1 Вывод формулы основного удельного средневзвешенного сопротивления вагонного состава
 Скачать 88.79 Kb.
|
 1 Вывод формулы основного удельного средневзвешенного сопротивления вагонного состава Основное удельное средневзвешенное сопротивление составаw”0 определяется при различных скоростях движения по звеньевомупути для состава, сформированного из четырех- и восьмиосных вагонов на роликовых подшипниках. Данные о вагонах в составе приведены в таблице 1.
Основное удельное средневзвешенное сопротивление состава определяется по формуле  , (1)где w”0(4), w”0(8) – основное удельное сопротивление движению 4-х осных и 8-и осных вагонов соответственно; β(4), β(8) – весовые доли вагонов в составе. Масса вагонов брутто q=qт+αqгр, (2) где qт – масса тары вагона, т; qгр – грузоподъемность вагона, т; α – коэффициент полногрузности вагонов. q4=20,9+0,95 · 61,5=79,33т. q8=60,3+1,0 · 125,8=186,1 т; Средняя нагрузка от оси вагона на рельсы q0(n)=q / n, (3) где n – количество осей вагона q0(4)=79,33/4=19,83 т/ось; q0(8)=186,1/8=23,26 т/ось. Основное удельное сопротивление вагонов на роликовых подшипниках на звеньевомпутиопределяется по формулам: w0(4)”= 7+(30+1v+0,025v2)/q0(4);(4) w0(8)”=7+(60+0,38v+0,021v2)/q0(8); (5) Подставляя q0(4) и q0(8) в формулы (4) и (5), получим: w0(4)”=7+(30+1v+0,025v2)/19,83=8,5+0,05v+0,001v2; w0(8)”=7+(60+0,38v+0,021v2)/23,26=9,6+0,02v+0,0009v2 Удельные весовые доли вагонов в составе определяются по формулам:  ; (6) , (7)где γ8, γ4 – соотношение вагонов в составе восьми и четырехосных по количеству (в долях единицы) соответственно; q8,q4 – масса вагонов брутто, т. β4=(35 · 61,5)/(35 · 61,5+65 · 125,8)=0,21; β8=(65 · 125,8)/(65 · 125,8+35 · 61,5)=0,79. Проверка: β4+ β8=1; 0,21+0,79=1. Подставим все найденные величины в формулу (1), получим: w0” =(8,5+0,05v+0,001v2) ·0,21 + (9,6+0,02v+0,0009v2) · 0,79=7,7 + 0,03v +0,0007v2. Основное удельное сопротивление локомотива: – в режиме тяги определяется по формуле w0’=19+0,08v+0,0025v2 (8) – в режиме холостого хода w 0х’=24+0,09v+0,0035v2 (9) Подсчеты средневзвешенного сопротивления состава, удельного сопротивления движению локомотива в режиме тяги и холостого хода при различных скоростях производятся путем подстановки в формулы значений v. Результаты расчетов приведены в таблице 1. На основании данных таблицы построены графики зависимости сопротивлений от скорости движения. 2 Построение расчетной кривой силы тяги тепловоза 2ТЭ116 В двигателе внутреннего сгорания у тепловозов химическая энергия топлива превращается во внутреннюю механическую работу на его валу; передаточный механизм преобразует ее во внутреннюю работу вращения колес, и при помощи колес и рельсов внутренняя механическая работа превращается во внешнюю работу силы тяги. В соответствии со схемой преобразования энергии сила тяги тепловоза ограничивается мощностью двигателя внутреннего сгорания, передаточным механизмом и сцеплением движущих колес с рельсами. Путем непосредственных испытаний получены полные тяговые характеристики тепловозов. Каждая характеристика содержит несколько серий кривых  . Эти кривые соответствуют определенной позиции поездного контроллера машиниста. При изменении позиции изменяется и количество топлива, которое поступает в цилиндры двигателя за один рабочий ход, а следовательно, и сила тяги. На каждой позиции контроллера работа тепловоза осуществляется при разных режимах работы тяговых двигателей, характеризующейся схемой соединения их в электрическую цепь и степенью ослабления магнитного поля, причем переход от одного режима к другому с изменением скорости происходит автоматически. Помимо кривых , выражающих ограничение силы тяги по дизелю и электрической передаче, полные тяговые характеристики тепловозов содержат еще кривую ограничения силы тяги по сцеплению.