Системы управления электроподвижным составом 1

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Электрическая тяга»

Курсовой проект

По дисциплине: «Теория электрической тяги»

На тему:

«Тяговые расчеты поездной работы на электрифицированном участке»

Проверил:

Выполнил:

Екатеринбург 2006

Содержание

Введение

1. Исходные данные и задание на курсовой проект

2. Анализ исходных данных и выбор расчетного подъема

3. Расчет массы состава и ее проверка

4. Построение диаграммы удельных результирующих сил поезда

5. Тормозная задача

6. Построение кривых движения поезда

7. Построение кривых тока тягового двигателя и электровоза

8. Расчет нагревания тяговых двигателей

9. Расчет полного и удельного расхода электроэнергии

Список использованных источников

1 Исходные данные.

1.1 Индивидуальные исходные данные

1.1.1 Электровоз ВЛ-8. Профиль № 10 (таблица 1.1.).

1.1.2 Вагонный состав поезда

Доля (по массе) восьмиосных ( ) и четырехосных ( ) вагонов в составе поезда:

= 0,02·N, (1.1)

= 0,02·10 = 0,2

где N – порядковый номер студента по списку.

= 1 - (1.2)

= 1 – 0,2 = 0,8

Масса в тоннах, приходящихся на ось колесной пары, соответственно:

m₀₈ = 6,5 + 0,5·N, (1.3)

m₀₈ = 6,5 + 0,5·10 = 11,5 т.

m₀₄ = 7,5 + 0,5·N. (1.4)

m₀₄ = 8,5 + 0,5·10 = 13,5 т.

1.1.3 Направление движения –нечетное.

1.2 Общие данные

1.2.1 Участок А-Б-В имеет звеньевой путь.

1.2.2 Расположение осей станционных путей следующее:

– ось станции А расположена в начале первого элемента;

– ось станции Б расположена в середине элемента № 13;

– ось станции В расположена в конце последнего элемента.

1.2.3 Длина станционных путей – 1250 м.

1.2.4 Допустимая скорость движения по состоянию путей:

– по перегонам………..80 км/ч;

– по станциям…………60 км/ч.

1.2.5 Допустимый тормозной путь при экстренном торможении –1200 м.

1.2.6 Расчетный тормозной коэффициент поезда – 0,33.

1.2.7 Тормозные колодки – чугунные.

Таблица 1.1 – Продольный профиль и план пути участка А-Б-В

2. Анализ исходных данных и выбор расчетного подъема

2.1. Основные данные электровоза

Таблица 2.1

Основные технические данные и характеристики электровоза.

Таблица 2.2 – Тяговые характеристики электровоза ВЛ – 8.

Таблица 2.3

Токовые характеристики электровоза ВЛ – 8 в режиме тяги.

Таблица 2.4 – Токи электровоза ВЛ – 8 в период пуска и разгона.

Таблица 2.5 – Тепловая характеристика ТЭД НБ-406, электровоза ВЛ – 8.

2.2. Расчет и построение ограничений характеристик

Сила сцепления в режиме тяги F_сц , кН, определяется по выражению:

F_сц = 9,81·m_э ·ψ_к , (2.1)

где, m_э – масса электровоза.

ψ_к – расчетный коэффициент сцепления.

Расчетный коэффициент сцепления определяется:

ψ_к = 0,25+8/(100+20·v) (2.2)

Сила сцепления электровоза при рекуперативном торможении В_сц , кН, принимаем равной 0,8 F_сц .

Таблица 2.6 – Ограничение характеристик по силе сцепления.

2.3. Анализ продольного профиля пути

В курсовом проекте предполагается массу состава определить из условия движения с равномерной скоростью по расчетному подъему, но надежного метода выбора расчетного подъема нет, поэтому правильность определения расчетного подъема устанавливается при построении кривой скорости движения.

Если длина труднейшего подъема, характер прилегающих к нему элементов профиля пути и расположение остановочных пунктов позволяют предположить, что этот подъем не может быть преодолен с использованием кинетической энергии поезда, то такой подъем следует принимать расчетным.

