Реферат: Тяговый расчет ВЛ60к

Задание

Выполнить: тяговый расчет для грузового поезда с электровозом переменного тока, при этом: произвести спрямление и приведение профиля пути, определить массу поезда, построить кривые скорости, времени хода по перегону, потребляемого тока, функции пути, произвести расчет общего и удельного расхода электрической

энергии на тягу поезда.

Исходные данные ;

1. Заданный участок железной дороги обслуживает электровоз переменного тока, сдвоенный – серии ВЛ 60^к

2. На участке обращаются грузовые поезда из четырехосных вагонах на роликовых подшипниках массой 70 т. (масса приходящаяся на ось вагона,17.5т.)

3. Расчетный тормозной коэффициент v_р =0,33. Постоянных действующих предупреждений о снижении скорости нет.

4. Тяговые характеристики F_k (v) электровоза ВЛ 60^к для номинального напряжения в тяговой сети 25 кв. приведены на рис.1

5. Токовые характеристики активной составляющей I_{э . а} (v) для номинального напряжения в тяговой сети приведены на рис.2

6. Масса, приходящаяся на ось электровоза,-23 т.

7. Максимальная (конструктивная) скорость движения электровоза

ВЛ 60^к - 100 км/ч.

8. Данные о профиле пути берутся из табл. 1 и 2. Поезд следует от станции А до станции Б без остановок.

Таблица 1

Длины элементов профиля пути

Таблица 2

Данные об уклонах элементов профиля пути и кривых

УДК.621.33.01(0758)

РЕФЕРАТ

Стр…… табл…… ил…… источн……..

Профиль пути, основные силы сопротивлению поезда, кривые движения, режим тяги, выбега, служебного торможения, потребление электрической энергии.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Курсовая работа посвящена выполнению тягового расчета (в одном направлении заданного участка) для грузового поезда электровозом переменного тока и определению массы поезда, скорости движения, времени хода по перегону, потребляемого тока и расхода

электрической энергии на тягу поезда.

ВВЕДЕНИЕ

Основным назначением тяговых расчетов является получение зависимости между величинами, характеризующими движение поездов. К числу задач, решаемых при выполнении тяговых расчетов, относятся:

· выбор массы грузовых и пассажирских поездов;

· расчет времени хода и скоростей движения поездов по перегонам;

· определение тока, потребляемого поездами, или мощности в функции пути или времени, а также расхода электрической энергии при движении поездов;

· определение параметров системы электроснабжения электрической железной дороги (выбор числа и мощности тяговых подстанций, сечения контактной сети);

· составление графика движения поездов - основного закона работы железнодорожного транспорта.

Решение уравнения движения поезда может быть выполнено графическим и аналитическим методами. Аналитический метод требует большого числа расчетов и значительных затрат времени. Меньше времени на решение уравнения движения поезда графическим методом, который и рекомендован МПС.

В данной курсовой работе использован графический метод решения уравнения движения поезда.

Существенное снижение трудоемких и сложных вычислений при выполнении тяговых расчетов может быть достигнуто применением электронных вычислительных машин. В целях приобретения первых навыков составления алгоритма (последовательности операций по переработке исходных данных) и программ применительно к заданным условиям движения поезда. Использование ПМК позволяет не только ускорить расчеты, но и приобрести знания по основам компьютерной грамотности.

СОДЕРЖАНИЕ

С.

Задание…………………………………………………………………………2

Реферат…………………………………………………………………………5

Введение………………………………………………………………………..6

1. Спрямление и приведение профиля пути…………………… ………..8

2. Расчет массы поезда………………………………………………………11

3. Расчет удельных сил основного сопротивления движению поезда

и удельных ускоряющих сил в режиме тяги……………………………..13

4. Расчет удельных замедляющих сил поезда в режимах выбега и

торможения…………………………………………………………………16

5. Построение кривых движения…………………………………………...19

6. Определение расхода электрической энергии на тягу поезда…….25

Заключение…………………………………………………………………….28

Список использованных источников……………………………………….29

1.Спрямление и приведение профиля пути

В целях сокращения объема работы при построении кривой скорости производится спрямление и приведение профиля пути.

