Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Вопрос 1
Наука о тяге поездов изучает комплекс вопросов, связанных с теорией механического движения поезда, рационального использования локомотивов и экономичного расходования электрической энергии и топлива.
Основы теории электрической и тепловозной тяги позволяют решать широкий круг практических вопросов эффективной эксплуатации железных дорог, рассчитывать основные параметры вновь проектируемых линий, участков, переводимых на новые виды тяги, намечать основные требования к вновь разрабатываемым локомотивам.
С их помощью определяют силы, действующие на поезд, оценивают их влияние на характер движения, определяют оптимальную массу состава при выбранной серии локомотива. Теория тяги позволяет рассчитывать скорости движения в любой точке пути с учетом безопасности движения поездов и времена хода по каждому перегону и участку, определять расход электрической энергии или топлива и проверять использование мощности локомотива.
На основании перечисленных данных составляют график движения поездов, определяют пропускную и провозную способность дорог и рассчитывают эксплуатационные показатели локомотивного хозяйства.
На действующих линиях теория позволяет найти рациональные режимы вождения поездов на различных участках и наиболее экономичные условия эксплуатации локомотивов. При разработке проектов электрификации дорог определяют токи, потребляемые электроподвижным составом в различных точках пути, пользуясь теорией электрической тяги. На их основании рассчитывают систему энергоснабжения.
Вопрос 2
В процессе движения поезда на него действуют различные внутренние и внешние силы. Как известно из механики, внутренние силы уравновешиваются внутри системы и не влияют на ее движение. На характер поступательного движения системы влияют только внешние силы или их составляющие, направленные по ходу движения или в противоположную сторону.
Такими внешними силами, действующими на механическую систему — поезд, являются сила тяги FK, развиваемая локомотивом, тормозная сила Вт, возникающая при включении тормозов, и силы сопротивления движению W, к которым относят все остальные внешние силы.
Силу тяги и тормозные силы называют управляемыми, так как их может регулировать машинист. На силы сопротивления движению машинист воздействовать не может, поэтому их называют неуправляемыми.
Сила тяги направлена по движению поезда, тормозная сила действует в противоположном направлении. Силы сопротивления, как правило, также действуют против движения. Исключение составляет случай движения по спуску, который будет более подробно рассмотрен в соответствующем разделе.
По законам механики несколько сил, действующих на точку или механическую систему, можно заменить одной равнодействующей силой, которую в теории тяги поездов называют ускоряющей силой F. Fy=FK-W-BT. .
В зависимости от того, какие силы действуют в данный момент на поезд, различают следующие режимы движения:
режим тяги, когда действуют сила тяги F и силы сопротивления
движению W: F = F - W;
режим выбега при отсутствии сил тяги и торможения, когда на поезд действуют только силы сопротивления движению: F = — W;
режим торможения, когда к силам сопротивления движению прибавляется тормозная сила ВТ:
Fy = -(W + Вт).
Вопрос 3
Для упрощения расчетов удобнее использовать удельные значения сил, равные силам в ньютонах, отнесенным к весу поезда в килоньюто-нах. Вес поезда в международной системе единиц (СИ) определяют как произведение массы т, в тоннах, на ускорение под действием силы тяжести g = 9,81 м/с2. Удельная сила тяги fk удельные силы сопротивления движению w, удельная тормозная сила bТ и удельная ускоряющая сила / (Н/кН) рассчитываются по следующим формулам:
При изучении влияния действующих сил на движение поезда его представляют в виде материальной точки, в которой сосредоточена вся его масса. Такая замена упрощает решение задач, связанных с характером движения поезда, не вносит большую погрешность в расчеты. В том же случае, когда рассматривают силы поезда как механической системы, а не материальной точки, все перечисленные силы относят к ободам колесных пар и прикладывают в точке касания колес с рельсами.
Вопрос 4
При прохождении тока по обмоткам тяговых электродвигателей на электроподвижном составе и тепловозах с электрической передачей возникает вращающий момент за счет взаимодействия тока в проводниках обмотки якоря с магнитным потоком, создаваемым катушками главных полюсов. Он передается на колесную пару через зубчатую передачу (редуктор). Однако одного вращающего момента недостаточно для создания силы тяги. Возникающие при этом силы являются внутренними относительно поезда и не могут вызвать его поступательного движения.
Так, если колесную пару приподнять над рельсами, то ее вращение не приведет к движению поезда. Для начала поступательного движения необходимо за счет действия внутренних сил вызвать внешние силы за счет сцепления колес с рельсами. За счет сцепления колеса с рельсом возникает необходимый упор, отталкиваясь от которого колесо начинает движение.