По данным таблицы 1.1. выбираем три наиболее крутых подъёма:

- элемент 7, i = 8,0 ‰

- элемент 10, i = 10,0 ‰

- элемент 20, i = 10,0 ‰

За расчетный принимаем подъем на элементе 10.

Ось станции А расположена на уклоне i = -0,3 ‰ ось станции Б расположена на подъеме i = 0,4 ‰, ось конечной станции В на подъеме, где i = 0,2 ‰.

Самый крутой спуск на участке элемент 17, i = -12,0 ‰.

3. Расчет массы состава и ее проверки

3.1. Расчет критической массы состава

Критическая масса состава m_{с кр} , т, определяется по мощности электровоза из условия движения поезда по расчетному подъему с установившейся (равномерной) скоростью и при работе электровоза в расчетном режиме

(3.1)

где Fкр – расчетная сила тяги электровоза, Н;

g – ускорение свободного падения, м/с² ;

w_о ^’ – удельное основное сопротивление движению электровоза при езде под током, Н/кН;

i_р – расчетный подъем, ‰;

w”_о – удельное основное сопротивление движению состава, Н/кН.

Примечание. За расчетный подъем принимают один из наиболее крутых и один из наиболее длинных по протяженности подъемов, перед которым отсутствуют достаточно легкие элементы профиля пути. Последнее дает основание предположить, что этот подъем не может быть преодолен с использованием кинетической энергии движения поезда. Из вышесказанного следует, что надежного метода выбора расчетного подъема нет. Поэтому правильность определения расчетного подъема может быть установлена только после построения кривой скорости движения поезда и оценки проследования выбранного подъема.

Для всех серий электровозов величину w_о ^’ рассчитывают по формуле

w_о ^’ = 1,9 + 0,01V + 0,0003V² , (3.2)

где V – скорость движения, км/ч.

Для состава, сформированного из четырехосных и восьмиосных вагонов, величину w_о ^” рассчитывают по формуле

(3.3)

где w_о4 ^” – удельное основное сопротивление движению четырехосных вагонов, Н/кН;

w_о8 ^” – удельное основное сопротивление движению восьмиосных вагонов, Н/кН.

Удельное основное сопротивление движению груженых четырехосных и восьмиосных вагонов определяют по формулам:

, (3.4)

(3.5)

где m₀₄ , m₀₈ – масса приходящихся на одну ось четырехосного и восьмиосного вагона соответственно, т.

При расчете массы состава, величины w_о ^’ , w_о ^” определяют при V = V_р

Тогда, проведя расчет по формулам (4.1) – (4.5) получим:

w_о ^’ = 1,9 + 0,01·43,3 + 0,0003·43,3² = 2,90 Н/кН

Тогда

3.2 Проверка критической массы состава по условию взятию поезда с места

Критическая масса состава должна быть меньше массы m_с.тр , полученной по формуле

(3.6)

где m_с.тр – масса состава по условию взятия поезда с места, т;

F_к.тр – сила тяги электровоза при трогании поезда с места, Н;

w_тр – удельное основное сопротивление движению состава при трогании поезда с места, Н/кН;

i_тр – уклон станционного пути, на котором происходит трогание поезда с места, ‰.

Основное удельное сопротивление движению при трогании поезда с места для вагонов на роликовых подшипниках определяется по формуле

W_{тр i} = 28 / (m_oi + 7), (3.7)

где m_{о i} – масса, приходящаяся на ось вагона i-того типа, т.

Для состава из четырехосных и восьмиосных вагонов w_тр определяют по выражению

w_тр = a₄ ×w_тр4 + a₈ ×w_тр8 , (3.8)

Очевидно, критическая масса состава проверяется на взятие поезда с

места на остановочном пункте с наиболее тяжелым профилем пути.

Произведя расчеты по формулам (4.6) – (4.8) получим:

W_тр4 = 28 / (11,5 + 7) = 1,51 Н/кН

W_тр8 = 28 / (13,5 + 7) = 1,37 Н/кН

w_тр = 0,8×1,51 + 0,2×1,37 = 1,48 Н/кН

Полученная масса состава значительно превышает то значение m_с , которое было получено по формуле (3.1). Это удовлетворяет условию проверки.