Спрямлять можно только близкие по крутизне элементы профиля пути одного знака. Уклон спрямленного элемента определяется по формуле,

I_с ’ =

где i_i – заданный уклон i –го участка профиля пути, %;

S_i – длина i – го элемента;

i - порядковый номер элемента

к - общее их количество

Допустим спрямление нескольких элементов профиля пути проверяется для каждого заданного элемента по эмпирической формуле:

S_i =

где S_i – длина i – го элемента, м;

i – абсолютная разность (без учета знака) между уклоном спрямленного элемента i_с ’ и уклоном спрямленного элемента ( i=\i_с ’-i_i \),%.

Элементы, на которых располагаются станции, с соседними не спрямляются.

Приведение профиля обеспечивает замену сопротивления от кривых сопротивлением фиктивного уклона. Фиктивный подъем от кривых определяют по формуле, %

I_с ”=

где S_с – длина спрямленного элемента, м

S_{кр. i} – длина i – й кривой в пределах спрямленного элемента, м; R_i – радиус i- й кривой, м;

N - количество кривых на спрямленном элементе.

Приведение профиля выполняют после его спрямления.

Величину результирующего уклона спрямленного элемента и фиктивного подъема, т.е.

i_с = i_c ’+i_c ”

При этом следует иметь в виду, что величина i_с ” всегда положительна, так как кривизна пути увеличивает сопротивление движению поезда. Величина же i_c ’ может быть

положительной (подъем) или отрицательной (спуск).

Результаты расчетов заносятся в таблицу 3, где показан пример

расчета спрямления и приведения профиля пути.

Таблица 3

Результаты расчета спрямления и приведения профиля пути

2. Расчет массы поезда

Расчет массы поезда начинается с выбора расчетного подъема. Расчетным называется наибольший по величине и протяженности подъем на данном участке, на котором поезд движется с установившейся скоростью и с наибольшей по сцеплению силе тяги.

Выбор расчетного подъема i_р производится путем анализа спрямленного и приведенного профиля пути.

Короткие подъемы, следующие за площадкой или спуском не могут быть приняты за расчетные, так как они могут быть проследованы за счет кинетической энергии, накопленной при движении на предыдущих элементах профиля пути.

При выборе расчетного подъема следует иметь в виду, что для снижения себестоимости перевозок следует обеспечивать, возможно, большую массу поезда. Для этого электровоз должен развивать наибольшую силу тяги F _к.р. называемую расчетной скоростью v_р .

Расчетные сила тяги F_к.р и скорость V_р определяются точкой пересечения заданных тяговой характеристики электровоза для полного возбуждения ПВ и характеристики ограничения по сцеплению (точка В на рис. 1).

При установившейся скорости движения v_р на расчетном подъеме i_р масса состава вагонов определяется по формуле, т:

где - полная масса электровоза, т:

g - 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

i_р – расчетный подъем, %₀ ;

w₀ ’ – удельное основное сопротивление движению электровоза под током, Н/кН;

w₀ ” - удельное основное сопротивление движению состава (вагонов), Н/кН;

F _к.р - расчетная сила тяги электровоза, кН.

Удельное основное сопротивление движению электровоза определяется по формуле, Н/кН:

где v – скорость движения, км/ч.

Соответственно удельное сопротивление четырехосных вагонов на роликовых подшипниках определяется по формуле, Н/кН:

где - масса приходящаяся на ось вагона , т

При расчете массы поезда удельные основные сопротивления движению электровоза под током и вагонов вычисляются для скорости v=v_р. .

Найденную массу поезда округляют до 50 т.

3. Расчет удельных сил основного сопротивления движению поезда и удельных ускоряющих сил в режиме тяги

Для построения кривой скорости движения поезда v(s) нужно знать удельные, т.е. отнесенные к силе тяжести поезда (m_л + m_в )g, ускоряющие и замедляющие силы, действующие на поезд в режимах тяги, выбега и торможения.

Удельная ускоряющая сила в режиме тяги при движении поезда по прямолинейному участку пути определяется по формуле:

f_у =f_к –w₀ =

где F_к – сила тяги электровоза, кН:

w₀ – удельное основное сопротивление движению поезда, определяемое по формуле, Н/кН:

w₀ =

Расчет удельных ускоряющих сил по формулам производится для скоростей : от v=0 до v=v_р – через 10 км/ч, а при v>v_р – через 5 км/ч. Расчеты проводятся для скоростей перехода с ПВ – на ослабленное возбуждение ОВ1, с ослабленного возбуждения ОВ1 – на ослабленное возбуждение ОВ2, с ослабленного возбуждения ОВ2 – на ослабленное возбуждение ОВ3. Сопротивление движению состава и электровоза при скоростях от 0 до 1- км/ч принимается неизменным и равным сопротивлению движения при v=10 км/ч.

