М
3485
ИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«СамарскИЙ государственнЫЙ УНИВЕРСИТЕТ путей сообщения»

Кафедра «Локомотивы»

ТЕОРИЯ ТЯГИ ПОЕЗДОВ
Методические указания к выполнению курсовой работы

для студентов специальности 190300 «Подвижной состав железных дорог»

специализации «Локомотивы»

очной и заочной форм обучения

Составители: А.Ю. Балакин

Т.В. Щербицкая

Н.С. Басова

С.Г. Фролов

В.В. Асабин

Самара

2014

УДК 629.434.004.67
Теория тяги поездов : методические указания к выполнению курсовой работы для студентов специальности 190300 «Подвижной состав железных дорог» специализации «Локомотивы» очной и заочной форм обучения / составители : А.Ю. Балакин, Т.В. Щербицкая, Н.С. Басова, С.Г. Фролов, В.В. Асабин. – Самара : СамГУПС, 2014 – 31 с.
В методических указаниях излагается методика и порядок выполнения тяговых расчетов: анализ и спрямление профиля пути, определение исходных данных для построения диаграмм ускоряющих и замедляющих сил, определение нагревания электрических машин, расхода топлива и электрической энергии на тягу поездов, вспомогательные нужды. Описан порядок построения кривых скорости, времени, тока и решения тормозных задач.

Указания предназначены для студентов специальности 190300 специализации «Локомотивы». Методические указания составлены в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.

Утверждены на заседании кафедры от 21.03.2014 г., протокол № 6.

Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.

Составители : Татьяна Васильевна Щербицкая

Андрей Юрьевич Балакин

Наталья Сергеевна Басова

Сергей Геннадьевич Фролов
Рецензенты: 1-й зам. начальника службы технической политики Э.А. Ворошилов;

д.т.н., профессор кафедры «Локомотивы» СамГУПС Д.Я. Носырев

Под редакцией составителей
Подписано в печать 27.08.2014. Формат 60 90 1/16.

Усл. печ. л. 1,88. Тираж 100 экз. Заказ 187.


© Самарский государственный университет путей сообщения, 2014




Введение
В теории тяги поездов рассматривают методы тяговых расчетов, позволяющие выявить возможности наиболее полного использования мощности локомотивов, установить наивыгоднейшие условия работы тепловозов и электровозов для увеличения пропускной и провозной способности магистралей и снижения себестоимости перевозок, связанных с мощностными и тяговыми свойствами локомотивного парка /1, 2/.

Результаты тяговых расчетов являются основой для организации эксплуатационной работы, а также для всех технико-экономических расчетов на железнодорожном транспорте.

Выполнение курсовой работы способствует лучшему усвоению лекционного материала, методов определения веса состава, принципов анализа профиля пути, построения диаграмм удельных равнодействующих сил и анализа условий движения поезда, способов определения скорости и времени движения поезда, расчетов расхода электроэнергии и топлива локомотивами на тягу поездов, нагревания электрических машин, методов решения тормозных задач.
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
Для грамотного выполнения и успешной защиты курсовой работы, студент должен четко представлять себе теоретические основы, физическую сущность и порядок проведения расчетов, осмысленно использовать расчетные формулы и анализировать получаемые результаты.

При выполнении курсовой работы необходимо соблюдать следующие основные положения:

1. Работа выполняется на стандартных листах писчей бумаги (размером 210x297 мм) с оставлением полей (для замечаний рецензента 30 мм с правой стороны и по 25 мм с других сторон). На титульном листе указываются: министерство, вуз, кафедра, дисциплина, фамилия и инициалы студента, преподавателя, год выполнения работы.

2. Работа должна быть выполнена аккуратно, текст написан разборчивым почерком, без сокращения слов, кроме общепринятых.

3. Структура работы включает:

- титульный лист;

- реферат с кратким изложением сущности работы, с указанием объема (листов текста, таблиц, рисунков) и количества использованных литературных источников;

- введение, в котором излагается роль тяговых расчетов в установлении наивыгоднейших условий использования локомотивов для увеличения пропускной и провозной способности и снижения себестоимости перевозок;

- задание на курсовую работу;

- основную часть курсовой работы в соответствии с заданием;

- заключение, в котором излагаются основные полученные результаты;

- список использованной литературы.

4. Исходные данные для каждого студента выдаются индивидуально и должны быть приведены в основной части после изложения всех пунктов задания.

5. Все расчеты необходимо сопровождать пояснениями. Расчетные формулы приводят в общем виде с применением принятых буквенных обозначений, а затем следует подставить в формулу числовые значения величин и проставить результат. Необходимо пояснить, что представляют собой различные величины, входящие в формулу, и обязательно проставлять для именованных величин их размерности.