Рассмотренные процессы можно распространить на колесную пару. Сила Fкд , действующая на оба колеса колесной пары, является касательной силой тяги движущей колесной пары. Сумму сил Fкд всех движущих колесных пар называют касательной силой тяги локомотива FK или просто силой тяги локомотива.
При испытаниях локомотивов силу тяги измеряют на автосцепных приборах. Эта сила тяги Fк при постоянной скорости движения равна касательной силе тяги за вычетом силы сопротивления движению локомотива W'к.
Fа=Fn-W'к ±Fкэ
Эту формулу обычно используют для определения силы тяги на автосцепных приборах по известной касательной силе тяги при неизменной скорости движения (FKэ = 0) и известном сопротивлении движению локомотива или при тех же условиях — для определения касательной силы тяги по измеренной силе тяги на автосцепке.
Вопрос 5
Силу тяги всего локомотива, FK реализуемую без боксования, определяют как сумму сил тяги, развиваемых каждой колесной парой. Однако обычно одна или несколько колесных пар находятся в наиболее неблагоприятных условиях по сцеплению и начинают боксовать раньше, чем будут реализованы наибольшие силы тяги остальными колесными парами локомотива. Это связано с перераспределением нагрузки от колесных пар на рельсы, расхождением характеристик тяговых электродвигателей, диаметров бандажей и т.д. В результате наибольшая сила тяги локомотива оказывается меньше суммы наибольших сил тяги, развиваемых каждой колесной парой, и ограничивается той из них, которая имеет пониженную силу сцепления.
Поэтому коэффициент сцепления локомотива у, равный отношению наибольшей силы тяги FK к сцепному весу локомотива mng, меньше коэффициента сцепления одной колесной пары \j/Q. Сцепным весом называют вес, приходящийся на сцепные колесные пары, т.е. колесные пары, связанные с тяговым электродвигателем.
Нужно отметить, что современные электровозы и тепловозы имеют только сцепные (движущие) колесные пары (бегунковых осей нет), поэтому их сцепной вес равен общему весу локомотива.
Чтобы колесные пары локомотива работали без боксования, должно быть выдержано условие:
Fk≤1000mлgψ
Из формулы идно, что при постоянном весе mлg коэффициент сцепления у характеризует наибольшую силу тяги локомотива. Его используют для оценки наибольшей силы тяги локомотива по сцеплению. Зная коэффициент сцепления локомотива, можно определить его наибольшую силу тяги.
Вопрос 6
Чтобы увеличить касательную силу тяги F, нужно создать больший вращающий момент на колесной паре, а следовательно, и большую силу F2 . Однако силу F2 можно увеличивать только до предельного значения силы сцепления:
F2=F≤ Fсц
Если F2 превысит Fcu, то колесо начнет проскальзывать относительно рельса — боксовать. Отношение наибольшей силы тяги или силы сцепления к нагрузке от колесной пары на рельсы называют коэффициентом сцепления одной колесной пары (оси) ψ:
где f — наибольшая сила тяги колесной пары или сила сцепления, Н; mg — нагрузка от колесной пары на рельсы, кН, определяемая как произведение массы, приходящейся на одну колесную пару локомотива mло, в тоннах, и ускорения свободного падения g = 9,81 м/ с2; 1000 — переводной коэффициент кН в Н.
В Правилах тяговых расчетов для поездной работы приведены эмпирические (экспериментальные) формулы, по которым определяют расчетные коэффициенты сцепления, полученные по результатам обработки опытных данных для различных типов локомотивов в зависимости от скорости движения v.
Вопрос 7
Разберем, от каких параметров зависит коэффициент сцепления и как можно его увеличить.
Состояние поверхностей колес и рельсов. Прн чистых и сухих поверхностях достигается наибольший коэффициент сцепления колесной пары и локомотива. Образование в месте контакта колеса и рельса масляных, глинистых, торфяных и им подобных пленок, а также загрязненных снега и льда приводит к резкому снижению коэффициента сцепления. Самым эффективным средством увеличения сцепления колес с рельсами оказался сухой кварцевый песок, подаваемый в место контакта колес и рельсов. Он разрушает пленки, и его твердые абразивные частицы внедряются в контактирующиеся поверхности, значительно увеличивая коэффициент сцепления.
Равномерность нагрузок от колесных пар на рельсы. Наибольшую силу тяги локомотива можно получить при равномерном распределении веса локомотива между движущими колесными парами, чтобы каждая из них развивала наибольшую силу тяги. В действительности достичь равномерных нагрузок от колесных пар на рельсы трудно. Для этого в эксплуатации первая по ходу движения колесная пара обычно имеет повышенную склонность к боксованию. Для уменьшения действия опрокидывающего момента на некоторых сериях локомотивов применяют противоразгрузочные устройства.
