Теорія локомотивної тяги

МОСКОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ шляхів сполучення
(МІІТ)
ІНСТИТУТ ТРАНСПОРТУ ТЕХНІКИ І ОРГАНІЗАЦІЇ ВИРОБНИЦТВА
(ІТТОП)
Кафедра: «Локомотиви і локомотивне господарство»
Курсова робота
з дисципліни «Теорія локомотивної тяги»
Виконав: студент групи ТЛТ-451
Меркулов П.М.
Консультант: професор
Руднєв В.С.
2009

ЗМІСТ
ВСТУП
1. АНАЛІЗ І ПІДГОТОВКА поздовжнього профілю колії ДЛЯ ТЯГОВИХ РОЗРАХУНКІВ
2. ВИЗНАЧЕННЯ ВАГИ СКЛАДУ З УРАХУВАННЯМ ОБМЕЖЕНЬ ЗА УМОВАМИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ
2.1 Розрахунок маси складу за умови руху з рівномірною швидкістю на розрахунковому підйомі
2.2 Уточнення ваги поїзда відповідно до числа вагонів
2.3 Перевірка маси поїзда по довжині приймально-відправних шляхів
2.4 Перевірка маси складу при рушанні поїзда на максимальний підйом
3. РОЗРАХУНОК прискорюють і сповільнюють СИЛ, ДІЮТЬ НА ПОЇЗД У РІЗНИХ РЕЖИМАХ РУХУ
4. ДОПУСТИМІ ШВИДКОСТІ РУХУ на кожному елементі Випрямлення ПРОФІЛЮ ШЛЯХИ
5. ПЕРЕВІРКА ВАГИ СКЛАДУ На нагрівання ТЯГОВИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН
6. РОЗРАХУНОК ПОКАЗНИКІВ ЛОКОМОТИВА
ВИСНОВОК
СПИСОК ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ ДЖЕРЕЛ
ДОДАТКИ

Введення
Наука про тязі поїздів вивчає комплекс питань, пов'язаних з теорією механічного руху поїзда, раціонального використання локомотивів і економічного витрачання електричної енергії та дизельного палива.
Теорія електричного і тепловозній тяги дозволяє вирішувати широке коло практичних питань ефективної експлуатації залізниць, розраховувати основні параметри знову проектованих ліній, ділянок, що переводяться на нові види тяги, намічати основні вимоги до розробляються локомотивів та вагонів. З їх допомогою в даній курсовій роботі визначаємо сили, що діють на потяг; оцінюємо їх вплив на характер руху; визначаємо оптимальну масу складу для проходження заданого профілю колії при обраній серії локомотива; розраховуємо витрата електричної енергії або дизельного палива; знаходимо коефіцієнт корисної дії локомотива; визначаємо найбільші швидкості руху, допустимі за наявними гальмівним засобів при русі по спусках заданої ділянки.
На підставі цих даних складають графік руху поїздів, визначають пропускну і провізну спроможність залізниць і розраховують експлуатаційні показники локомотивного господарства.
На діючих лініях теорія дозволяє знайти раціональні режими водіння поїздів на різних ділянках і найбільш економічні умови експлуатації локомотивів. При розробці проектів електрифікації залізниць визначають, користуючись теорією електричної тяги, струми, споживані електрорухомим складом в різних точках шляху, на підставі яких розраховують систему електропостачання.
Теорія тяги поїздів дозволяє знайти приховані резерви в кожному з цих напрямків і вирішити поставлені завдання найбільш раціонально з меншою витратою сил і засобів.
При виконанні розрахунків, пов'язаних з тягою поїздів, користуються Правилами тягових розрахунків для поїзної роботи (ПТР), що є основним офіційним документом. В них наведено методи і порядок проведення розрахунків, розрахункові формули і нормативи, якими керуються при виконанні розрахунків. Усі розрахунки здійснюються в системі СІ.

1 АНАЛІЗ І ПІДГОТОВКА поздовжнього профілю колії ДЛЯ ТЯГОВИХ РОЗРАХУНКІВ
Ухил спрямленной профілю колії розраховується за формулою:
(1.1)
де i '- ухил, отриманий в результаті заміни групи
декількох елементів профілю, ‰
i "- фіктивний підйом, отриманий в результаті заміни кривих
ділянок шляху, ‰.
Ухил спрямляющего елемента розраховується за формулою:
, ‰ (1.2)
де Si - довжина елемента профілю, м
i - його ухил
Можливість випрямлення слід перевіряти за формулою
(1.3)
Фіктивний ухил від кривої для спрямлених ділянок профілю розраховується за формулами:
, ‰ (1.4)
, ‰ (1.5)