Все расчеты рекомендуется выполнять в Международной системе единиц (СИ). Однако в Правилах тяговых расчетов для поездной работы /3/ формулы приведены в технической системе единиц, которая широко применялась в расчетах до конца 70-х годов XX в. В этой системе за единицу силы принимают килограмм-силу – кгс (сила, сообщающая телу массой 1 кг ускорение 9,81 м/с²). В системе СИ используется единица силы 1 Н (сила, сообщающая телу массой 1 кг ускорение 1 м/с²). Для перевода силы из технической системы единиц в систему СИ необходимо учитывать соотношения: 1 кгс = 9,81 Н и 1 Н = 0,102 кгс.

6. При выборе расчетных величин и параметров, использовании таблиц, справочных материалов необходимо ссылаться на соответствующие источники (автор, название книги, место издания, год издания и объем), которые приводят в конце работы.

7. Графическая часть работы выполняется на миллиметровой бумаге. При изображении графических зависимостей следует придерживаться следующих правил:

- на каждом графике иметь нулевые абсциссу и ординату;

- графические зависимости вычерчивать аккуратно, карандашом, пастой или фломастером;

- оси координат выделять более толстой линией;

- на осях координат проставлять буквенные обозначения с соответствующими размерностями;

- на осях координат наносить числовые шкалы в соответствии принятыми масштабами.

8. Таблицы и графики необходимо вкладывать в пояснительную записку так же, как и страницы с текстом, не поворачивая их на 90°.

9. Страницы работы, рисунки, таблицы и графики должны быть пронумерованы. Таблицы должны иметь наименования, а рисунки – подрисуночные надписи.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
В курсовой работе необходимо выполнить следующие задачи:

1. Провести анализ и спрямление профиля пути, установить величину расчетного подъема, максимальных спуска и подъема.

2. Определить вес состава по выбранному расчетному подъему.

3. Определить число вагонов и осей состава.

4. Определить длину состава и поезда. Сравнить длину поезда с заданной длиной приемоотправочных путей на станциях.

5. Проверить вес состава на возможность надежного преодоления встречающегося на участке короткого подъема крутизной больше расчетного.

6. Проверить вес состава на трогание поезда при остановке на станциях.

7. Определить величины расчетного тормозного коэффициента для чугунных и композиционных колодок.

8. Подготовить исходные данные для ввода в ЭВМ.

9. По результатам расчетов на ЭВМ построить диаграммы удельных равнодействующих сил.

10. Определить максимально допустимую скорость движения поезда на максимальном спуске (решение тормозной задачи).

11. Построить кривые скорости V=f(S) и времени t=f(S) движения поезда по перегону с остановкой и без остановки на промежуточной станции. Построение провести в направлениях движения «туда» и «обратно».

12. Определить техническую скорость движения поезда в направлениях «туда» и «обратно».

13. Построить совмещенный график зависимости силы тяги от скорости F_k=f(V) и сил сопротивления W_к=f(V) на различных подъемах от 0 до i_max с интервалом Δi=2 ‰.

14. Рассчитать время хода поезда по участку способом равномерных скоростей.

15. Построить кривые зависимости тормозного пути от величины уклона при максимальной скорости S_т=f(i) при V_max для чугунных и композиционных колодок. Сделать вывод об эффективности того или иного типа колодок.

16. Построить кривую зависимости пути замедления поезда от скорости на максимальном подъеме S_зам=f(i) при i_max. Сделать вывод о возможности преодоления поездом максимального подъема за счет накопленной кинетической энергии.

17. Построить кривые тока I_э=f(S) электровоза постоянного тока, I_э=f(S) электровоза переменного тока главного генератора, I_г=f(S) тепловоза ТЭЗ, I_Д=f(S) тяговых двигателей электровозов или тепловозов для заданного типа локомотива. Построение провести в одном направлении (с более тяжелым профилем) без остановки на промежуточной станции.

18. Определить расход энергоресурсов (электроэнергии – для электровозов, топлива – для тепловоза).

19. Рассчитать виртуальный коэффициент и сделать вывод о сложности участка.

20. Определить нагрев обмоток электрических машин заданного локомотива. Исходные данные каждый студент получает индивидуально. Исходные данные включают в себя следующие сведения:

- тип локомотива;

- доля четырехосных грузовых вагонов на подшипниках качения, α;

- доля шестиосных вагонов, γ;

- доля восьмиосных вагонов, δ;

- вес четырехосного грузового вагона, q₄, тс;

- вес шестиосного вагона, q₆, тс;

- вес восьмисотого вагона, q₈, тс;

- процент тормозных осей, σ;

- тип тормозных колодок (чугунные или композиционные);

- длина приемоотправочных путей, L_non, м;

- тип профиля участка.