Колебания подрессоренной части локомотива. При колебаниях кузова и тележек локомотива каждая колесная пара то разгружается, то перегружается вследствие прогиба рессор и пружин рессорного подвешивания. В момент разгрузки колесная пара может потерять сцепление с рельсом, а при перегрузке — восстановить его. Наступает так называемое прерывистое боксование. В том случае, когда сцепление не восстанавливается, начинается разносное боксование со значительным увеличением частоты вращения колесной пары.
Колебания локомотива, а следовательно, и степень разгрузки колесных пар зависят от конструкции его экипажной части, жесткости рессорного подвешивания и характеристик гасителей колебаний, жесткости пути и наличия на нем неровностей (стыков), а также от скорости движения.
С увеличением скорости движения локомотива возрастает амплитуда колебаний, вызывающих снижение коэффициента сцепления.
Расхождение характеристик тяговых электродвигателей и диаметров колесных пар. За счет этих расхождений различные движущие колесные пары развивают разные силы тяги. При прочих равных условиях колесная пара, которая развивает большую силу тяги, раньше потеряет сцепление с рельсами и начнет боксовать. Коэффициент сцепления локомотива в этом случае окажется ниже, чем при совпадении характеристик и диаметров колесных пар.
Проскальзывание колес.
Проскальзывания колесных пар возникают вследствие конусности бандажей и при разности диаметров колес одной колесной пары.
Скольжение возрастает при разных диаметрах колес одной колесной пары. Даже в случае одинаковых диаметров колес смещение колесной пары в колее, например, до упора гребня левого колеса в рельс, приводит к качению левого колеса по большему диаметру , а правого — по меньшему D3. В результате левое колесо проходит блльший путь и стремится забежать вперед, поворачивая колесную пару вокруг вертикальной оси. Однако такому повороту препятствуют буксовые направляющие или поводки букс, и колеса вынуждены проскальзывать.
Вопрос 8
Для определения сил, действующих на поезд, необходимо установить силу тяги локомотива непосредственно от скорости движения. Для этого пользуются тяговой характеристикой, показывающей зависимость силы тяги локомотива F от скорости движения v.
Зависимость удельной силы тяги от скорости движения называют удельной тяговой характеристикой. Удельную силу тяги /к (Н/ кН) определяют, зная силу тяги электровоза, тепловоза или моторного вагона и вес поезда mg.
Nk=Fk*u/3.6=const
Недостатки:
Недоиспользование мощности локомотива
Резкое изменение силы тяги при изменении скорости.
Ограничения:
Ограничение по конструкционной скорости
Ограничение по прочности автосцепок
Вопрос 9
Локомотивы должны обеспечивать трогание поезда с места, разгон и движение с различными скоростями, ускорениями и замедлениями. Как видно из формулы (2.15), скорость движения определяется напряжением, подведенным к тяговым электродвигателям, падением напряжения в цепи и магнитным потоком.
Uд – напряжение на зажимах двигателя
R – ток оболочки якоря
Ф – основной магнитный поток двигателя
С - электромагнитные постоянные
Ir-потеря напряжения в двигателе
Изменяя схемы включения групп электродвигателей, можно подавать на них разные напряжения. Причем ступени напряжения получаются большими (более 375 В). Сравнительно плавное изменение напряжения получают при последова тельном включении в цепь электродвигателей реостата R (рис. 3.2), сопротивление которого можно регулировать. Однако в реостате теряется много энергии, потребляемой из контактной сети, что вызывает снижение КПД электроподвижного состава. Кроме того, сам реостат нагревается до высоких температур. Поэтому его включают кратковременно только на период пуска и разгона электроподвижного состава и называют пусковым реостатом.
Магнитный поток можно регулировать, изменяя магнитодвижущую силу или магнитную проводимость. При неизменной магнитной проводимости на магнитный поток можно воздействовать, изменяя магнитодвижущую силу, равную произведению тока возбуждения на число витков обмотки возбуждения. Для регулирования скорости движения можно варьировать этот ток и число витков. На электроподвижном составе и тепловозах с электродвигателями последовательного возбуждения применяют ослабление возбуждения, чтобы увеличить скорость движения.
Заданные электромеханические и тяговые характеристики для одного напряжения, соответствующего, допустим, параллельному соединению тяговых электродвигателей, могут быть пересчитаны на другое напряжение, например, при последовательном соединении. Такие же действия выполняют и в случае изменения напряжения контактной сети.
Вопрос 10
К силам сопротивления движению поезда относят внешние неуправляемые силы, направленные, как правило, против движения поезда. Как и силы тяги, они приводятся к точкам касания колес с рельсами. Силы сопротивления движению делят на основные, действующие при движении поезда всегда, и дополнительные, возникающие только при движении по отдельным участкам пути или в отдельные периоды времени. Сумму сил основного и дополнительного сопротивлений называют общим сопротивлением движению поезда WK.