3.3 Проверка массы состава по размещению на станционных путях

Длина поезда не должна превышать полезной длины приемоотправочных путей на участках обращения данного поезда (с учетом допуска 10 м на установку поезда).

Длина поезда l _п , м, определяется по формуле

l _п = l _с + n_л × l _л + 10, (3.9)

где l _с - длина состава, м;

n_л - число локомотивов.

Длина состава определяется по формуле

l _с = S(n_i × l _i ), (3.10)

где n_i - количество вагонов i -го типа в составе;

l _i - длина вагона i -го типа, м.

В курсовом проекте принять l ₄ = 14 м, l ₈ = 21 м.

Количество вагонов определяется по выражению

n _i = a_i × m _с / m _i , (3.11)

где a_i - доля вагонов i -го типа (по массе);

m _i - масса одного вагона i -го типа, т.

Масса вагона определяется по числу осей и осевой нагрузке.

Тогда по формулам (3.9) – (3.11) получаем:

n ₄ =

n ₈ =

l _с = (66×14)+ (7×21) = 1071,00 м.

l _п = 1071,00 + 28 ×1 + 10 = 1109,00 ≈ 1110 м.

Данная проверка массы состава по размещению на станционных путях выполнена, т.к. полученная величина l _п менее длины станционных путей 1250 м по условию задания.

4. Расчет и построение зависимостей удельных результирующих сил поезда от скорости движения.

Для получения в дальнейшем кривых движения поезда графическим способом необходимо предварительно рассчитать удельные результирующие силы, действующие на поезд при движении его по прямому и горизонтальному участку пути. При этом удельные результирующие силы поезда рассчитывают и строят на графике в зависимости от скорости движения для всех трех возможных режимов ведения поезда: тяги – f_т (V), выбега – f_в (V), служебного механического торможения – f_сл..т (V). Совместное графическое изображение этих зависимостей принято называть диаграммой удельных результирующих сил поезда.

В тяговом режиме

f_т = f_к - w_о , (4.1)

в режиме выбега

f_в = -w_ох , (4.2)

в режиме экстренного торможения

f_э.т. = - (b_т + w_о ) (4.3)

в режиме служебного механического торможения

f_сл.т = - (0,5b_т + w_ох ), (4.4)

где f_к - удельная сила тяги, Н/кН;

w_о - удельное основное сопротивление движению поезда при работе электровоза под током, Н/кН;

w_ох - удельное основное сопротивление движению поезда при работе электровоза без тока, Н/кН;

b_т - удельная тормозная сила при механическом торможении, Н/кН.

В свою очередь

w_о = (m_л × w_o  + m_c × w_о  ) / (m_л + m_c ), (4.5)

w_ох = (m_л × w_x + m_c × w_о  ) / (m_л + m_c ), (4.6)

f_к = F_к / [( m_л + m_c ) × g], (4.7)

b_т = 1000j_кр × u_р ; (4.8)

где w_х - удельное основное сопротивление движению электровоза при

работе его без тока, Н/кН;

F_к - сила тяги электровоза, Н;

j_кр - расчетный коэффициент трения колодок о бандаж;

u_р - расчетный тормозной коэффициент поезда.

Для всех серий электровозов

w_х = 2,4 + 0,011V + 0,00035V² . (4.9)

Для чугунных тормозных колодок

j_кр = 0,27(V + 100) / (5V + 100). (4.10)

Расчет значений удельных сил поезда выполняют для ряда скоростей движения с интервалом 10 км/ч в диапазоне от нуля до конструкционной скорости.

В диапазоне скоростей движения от нуля до скорости выхода на характеристику полного возбуждения ПВ силу тяги принимают равной силе сцепления.

Сопротивление движению электровоза и состава при скоростях от 0 до 10 км/ч принимают неизменным и равным его величине при скорости движения 10 км/ч.

Таблица 4.1 – Удельные сопротивления движению электровоза и состава в различных режимах работы.

Таблица 4.2 – Результаты расчета (тяговый режим)