Сила тяги F_к принимается в соответствии с заданной тяговой характеристикой электровоза. Для определения силы тяги заданного электровоза при разгоне сначала используется кривая ограниченная по сцеплению F_к.сц , а затем отрезок ВС (см. рис. 1) характеристики ПВ. Для повышения ускорения движения следует работать при большей силе тяги . Поэтому дальнейшее использование характеристики ПВ нецелесообразно и из точки С следует перейти на характеристику ОВ1 в точку D и работать на этой характеристике до точки Е, а затем перейти на характеристику ОВ2 (точка G), Характеристика ОВ2 в соответствии с ПТР используется до точки К, находящейся на этой характеристике при максимальной скорости движения электровоза. Последняя характеристика ОВ3 остается резервной на случай работы при повышенных скоростях движения.

Данные расчетов удельных сил основного сопротивления движению поезда и удельных ускоряющих сил в режиме тяги заносятся в таблицу 4

Таблица 4

Удельные ускоряющие силы в режиме тяги при движении по прямолинейному горизонтальному участку пути

4. Расчет удельных ускоряющих и замедляющих сил поезда в режимах выбега и торможения

В режиме выбега на поезд действуют только одна сила – сопротивление движению W. Основное удельное сопротивление движению электровоза на выбеге больше, чем в режиме тяги. Для всех серий электровозов оно определяется по эмпирической формуле, Н/кН:

W_0x ’=2,4+0,011v+0,00035v² ,

где v – скорость движения, км/ч.

удельная замедляющая сила при выбеге определяется так:

f₃ = -f_y -w_0x =

Расчеты выполняют для скоростей от 0 до конструкционной скорости локомотива v_к (через 10 км/ч). В диапазоне скоростей от 0 до 10 км/ч сопротивление движению электровоза и состава (вагонов) принимают неизменным и равным сопротивлению при скорости v=10км/ч

Численные значения w₀ ” берутся из табл. 4.

В режиме торможения на поезд действуют сила сопротивления движению W и тормозная сила В_т .

При служебном торможении удельная замедляющая сила, Н/кН:

f_з.с = - f_y =0,5b_т +w_0x ,

где b_т =1000v_р.т ф_к.р , Н/кН – удельная тормозная сила при экстренном торможении (пневматическими тормозами);

v_р.т - расчетный тормозной коэффициент, Н/кН (принмается раным 0,33);

ф_к.р – расчетный коэффициент трения колодки о бандаж, определяемый для чугунных стандартных колодок по формуле:

ф_к.р =

Результаты расчета удельных замедляющих сил сводятся в таблице 5.

Таблица 5

Удельные замедляющие силы поезда в режимах выбега и

торможения

Расчет удельных сил основного сопротивления движению поезда и удельных ускоряющих сил в режиме тяги следует выполнять с помощью ЭВМ . При отсутствии таковых расчет производится с помощью простейших вычислительных средств. По данным табл. 4 и 5 строятся кривые удельных ускоряющих и замедляющих сил в соответствии с рекомендованными масштабами

Таблица 6

Масштабы, рекомендованные при построении кривых движения

5. Построение кривых движения

5.1 Построение кривой скорости v(s)

Построение кривой скорости движения поезда v(s) рекомендуется выполнять графическим способом МПС на основании кривых ускоряющих и замедляющих сил спрямленного профиля пути. Для построения кривых движения следует заготовить на миллиметровой бумаге в соответствии с рекомендованными масштабами совмещенную систему координат, в которой по оси ординат наносятся скорость движения поезда по перегону , его время хода, ток потребляемый электровозом, и вспомогательная вертикальная линия KN, а по оси абсцисс – уклон и длина спрямленного и приведенного элемента, номер километрового пикета.

Построение кривой v(s) начинают с момента трогания поезда.

5.1.1. Задаются первым приращением скорости (при следовании электровоза под током до выхода на автоматическую характеристику – не более 10 км/ч, после выхода на автоматическую характеристику не более 5 км/ч; при следовании на выбеге – не более 10 км/ч; в режиме торможения при скорости свыше 50 км/ч до нуля – не более 5 км/ч) и на кривой ускоряющих усилий отмечают точку, соответствующую средней скорости, с которой поезд будет следовать на первом отрезке пути. На эту точку и нуль накладывается линейка, а затем проводится прямая под прямым углом к данной прямой до пересечения с горизонталью, соответствующей приращению скорости.