Силы сопротивления движению поезда складываются из сил сопротивления движению локомотива W и состава W". В свою очередь силы сопротивления движению состава являются суммой сил сопротивления движению вагонов.
В расчетах используют удельные силы сопротивления движению, т.е. силы, выраженные в ньютонах, отнесенные к 1 кН веса поезда.
Вопрос 11
Силы основного сопротивления движению W0, действующие при движении по прямолинейному горизонтальному пути, обусловлены в основном трением в подшипниках подвижного состава, взаимодействием колесных пар с рельсами и сопротивлением воздушной среды при отсутствии ветра.
Сила трения в подшипниках подвижного состава.
Под воздействием нагрузки на трения в буксовых подшипниках
шейку оси подвижного состава и вращении колесной пары по часовой стрелке возникает сила трения, равная произведению силы на коэффициент трения . Очевидно, сила умноженная на радиус шейки оси, дает момент сопротивления вращению.
Сила трения качения колес по рельсам. Эта сила возникает вследствие деформации опорных поверхностей колес, рельсов и просадки пути.
Сила трения скольжения колес по рельсам. Качение колес по рельсам сопровождается их проскальзыванием, вызывающим силу трения скольжения между колесами и рельсами. Проскальзывание вызвано конусностью рабочих поверхностей бандажей колесных пар и отклонением их диаметров (см. рис. 1.3), отклонениями колесных пар от перпендикулярного к оси пути положения из-за нарушения размеров при сборке тележек вагонов и локомотива, а также вследствие виляния кузовов, тележек и колесных пар, создающих колебания в горизонтальной плоскости при их движении по прямолинейному пути.
Сила сопротивления от ударов на неровностях пути.
При прохождении стыков и неровностей пути возникают удары, которые вызывают силы, действующие против направления движения поезда
Силы сопротивления воздушной среды. При движении поезда перед его лобовой частью образуется зона сжатого воздуха, который оказывает встречное давление на лобовую стенку локомотива. Боковые поверхности и крыши подвижного состава соприкасаются со струями скользящего по ним воздуха, увлекают часть его за собой, создавая поток воздуха и трение части воздуха о стенки подвижного состава. В междувагонном пространстве и у выступающих частей образуются завихрения.
Под подвижным составом часть воздуха увлекается поездом, создаются завихрения и поток, соприкасающийся с верхним строением пути. За последним вагоном поезда образуется разрежение. Эти явления вызывают внешние силы, действующие на поезд, направленные против движения.
Вопрос 12
К силам дополнительного сопротивления движению WA относят силы сопротивления, возникающие от уклонов, при движении в кривых участках пути, трогании с места; силы сопротивления, создаваемые подвагонными генераторами в пассажирских поездах, а также силы сопротивления, возникающие при низких температурах наружного воздуха, действие встречного или бокового ветра.
Вопрос 13
Дополнительное сопротивление при движении поезда в кривой. При движении поезда в кривых участках пути колеса гребнем прижимаются к наружному рельсу. Сила реакции рельса вынуждает поезд двигаться криволинейно. Между гребнями колес и боковой поверхностью головки рельса возникает трение. При движении в кривых увеличивается также проскальзывание колес из-за разной длины наружного и внутреннего рельсов, несмотря на конический профиль рабочих поверхностей колес. При входе в кривые и выходе из них или при изменении радиуса кривой тележки поворачиваются относительно кузова, и появляется трение в опорах и боковых скользунах.
Перечисленные силы трения, приведенные к ободам колесных пар, создают силы дополнительного сопротивления движению от кривизны пути.
Они возрастают с уменьшением радиуса кривой, а также зависят от скорости движения, вида подвижного состава, состояния пути и степени возвышения наружного рельса, боковых зазоров между рельсами и гребнями колес, степени износа колесных пар и их разбегов.
Вопрос 14
Дополнительное сопротивление при трогании с места.
Силы трения в подшипниках при трогании поезда оказываются выше, чем при движении. В меньшей степени на сопротивление движению при трогании влияют: повышенное трение качения колеса из-за больших деформаций колес и рельсов при стоянке по сравнению с деформациями при качении колес, нагрузки от колесных пар на рельсы, температура окружающего воздуха, качество применяемого масла.
Особенно большая разница в силах сопротивления при трогании и движении проявляется в подшипниках скольжения; у роликовых подшипников она значительно меньше. После трогания сила сопротивления движению резко снижается, так как трущиеся поверхности нагреваются и в зону трения попадает смазка (у подшипников скольжения при повороте колеса примерно на половину оборота).