Исходные данные для курсовой работы приведены в приложениях 1,2,3.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
1. Точность вычислений при выполнении расчетов в соответствии с Правилами тяговых расчетов для поездной работы (ПТР) /3/ должна приниматься:

а) для веса составов (грузовых) с округлением до 50 тс;

б) для сил, действующих на поезд (силы тяги, сопротивления, тормозные), с округлением до 50 Н;

в) для крутизны уклонов при измерении в тысячных (промилле, ‰) – с одним знаком после запятой;

г) для удельных сил при измерении в Н/кН – с двумя знаками после запятой;

д) для расстояний при измерении в метрах (для элементов профиля) и в километрах (для перегонов) с одним знаком после запятой;

е) для скоростей при измерении в км/ч – с одним знаком после запятой;

ж) для расходов топлива с округлением до 10 кг;

з) для удельных расходов топлива – с округлением до 0,1 кг/10⁴т·км;

и) для токов с округлением до 5 А;

к) для расходов электроэнергии – с округлением до 10 кВт·ч;

л) для удельных расходов электроэнергии при измерении в Вт·ч/т·км с одним знаком после запятой;

м) для перегонных времен хода – расчетное до 0,1 мин, для графика движения поездов с округлением до 1 мин;

н) для температур при расчетах электрических машин локомотивов на нагревание по отдельным элементам расчета до 0,01°С с округлением конечного результата до 1 °С.

2. При построении графических зависимостей (диаграмма равнодействующих сил, кривые скорости и времени движения, профиль пути, торможение поезда, кривые тока) следует пользоваться масштабами, приведенными в табл. 1.
Таблица 1

Масштабы для графических построений

Величины	Для общих расчетов	Для тормозных расчетов
Удельные силы 1Н/кН = к, мм	6	1
Скорость 1 км/ч = т, мм	1	1
Путь 1 км = у, мм	20	120
Постоянная времени Δ, мм	30	–
Время 1 мин = х, мм	10	–
Ток 100А = с, мм для электровозов постоянного тока для тепловозов для электровозов переменного тока	10 20 50	– – –

Графики зависимостей S_T = f(i), S_зам = f(V) и совмещенные графики F_K = f(V) и
W_K = f(V) строятся в произвольных масштабах.

3. При выполнении расчетов по определению скорости и времени движения поездов необходимо спрямлять профиль пути. Спрямление профиля состоит в замене двух или нескольких смежных элементов продольного профиля пути одним элементом, длина которого S_c равна сумме длин спрямляемых элементов (S₁, S₂, …., S_n), т. е.

S_c=S₁+S₂+…+S_n, (1)

а крутизна i_c вычисляется по формуле

(2)

где i₁, i₂,…, i_n – крутизна элементов спрямленного участка.

Чтобы расчеты скорости и времени движения поезда по участку были достаточно точными, необходимо выполнить проверку возможности спрямления группы моментов профиля по формуле

S_i≤2000/Δi, (3)

где S_i – длина спрямленного элемента, м;

Δi – абсолютная величина разности между крутизной спрямленного участка и крутизной проверяемого элемента, ‰), т. е. ( ).

Проверке по формуле (3) подлежит каждый элемент спрямляемой группы. Чем короче элементы спрямляемой группы и чем ближе они по крутизне, тем более вероятно, что проверка их на удовлетворение условия (3) окажется благоприятной (положительной).

Кривые на спрямленном участке заменяют фиктивным подъемом, крутизна которого определяется по формуле

(4)

где S_kpi и R_i – длина и радиус кривых в пределах спрямленного участка, м.

Крутизна спрямленного участка с учетом фиктивного подъема от кривой

. (5)

Необходимо отметить, что знак крутизны уклона может быть и положительным (для подъемов), и отрицательным (для спусков); знак крутизны фиктивного подъема от кривой всегда положительный. Это обязательно надо учитывать при вычислениях.

Объединять в группы для спрямления следует только близкие по крутизне элементы профиля одного знака. Горизонтальные элементы (площадки) могут включаться в спрямляемые группы как с элементами, имевшими положительный знак крутизны, так и с элементами отрицательной крутизны.

Элементы, на которых расположены раздельные пункты, не спрямляются.

Не следует включать в группы элементов, подлежащие спрямлению, расчетный подъем, а также крутой подъем, для которого выполняется проверка возможности преодоления его поездом с учетом накопленной на предшествующих элементах кинетической энергии.