На тяговых характеристиках тепловоза показывают: кривую, ограничения силы тяги по сцеплению или по пусковому току; кривую, выражающую ограничение силы тяги по дизелю и электрической передаче при расчетной позиции контроллера. Соответствующие этим кривым значения  определяются по тяговым характеристикам тепловоза для всех скоростей с интервалом 10 км/ч, а также для скоростей, при которых резко изменяется очертание кривой - скоростей перехода от ограничения силы тяги по сцеплению на автоматическую характеристику.Расчетная кривая силы тяги тепловоза 2ТЭ116 представлена на листе 2. 3 Определение массы состава, количества вагонов и длины поезда Масса состава определяется из условия равномерного движения поезда на руководящем подъеме по формуле  , (10)где FК – сила тяги локомотива при расчетной скорости, Н; P – вес локомотива, т; w0’ – основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме тяги при расчетной скорости, Н/кН ; w0” – основное удельное средневзвешенное сопротивление движению состава при расчетной скорости, Н/кН; iр – величина руководящего уклона, 0/00. Определяем значения удельных сопротивлений w0’ и w0” при расчетной скорости vр = 24,2 км/ч у тепловоза 2ТЭ116  =9,31+0,02·V+0,0008·V2=9,31+0,02·24,2+0,0008·24,22=10,3Н/т. =19+0,08·V+0,0025·V2=19+0,08·24,2+0,0025·24,22=22,4Н/т.Масса тепловоза 2ТЭ116P = 276т; сила тяги при расчетной скорости Fк=506 000 Н. Подставляя значение в формулу 10, получим: при iр = 40/00Q=  =9717т;Принимаем для дальнейших расчетов Q=9720т; при iр = 70/00  т;Принимаем для дальнейших расчетов Q=5985т; при iр = 150/00  т.Принимаем для дальнейших расчетов Q=4285т; Так как в составе разнотипные вагоны, то число вагонов в составе определяется по формуле  , (11)где β – удельный вес вагонов данной категории в составе (подсчитан в пункте 1); Q – масса состава, т; q – масса вагонов брутто данной категории, т (подсчитана в пункте 1). При iр=4‰, Q=9720 т, β4=0,21, β8=0,79, q4=61,5 т, q8=125,8 т  ед; .Принимаем n4=33 вагона, n8=61 вагонов. Проверка Q’=n4·q4+n8·q8=33·61,5+61·125,8=9703,3 т; |9703,3-9720|=16,7 т. Это отвечает соблюдению условия, чтобы масса состава Q после округления не отличалась от расчетной, не более чем на 50 т. При iр=7‰, Q=5985 т, β4=0,21, β8=0,79, q4=61,5 т, q8=125,8 т  ед; .Принимаем n4=20 вагона, n8=38 вагонов. Проверка Q’=n4·q4+n8·q8=20·61,5+38·125,8=6010,4 т; |6010,4-5985|=25,4 т. Это отвечает соблюдению условия, чтобы масса состава Q после округления не отличалась от расчетной, не более чем на 50 т. При iр=10‰, Q=4285 т, β4=0,21, β8=0,79, q4=61,5 т, q8=125,8 т  ед; .Принимаем n4=15 вагона, n8=27 вагонов. Проверка Q’=n4·q4+n8·q8=15·61,5+27·125,8=4319,1 т; |4319,1-4285|=34,1 т. Это отвечает соблюдению условия, чтобы масса состава Q после округления не отличалась от расчетной, не более чем на 50 т. Пользуясь полученными данными, определим массу состава нетто. Для этого воспользуемся следующей формулой:
qгр – грузоподъемность вагона, т; α – коэффициент полногрузности. Коэффициент использования массы состава  . (13)При исходных данных, приведенных выше, по формуле (12), получим iр=4‰ QН=33· 0,95 ·61,5+61 ·1,0·125,8=6601т;  =6601/9720=0,68;iр=7‰QН=20· 0,95·61,5+38·1,0·125,8=3948т; =3948/5985=0,67;iр=10‰QН=15·0,95·61,5+27·1,0·125,8=2672т; =2672/4285=0,67.Длина поезда определяется по формуле  , (14)где lЛ – длина локомотива, для ВЛ80к-36м; ni– количество однотипных вагонов в составе; li – длина вагонов по осям автосцепки,l8=20 м; l4=15 м; 10 – длина на установку состава, м. iр=4‰,lП = 36+33 · 15+61· 20+10=1761м; iр=7‰, lП = 36+20 · 7+38 · 20+10=946м; iр=10‰, lП = 36+15· 15+27· 20+10=811 м. На основании полученных данных строим на листе 3 зависимость массы состава и длины поезда от руководящих уклонов. 4 Подсчет удельных равнодействующих силпри различных режимах движения Все подсчеты удельных равнодействующих сил для разных режимовдвижения сводятся в одну общую таблицу(приложение А).