Вывод формулы основного средневзвешенного удельного сопротивления вагонного состава

Содержание

Введение ……………………………………………………….

1. Вывод формулы основного средневзвешенного удельного сопротивления вагонного состава ………………………………

1.1Построение расчетно-тяговой характеристики для заданного типа локомотива ………………………………………………………..

2. Расчет массы и длинны состава …………………………………

3. Расчет построением ………………………………………………

4.1 Расчет удельных сил в режиме тяги …………………………

4.2 Расчет удельных сил в режиме холостого хода …………….

4.3 Расчет удельных сил в режиме торможения ………………..

5. Проверка массы состава на трогание с места ……………………

6. Решение тормозной задачи и определение мах допустимых скоростей по тормозам …………………………………………………………..

7. Построение кривой скорости методом МПС ……………………

8. Определение времени хода поезда ………………………………

Заключение ……………………………………………………….

Введение

Одним из основных разделов курса «Проектирование железных дорог» является тяговый расчет, раскрывающий законы поступательного движения поезда по рельсовой колее. Тяговые расчеты основываются на общем законе теоретической механики и учитывают сложную взаимосвязь различных факторов при движении поезда, цело комплекса эмперических зависимостей, выявляемых экспериментальным путем.

В разделе « Тяговые расчеты» изучаются:

- силы, действующие на поезд и зависимость их от главных факторов;

- связь между этими силами и ускорением поезда, а так же скоростью, пройденным расстоянием и временем;

- метод решения ряда задач, связанных с движением поезда и работой локомотива;

- условия наиболее выгодного регулирования и использования локомотивов.

Тяговые расчеты широко применяются для решения целого комплекса вопросов, возникающих как при эксплуатации ж.д. линий, так и при проектировании новых.

1.
Вывод формулы основного средневзвешенного удельного сопротивления состава вагонов.

Основное удельное сопротивление движению различных единиц подвижного состава определяется по эмпирическим формулам или графическим зависимостям, которые получены при специальных испытаниях подвижного состава и обобщении практического опыта его эксплуатации.

Согласно ПТР, основное удельное сопротивление грузовых вагонов определяется по формуле:

кгс/тс (1.1)

где n - скорость движения, км/ч.

q0
– нагрузка на ось вагона, т/ось.

A, b, c, d – эмпирические коэффициенты, зависящие от типов вагонов и конструкции ходовых частей.

Значение «к» для 4-х и 6-и-осных вагонов на роликовых подшипниках и подшипников скольжения:

Обычно поезда формируются из вагонов разных категорий, поэтому необходимо определять средневзвешенное удельное сопротивление вагонного состава . При наличии в составе 4-,6-осных вагонов величина определяется по формуле:

(1.2)

где - коэффициент использования грузоподъемности

При наличии в составе 4-,6-осных вагонов величина определяется по формуле:

(1.3)

где - удельное сопротивление 4-,6-осных вагонов в составе по количеству (в долях единицы).

- вес вагона брутто, т/ось.

Вес вагона брутто будем определять по формуле:

(1.4)

где - тара, т.

- грузоподъемность, т.

- коэффициент использования грузоподъёмности вагона.

т/ось.

т/ось.

Определяем нагрузку на ось вагона, т/ось, по формуле:

(1.5)

где n – число осей в вагоне.

т/ось.

т/ось.

Теперь вычисляем величину β(
i
)
:

Делаем проверку:

проверка сходится.

После всех проделанных вычислений, нам нужно вывести формулу основного средневзвешенного удельного сопротивления вагонного состава:

Для построения кривой удельного сопротивления составляем таблицу 1.1

Таблица 1.1 – зависимость от .

	0	10	20	20,5	30	40	50	60	70	80	90	100
2	0	100	400	420,25	900	1600	2500	3600	4900	6400	8100	10000
	1,096	1,16	1,24	1,25	1,35	1,48	1,64	1,82	2,03	2,26	2,51	2,79

Рис. - 1.1 График зависимости = f ()

1.1 Построение расчетно-тяговой характеристики для заданного типа локомотива (ТЭ3).

Для всех локомотивов, эксплуатируемых на ж/д РФ. В правилах тяговых расчетов приводятся полные тяговые характеристики. Что бы построить расчетную тяговую характеристику, необходимо из полной характеристики выбрать лишь одну, которая соответствует расчетному значению коэффициента ослабления магнитного поля. После построения этой кривой необходимо построить кривые ограничения силы тяги по сцеплению и максимальному току двигателей TЭ3.