Вопрос 15
Дополнительное сопротивление от уклонов. Эта сила создается составляющей веса поезда, действующей на подъеме против движения поезда, а на спусках — по направлению движения.
Крутизна подъема определяется углом а (рис. 6.6). На железнодорожном транспорте крутизну подъемов i измеряют в тысячных долях (%о), равных отношению высоты подъема ВС к его длине АВ, умноженному на 1000:
Иными словами, крутизна показывает высоту подъема в метрах на каждый километр пути. Например, на подъеме 5 %0 поезд поднимается на 5 м на каждый километр пути. В случае спуска перед уклоном ставят знак минус.
Таким образом, удельная сила дополнительного сопротивления от подъема (Н/кН), численно равна подъему в тысячных долях. Например, при движении поезда по подъему в 9 %о он будет испытывать удельное дополнительное сопротивление движению в 9 Н/кН. При движении по спуску такой же крутизны удельная сила сопротивления движению от уклона будет иметь то же значение, но действовать она будет по направлению движения поезда.
Вопрос 16
Поэтому на железнодорожном транспорте проводят крупные фундаментальные работы, направленные на уменьшение сопротивления движению поезда, принимают также меры по его снижению в эксплуатации.
К ним относятся перевод грузовых вагонов с буксовых подшипников скольжения на роликовые подшипники, дающие снижение сопротивления движению на 10...20 %, а при трогании с места в 4...5 раз. Замена звеньевого пути на бесстыковой, а также укладка в путь более тяжелых рельсов на щебеночном основании, уменьшающих просадку верхнего строения пути, приводят к уменьшению сопротивления движению поездов, наиболее заметному при высоких скоростях.
Снижение массы тары вагонов позволяет увеличить полезную массу груза и снизить удельное сопротивление движению на единицу перевозимого груза. Придание обтекаемой формы подвижному составу, особенно при движении с высокими скоростями, приводит к уменьшению сопротивления движению воздушной среды.
При проектировании и постройке новых дорог желательно предусматривать меньшие по значению уклоны для снижения дополнительного сопротивления от подъемов. Подобные работы иногда проводят и при реконструкции пути. Удлинение станционных путей на участках, где их длина ограничивает массу поезда, позволяет увеличить массу поезда и снизить удельные силы сопротивления его движению.
Чтобы уменьшить дополнительное сопротивление от сильных боковых ветров, дующих на открытых равнинных местах, вдоль железнодорожных линий сажают ветрозащитные лесные полосы, которые одновременно уменьшают количество снега, попадающего на путь.
Правильное формирование состава, при котором крытые вагоны, полувагоны и платформы сосредоточиваются в отдельных группах, позволяет снизить основное сопротивление движению воздушной среды. Этому же способствует движение вагонов с закрытыми дверьми и люками, создающими меньшее сопротивление воздушному потоку.
Вопрос 17
Тормозными силами называют управляемые внешние силы, действующие против движения поезда для снижения скорости движения или поддержания ее на спуске. От значения тормозных сил зависит безопасность движения поездов. Поэтому должна быть обеспечена высокая надежность и эффективность тормозов.
В зависимости от принципа создания тормозных сил применяют механическое или электрическое торможение.
Сила нажатия колодок на колесные пары при механическвм торможении образуется за счет давления сжатого воздуха в тормозных цилиндрах. Под действием силы, развиваемой сжатым воздухом, поршень тормозного цилиндра со штоком смещается. Через механическую рычажную передачу, состоящую из тяг и рычагов, он передает силу на каждую колодку. Если каждая колодка прижимается к вращающемуся колесу (рис. 7.1) с силой K1 то в месте контакта возникает
сила трения, К1φк противодействующая вращению колеса (фк — коэффициент трения колодки о колесо).
Эта сила передается в точку С контакта колеса и рельса. Обе силы являются внутренними относительно поезда и не могут повлиять на характер его движения. Если колесо будет прижато к рельсу с силой q0, то в результате сцепления колеса с рельсом сила К1φк, приложенная от колеса к рельсу и стремящаяся сдвинуть рельс по направлению движения, вызовет реакцию рельса В, равную силе К1φк и противоположно направленную. Эта сила является внешней по отношению к поезду и называется тормозной силой. Она действует против движения и создает необходимый колесу упор. Тормозная сила, развиваемая колесной парой, Н:
В=1000Кφк
где К — суммарная сила нажатия колодок на колесную пару, кН.
Сила К зависит от диаметра тормозного цилиндра, давления сжатого воздуха в нем, силы оттормаживающей пружины, передаточного отношения рычажной передачи и ее КПД. Для каждого локомотива и вагона сила К может быть определена по этим данным.
