Основы локомотивной тяги

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Колледж железнодорожного транспорта

УрГУПС

Расчетно-графическая  работа

По  дисциплине

Основы локомотивной тяги

Выполнил:

Студент группы Т-84

Задунаев  Е.А.

Проверил:

Худояров  Д.Л.

 

Содержание

Введение 3

1 Исходные данные и задания на расчетно-графическую работу 7

1.1Общие данные 7

1.2 Индивидуальные исходные данные 7

1.3 Задание 8

2 Содержания курсовой работы 9

2.1 Определение основных технических данных локомотива 9

2.2 Определение расчетной массы состава 10

2.3 Построение диаграммы удельных сил 13

2.4 Определение допустимых скоростей движения поезда на спусках 14

2.5 Построение кривых движения поезда 16

Заключение 19

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 20

 

Введение

Тяга поездов — прикладная наука, изучающая комплекс вопросов, связанных с теорией механического движения поезда и работой локомотивов. В теоретической части данная наука основана на физических законах, а в прикладной части — на результатах испытаний подвижного состава (локомотивов и вагонов) и обобщения опыта их эксплуатации.

Как наука, тяга поездов состоит из четырёх взаимосвязанных  разделов:

• теории тяги – решает вопросы эффективной эксплуатации железных дорог, рассчитывает параметры вновь проектируемых линий, участков, переводимых с одного вида тяги на другой;
• тяговые расчеты – рассматривает условия движения поезда и решает задачи, связанные с определением сил, действующих на поезд, и законов движения поезда под воздействием этих сил;
• тспытнания подвижного состава – служат для определения и проверки основных данных локомотивов, необходимых для нормирования веса поезда и тяговых расчётов;
• техника вождения поездов

Объектом  изучения являются основные закономерности, которые едины для различных видов тяги (паровозная, тепловозная, электровозная) и особенности, свойственные каждому из этих видов в отдельности. Непосредственно исследуются следующие параметры:

• природа сил, действующих на поезд (в том числе и сцепление колёс с рельсами)
• процесс образования данных сил и их ограничения
• методы повышения мощности и сил тяги локомотива и тормозных сил, реализуемых в поезде
• режимы управления тягой и регулирования системы тягового электроснабжения
• сопротивление движению подвижного состава и его составных элементов, с целью совершенствования методики тяговых расчётов и изыскания путей сокращения энергетических затрат на перемещение поездов
• действия тормозных сил и способы управления ими

 

Тяговые расчёты  используются:

• при проектировании железных дорог;
• при проектировании подвижного состава;
• при организации эксплуатации локомотивов;
• при организации движения поездов.

Упрощения, используемые при расчётах:

• поезд принимается за материальную точку, условно располагаемую в середине поезда. При вычислениях с использованием ЭВМ масса поезда считается равномерно распределённой по его длине.
• железнодорожный путь в плане считается состоящим из прямых участков и дуг окружностей постоянного радиуса. Длина переходных кривых включается в общую длину криволинейного участка.
• продольный профиль железнодорожного пути считается состоящим из прямолинейных отрезков, расположенных либо горизонтально, либо под углом к горизонту. Наличие между ними сопряжений не учитывается.

Первые основы тяги поездов были заложены ещё в 1813 году англичанином Уильямом Гедли. Это было связано с тем, что самые первые паровозы были не способны тянуть тяжёлые поезда, а вместо этого буксовали на месте. В связи с этим целый многочисленные конструктора стали высказывать сомнения в том, что паровоз с гладкими колёсами на гладких рельсах вряд ли вообще сможет развить сколь либо серьёзную силу тяги. Поэтому предлагались различные варианты привода для рельсовых машин, в том числе с зубчатой рейкой, уложенной вдоль полотна, либо с «ногами». Однако многие владельцы предприятий ясно осознавали бесперспективность большинства таких идей. Среди них был владелец Вайламских копей Кристофер Блакетт, который поручает Уильяму Гедли (тогда главный смотритель на копях) определить, какую же силу тяги способен развить обычный паровоз на гладких рельсах без каких либо дополнительных устройств тяги

В 1814 г. в Англии Уильям Гедли и  Тимоти Гакуорд провели первые опыты  по экспериментальной оценке сил сцепления колёс паровоза с рельсами. В 1818 г. Джордж Стефенсон провёл первые опыты по определению сил сопротивления движению вагонов. В 1825—1830 гг. чешский инженер Франтишек Антонин Герстнер, строивший в Австро-Венгрии конно-рельсовую дорогу, определил, что по рельсам лошадь может перевести в семь раз больший груз, чем по грунтовой дороге.