Фіктивний ухил від кривих для не спрямлених ділянок профілю:
(1.6)
(1.7)
де Sкр - довжина кривої, м
Rкр - радіус кривої, м [1].
Спрямленной профіль колії.
Таблиця № 1.1

	Дійсний профіль		Спрямлюваних профіль			Перевірка
№
п / п	S, м	I, ‰	I, ‰	S, м	№
					п / п
1	2000	0	0	2000	1	Станція "А"
2	1200	-7	-6,1	2200	2	1200 ≤ 2222
3	1000	-5				1000 ≤ 1818
4	1600	0	0	1600	3
5	2000	4	4	2000	4
6	1200	0	0	1200	5
7	2200	-4	-4,4	3700	6	2200 ≤ 5000
8	1500	-5				1500 ≤ 3333
9	1500	-9	-9	1500	7
10	600	0	0	600	8
11	1200	11	11	1200	9
12	5800	8	8	5800	10	розрахунковий
13	1600	0	0	1600	11
14	900	-4	-3,5	2000	12	900 ≤ 3636
15	1100	-3				1100 ≤ 4444
16	750	0	0	750	13
17	650	6	7,2	1550	14	650 ≤ 1666
18	900	8				900 ≤ 2500
19	2200	2	1,2	3800	15	2200 ≤ 2500
20	1600	0				1600 ≤ 1666
21	1000	2	2	1000	16
22	1500	0	0	2500	17	Станція "В"

2 ВИЗНАЧЕННЯ ВАГИ СКЛАДУ З УЧЕТОТМ ОБМЕЖЕНЬ ЗА УМОВАМИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ
2.1 Розрахунок маси складу за умови руху з рівномірною швидкістю на розрахунковому підйомі
Розрахункова вага вантажного поїзда:
, КН (2.1)
Основне питомий опір руху локомотива на ланковому шляху:
(2.2)
де V _р - розрахункова швидкість, ;
Н / кН
Основне питомий опір руху для чотиривісних вагонів на роликових підшипниках:
(2.3)
m _по - маса, що доводиться на вісь колісної пари вагона, т


Н / кН
Основне питомий опір руху шестіосних вагонів на роликових підшипниках:
(2.4)
Н / кН
Основне питомий опір руху восьмивісних вагонів на роликових підшипниках:
(2.5)
Н / кН
Основне питомий опір руху складу визначається за формулою:
(2.6)
Н / кН
Тоді розрахункова вага поїзда:
кН

2.2 Уточнення ваги поїзда відповідно до числа вагонів
кН (2.7)
де m-маса вантажного вагона i-го типу, т
n-число вагонів i-го типу у складі поїзда
(2.8)
Число 4-вісних вагонів:
Число 6-вісних вагонів:
Число 8-вісних вагонів:
Тоді кН
2.3 Перевірка маси поїзда по довжині приймально шляхів
Довжина поїзда l _п не повинна перевищувати корисної довжини приймально шляхів l _поп = 1250м на ділянках звернення даного поїзда з урахуванням допуску 10 м на встановлення поїзда [1].
Довжина поїзда визначається з виразу:
, (2.9)
де l _л = 36м - довжина локомотива;
м

Умова lп <LС виконується.
2.4 Перевірка маси складу при рушанні поїзда на максимальний підйом
Максимальний підйом при рушанні поїзда визначається за формулою, рекомендованою ВНИИЖТом:
, ‰ (2.9)
Питомий опір складу при рушанні з місця:
, Н / кН (2.10)
н / кН
н / кН
н / кН
Тоді:
Н / кН (2.11)
н / кН
‰
Маса вантажного поїзда Мп, з урахуванням обмежень за умовами експлуатації,

(2.12)
т
З урахуванням усіх перевірок вибираємо масу складу М _П = 5500 т.

3. РОЗРАХУНОК прискорюють і сповільнюють СИЛ, ДІЮТЬ НА ПОЇЗД У РІЗНИХ РЕЖИМАХ РУХУ
На потяг діють сили: дотична сила тяги F _до, сила опору руху поїзда W _до і гальмівна сила B _т. Або в питомих одиницях до ваги поїзда:
, Н / кН (3.1)
, Н / кН (3.2)
, Н / кН (3.3)
де m - маса поїзда, m = m _складу + m _{локомотива,} т.
Режими руху поїзда (у питомих силах до ваги поїзда):
1. Режим тяги: f _{у (з)} = f _{к-w к;}
2. Режим вибігу: f _{у (з)} =- w _к;
3. Режим гальмування: f _{у (з)} =- (b _т + w _к).
Сили опору руху поїзда бувають основні і додаткові. Основні виникають при русі поїзда на прямій горизонтальній ділянці колії при нормальних умовах. До додаткових відносять опору на підйомах ухилах, опору від кривих, вітру, температури. Основні питомі опору розраховуються за емпіричними формулами [1]:
Для чотиривісних вагонів на роликових підшипниках для ланкового шляху:
, Н / кН (3.4)

