Силы, действующие на поезд.

Содержание

1. Введение

2. Сила, действующая на поезд и правило знаков

3. Исходные данные

3.1. Режим тяги

3.2 Режим холостого хода

3.3. Режим торможения

4.Спрямление профиля

5. Построение к4ривой скорости

6. Построение кривой времени

7. Определение режимов движения

8. Построение кривой силы тока

9. Определение расхода электроэнергии.

9. Решение тормозной задачи

10. Литература

11. Приложение

Введение

Целью тяговых расчетов является изучение сил. Действующих на поезд, законов его движения, методов определения скоростей движения, времени хода и других показателей. Влияющих на оценку и выбор проектного решения.

Для того , чтобы правильно произвести эти расчеты и решить другие задачи проектирования железных дорог нужно располагать аналитическими методами, позволяющими определить массу поезда при известном продольном профиле и заданном локомотиве, скорости движения и времени хода поезда. Расход электрической энергии при электрической тяге или дизельного топлива при тепловой тяге. Все эти методы объединяются общим названием – тяговые расчеты, которые базируются на общие положения науки о тяге поездов.

Спецификой тяговых расчетов в проектировании железных дорог является то, что в них основное внимание уделяется тем вопросам. От которых зависит выбор проектного решения и его качества.

Силы, действующие на поезд.

При принятой модели поездов в расчетах должны приниматься силы, которые оказывают влияние на перемещение центра тяжести поезда, и только такие составляющие этих сил, линия действия которых совпадают с линией действия возможного перемещения поезда по рельсовой колее.

Силы на сцепках между вагонами и силы взаимодействия между отдельными частями вагонов в расчетах не учитывают. На поезд могут действовать следующие силы, которые определяют характер его движения :

1. Сила тяжести, создаваемая локомотивом. Машинист может регулировать силу тяги или вовсе выключить ее;

2. Силы сопротивления движению, которые зависят от типа подвижного состава. Скорости движения, уклона по которому идет поезд, наличие кривой в месте расположения поезда. Силы сопротивления движению возникают по объективным причинам и не могут регулироваться машинистом ;

3. Сила торможения – искусственная сила сопротивления движению, которую машинист использует для уменьшения скорости на спусках или для остановки поезда в необходимых местах.

В зависимости от того, какие регулируемые силы используют машинисты, можно различать:

1) Режим тяги – это когда двигатели локомотива включены;

2) Режим холостого хода – двигатели включены, но торможение не осуществляется, и поезд движется под влиянием силы тяжести или по инерции;

3) Режим торможения – двигатели включены, тормозная система включена, в результате чего появляется тормозная сила.

При расчете используют следующее правило знаков:

- Силы, направление действий которых совпадает с направлением движения состава, принимаются «положительными»;

- Силы, направление против движения состава, принимаются «отрицательными»

(–) (+)

В_m(кг) F_т (кг)

(–)W_i W_i (+)

Рисунок 1

При пользовании правила знаков получается что:

- – сила тяжести – положительная;

- – тормозная сила – отрицательная, т.к. она направлена против движения состава;

- W – сила сопротивления – отрицательная, хотя существует исключение: сила сопротивления от уклонов при движении поезда на спуске (W_i) становится положительной, т.е. способствующей движению поезда.

Силы сопротивления бывают тоже двух видов:

1. Основное сопротивление: W₀

2. Дополнительное сопротивление : W_r , W_i , W_t .

W₀– сопротивление, которое испытывает поезд при движении по прямому горизонтальному участку;

W_t – сопротивление от низких температур ( ниже25⁰);

W_i – сопротивление от уклона;

W_r – сопротивление от кривой;

Существует и другое правило знаков, при котором сопротивление считается положительным, когда оно направлено против движения поезда. При этом правиле : подъемы– положительны, а спуски – отрицательны.

Силы, отнесенные к какой – то еденице подвижного состава ( вагону, группе вагонов или поезду в целом), называется полными и измеряются в . Такие силы принято обозначать большими буквами.

Сила, отнесенная к 1 (т*с) веса поезда, называется удельной. Такие силы измеряются в (кг*с/т*с) и обозначаются малыми буквами. Для перехода от полной силы к удельной необходимо значение полной силы разделить на вес подвижного состава, к которому относится эта полная сила. Для поезда, вес которого складывается из веса вагонов Q и локомотива Р, получаем:

- удельная сила тяги: f_т = F_m/P+Q ;

- удельное сопротивление : ;

- удельная тормозная сила: в_т= В_т/Р+Q /

Расчетные значения сил не всегда могут быть определены строго теоретически. В тяговых расчетах широко применяют эмпирические методы определения сил, основанные на специальных испытаниях подвижного состава.