Таб 2.1 – расчетные характеристики для тепловоза ВЛ8.

	0	10	20	20,5	30	40	50	60	70	80	90	100
Fк	58200	58200	41310	40400	27160	20540	16580	13680	11400	9450	7660	6000

Fк
(р)
= 40400 (кгс)

р
= 20,5 км/ч

Р = 254 т

Fк(тр)
= 58200 (кгс)

Lлок
= 34 м.

Рис 2.1 - тяговые характеристики тепловоза ТЭ3 с глубоким ослаблением поля на 16-м положении.

2.
Расчет массы и длинны состава.

При проектировании новых ж/д. вес состава определяется из условия равномерного движения поезда с расчетно-минимальной скоростью на руководящем подъеме iр.
Исходя из этого условия, вес поезда брутто определяется по формуле:

(2.1)

где - расчетная сила тяги локомотива при расчетно-минимальной скорости, кгс;

Р – расчетный вес локомотива, тс;

- основное удельное сопротивление локомотива при движении в режиме тяги с расчетной скоростью, кгс/тс;

- средневзвешенное удельное сопротивление состава при движении с расчетно-минимальной скоростью кгс/тс.

кгс/тс

кгс/тс

при i=9 т

при i=6 т

при i=3 т

строим график зависимости Q от руководящего уклона ip
, т.е. Q = f(ip
),

рис. 2,1

Рис. 2,1 - график зависимости Q = f(ip
)

Так же нам нужно построить, график зависимости длинны состава ln
от руководящего уклона ip
, т.е. график ln
=φ(ip
).

Для этого определяем длину поезда по отношению:

м (2.2)

где - длинна локомотива, м;

n4
и n6
– количество 4- и 6-осных вагонов;

l4
и l6
– длина 4- и 6-осных вагонов;

10 – запас на точность остановки поезда.

Количество вагонов определяется по формуле:

(2.3)

при Q = 3700; ip
= 9 n4
= 26 n6
= 13

м

при Q = 5300; ip
= 6 n4
= 37 n6
= 18

м

при Q = 9200; ip
= 3 n4
= 65 n6
= 32

м

На основании выполненных расчетов строим график зависимости ln
= φ(ip
), рисунок 2.4

Рисунок – 3.2 график зависимости ln
= φ(ip
).

4. Расчет построения диорамы удельных равнодействующих усилий.

Обычно все графики зависимостей: ; ; ; строятся на одной координатной системе, на одном рисунке (4.1).

1. Расчет удельных сил в режиме тяги.

Для определения ускоряющих сил при езде под тягой по прямому горизонтальному типу таблица 4.1 заполняется следующим образом:

- в графу 1 записываются скорости движения поезда от 10 до 100 км/ч, а так же nр
и скорости, соответствующие переломам кривой Fк
=f(n);

- в графу 2 вносятся значения силы тяги локомотива Fк
, взятые из расчетной тяговой характеристики;

- в графе 3 записываются значения основного удельного сопротивления локомотива при езде под тягой;

- в графе 4 вписываем значение полного основного сопротивления локомотива ;

- в графе 5 приводятся средневзвешенного основного удельного сопротивления состава взятые из таблицы;

- в графе 6 – значения полного сопротивления состава ;

- в графе 7 – полного сопротивления движения поезда ;

- в графе 8 значения полных равнодействующих сил Fк
-W ;

- в графе 9 - значения удельных равнодействующих сил при движении поезда на площадке под тягой.

По данным графы 9 строим график , который изображен на рисунке 4.1 принимаем Р=254 Q=3700

Таблица 4.1 – расчет удельных сил в режиме тяги.

n	Fк	w0 ’	w0 ’ P	w0 ”	w0 ” Q	w0 ’ P+w0 ” Q	Fк -W0
0	60700	1.9	350	0.998	3293	3643	57057	16.38
10	51000	2.03	374	1.06	3498	3872	47128	13.53
20	49000	2.22	408	1.14	3762	4170	44830	12.87
30	48100	2.47	454	1.25	4125	4578	43521	12.49
40	47500	2.78	512	1.38	4554	5066	42434	12.18
43.3	46500	2.89	532	1.43	4719	5251	41249	11.84
50	40300	3.15	580	1.54	5082	5662	34638	9.94
60	25300	3.58	659	1.72	5676	6335	18965	5.44
70	16000	4.07	749	1.92	6336	7085	8915	2.56
80	11600	4.62	850	2.15	7095	7945	3655	1.05
90	8800	5.23	962	2.40	7920	882	-82	-0.02
100	6800	5.9	1086	2.68	8844	9930	-3130	-0.90

4.2. Расчет удельных сил в режиме холостого хода.