Затем задаются вторым приращением скорости и аналогично строятся последующие прямые.

5.1.2. При разгоне и движении поезда, например, по подъему i=+3%₀ удельная ускоряющая сила f_y =f_k -w₀ -w_i . Следовательно, она уменьшается на величину сопротивления от уклона и кривая f_y (v) смещается влево.

Для того, чтобы каждый раз не перестраивать кривую ускоряющих усилий, начало системы координат переносят влево(при подъеме) или вправо (при спуске) на величину равную w_i ==i.

5.1.3. Если удельная ускоряющая сила будет равна сопротивлению движения от подъема, то движение поезда будет равномерным и кривая скорости v(s) будет располагаться параллельно оси абсцисс.

5.1.4. При движении поезда по площадке установившаяся скорость характеризуется точкой пересечения кривой (f_k -w₀ ) c осью ординат.

5.1.5.Усли по условиям движения необходимо переходить с полного возбуждения ПВ на ослабленное возбуждение ОВ, то для построения кривой скорости v(s) пользуются кривыми для соответствующих ступеней ослабления возбуждения.

Допустим, что выход на характеристику ПВ осуществляется при скорости v₁ , а переход на характеристику ОВ1 происходит при скорости v₂ . Следовательно, приращение скорости будет v₁ =v₂ -v₁ . Линия скорости В₁ С₁ проводжится перпендикулярно линии соответствующей ПВ соединенной с началом координат.

При скорости v₂ осуществляется переход движения поезда с ПВ на ОВ1. В этом случае приращение скорости будет v₂ =v₃ -v₂ , а на кривой ускоряющих усилий для ОВ1 линия скорости откладывается аналогично.

При скорости v₃ осуществляется переход на ОВ2, и построение кривой v(s) производится аналогично.

При построении кривой скорости v(s) необходимо соблюдать установленные приращения скорости. Если приращения скорости будут больше установленных, то их делят на части так, чтобы соблюдать условие …v<5км/ч.

5.1.6. Построение кривой v(s) при обратном переходе с ОВ2 на ОВ1 и ПВ производится аналогично, с использованием тех же интервалов приращения скорости.

5.1.7. При движении поезда по подъему или спуску на кривых ускоряющих сил соединяются не с началом координат, а сточкой на оси абсцисс, соответствующей приведенному подъему или спуску.

5.1.8. При движении поезда без тока (на выбеге) построение кривой скорости v(s) выполняют с использованием кривой удельного сопротивления движению поезда w_0x (v) на площадке.

Допустим, что поезд подходит к площадке со скоростью v₁ . На кривой w_0x (v) задаемся точкой А, соответствующей средней скорости

V₁ +V₂

V_ср =--------

2

Соединяем точку А с началом координат, затем проводим линию скорости перпендикулярно линии ОА.

Пусть далее поезд переходит на некоторый подъем +2%₀ .Вэтом случае.отмечается точкаО₁ влево от начала координат, соответствующая подъему +2%₀ . С точкой О₁ соединяется с точкой В и перпендикулярно О₁ В проводится линия скорости, которая характеризует движение поезда на подъеме +2%₀ в пределах скоростей v₂ и v₃ . При движении поезда на спуске например –5%₀ , построение кривой скорости производится аналогично, только точку С соединяют с точкой О₂ , перенесенной от начала координат вправо на величину –5%₀ . Проведенный отрезок характеризует движение поезда по спуску в пределах скоростей v₃ и v₂ .

5.1.9. При движении поезда с применением служебного торможения кривая v(s) строится с помощью зависимости: -f=(0,5b_т +w_0x ). Построение кривой скорости v(s) производится также, как и в ранее рассмотренных режимах движения поезда. При остановке поезда кривую скорости v(s) рекомендуется строить в обратном порядке. Пересечение этой кривой с кривой движения на выбеге перед остановкой (началу торможения должно предшествовать движение на выбеге) и определяет искомую точку начала торможения.

5.1.10. При движении поезда по затяжному спуску кривую скорости изображают горизонтальной линией, проводимой ниже на величину Dv.

5.1.11. При переходе к перелому профиля пути чаще всего последняя точка, построенная для данного элемента профиля, попадает за его предел, т.е. оказывается на следующем элементе с другим уклоном.