Основные формулы и материалы нормативного характера для тяговых расчетов регламентируются.

Исходные данные.

- локомотив ВЛ – 8;

- доля вагонов в поезде по количеству ,%:

8 – осные – 5,5

4 – осные – 94,5

- тип вагонов – полувагон;

- коэффициент использования подъемной силы вагона:

;

- тип пути: звеньевой;

- тип подшипников у вагонов: роликовые;

- грузоподъемность:

;

- вес тары:

;

- руководящий уклон: i_р = 10.

3.1. Подсчет основного удельного средневзвешенного сопротивления вагонов. Режим тяги.

1. Определение веса вагонов, брутто:

= 22 + 0,85*69 = 80,65 т. (1)

= 43,3 + 0,95*125 = 162.05 т, (2)

где – вес тары восьмиосных и четырехосных вагонов;

– коэффициенты использования подъемной силы вагона;

– грузоподъемность вагонов.

2. Определение нагрузки на ось вагона.

; (3)

. (4)

3. Определение удельного основного сопротивления вагонов.

, т/ось (5)

, т/ось (6)

Расчеты будем проводить при расчетной минимальной скорости для локомотива ВЛ–8: = 43,3 км/ч

=1,296 кг/т ;

=1,27 кг/т;

4. Определение коэффициента соотношения вагонов по весу.

(7)

(8)

5.Определение средневзвешенного удельного сопротивления вагонного состава.

= 0,895*1,296 + 0,105*1,27 = 1,293 кг/т (9)

6. Определение основного удельного сопротивления электровоза.

(10)

7. Определение полного сопротивления состава.

(11)

. (12)

где F_кр– сила тяги (F_кр = 46500 кг*с),ПТР- стр.34, табл. 16;

Р – масса локомотива максимальная (Р = 184 т.), ПТР–стр.15,табл.5;

i_р – руководящий уклон.

8. Определение полного сопротивления локомотива.

(13)

9. Уточнение количества вагонов.

(14)

(15)

10. Уточнение количества вагонов.

Подбираем количество вагонов так, чтобы Q_уточн.Q.

Q_уточн.= n₄*q₄ +n₈*q₈ (16)

а) n₄=44; n₂=3;

Q_уточн.= 44*80,65 + 3*162,05 = 4034,75т. > 3907,493т.

б) n₄=43; n₂=3;

Q_уточн.= 43*80,65 + 3*162,05 = 3954,1т. > 3907,493т.

в) n₄=44; n₂=2;

Q_уточн.= 44*80,65 + 2*162,05 = 3872,2т.< 3907,493т.

Принимаем n₄=44; n₂=2;

11. Определение веса нетто вагонного состава.

(17)

= 2818,1 т.

12. Определение коэффициента соотношения веса нетто к весу брутто.

(проверка выполняется) (18)

13. Определение длины поезда.

, (19)

где =14 м.(полувагоны);

= 20 м.(полувагоны);

м.из ПТР стр.25, табл.12

м.

14. Определение минимальной длины приемоотправочных путей.

(20)

15.Принятая длина приемоотправочных путей.

16. Проверка состава на троганье с места.

,(т) (21)

где F_к.тр.– сила тяги по троганью с места (берется из ПТР, стр.35, табл17),

F_к.тр = 60700 кг*с;

–удельное сопротивлении при трогании с места;

i_тр – уклон на котором происходит трогание с места;

кг/т (22)

кг/т. (23)

кг/т. (24)

Рассмотрим два случая трогания с места

1) i = 0;

т.

2) i = 10;

т.

Проверка: Q_уточн.< Q_тр.

Проверка выполняется в обоих случаях.

Если бы Q_уточн было бы больше Q_тр. , то проводят следующие мероприятия:

- уменьшение веса поезда;

- делают расцепку вагонов;

- просьба дополнительного локомотива;

3.2. Расчет в режиме холостого хода.

1. Определение удельного сопротивления локомотива в режиме холостого хода.

(25)

кг/т

2. Определение полного сопротивления локомотива.

(26)

3. Определение полного сопротивления поезда в режиме холостого хода.

(27)

4. Определение удельной равнодействующей в режиме холостого хода.

3.3 Расчет в режиме торможения.

1. Определение удельной тормозной силы.