Расчетный подъем – это наиболее трудный для движения в данном направлении элемент профиля пути, на котором достигается расчетная скорость, соответствующая расчетной силе тяги локомотива. Если наиболее крутой подъем участка достаточно длинный, то он принимается за расчетный. Если же наиболее крутой подъем заданного участка имеет небольшую протяженность, и ему предшествуют «легкие» элементы профиля (спуски, площадки), на которых поезд может развить высокую скорость, то такой подъем не может быть принят за расчетный, так как поезд преодолеет его за счет накопленной кинетической анергии. В этом случае за расчетный следует принять подъем меньшей крутизны, но большей протяженности, на котором может быть достигнута равномерная скорость.

Спрямленный профиль должен сохранить характерные особенности действительного профиля в смысле относительного расположения повышенных и пониженных точек.

В курсовой работе приводится исходный профиль и, после выполнения расчетов, спрямленный профиль по форме табл. 2.

Примеры спрямления профиля пути рассмотрены в /1, 2, 4/.

4. Вес состава – один из важнейших показателей работы железнодорожного транспорта. Увеличение веса составов позволяет повысить провозную способность железнодорожных линий, уменьшить расход топлива и электрической энергии, снизить себестоимость перевозок. Поэтому вес грузового состава определяют, исходя из полного использования тяговых и мощностных качеств локомотива.

Для выбранного расчетного подъема вес состава в кН вычисляют по формуле
(6)
где F_кр – расчетная сила тяги локомотива, Н; Р – расчетный вес локомотива, кН;

– основное удельное сопротивление локомотива, Н/кН; и – основное удельное сопротивление состава, Н/кН; – крутизна расчетного подъема, ‰; g – ускорение свободного падения; g = 9,81 м/с².

Таблица 2

---

Таблица спрямления профиля пути

№ элемента	Длина эл-та S, м	Крутизна эл-та i, %о	Кривые		Длина спрямл. участка Sc	Крутизна спрямл. уч-ка iс, %o	Фиктивный подъем от кривых i//с	Суммарная крутизна спрямл-го уч-ка ic = i/c + i//c	№ спрям-ленного участка
			R, м	Sкр, м

Величины w^/ _o и w^//_o определяют для расчетной скорости локомотива V_р.

Удельные силы отнесены к 1 кН веса поезда, состава, вагона, локомотива.

Расчетная скорость, расчетная сила тяги, вес локомотива и другие расчетные данные, взятые из /3/, приведены в табл. 3.
Таблица 3

Расчетные параметры локомотивов

Серия локомотивов		Расчетная сила тяги FКР, H	Расчетная скорость V, км/ч	Расчетный вес P, т	Конструкционная скорость Vконстр, км/ч	Сила тяги при трогании с места Fк тр, H	Длина локомотивов l, м	Число движущих колесных пар
тепловозы	ТЭЗ (две секции)	396000	20,5	254	100	571000	34	12
	2ТЭ10Л (две секции)	496000	23,5	260	100	750000	34	12
	2ТЭ10М (две секции)	496000	23,5	276	100	797000	34	12
	3ТЭ10М (три секции)	744500	23,5	414	100	942000	51	18
	2ТЭ116 (две секции)	496000	23,5	276	100	797000	36	12
электровозы	ВЛ8 (две секции)	456150	43,3	184	100	595450	28	8
	ВЛ10 (две секции)	451250	46,7	184	100	614100	33	8
	ВЛ11 (три секции)	676900	46,7	276	100	921200	50	12
	ВЛ60К (одна секция)	361000	43,5	138	100	487350	21	6
	ВЛ80Р (две секции)	502300	43,5	192	100	677650	33	8

---

Основное удельное сопротивление локомотива в Н/кН в зависимости от скорости V в режиме тяги (при движении под током) определяют по графикам w^/_o= , приведенным в /3/. Основное удельное сопротивление локомотивов (Н/кН), для которых графические зависимости w = отсутствуют, следует подсчитывать по формуле
w^/_o = 1,9 + 0,01V + 0,0003V². (7)

а вагонов на подшипниках качения

; (8)
w^//_04c – oсновное удельное сопротивление четырехосных грузовых вагонов на подшипниках скольжения, Н/кН:

; (9)
w^//₀₆ – основное удельное сопротивление шестиосных грузовых вагонов, Н/кН:
; (10)
w^//₀₈ – основное удельное сопротивление восьмиосных грузовых вагонов, Н/кН:
. (11)
Здесь q_4, q₆, q₈ – вес, приходящийся на одну колесную пару соответственно четырехосного, шестиосного и восьмиосного вагона, тс/ось,
; ; , (12)
где q₄, q₆, q₈ – вес соответственно четырехосного, шестиосного и восьмиосного вагона, тс.