В 1858 г. профессор Института  Корпуса инженеров путей сообщения  А. Г. Добронравов опубликовал свой труд «Общая теория паровых машин и теория паровозов», где дал уравнение движения поезда и подробно рассмотрел элементы сил сопротивления движению. В 1869 г. профессор М. Ф. Окатов ставил опыты «на скольжение», то есть определял величину силы тяги по сцеплению. В 1877—1879 гг. конструктор паровозов инженер В. И. Лопушинский проводил на разных дорогах опыты по измерению сопротивления движению паровоза и вагонов с применением динамометров.

В 1877 г. профессор Л. А. Ермаков  в своём труде «Определение расходования топлива паровозами» научно разработал основы тяговых расчётов для определения веса состава, времени хода, допускаемой скорости поездов по тормозным средствам, расхода топлива и воды. В 1883 г. Л. А. Ермаков рассмотрел природу сопротивления движению на горизонтальном и прямом пути, на подъёмах и в кривых участках пути.

В 1880 г. инженер А. П. Бородин  в Киевских железнодорожных мастерских создал стенд для испытаний паровозов. Ведущая колёсная пара паровоза типа 1–2–0 отделялась от спаренной и  приподнималась над рельсами, один из бандажей обтачивался под шкив ремённой передачи. Нагрузкой паровозу служило станочное оборудование мастерских. Недостатком стенда было ограничение по нагрузке — 65—70 кВт  при 100 об/мин ведущих колёс, что соответствовало скорости движения 30 км/ч.

В 1889 г. был издан труд профессора Петербургского технологического института Н. П. Петрова «Сопротивление поездов на железных дорогах», в  котором теоретически рассмотрены  составляющие сил сопротивления  движению поезда и влияние различных  факторов на их величину. В 1892 г. им были предложены расчётные формулы для  определения сопротивления движению подвижного состава.

В 1903—1904 гг. на путиловском  заводе в Петербурге построена катковая испытательная станция. Каждая ведущая ось локомотива устанавливалась на каток, обод которого имел профиль головки рельса, направляющие и поддерживающие колёсные пары опирались на рельсы. Локомотив сцепкой через динамометр присоединялся к массивной стойке. Торможением катков создавалось требуемая постоянная нагрузка локомотива.

В 1898 г. инженер Ю. В. Ломоносов  начал проводить эксплуатационные испытания паровозов в составе  поездов по поручению службы тяги Харьково-Николаевской железной дороги. С1908 г. на всех железных дорогах тягово-теплотехнические испытания паровозов проводились по предложенной им методике. В 1912 г. при министерстве путей сообщения создана «Контора опытов над типами паровозов», возглавляемая Ю. В. Ломоносовым. Министерством путей сообщения были утверждены «Правила производства сравнительных опытов над типами паровозов», обязательные для испытания паровозов на казённых железных дорогах. На основе проведённых испытаний были созданы технические паспорта паровозов почти всех серий, работающих на железных дорогах России. В 1917 г. Министерство путей сообщения утвердило «Временные правила о производстве тяговых расчётов», созданные на основе работы «Конторы опытов».

В 1932 г. вблизи станции Бутово построено «Опытное железнодорожное  кольцо» диаметром 1912 м, предназначенное  для испытаний подвижного состава. В 1935 г. кольцо было электрифицировано, что позволило испытать первые электровозы  серий ВЛ19 и С11. Все новые типы локомотивов проходят испытания на кольце с целью определения их тяговых характеристик.

Цель работы: для заданного профиля пути участка А-Б-В и заданной серии локомотива решить уравнение движения поезда графическим методом и добиться максимальной участковой с критической массой состава.