Коэффициент трения колодок о колеса зависит в основном от материала колодок, скорости движения и удельных сил нажатия колодок на колеса. На железных дорогах применяют три типа колодок: стандартные чугунные, чугунные с повышенным содержанием фосфора (до 1,0...1,4 %) и композиционные.
Вопрос 18
В зависимости от принципа создания тормозных сил применяют механическое или электрическое торможение. При механическом торможении тормозная сила образуется в результате трения тормозных колодок о поверхности катания колес или о тормозные диски, специально укрепленные на колесных парах некоторых типов пассажирских вагонов и вагонов электропоездов. Тормозные силы создаются на ободах всех колесных пар подвижного состава, имеющих тормозные колодки.
Управление механическими тормозными силами может быть пневматическим (воздушным) или электропневматическим. В первом случае машинист управляет торможением, изменяя давление в тормозной магистрали поезда. Его снижение приводит к включению тормозов. В связи с неодновременным понижением давления с помощью крана машиниста локомотива тормоза головной части поезда срабатывают раньше, чем в хвостовой части, что вызывает продольные динамические силы в поезде.
В пассажирских поездах используют электропневматические тормоза, в которых снабжение вагонов сжатым воздухом идет через тормозную магистраль, а управление воздухораспределителями вагонов осуществляется по электрическим проводам. Вследствие этого тормозной эффект всех вагонов поезда возникает практически одновременно.
Электрическое торможение основано на использовании принципа обратимости электрических машин. Тяговые электродвигатели переводят в генераторный режим, при котором потенциальная энергия
201
поезда, движущегося с постоянной скоростью по спуску, или кинетическая энергия поезда при замедлении превращается в электрическую энергию. Возникающие при этом электромагнитные силы используют для получения тормозной силы.
Электрическое торможение подразделяют на реостатное и рекуперативное. При реостатном торможении электрическая энергия в реостате преобразуется в тепловую, рассеиваемую в окружающей среде. При рекуперативном торможении, свойственном только электроподвижному составу, электрическая энергия не рассеивается, а отдается в контактную сеть для полезного использования. Естественно, что тормозные силы при электрическом торможении можно получить на ободах только движущих колесных пар.
Вопрос 19
Отношение суммарных сил расчетного нажатия колодок на колеса к весу поезда называют расчетным тормозным коэффициентом поезда:
Расчетный тормозной коэффициент характеризует степень обеспечения поезда тормозными средствами. Чем больше ϑр, тем больший тормозной эффект создадут тормозные силы, тем быстрее можно остановить поезд. Чтобы обеспечить безопасность движения поездов, наименьшее значение расчетного тормозного коэффициента поезда устанавливает МПС. Так, наименьшее значение расчетного тормозного коэффициента при пневматических тормозах на чугунных и композиционных колодках 0,33.
Состав из порожних грузовых вагонов до 400 осей при скоростях движения до 100 км/ч, а также рефрижераторные поезда при v = 90...100 км/ч на пневматических тормозах и композиционных колодках должны иметь φ не менее 0,55.
В пассажирских поездах, движущихся со скоростями до 120 км/ч, с электропневматическими тормозами φр должен быть не менее 0,6; при скоростях движения 120...130 км/ч — не менее 0,68; при v = 130...140 км/ч 0,78; при v = 140...160 км/ч — 0,8 (при композиционных колодках). В рефрижераторных поездах при скоростях движения от 100 до 120 км/ч на пневматических тормозах и композиционных тормозных колодках φр установлен не менее 0,6. В соответствии с ПТР при работе грузового поезда на участках со спусками до 20 %о тормозную силу локомотива и его массу в расчетах не учитывают и расчетный тормозной коэффициент —
Вопрос 20
Решение этого вопроса диктуется обеспечением безопасности движения поездов. Задача решается на наиболее крутом спуске при заданных тормозных средствах и принятом полном тормозном пути.
Полный (расчетный) тормозной путь:
По данным расчетной таблицы удельных равнодействующих сил строим по точкам графическую зависимость удельных замедляющих сил при экстренном торможении от скорости , а рядом, справа, устанавливаем в соответствующих масштабах систему координат . Оси скоростей в обеих системах должны быть параллельны, а оси удельных сил и пути должны лежать на одной прямой.
Решаем тормозную задачу следующим образом. От точки вправо на оси откладываем значение полного тормозного пути , который следует принимать равным: на спусках крутизной до 6 включительно – 1000м, на спусках круче 6 и до 12 – 1200м.
На кривой отмечаем точки, соответствующие, средним значениям скоростей выбранного скоростного интервала 10 км/ч (т. е. точки, соответствующие 5,15,25,35 и т.д. км/ч). Через эти точки из точки М на оси соответствующей крутизне самого крутого спуска участка (полюс построения), проводим лучи 1,2,3,4 и т. д.