Вычисленный по формуле (6) вес состава округлить до величины, кратной 50 тс.
5. Для проверки веса состава по длине приемоотправочных путей, необходимо определить число вагонов в составе, длину поезда и сопоставить эту длину с заданной длиной приемоотправочных путей станции.

Число вагонов в составе определяют по следующим формулам:

- для четырехосных

---

; (13)
- для шестиосных

; (14)

- для восьмиосных

. (15)

Число вагонов, полученное по формулам (13), (14), (15), округляют до целого числа и подсчитывают число осей в составе:

, (16)

и длину состава находим по формуле
, (17)
где l₄, l₆, l₈ – длины грузовых вагонов, принимаются равными: l₄ = 15 м, l₆ = 17 м, l_в = 20 м. Длина поезда определяется суммированием

, (18)

где l_л – длина локомотива, м;

10 м – запас длины на неточность установки поезда.

Проверка возможности установки поезда на приемоотправочных путях выполняется по соотношению

, (19)
где L_поп – длина приемоотправочных путей, м.

Если длина поезда меньше или равна длине приемоотправочных путей станций заданного участка, то вес состава не корректируют – делают вывод о том, что вес состава уменьшать не надо.

Если же вычисленная длина поезда получилась больше длины приемоотправочных путей, указанной в задании, то вес состава уменьшается так, чтобы длина поезда равнялась длине приемоотправочных путей на раздельных пунктах.

Уменьшение веса состава проводится за счет уменьшения числа четырехосных вагонов.

Принятый для дальнейших расчетов вес состава округлить до величины, кратной 50 тс.

6. Проверка рассчитанного веса состава на возможность надежного преодоления встречающегося на участке короткого подъема с крутизной, больше расчетного с учетом использования кинетической энергии, накопленной на предшествующих «легких» элементах профиля, выполняется аналитическим способом. При этом используют расчетное соотношение
, (20)

где V_н – скорость в начале проверяемого подъема (не выше конструкционной скорости заданного локомотива);

---

V_к – скорость в конце проверяемого подъема. Эта скорость должна быть не менее расчетной, т. е. должно быть выдержано условие V_к>V_р. В курсовой работе рекомендуется принимать V_к – V_р.

Удельную силу в пределах выбранного интервала изменения скоростей принимают равной удельной силе при средней скорости интервала, т. е. в формулу
(21)
подставляют значения F_к, w₀^/ и w₀^//, определенные по среднему значению скорости рассматриваемого интервала:

.
Значение силы тяги F_к для средней скорости V_ср определяют по тяговой характеристике локомотива /3/.

Для того же среднего значения скорости определяют основное удельное сопротивление w'₀ локомотива по графикам в /3/ или по формуле (7), основное удельное сопротивление состава w^// _o – по формуле (8) с использованием формул (9)–(11).

Если полученное по формуле (20) расстояние больше или равно длине проверяемого подъема S_пр

S = S_пр, (22)
то на этом проверка заканчивается, и делают вывод о том, что при рассматриваемом весе состава Q поезд надежно преодолевает проверяемый подъем, крутизной больше расчетного, с учетом использования накопленной к началу элемента кинетической энергии. Если же путь S, который может быть пройден за счет разгона, окажется короче длины проверяемого подъема S_пр, то необходимо уменьшить вес состава на 100 тс и расчеты по проверке веса состава повторить снова. Уменьшение веса состава и последующий проверочный расчет следует производить до тех пор, пока не будет выдержано условие (22).

7. Проверка рассчитанного веса состава на трогание с места на раздельных пунктах заданного участка выполняется по формуле
, (23)
где F_ктр – сила тяги локомотива при трогании состава с места, Н (см. табл. 3);

i_тр – крутизна наиболее трудного элемента на раздельных пунктах (станциях) заданного участка, ‰ (в сторону движения);

w_тр – удельное сопротивление поезда при трогании с места (на площадке), Н/кН;

---

Смотрите также файлы

• Исследование на имитационной модели простой телефонной системы.docx

• Лабораторная работа 13. Процедуры и функции.docx

• Президент Российской Федерации В. В. Путин убежден в том, что без зрелого гражданского общества невозможно эффективное решение.docx

• Программа среднего профессионального образования 40. 02. 01. Право и организация социального обеспечения соо дисциплина История государства и права Практическое задание 5.doc

• Методические указания для выполнения контрольных работ (для заочной формы обучения).docx