де m _В0 - середня маса вагона, що припадає на вісь колісної пари, т;
V - швидкість руху, км / ч.
Для шестіосних вагонів на роликових підшипниках для ланкового шляху:
, Н / кН (3.5)
Для восьмивісних вагонів на роликових підшипниках для ланкового шляху:
, Н / кН (3.5)
Основне питомий опір руху локомотива для ланкового шляху в режимі тяги:
, Н / кН (3.6)
Основне питомий опір руху локомотива для ланкового шляху в режимі вибігу:
, Н / кН (3.7)
Основне питомий опір складу визначається за формулою:
, Н / кН (3.8)
Основне питомий опір руху поїзда в режимі тяги:

, Н / кН (3.9)
де m _л і m _с - маси локомотива і складу відповідно, т.
Основне питомий опір руху поїзда в режимі вибігу:
, Н / кН (3.10)
Питома гальмівна сила поїзди:
, Н / кН (3.11)
де - Розрахунковий коефіцієнт тертя:
(3.12)
- Розрахунковий гальмівний коефіцієнт, = 0,33
Під час екстреного гальмування на поїзд діє сила , А при службовому гальмуванні - , Н / кН.
За даними таблиці 3.1 будуємо графіки залежностей: , і (Рис.3.1, 3.2)
Прискорюють і сповільнюють сили, що діють на поїзд у режимах тяги, вибігу, службового та екстреного гальмувань в залежності від швидкості руху.

Таблиця 3.1

№	Розрахунковий параметр	0	10	19,5	24,2	30	40	50	60	70	80	90	100
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
1	Fk	813000	680200	608000	506000	416700	320000	256800	210000	183400	161000	143400	129000
2	fk	15,137	12,664	11,320	9,421	7,758	5,958	4,781	3,910	3,415	2,998	2,670	2,402
3	wo `	1,900	2,030	2,209	2,318	2,470	2,780	3,150	3,580	4,070	4,620	5,230	5,900
4	wo4 ``	0,950	1,054	1,192	1,274	1,388	1,617	1,888	2,200	2,554	2,950	3,388	3,867
5	wo6 ``	1,406	1,516	1,662	1,749	1,869	2,112	2,399	2,730	3,105	3,524	3,988	4,495
6	wo8 ``	1,144	1,188	1,258	1,304	1,369	1,506	1,674	1,873	2,104	2,365	2,658	2,981
7	wo ``	0,983	1,084	1,219	1,299	1,411	1,636	1,902	2,210	2,559	2,949	3,381	3,854
8	wo	1,029	1,132	1,269	1,350	1,464	1,694	1,965	2,279	2,635	3,034	3,474	3,957
9	fk-wo	14,108	11,533	10,051	8,071	6,294	4,264	2,816	1,631	0,779	-0,036	-0,804	-1,555
10	wx	2,400	2,545	2,748	2,871	3,045	3,400	3,825	4,320	4,885	5,520	6,225	7,000
11	wox	1,054	1,158	1,296	1,378	1,493	1,725	1,999	2,317	2,677	3,079	3,525	4,013
12	bt	89,100	65,340	53,911	50,073	46,332	41,580	38,186	35,640	33,660	32,076	30,780	29,700
13	0,5 bt + wox	45,604	33,828	28,251	26,415	24,659	22,515	21,092	20,137	19,507	19,117	18,915	18,863
14	bt + wox	90,154	66,498	55,207	51,452	47,825	43,305	40,185	37,957	36,337	35,155	34,305	33,713

4. ДОПУСТИМІ СКОРОРСТІ РУХУ ПОЇЗДА на кожному елементі Випрямлення ПРОФІЛЮ ШЛЯХИ
Згідно з графіком допустимих швидкостей руху потягу на основі рішення гальмівний завдання другого типу в залежності від ухилу, визначаємо допустимі швидкості руху на кожній з ділянок спрямленной профілю колії. Причому максимальна швидкість руху поїзда не повинна перевищувати 80 км / год.
Допустимі швидкості руху потягу на кожному елементі спрямленной профілю колії.
Таблиця 4.1