Построение кривой начинаем из точки О, так как нам известно конечное значение скорости при торможении, равное нулю. Из этой точки проводим (с помощью линейки и угольника) перпендикуляр к лучу 1 до конца первого интервала, т. е. в пределах от 0 до 10 км/ч (отрезок ОВ). из точки В проводим перпендикуляр к лучу 2 до конца второго скоростного интервала от 10 до 20 км/ч (отрезок ВС); из точки С проводим перпендикуляр к лучу 3 и т. д. Начало каждого последующего отрезка совпадает с концом предыдущего. В результате получаем ломаную линию, которая представляет собой выраженную графически зависимость скорости заторможенного поезда от пройденного пути (или, говоря иначе, зависимость пути, пройденного поездом на режиме торможения, от скорости движения).
На тот же график следует нанести зависимость подготовительного тормозного пути от скорости:
Построение зависимости подготовительного тормозного пути от скорости производим по двум точкам, для чего подсчитываем значения при (в этом случае ) и при .
Графическую зависимость между и строим в тех же выбранных масштабах. Значение , вычисленное для скорости, равной конструкционной скорости локомотива, откладываем в масштабе вправо от вертикальной оси на «уровне» той скорости, для которой подсчитывалось значение (т.е. против скорости, равной ). Получаем точку K; соединяем её с точкой О'
(так как при имеем ). Точка пересечения ломаной линии OBCDEFGHIP с линией О'K– точка N – определяет максимально допустимую
скорость движения поезда на наиболее крутом спуске участка при данном расчётном тормозном пути . Полученное значение допустимой скорости движения округляем в меньшую сторону до 5.
Вопрос 23
При производстве тяговых расчетов целесообразно заменять несколько малоотличающихся крутизной элементов одним, длина которого Sс равна сумме длин этих элементов. Такую операцию называют спрямлением профиля пути.
Уклон спрямленного элемента определяем по формуле:
где - уклон спрямляемого элемента, ‰
- длина спрямляемого элемента, м;
- длина спрямленного элемента, м.
Для количественной оценки возможности спрямления профиля вводят условие:
где =- абсолютное значение разности между уклоном спрямленного участка и действительного значения уклона i-ого элемента, входящий в спрямляемый участок, ‰;
Кривые, имеющиеся на элементах спрямляемого профиля, учитываем с помощью зависимости:
Окончательный уклон спрямленного участника, на котором расположены кривые:
При спрямлении учитываем условия:
Спрямляем элементы одного знака и 0
Не спрямляем:
Расчетный, максимальный подъем, максимальный спуск и
элементы, на которых располагаются станции.
Вопрос 24
Уравнение движения поезда показывает связь между силами, действующими на поезд, и ускорением его движения.
Как известно, связь между силой, ускорением и массой любого тела, движущегося поступательно, в том числе и поезда, можно определить, используя второй закон Ньютона:
где Fy — ускоряющая сила, действующая на поезд, Н; т — масса поезда, кг; а — ускорение движения, м/с2.
Вопрос 27
Масса состава — один из важнейших показателей, влияющих на эффективность работы железной дороги. Ее увеличение в допустимых пределах позволяет повысить провозную способность линий, снизить себестоимость и повысить экономичность перевозок, улучшить использование силы тяги и мощности локомотива, снизить расход электрической энергии или топлива на тягу поездов. Чрезмерно большая масса состава может вызвать преждевременный выход из строя оборудования локомотива.
Поэтому массу грузового состава рассчитывают, исходя из полного использования силы тяги локомотива при движении по наиболее тяжелому подъему. Затем ее проверяют по условиям трогания на раздельных пунктах, возможности расположения поезда в пределах длины приемо-отправочных путей на станциях и нагреванию тяговых электродвигателей или генераторов.
Массу состава пассажирских поездов с учетом категорий поезда (скорый, пассажирский), а также ускоренных грузовых и грузопассажирских поездов при движении по нескольким железным дорогам устанавливает МПС.
Перед расчетом массы состава грузового поезда анализируют профиль пути на участке и выбирают наиболее тяжелый для движения поезда подъем, называемый расчетным, с учетом его крутизны и крутизны уклонов, прилегающих к нему элементов профилю пути. Если наиболее крутой подъем имеет большую протяженность, и при движении по нему скорость будет снижаться и достигнет установившегося наименьшего значения, допустимого ПТР, то такой подъем принимают за расчетный. Наименьшую допустимую ПТР скорость движения по подъему называют расчетной скоростью, а реализуемую при этом локомотивом силу тяги — расчетной силой тяги. Если же наиболее крутой подъем имеет небольшую протяженность, а на подходах к нему расположены элементы, на которых поезд может разгоняться и создать запас кинетической энергии, то скорость на нем снижается, но установиться не успевает. Тогда выбор расчетного подъема усложняется, и массу поезда определяют с учетом использования запасенной в нем кинетической энергии.