(28)

где – коэффициент трения, формула из ПТР, колодки принимаются чугунные:

– тормозной коэффициент;

; (29)

(30)

– сумма расчетных сил на сжатие;

, (31)

где К_р– сила на сжатие на 1 ось, из ПТР стр. 12, для вагонов К_р– 7 тонн на ось

;

2. Удельная равнодействующая всех сил в режиме служебного торможения.

(32)

3. Режим экстренного торможения.

(33)

Все расчетные данные сведены в таблице 1. Аналогично все данные для скоростей с шагом 10 км/ч до конструктивной скорости. Конструктивная скорость берется из ПТР . В моем случае , для ВЛ–8 =80 км/ч. По полученным значениям строится диаграмма удельных равнодействующих сил.

Режим тяги	Режим холостого хода	Режим торможения
, км/ч	F_к, кг	, кг/т	, кг	, кг/т	, кг	W₀= , кг	F_к–W₀,кг	f_к–₀= F_к –W₀/P+Q	, кг/т	, кг	W₀_х=	_0х=W_0x/ P+Q			1000*_кр	В_т	0,5В_т+_0х	В_т+ _0х

		0,87	3381,36	1,9	349,6	3730,96	56969,04	13,9	2,4	441,6	3822,96	0,93	0,27	0,33		89,1	45,48	90,03
		0,92	3594,9	2,03	373,52	3968,42	4703,158	11,49	2,54	467.36	4062,26	0,99	0,198		65,34	33,66	66,33
		1,006	3930,94	2,22	408,48	4339,42	44660,2	10,92	2,76	507,84	4438,78	1,08	0,162		53,46	27,81	54,54
		1,11	4337,32	2,47	454,48	4791,8	43408,2	10,61	3,05	561,2	4898,52	1,197	0,140		46,2	24,297	47,397
		1,245	4864,83	2,78	511,52	5376,35	42423,65	10,37	3,4	625,6	5490,43	1,34	0,126		41,58	22,13	42,92
43,3		1,293	5052,389	2,895	532,68	5585,07	40914,93		3,533	649,98	5702,37	1,41	0,12		39,6	21,2
		1,395	5450,95	3,15	579,6	6030,55	31969,45	8,55	3,83	704,72	6155,67	1,5	0,116		38,28	20,64	39,78
		1,58	6173,84	3,58	658,72	6832,56	18667,44	4,56	4,32	794,88	6968,72	1,7	0,108		35,64	19,52	37,34
		1,78	6955,34	4,07	748,88	7704,22	8295,78	2,03	4,89	899,76	7855,1	1,92	0,102		33,66	18,75	35,58
		2,02	7893,14	4,62	850,08	8473,22	2256,78	0,55	5,52	1015,68	8908,82	2,18	0,097		32,01	18,2	34,19

Таблица 1.

Спрямление профиля

При спрямлении профиля нельзя:

1 Спрямлять станционные площадки с элементами профиля;

2 Спрямлять элементы разных знаков;

3 Спрямлять элементы руководящего уклона с соседними элементами.

При спрямлении профиля пользуются формулами:

(34)

где i_спр– спрямленный уклон;

i – уклоны спрямленных участков;

– длины спрямленных участков;

После определения спрямленного уклона надо сделать проверку:

,м (35)

где - длина одного из участков спрямления;

i₁- уклон этого же участка спрямления;

i_спр - полученный спрямленный уклон;

(условие выполняется)

Если данное условие не выполняется, то следует исключить этот участок спрямления . Проверка делается для каждого участка, который мы хотим спрямить.

Далее мы находим эквивалентный уклон.

(36)

где - сумма углов поворота кривых попадающих на данный участок спрямления;

- длинна спрямленного участка.

= 0,36;

Находим приведенный уклон по следующей формуле:

(37)

Все полученные данные сводятся в таблицу 2.

таблица 2

№ п/п	,м.	i_{действ.}	,м	i_спрямл		i_экв	i_привед
туда	обратно	туда	обратно	туда	обратно

		-1	+1		-1	+1	25⁰	0,36	-0,64	+1,36
		-7	+7		-7	+7			-7	+7
		-2	+2		-2	+2			-2	+2
		+4	-4		+4	-4			+4	-4
		+10	-10		+10	-10			+10	-10
		+5	-5		+5	-5			+5	-5
		-2	+2		-2	+2			-2	+2
		+3	-3			+3,64	-3,64			+3,64	-3,64
		+4	-4
		+1,5	-1,5		+1,5	-1,5			+1,5	-1,5