Таблица заполняется следующим образом. В графу 1 занесены значения скорости от 0 до конструкционной(100 км/ч) с интервалом10 км/ч, а также расчетная скорость vр (vр=24,2 км/ч) и скорости, соответствующие переломам кривой Fк = f(v). Графа 2 содержит значения Fк при соответствующих скоростях, взятые по расчетной кривой силы тяги локомотива (лист 2); графа 3 - значения основного удельного сопротивления локомотива в режиме тяги, рассчитанные на листе 1;графа 4 - значения полного основного сопротивления локомотива в режиме тяги (произведение значений графы 3 на Р). В графе 5 приводятся значения основного удельного средневзвешенного сопротивления состава (из листа 1); в графе 6 - значения основного полного сопротивления состава (произведение значений графы 5 на Q); в графе 7 - значения основного полного сопротивления поезда (сумма значений граф 4 и 6); в графе 8 - значения полных равнодействующих сил, подсчитанные как разность значений граф 2 и 7); в графе 9 - значения удельных равнодействующих cил при движении на площадке под тягой, полученные путем деления значений графы 8 на массу поезда плюс масса локомотива. Графа 10 содержит значения основного удельного сопротивления локомотива при движении без тяги, полученные на листе 1; графа 11 -значения основного полного сопротивления локомотива при движении без тяги – произведение значений графы 10 на Р; графа 12 - значения основного полного сопротивления поезда при движении без тяги (сумма значений граф 6 и 11); графа 13 - значения удельных равнодействующих сил при движении по площадке без тяги, полученные путем деления графы 12на массу поезда плюс масса локомотива; графа 14 - значения расчетного коэффициента трения тормозной колодки о бандаж колеса, подсчитанные по формуле φкр = 0,27(v + 100) / (5v + 100),(15) где v – скорость, км/ч; графа 15 -значения удельной тормозной силы поезда, полученные по формуле вт = 1000 φкрυр, где υр – расчетный тормозной коэффициентпоезда;
где ∑Кр(в) – сумма расчетных нажатий всех тормозных колодок вагонов, тс. Графы 16 и 17 содержат значения удельных равнодействующих сил при экстренном и служебном торможениях. Они включают соответственно сумму значений граф 13 и 15 и граф 13 и 0,5 значений графы 16. Далее, по значениях граф 9, 13 и 17 строится диаграмма равнодействующих сил (лист 4). При вычерчивании диаграммы равнодействующих сил приняты следующие масштабы: 1 км/ч – 1 мм; 10 Н/т – 6 мм; 1 0/00 – 6 мм. 5 Определение скоростей, допускаемых по тормозам, при движении на спусках Наибольшая допускаемая скорость при движении на спуске определяется из условия, что машинист должен остановить поезд, увидев сигнал остановки, в пределах длины установленного тормозного пути. Тормозной путь принимается равным 1200 м, так как имеет крутизну более 60/00.Полный тормозной путь состоит из пути подготовки к торможению Sпи действительного пути торможения Sд:
Путь подготовки к торможению, т.е. путь, проходимый поездом от начала торможения до начала снижения скорости,
где vн– скорость движения поезда вмомент начала торможения (начальная скорость торможения), км/ч; tп – расчетное время подготовки к торможению, с. Для грузовых составов, имеющих 200 и более(до 300) осей при автоматических тормозах
где iс– спрямленный уклон, ‰, на котором происходит торможение (величина iс для подъемов принимается со знаком плюс, для спусков – со знаком минус); bт– значение удельной тормозной силы поезда, соответствующее начальной скорости торможения, Н/т. Подсчеты по определению величины Sд для уклонов: -iр, -iр/2 и 0 производятся в табличной форме на листе 5. Действительный путь торможения Sд, т.е. путь, проходимый поездом от начала снижения скорости до полной остановки, Sд = Sт– Sп. Скорости, допускаемые по тормозам, при движении на спусках определяются графически. При этом на одном чертеже (лист 5) строятся кривыеv=f(s) и Sд = f(v). Пересечение их дает точки, ординаты которых определяют допускаемую наибольшую скорость по тормозам на различных спусках. По этим точкам строится график vн =f(i). Кривая скорости при торможении v=f(s) (тормозная кривая) строится с использованием диаграммы удельных равнодействующих сил при экстренном торможении, т.