Вопрос 28
Чтобы выполнить проверку массы состава по длине приемоотправочных путей, необходимо определить число вагонов в составе и длину поезда и сопоставить эту длину с длиной приемоотправочных путей станций.
Число вагонов в составе грузового поезда:
8-осных
6-осных
4-осных
Длины вагонов принимаются равными: 4-осного – 15м., 6-осного – 17м., 8-осного – 20м. Длина заданного локомотива – 45м. Таким образом общая длина поезда составляет:
Вопрос 29
Проверка массы состава на трогание с места на заданном участке выполняется по формуле:
где – сила тяги локомотива при трогании состава с места, кгс;
– крутизна наиболее трудного элемента на раздельных пунктах (станциях) заданного участка (в сторону движения);
– удельное сопротивление поезда при трогании с места (на площадке), кгс/т.
Здесь и – удельное сопротивление при трогании с места соответственно для 4-осных вагонов на подшипниках качения и на подшипниках скольжения;
и – соответственно доли 4-осных вагонов с подшипниками качения и подшипниками скольжения.
Соответственно формулы расчета удельных сопротивлений для вагонов на подшипниках скольжения и качения выглядят следующим образом:
кгс/т
В этих формулах – нагрузка от оси на рельсы для данной группы вагонов (при вычислении по ним значений , , и подставляются величины , полученные ранее).
Формулу проверки массы состава на трогание с места целесообразнее решить относительно с целью определения наибольшего подъема, на котором заданный локомотив возьмет с места состав рассчитанной массы:
Так как <, то есть 12,5<13,7 это значит, что данный локомотив сдвинет с места состав с рассчитанной ранее массой.
Вопрос 30
5.1 Проверка массы состава на возможность надежного преодоления встречающегося на участке короткого подъема крутизной больше расчетного с учетом использования кинетической энергии, накопленной на предшествующих «легких» элементах профиля, выполняется аналитическим способом. При этом используют расчетное соотношение
– скорость в начале проверяемого подъема; выбирается из условий подхода к проверяемому элементу (для грузовых поездов можно принимать , но не выше конструкционной скорости локомотива; в данном случае принимаем );
– скорость в конце проверяемого подъема. Эта скорость должна быть не менее расчетной, т.е. должно выдерживаться условие . В курсовой работе принимаем
– расчетная сила тяги локомотива, кгс;
Р – расчетная масса локомотива, т;
кгс/т
км/ч
Вывод: или же преодолевает или же необходимо руководствоваться правилами ПТЭ
Вопрос 38
В курсовой работе время хода поезда по участку будем определять способом равномерных скоростей. Этот способ основан на предположении о равномерном движении поезда по каждому элементу профиля. При этом скорость равномерного движения на каждом элементе спрямленного профиля определяем по диаграмме удельных равнодействующих сил для режима тяги.
Для «скоростных» подъёмов (более крутых, чем расчётный) величину равномерной скорости принимаем равной расчётной скорости .На спусках, когда равномерная скорость, определенная по диаграмме удельных сил для режима тяги, получается выше наибольшей допустимой скорости движения, принимаем равномерную скорость равной максимально допустимой.
К времени хода по перегонам, полученному при расчете приближенным способом, следует добавлять 2 мин на разгон и 1 мин на замедление в каждом случае, когда имеется трогание и разгон поезда на станции и остановка его на раздельном пункте участка. Все расчеты сводим в таблицу.
Рассчитываем техническую скорость по участку:
км/ч
где t – время хода по участку, мин;
L – длина участка, км.
Определение времени хода поезда методом равновесных скоростей
|
Номера элементов спрямлённого профиля |
Длина элемента s, км |
Крутизна уклона i,‰ |
,км/ч |
, мин/км |
, мин |
Время на разгон и замедление, мин |
Вопрос 39
ТОННО-КИЛОМЕТРОВАЯ ДИАГРАММА
диаграмма, на к-рой по горизонтали в масштабе откладывается длина межстанционных перегонов и указываются названия станций и величина расчетных подъемов. По вертикали в виде столбиков (также в определенном масштабе) откладываются веса поездов, к-рые м. б. в зависимости от мощности локомотивов и руководящих подъемов установлены на этих перегонах. Наименьший вес поезда на каком-либо перегоне определяет весовую норму, к-рая м. б. установлена на всем участке без подталкивания. Т.-к. д. дает наглядное графическое представление о возможной весовой норме на участке и необходимых организационно-техн. мероприятиях для ее увеличения.