При построении кривой скорости движения поезда v(s) следует выполнять следующие рекомендации:

1) кривые ускоряющих и замедляющих сил, а также кривую скорости вычерчивают на отдельных листах миллиметровой бумаги (см. рис 4) с обязательным соблюдением масштабов, приведенных в табл. 6

2) при построении кривой скорости необходимо:

а) для наилучшего использования кинетической энергии поезда обеспечивать наибольшую скорость к началу подъема;

б) не превышать скорость, допустимую по конструкции подвижного состава, состоянию пути и тормозам (при выполнении настоящей курсовой работы учитывать только ограничение по максимальной допустимой скорости локомотива).

5. 2. Построение кривой времени хода по перегону t(s)

Кривая времени хода по перегону строится методом МПС на том же листе миллиметровой бумаги, на котором построена кривая скорости v(s).

Построение кривой t(s) производится следующим образом.

1) как правило, определяемые точками перелома.

2) В пределах каждого участка наносятся точки, соответствующие средней скорости на каждом участке.

3) Влево от начала системы координат О откладывается отрезок, равный D, и через точку К проводится вертикальная линия КN, на которую сносятся точки соответствующие средней скорости на каждом участке. Проекции этих точек соединяют с началом координат О.

Величину отрезка D рассчитывают по формуле:

D= ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

где m_v - масштаб скорости, мм/км/ч;

m_t - масштаб времени, мм/ч;

m_s - масштаб пути, мм/км.

при рекомендованных масштабах m_v , m_t , m_s D= 30 мм.

4) С помщью линейки и треугольника проводят линию ОА₁ – перпендикулярно Оа₁ . При этом проекция линии ОА₁ на вертикальную ось характеризует время прохождения поездом первого участка пути DS₁ ,

5) Если время следования поезда по участку будет значительным, то в целях уменьшения листа кривую t(s) строят по частям с 10-и минутным интервалом (см. рис. 4) , а общее время следования по участку определяют как сумму времен на отдельных участках.

5.3. Построение кривой тока электровоза в функции пути I _э.а. ( s)

Кривая тока электровоза в функции пути I_э.а (s) строится с помощью заданных токовых характеристик I_э.а (v) (см. рис.2) и построение кривой v(s). Токи определяются для точек перелома кривой v(s) при разгоне для скоростей v=0, 10, 20 км/ч, а также для точек выхода на характеристику ПВ, на ОВ1, с ОВ1 на ОВ2 и т.д. По найденным значениям токов строится кривая I_э.а (s) в той же системе координат, в которой построена кривая v(s).

Масштаб построения кривой тока – произвольный (выбирается по максимальному току так, чтобы кривая тока не накладывалась на кривые v(s) и t(s)). (см. рис. 3).

6. Определение расхода электрической энергии на тягу поезда

Расход электрической энергии на тягу поезда определяют на основании кривых I_э.а. (s) и t(s) по формуле, кВт·ч:

А_т = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

где U_к.с. =25000 В – напряжение контактной сети;

I_э.а.ср – средний ток для заданного прямолинейного отрезка кривой (между точками перелома потребляемого тока), А;

Dt – время прохождения отрезка пути, на котором электровоз потребляет ток I_э.а.ср , мин.

Средний ток для заданного участка пути определяется по формуле, А:

I_э.а.ср = ¾¾¾¾¾¾

где I_э.а. ’ и I_э.а. ” берутся из таблицы 8, время Dt берется по кривой t(s) для рассматриваемого участка пути DS.

Численные значения токов I_э.а.ср для рассматриваемых участков пути и время прохождения поездом этого участка заносятся в табл. 8

Удельный расход электрической энергии на тягу поезда определяется по формуле,

а_т ⁼ ¾¾¾¾¾¾

где m_s – масса состава, т;

S - длина участка, для которого определяется удельный расход электрической энергии, км.

Таблица 7

Средние токи, потребляемые электровозом на участках кривой I _э.а (s)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

После спрямления профиля пути выбранный расчетный подъём i_c =9,9. Расчетная масса поезда составила 6150т. при следовании по участку общее энергопотребление составило А_т =2040кВт ч. Удельное электропотребление а_т = 19,5. Ослабление возбуждения тяговых электродвигателей способствовало нарастанию скорости, но при этом увеличилось потребление тока.

Список использованных источников

1. “Электрические железные дороги”; М.Г. Шалимов

2. “Основы локомотивной тяги”; Осипов С.И.

3. “Теория электрической тяги”; Розенфельд В.Е.