Для определения замедляющих сил при езде без тока по прямому и горизонтальному участку пути заполняется в форме таблицы 4.2. , которая заполняется следующим образом:

1. Записываются скорости движения поезда;

2. Результат удельного сопротивления;

3. Полное основное сопротивление локомотива при движении без тяги Wx
=wx <

br />P кгс;

4. Полное сопротивление состава W0
”
, заполняется по данным графы 6 таб. 4.1.;

5. Полное сопротивление поезда при движении без тяги W0
x
=Wx
+W0
x
;

6. Значения удельных равнодействующих сил при движении по площадке без тяги.

По данным графы 6 строится график w0x
=f(n), который приведен на рисунке 4.1.

Таблица 4.2 – Расчет удельных сил в режиме холостого хода.

n	wx	wx P	w0 ” Q	wx P+w0 ” Q	w0 x
0	2.4	442	3293	3735	1.42
10	2.5	468	3498	3958	1.51
20	2.8	508	3762	4277	1.63
30	2.85	560	4125	4649	1.77
40	3.0	626	4554	5106	1.94
43.3	3.4	650	4719	5345	2.03
50	3.8	703	5082	5781	2.20
60	4.3	795	5676	6467	2.50
70	4.9	899	6336	7238	2.75
80	5.5	1016	7095	8107	3.08
90	6.2	1145	7920	9061	3.45
100	7.0	1288	8844	10132	3.85

2. Расчет сдельных сил в режиме торможения.

Для определения удельных тормозных сил заполняется таблица 4.3. следующим образом:

1. Заполняется по данным графы 1 таблицы 4.1.

2. Заполняется по данным графы 6 таблицы 4.2.

3. Считается по формуле:

Где Кр
– расчетная сила нажатия тормозных колодок на оси (Кр(4)
=6; Кр(6)
=7)

4. Подсчитывается по формуле:

(4.2)

где φкр
– расчетный коэффициент трения тормозных колодок.

5. Значение удельной тормозной силы поезда по формуле:

BT
=1000 × φкр
× nр
(4.3).

где nр
– расчетный тормозной коэф. Состава.

6. Значение удельных сил при экстренном торможении

w0x
+bT
кгс/тс (4.4)

по данным граф 6 и 7 строим графики зависимости , на рисунке 4.1.

Таблица 4.3. – Расчет удельных сил в режиме торможения.

n	w0x	u	φкр	BT0 =1000u×φкр
0	1.42	0,42	0,27	113,4	114,82	58,12
10	1.51		0,20	83,16	84,67	43,09
20	1.63		0,16	68,04	69,67	35,65
30	1.77		0,14	58,97	60,74	31,25
40	1.94		0,126	52,92	54,86	28,40
43,3	2.03		0,122	51,34	53,37	27,70
50	2.20		0,116	48,60	50,80	26,50
60	2.50		0,108	45,36	47,86	25,18
70	2.75		0,102	42,84	45,59	24,17
80	3.08		0,097	40,82	43,90	23,49
90	3.45		0,093	39,17	42,62	23,04
100	3.85		0,090	37,80	41,65	22,75

3.
Проверка массы состава на трогание с места.

Вес состава, который определяется из условия движения поезда с расчетной скоростью на руководящем подъеме i=9%0
, должен быть проверен по условиям трогания с места на остановочных пунктах. Максимальный вес, который может быть тронуто с места, определяется по формуле:

(3.1)

где Fк(тр)
– сила тяги локомотива при троганье состава с места, кгс.

wтр(ср)
– средневзвешенное удельное сопротивление состава при троганье с места на площадке, кгс/тс, определяется по формуле:

а) при роликовых подшипниках:

кгс/тc (3.2)

кгс/тc

б) при подшипниках скольжения:

кгс/тc

кгс/тc

Средневзвешенное удельное сопротивление состава при трогании с места на площадке (при подшипниках скольжения):

кгс/тc

Теперь подсчитываем вес при i = 0%0
; 1,5%0
; 2,5%0
.

при i = 0%0
(тс) > Q =3700 тс

при i = 1,5%0
(тс) > Q =3700 тс

при i = 2,5%0
(тс) > Q =3700 тс

Вывод: Qтр
> Q, следовательно, при данных крутизнах уклонов на раздельных пунктах трогание с места обеспечено.