е. wох + bт = f(v). На этом же чертеже строится кривая Sд= f(v), выражающая зависимость действительного пути торможения от скорости. Кривые v = f(s) и Sд = f(v) строятся в масштабах: 1 км/ч = 1 мм; 10 Н/т = 1 мм; 100 м = 12 мм. 6 Построение кривой скорости и времени хода поезда Построение кривых скорости и времени хода поезда производится на перегонах: ст. А – раз. 1 и раз. 1 – ст. Б тепловозом 2ТЭ116 и массой состава Q=5985т. Вычерчивается сетка профиля заданного участка пути с нанесением на нее спрямленных приведенных уклонов в обоих направлениях. По вертикали откладываются значения скорости через каждые 10 км/ч до конструкционной скорости локомотива. Приняты следующие масштабы построений: масштаб пути (1 км/ч – 10 мм); скорости (1 км/ч – 1 мм); удельных сил (10 Н/т – 6 мм). Построение кривых скорости производится по приведенным уклонам, учитывающим сопротивления от кривых. Приведенный уклон определяется по формуле iк = ± i + iэ(к), где i – действительный уклон продольного профиля, ‰ («+» – подъем, «–» – спуск); iэ(к) – приведенный уклон, учитывающий сопротивление от кривой, 0/00. Подсчет приведенных уклонов представлен в таблице 6.1. Т а б л и ц а 6.1 – Приведенные уклоны по направлениям
В направлении от ст. А – ст. Б кривая v = f(s) строится методом МПС, а t=f(s) способом Лебедева; в обратном направлении кривая скорости строится с помощью подвижной диаграммы, а время хода подсчитывается по треугольнику Дегтерева. В связи с тем, что для направления «обратно» скорости на листе 6 отложены сверху вниз, то для построения кривой v = f(s) подвижная диаграмма помещается так, чтобы скорости увеличивались снизу вверх. Наибольшая допускаемая скорость движения vmax ограничена конструкционной скоростью локомотива. Для электровоза 2ТЭ116 она равна 100 км/ч. На участках движения поезда с наибольшими допустимыми скоростями применяется частичное торможение, чтобы скорость не превышала установленную. Используя кривую v = f(s), строится кривая t = f(s) на том же чертеже (лист 6). Каждому перелому кривой v = f(s) соответствует перелом t = f(s). Кривая t = f(s) монотонно возрастает, в то время как кривая v = f(s) возрастает или убывает в зависимости от уклона продольного профиля. В целях сокращения размеров чертежа по вертикали и удобства отсчета времени кривая t =f(s) обрывается, когда ордината времени достигает 10 мин, и построение ее продолжается вновь от 0 до 10 мин. Время хода, прошедшее от момента трогания поезда до любого другого момента, определяется в выбранном масштабе ординатой кривой t =f(s). Общее время хода определяется как сумма ординат отдельных участков кривой. Время хода по кривой t = f(s) определяется с точностью до 0,1 мин. Принятый масштаб – 1 мин – 10 мм. В обратном направлении время хода определяется минутным треугольником Дегтерева. Данный способ для определения времени хода поезда по построенной кривой v = f(s), основан на пропорциональности основания равнобедренного треугольника его высоте. Равнодействующая сила в этом случае принимается постоянной в пределах некоторого заданного промежутка времени ∆t. В соответствии с принятыми при построении кривой v = f(s) масштабами пути и скорости строится равнобедренный треугольник, в основании которого откладывается отрезок, равный пути в 1 км (2 см). Высота треугольника равна отрезку, соответствующему скорости 60 км/ч (6 см). Любой другой треугольник, подобный указанному исходному, характерен тем, что путь, равный его основанию, будет пройден за одну минуту, если средняя скорость на данном отрезке пути равна высоте треугольника. На листе 6, где построена кривая скорости, наносятся один за другим треугольники, подобные исходному так, чтобы вершины их располагались на кривой скорости, а основания совпадали с осью s. Число оснований треугольников показывает время хода в минутах на участке. Доли