Задачи:

• Рассчитать критическую массу состава для заданной серии локомотива и заданного профиля пути;
• Построить диаграмму удельных сил поезда;
• Определить допустимые скорости движения поезда на спусках;
• Построить кривые движения поезда.

 

1 Исходные данные и задания  на расчетно-графическую работу

1.1Общие  данные

1.1.1 Участок  А-Б-В имеет звеньевой путь.

1.1.2 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.

1.1.3 Длина  станционных путей – 1250 м.

1.1.4 Допустимая  скорость движения по состоянию  путей:

• по перегонам 80 км/ч;
• по станциям 60 км/ч.

1.1.5 Допустимый  тормозной путь при экстренном  торможении – 1200 .

1.1.6 Расчетный  тормозной коэффициент поезда  – 0,33.

1.1.7 Тормозные  колодки – чугунные.

1.2 Индивидуальные исходные  данные

1.2.1 Серия  локомотива Вл11. Спрямленный профиль пути участка А-Б-В представлены в приложении А.

1.2.2 Вагонный  состав поезда. Доля (по массе)  восьмиосных (α₈) и четырехосных (α₄) вагонов в составе поезда:

, (1.1)

 

где N – номер варианта по списку.

. (1.2)

 

Масса состава  в тоннах, приходящихся на ось колесной пары:, соответсвенно:

, (1.3)

 

 , (1.4)

 

1.2.3 предупреждения  об ограничении скорости движения  поезда на участке

Километровая  отметка начала действия предупреждения S_{н. д. пр}, км, (считать от оси промежуточной станции)

. (1.5)

Длина участка  линии, где действует предупреждение L_пр., м

(1.6)

 

Допустимая  скорость движения поезда по предупреждению V_доп.пр , км/ч

(1.7)

 

1.2.4 Начальные условия движения

Начальная километровая отметка участка S₀, км

(1.8)

 

1.2.5 Время  стоянки на промежуточной станции  T_ст, мин

(1.9)

1.3 Задание

1.3.1 Определить  расчетную массу состава

1.3.2 Определить  допустимую скорость движения  на спусках

1.3.3 Построить  зависимости V(S) и t(S) при движении поезда по участку с расчетной массой состава и оценить полученные результаты.

1.3.4 Тяговые  расчеты должны быть выполнены  в двух вариантах:

• 1-й вариант без остановки на промежуточной станции и с учетом предупреждения
• 2-й вариант с остановкой на промежуточной станции и с учетом предупреждения

1.3.5 Тяговые  расчеты должны быть произведены  с наибольшим использованием  тяговых свойств локомотива и  допустимых скоростей движения  поезда с целью получения наименьших значений перегонных времен хода.

 

2 Содержания  курсовой работы

2.1 Определение основных технических данных локомотива

Основные  технические данные локомотива ВЛ11 (2 секции):

• сила тяги при трогании с места F_{к тр}=614 кН;
• расчетная сила тяги F_{к р}=451,26 кН;
• расчетная скорость движения V_р=46,7 км/ч;
• конструкционная скорость движения V_к=100 км/ч;
• масса локомотива m_л=184 т;
• длина локомотива l_л=33 м;
• тяговая характеристика локомотива F_к(V)

Таблица 2.1

V, км/ч	Fк, кН
45	529
50	354
55	251
60	184
65	146
70	118
75	100
80	86
90	69
100	59

Ограничение тяговой характеристики локомотива по сцеплению F_сц кН, вычисляют по выражению

(2.1)

где - расчетный коэффициент сцепления.

Значения  расчетного коэффициента сцепления  для локомотива ВЛ11 вычисляем по формуле, и составляем таблицу 2.

(2.2)

 

 

Таблица 2.2

V, км/ч
0	0,34	613,7
10	0,285	514,4
20	0,272	491,1
30	0,264	476,6
40	0,256	462,2
50	0,248	447,7
60	0,240	433,3
70	0,233	420,8
80	0,225	407,7
90	0,218	394,7
100	0,211	381,8