Решение тормозной задачи и определение максимально-допустимых скоростей по тормозам

Решение тормозной задачи производится расчетно-графическим способом и удельные силы рассматриваются в режиме экстренного торможения.

Рекомендуются следующие масштабы:

Удельные силы: 1 кгс/тс = 1 мм

Скорость: 1 км = 1 мм

Пути : 1 км = 120 мм

Не трудно убедиться, что эти масштабы удовлетворяют условию

Рядом с кривой строится на одном чертеже кривая скорости при торможении n = f (S) и кривая пути подготовки к торможению Sn
= f (n)

Пересечение этих кривых дает точку К, ордината которой определяет допустимую скорость по тормозам на расчетном значении уклона.

Кривая n = f (S) строится слева от начала координат на основе диаграммы замедляющих сил при экстренном торможении для середины поезда.

В соответствии с заданием кривую n = f (S) строят для трех уклонов i = 0; ; i = -ip
.

Кривая n = f (S) строится из точки N, положение которой определяется величиной расчетного торможения пути.

ST(p)
= Sq
+ Sn
(6.1)

где Sq
– величина действующего пути торможения,

Sn
– величина пути подготовки к торможению.

Величина S1
устанавливается МПС в зависимости от уклона. При уклонах ³ 6%0
ST
= 1200 м при < 6%0
ST
= 1000 м.

Путь подготовки к торможению определяется по формуле:

м (6.2)

где - время подготовки к торможению, с.

Время подготовки к торможению определяется по следующей формуле:

(6.3)

где i – уклон участка;

bт
– значение удельных тормозных сил.

i = 0; i = - 7; i = - 14.

Кривая Sn
= f (n) так же строится для i = 0; ; i = -ip
.

i = 0%0

i = -6%0

i = -12%0

Строим график зависимости скорости движения и времени хода поезда на рисунке 6.1.

5.
Построение кривой скорости методом МПС.

При построении кривой скорости следует учитывать, что скорость для каждого спуска не должна превышать наибольшую допустимую по условиям торможения. Построение начинают со скорости n = 0 с интервалом 10 км/ч. В конце каждого элемента профиля последний интервал скорости приходится подбирать, так как он как правило, не получается кратным 10 км/ч.

При этом соблюдается соотношение , мм.

После того как выбраны масштабы, в средней части листа вычерчивается в масштабе пути сетка приведенного продольного профиля в одном и другом направлениях. На каждом элементе указывается направление уклона, его длина и величина.

Начальная и конечная точки профиля считаются осями раздельных пунктов. Для удобства построения кривой n = f (S) следует через точки переломов профиля повести вертикальные пунктирные линии.

На график наносятся линии ограничения скорости по тормозам, найденные по графику для соответствующих уклонов. Затем начинают строить кривую n = f (S), принимая за начало координат уклон в тысячных со своим знаком, если на первом элементе площадка, то для кого начала координат будет в точке «0». Поезд трогается раздельного пункта, на котором была остановка, поэтому начальная скорость равна нулю.

Первый луч проводится в начале координат к точке на кривой , соответствует следующей середине интервала скорости, т.е. 5 км/ч.

Второй интервал принимается от 10 до 20 км/ч и т.д. При переходе на следующий элемент профиля необходимо изменить полюс построения, перенеся в точку его оси диаграммы равнодействующих сил, соответствующую приведенному уклону нового элемента с учетом его знака.

На затяжных спусках для упрощения кривой скорости в соответствии с ПТР разрешается строить её в виде горизонтальной линии, проведенной ниже допустимой скорости на величину D
n.

6.
Определение времени хода поезда.

После построения кривой скорости определяется время хода поезда. Наиболее распространенные – построения кривой времени в функции пути по Лебедеву и определение времени хода при помощи треугольника Дегтерёва.

Кривая времени строится одним из методов на основе кривой скорости в направлении «туда и обратно» на том же чертеже. Кривая t = f(S) плавно возрастает, поэтому в целях сокращения размеров чертежа её обрывают, когда ордината времени достигает 10 мин. и сделав сноску продолжают из неё построение. При построении кривых времени принять масштаб времени 1 мин = 10мм – t, тогда значение D = 30 мм.

Список используемых источников:

1. Правила тяговых расчетов для поездной работы – Транспорт, 1969 г.

2. Определение скорости и времени хода поезда Р. И. Панов, А. Х. Усенов, Ростов-на-Дону 1989 г.

3. Горинов А. В., Кантор И. И. – Изыскания и проектирование ж.д. – Транспорт, 1979 г.