минуты оцениваются пропорционально отрезку основания последнего треугольника, расположенного в пределах рассматриваемого участка пути. Масштаб времени для построения кривой t =f(s) принимается равным 1 мин – - 10 мм. 7Подсчет механической работы силы тяги тепловозаи сил сопротивления движению Механическая работа локомотива представляет собой работу силы тяги локомотива на всех участках пути, где локомотив движется под тягой или с частичным использованием тяги. Для определения механической работы силы тяги локомотива строится зависимость силы тяги в функции пути и определяется площадь, заключенная между этой кривой и осью пути (лист 6). Эта площадь представляет собой механическую работу силы тяги локомотива. Кривая Fк = f(s) строится по тяговой характеристике силы тяги, соответствующей скорости в данной точке и нанесению по ординате этого значения Fк в выбранном масштабе. Площадь, ограниченная кривой Fк = f(s) и осью абсцисс (лист 6) определяется при помощи прозрачной миллиметровки. Так как масштаб пути 1 км – 20 мм, а масштаб силы тяги 80000 Н – 10 мм, то масштаб механической работы (1 см2) r = 8000  0,5 = 40000 Н м = 40 кН · км.Тогда механическая работа на данном участке пути и в данном направлении «туда» Rм = rΩ, где Ω – площадь, ограниченная кривой Fк = f(s) и осью абсцисс, см2. В нашем случае (лист 6) Ω = 186 см2; r = 40 кН · км. Следовательно,Rм = 7440кН · км. Так как работа сил сопротивлений Rс определяется на участках, ограниченных раздельными пунктами (v1 = v2 = 0), то  где – (  )разность отметок конечного и начального пунктов, м, принимаемая с соответствующим знаком (±).Разность отметок  подсчитывается по действительным уклонам. В рассматриваемом примере в направлении «туда» H =5,7 м; Rм = 7957,5кН · км. Тогда по формуле  ;Работа сил сопротивлений, как и механическая работа локомотива, подсчитываются поперегонно для каждого направления порознь с учетом разности отметок конечного и начального раздельных пунктов. 8Определение расхода топлива тепловозом Расход топлива тепловозом определяем по имеющимся кривым скорости и времени хода. Общий расход топлива тепловозом определяется по выражению  , (22)где  - расход топлива, соответствующей скорости движения поезда при используемой позиции контроллера машиниста на i-ом отрезке пути, кг/мин; - время движения поезда по i-ому отрезку пути, мин; - расход топлива тепловозом на холостом ходу, кг/мин; - время работы дизеля на холостом ходу, мин; - расход топлива тепловозом на стоянках и при движении по станционным путям, кг/мин; - время работы дизеля на стоянках и при движении по станционным путям, мин.Значения и определяем по кривой времени с учетом разметки режимов. Значения определяем по расходным характеристикам тепловоза, приведенным в ПТР [1]. Значение определяем в зависимости от частоты вращения коленчатого вала дизеля по расходным характеристикам для холостого хода, приведенным в ПТР [1].Тогда при следующих данных: - время разгона до скорости 15 км/ч  =1,5мин;- время движения в режиме тяги  =37,5 мин;- время движения в режиме холостого хода включая торможение = 8,2 мин;- расход топлива при движении на разгоне (до 15 км/ч)  = 7,4 кг/мин;- расход топлива при движении в режиме тяги (в интервале от 15 км/ч до 100 км/ч)  = 8,6 кг/мин;- расход топлива тепловозом на холостом ходу = 0,38 кг/минЕт = 7,4·1,5+37,5·8,6+8,2·0,38 = 336,7кг. Удельный расход топлива определяем по формуле  , (23)где Q – масса состава, т; Q = 5985т; S – длина перегона, км; S = 45,3 км.  кг/ткмУдельный расход условного топлива  , (24)где Э – эквивалент для перерасчета расхода дизельного топлива в расход условного топлива; Э = 1,45;  = 12,4·1,45 = 18 кг/ткмЛитература Правила тяговых расчетов для поездной работы. – М: Транспорт, 1985. – 287 с. Довгелюк Н.В., Ахраменко Г.В., Царенкова И.М. Изыскания и проектирование железных дорог. – Гомель: БелГУТ, 2013. – 333 с. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
= 
.