№ ел	i, ‰	V, км / год	Примітка
1	0,0	70	Стрілка, хрестовина марки 1 / 11
2	-7.8	76	По забезпечення поїзда гальмами
3	0	80	Станом вагонів та шляхи
4	+12	80	Станом вагонів та шляхи
5	0	80	Станом вагонів та шляхи
6	+10	80	Станом вагонів та шляхи
7	0	80	Станом вагонів та шляхи
8	-7.1	78	По забезпечення поїзда гальмами
9	0	80	Станом вагонів та шляхи
10	+5.95	80	Станом вагонів та шляхи
11	0	80	Станом вагонів та шляхи
12	+8	80	Станом вагонів та шляхи
13	0	70	Стрілка, хрестовина марки 1 / 11

Наносимо значення допустимих швидкостей на діаграму швидкості і часу ходу поїзда по ділянці і будуємо графіки швидкості V (S) і часу ходу t (S), керуючись літературою.

5 ПЕРЕВІРКА ВАГИ СКЛАДУ На нагрівання ТЯГОВИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН

Користуючись даними ПТР знаходимо характеристики Iгн = f (V), T = f (V), . За побудованим графікам середній струм тягових двигунів на кожному проміжку швидкості і визначаємо їх нагрівання.
Отримані дані зводимо в таблицю 5.1

Таблиця 5.1

№	Iгн	Iгк	Iгср	Iтед	Δt		T			τ0			τ
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11,00	12	13	14
	6200	5400	5800	967	0,5	240	44	0,011	0,989	15,00	2,727	14,830	17,56
1	5400	4975	5188	865	0,4	170	38	0,011	0,989	17,56	1,789	17,372	19,16
	4975	3800	4388	731	0,5	120	34	0,015	0,985	19,16	1,765	18,880	20,64
	3800	3475	3638	606	0,3	82	31	0,010	0,990	20,64	0,794	20,445	21,24
	3475	3100	3288	548	0,3	75	29	0,010	0,990	21,24	0,776	21,018	21,79
2	3100	3300	3200	533	0,7	72	28	0,025	0,975	21,79	1,800	21,249	23,05
	3300	3650	3475	579	0,8	76	30	0,027	0,973	23,05	2,027	22,435	24,46
	3650	3500	3575	596	0,5	81	30	0,017	0,983	24,46	1,350	24,054	25,40
3	3500	3400	3450	575	1,5	76	30	0,050	0,950	25,40	3,800	24,134	27,93
4	3400	3650	3525	588	0,5	76	30	0,017	0,983	27,93	1,267	27,468	28,73
	3650	4000	3825	638	0,7	90	32	0,022	0,978	28,73	1,969	28,106	30,07
	4000	3750	3875	646	1,0	91	32	0,031	0,969	30,07	2,844	29,135	31,98
	3750	3800	3775	629	1,5	89	32	0,047	0,953	31,98	4,172	30,480	34,65
	3800	3850	3825	638	0,7	90	32	0,022	0,978	34,65	1,969	33,894	35,86
	3850	3875	3863	644	1,0	91	32	0,031	0,969	35,86	2,844	34,742	37,59
5	3875	3900	3888	648	1,0	91	32	0,031	0,969	37,59	2,844	36,411	39,25
	3900	3975	3938	656	1,0	92	32	0,031	0,969	39,25	2,875	38,028	40,90
	3975	4025	4000	667	1,0	93	32	0,031	0,969	40,90	2,906	39,625	42,53
	4025	4075	4050	675	1,0	95	33	0,030	0,970	42,53	2,879	41,242	44,12
	4075	4125	4100	683	1,0 0,3	96 100	33 33	0,030 0,009	0,970 0,991	44,12 45,69	2,909 0,909	42,784 45,278	45,69 46,19
	4125	4150	4138	690
6	0	0	0	0	0,5	93	32	0,016	0,984	46,19	1,453	45,465	46,92
	0	0	0	0	1,7	77	31	0,055	0,945	46,92	4,223	44,345	48,57
	0	0	0	0	0,3	72	28	0,011	0,989	48,57	0,771	46,727	48,82
7	0	0	0	0	1,2	72	28	0,043	0,957	48,82	3,086	46,727	48,57
	0	0	0	0	0,6	72	28	0,021	0,979	49,81	1,543	48,745	48,82
	0	0	0	0	0,4	75	29	0,014	0,986	50,29	1,034	48,047	48,18
8	0	0	0	0	0,8	76	30	0,027	0,973	50,63	2,027	46,727	47,79
	0	0	0	0	0,3	75	29	0,010	0,990	51,31	0,776	48,745	47,60
9	3350	3275	3313	552	1,2	74	28	0,043	0,957	51,55	3,171	49,341	52,51
	3275	3400	3338	556	0,5	74	28	0,018	0,982	52,51	1,321	51,575	52,90
10	3400	3650	3525	588	1,0	76	30	0,033	0,967	52,90	2,533	51,133	53,67
	3650	3700	3675	613	0,2	82	31	0,006	0,994	53,67	0,529	53,320	53,85
11	3700	4000	3850	642	1,5	91	32	0,047	0,953	53,85	4,266	51,325	55,59
	4000	4050	4025	671	0,2	95	33	0,006	0,994	55,59	0,576	55,254	55,83
12	4050	4000	4025	671	1,5	95	33	0,045	0,955	55,83	4,318	53,292	57,61
13	4000	3550	3775	629	2,5	89	32	0,078	0,922	57,61	6,953	53,109	60,06
	3550	3750	3650	608	0,7	82	31	0,023	0,977	60,06	1,852	58,706	60,56
14	3750	3800	3775	629	2,4	89	32	0,075	0,925	60,56	6,675	56,016	62,69
	3800	3875	3838	640	1,1	90	32	0,034	0,966	62,69	3,094	60,536	63,63
	3875	3400	3638	606	0,3	82	31	0,010	0,990	63,63	0,794	63,014	63,81
15	3400	3550	3475	579	1,0	75	29	0,034	0,966	63,81	2,586	61,607	64,19
	3550	3250	3400	567	0,8	74	28	0,029	0,971	64,19	2,114	62,359	64,47
	0	0	0	0	0,9	0	25	0,036	0,964	64,47	0,000	62,152	62,15
	0	0	0	0	1,0	0	25	0,040	0,960	62,15	0,000	59,666	59,67
16	0	0	0	0	0,3	0	25	0,012	0,988	59,67	0,000	58,950	58,95
	0	0	0	0	0,3	0	25	0,012	0,988	58,95	0,000	58,243	58,24
	0	0	0	0	0,3	0	25	0,012	0,988	58,24	0,000	57,544	57,54
	0	0	0	0	0,9	0	25	0,036	0,964	57,54	0,000	55,472	55,47
	0	0	0	0	2,0	0	25	0,080	0,920	55,47	0,000	51,035	51,03
	0	0	0	0	1,4	0	25	0,056	0,944	51,03	0,000	48,177	48,18
17	0	0	0	0	0,2	0	25	0,008	0,992	48,18	0,000	47,791	47,79
	0	0	0	0	0,1	0	25	0,004	0,996	47,79	0,000	47,600	47,60
	0	0	0	0	0,1	0	25	0,004	0,996	47,60	0,000	47,410	47,41

