае будет равен Зная значения допускаемых скоростей на этих участках профиля пути, наносим их на диаграмму удельных сил и соединяем между собой. Эта линии будет ограничением скорости по тормозам на спусках для данного поезда (пунктирная линия на рисунке 3.1).

5 ПРИБЛИЖЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ И СРЕДНИХ СКОРОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА НА УЧАСТКЕ СПОСОБОМУСТАНОВИВШЕХСЯ СКОРОСТЕЙ

Способ установившихся скоростей основан на предположении, что на протяжении каждого элемента профиля пути поезд движется с равномерной скоростью, соответствующей крутизне профиля данного элемента.

Используя данные таблицы 1.3 и по диаграмме удельных сил (рисунок 3.1) находим средние скорости движения для каждого элемента и определяем время движения по каждому элементу и по всему участку. Результаты вычислений сводим в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 — Расчет времени хода поезда способом равномерных скоростей

Общее время нахождения поезда на участке определим по формуле

(5.1)

где — длина j-го элемента, км;

— равномерная скорость на j-ом элементе, км/ч;

— суммарное время простоя на промежуточных станциях участка, мин;

— суммарное время на разгон поезда после остановок,

— суммарное время на торможение поезда при остановках,

Ходовую скорость движения поезда определим по формуле

(5.2)

где — ходовая скорость;

— длина участка, км;

— среднее, ходовое время движения поезда по участку без учета времени стоянок поезда на промежуточных станциях и времени затраченного на разгон и замедление поезда, мин.

Техническую скорость движения поезда определим по формуле

(5.3)

Участковую скорость движения поезда определим по формуле

(5.4)

Все вычисления сведем в таблицу 5.2.

Таблица 5.2 — Время и скорости движения поезда на участке А-Б-В

Определим коэффициент участковой скорости

(5.5)

6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ И ВРЕМЕНИ ХОДА ПОЕЗДА ГРАФИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

6.1 Построение кривой скорости Для построения кривой скорости будем использовать данные о спрямленном профиле пути, массу состава, диаграммы удельных сил и допустимую скорость безопасного движения локомотива на спусках (по тормозам), допустимая скорость движения по приемоотправочным путям станции будет равна, (рисунок 6.1).

Сокращенные отметки о режиме работы локомотива:

Т — режим тяги;

ХХ — режим выбега;

ТР — регулировочное торможение;

ПТ — пробное торможение в пути следования.

6.2 Построение кривой времени Кривая времени строится на основании кривой скорости на том же графике и в том же масштабе (рисунок 6.1).

Используя кривую времени определим время движения поезда по участку А-Б-В в целом и по перегонам, время на разгон и замедление поезда по станции Б, техническую и участковую скорость поезда, а также коэффициент участковой скорости по данным о спрямленном профиле пути.

6.2.1 Определим время движения поезда по перегонам

;; .

6.2.2 Определим время на замедления поезда по станции Б Для определения времени на замедления поезда по станции Б построим кривую скорости в обратном направлении от точки b (координата оси станции Б) до пересечения с кривой скорости в прямом направлении — точка, а на рисунке 6.1. После этого определим время движения поезда от точки, а до точки b () и от точки, а до точки с ().

Время на замедление по станции Б получаем

6.2.3 Определим время на разгон поезда по станции Б Для определения времени на разгон поезда по станции Б строится кривая скорости от точки b до пересечения с кривой скорости при движении поезда без остановки на станции Б — точка d.

Определим время движения поезда через станцию Б без остановки до точки d () и с учетом остановки на станции Б ().

Время на разгон по станции Б будет равен

.

Результаты расчета снесем в таблицу 6.1.

Таблица 6.1 — Время и скорости движения поезда на участке А-Б-В

6.2.4 Определим коэффициент участковой скорости

.

Анализ результатов расчета из таблицы 5.2 и таблицы 6.1 показывает, что ошибка приближенного метода равномерных скоростей по сравнению с точным графическим методом МПС составляет по общему времени движения поезда по участку по технической скорости по участковой скорости

7 ПОСТРОЕНИЕ КРИВОЙ ТОКА ЛОКОМОТИВА

Кривая тока генератора тепловоза в зависимости от пути строится на графике кривых скорости и времени, на основании кривой скорости и тока тягового генератора тепловоза в зависимости от скорости .

На кривой возьмем точки перелома скорости и для каждой из них по кривой определим ток генератора, полученные значения занесем в таблицу 7.1.

Таблица 7.1 — Значения тока генератора тепловоза 2ТЭ10У

По данным таблицы 7.1 строим кривую тока генератора тепловоза 2ТЭ10У.

8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА ТЕПЛОВОЗАМИ

Расход дизельного топлива на заданном участке определим по формуле

(8.1)

где — расход топлива тепловозом на максимальной позиции контроллера машиниста, ;

— время движения поезда в режиме тяги, ;

— расход топлива на холостом ходу, ;

— время движения поезда в режиме холостого хода, .

Определяем удельный расход топлива

брутто (8.2)

где L — длина участка, км.

брутто.

Определим условный удельный расход топлива

брутто. (8.3)

9 ПРОВЕРКА ТЯГОВЫХ МАШИН ЛОКОМОТИВОВ НА НАГРЕВ

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

Проверка на нагревание выполняется на основании кривых тока и кривой времени. Проверку произведем по формуле

(9.1)

где — температура нагрева обмоток;

— начальное превышение температуры, ;

— установившаяся температура, ;

— интервал времени, в течение которого по обмоткам протекает неизменный средний ток, мин;

Т — тепловая постоянная времени, мин.

Значения среднего тока в интервале определим по формуле

(9.2)

где — ток в начале и конце интервала .

(9.3)

где — число параллельных цепей соединения тяговых электродвигателей,

.

Полученная в результате расчета наибольшая на заданном участке температура перегрева не должна превышать величины

(9.4)

где — допускаемое превышение температуры обмоток тяговых электрических машин над температурой окружающего воздуха,

;

— температура наружного воздуха, .

.

Разбиваем кривую тока (рисунок 7.1) на отрезки, в которых выполняется условие и находим среднее значение тока генератора на каждом отрезке. Затем определяем значение тока ТЭД для каждого отрезка. Полученные значения заносим в таблицу 9.1.

Таблица 9.1 — Расчет температуры перегрева обмоток якоря ТЭД ЭД-118А

На данном участке температура не была превышена.

1. Б. Г. Постол «Теория локомотивной тяги». Учебное методическое пособие для курсового проектирования. Хабаровск 1999.