6. РОЗРАХУНОК ПОКАЗНИКІВ ЛОКОМОТИВА
Загальний витрата палива тепловозом на переміщення складу визначається як сума витрат палива за відрізки часу, що відповідають постійному витраті палива і середньої постійної швидкості руху в режимі тяги, і витрати палива за час руху на холостому ходу:
, Кг (5.1)
де G - витрата палива, відповідний швидкості руху поїзда під час використовуваної позиції контролера машиніста, кг / хв
Dt - час роботи дизеля, в межах якого швидкість руху поїзда прийнята постійної;
g _х - витрата палива тяговими силовими установками тепловоза на холостому ходу, g _х = 0,76 кг / хв;
t _х - час руху поїзда по ділянці на холостому ходу, хв.
кг
Питома витрата натурального дизельного палива на одиницю роботи:
, (5.2)
кг
де S _уч - довжина ділянки, S _уч = 31900 м;
Q-маса поїзда, Q = 69950 кН.
Питома витрата умовного палива:
,


ВИСНОВОК
В результаті виконання курсового проекту виробили випрямлення заданого профілю колії, визначили розрахункову масу поїзда, побудували діаграми прискорюють і сповільнюють сил, визначили допустимі швидкості руху поїзда по спусках ділянки на основі рішення гальмівний завдання другого типу. Також побудували діаграми швидкості і часу ходу поїзда по ділянці, розрахували показники локомотива графічним способом.

СПИСОК ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ ІСТОТЧНІКОВ
1. Правила тягових розрахунків для поїзної роботи - М.: Транспорт 1985.-287с.
2. Міхаіліді К.Г., Долгачев Н.І., Чернишов Л.А., Математичне моделювання в середовищі MathCad: Методичний вказівку до лабораторних занять. Частина 1.-М.: МІІТ, 2005.-68С.
3. Правила технічної експлуатації залізниць РФ. М.: Будинок друку, 2002.-189с.
4. Осипов С.І., Осипов С.С., Основи локомотивної тяги. М.: Транспорт, 1979.-440С.