3 Тяговые расчеты

3.1 Постановка задачи

Исходными данными при производстве тяговых расчетов являются:

– серия локомотива и его основные технические данные (масса, конструкционная скорость, расчетная сила тяги, осевая формула и т.д.);

– участок с профилем пути, расположением станций и длиной их станционных путей;

– состав поезда и его тормозные средства;

– допустимые скорости движения поезда по участку;

– алгоритм производства тяговых расчетов (или по минимальному перегонному времени хода, или по минимуму расхода энергоресурсов на тягу поездов и т.п.).

В общем случае в задачу тяговых расчетов входит определение расчетной массы состава, определение всех трех координат движения поезда по участку (скорости, пути и времени), определение расхода энергоресурсов на тягу поездов, расчет температуры перегрева тяговых двигателей.

3.2 Определение расчетной массы состава и ее проверки

3.2.1 Постановка задачи

Обычно наибольшая масса грузового состава является наивыгоднейшей по производительности железных дорог. Поэтому расчет массы состава ведут из условия полного использования мощности и тяговых свойств локомотива. При этом различают следующие виды масс (весовых норм) грузовых составов:

а) критическая масса состава (m_с.кр) – это масса состава, определяемая по мощности локомотива, работающего в расчетном режиме, т.е. с расчетной скоростью и расчетной силой тяги, при движении поезда на руководящем подъеме с равномерной скоростью. Критическая масса состава определяется для каждого поездоучастка каждого железнодорожного направления, проверяется опытными поездками и устанавливается приказом начальника дороги;

б) унифицированная (графиковая) масса состава (m_с.ун) – это масса состава, принимаемая на железнодорожном направлении для транзитных поездов и проходящая по силе тяги для большинства поездоучастков данного направления. Устанавливается ОАО “РЖД”. На тех участках, где унифицированная масса состава не проходит по силе тяги, применяют двойную тягу или подталкивание;

в) параллельная масса состава (m_с.п) – это масса отправительских и порожних маршрутов, следующих без переформирования в пределах направления. Устанавливается ОАО “РЖД”.

Как следует из рассмотренных определений, рассчитывается только критическая масса состава.

3.2.2 Расчет критической массы состава

Расчет производится при условии движения поезда с равномерной скоростью на расчетном подъеме в расчетном режиме работы локомотива, т.е. при работе локомотива с расчетной силой тяги F_кр и расчетной скоростью V_р.

Расчетным подъемом (i_р) на участке считается один из наиболее крутых и наиболее затяжных подъемов, при движении поезда по которому устанавливается равномерная скорость, равная расчетной скорости локомотива. Таким образом, расчетный подъем не может быть преодолен с использованием кинетической энергии движения поезда.

Согласно отраслевого стандарта СТНЦ–01–95 для железнодорожных линий с колеей 1520 мм устанавливаются следующие значения руководящих подъемов:

а) до 9 ‰ – на особогрузонапряженных линиях;

б) до 12 ‰ – на линиях 1-ой категории;

в) до 15 ‰ – на линиях 2-ой категории;

г) до 20 ‰ – на линиях 3-ой категории;

д) до 30 ‰ – на линиях 4-ой категории.

Итак, при равномерной скорости движения поезда равнодействующая сила поезда равна нулю:

. (3.1)

Или

. (3.2)

Откуда

. (3.3)

И окончательно

. (3.4)

Примечание. Полученное значение критической массы состава округляется с точностью до 50 т.

3.2.3 Проверки критической массы состава

Существуют следующие проверки критической массы состава:

а) по троганию поезда с места:

Эта проверка производится для раздельных пунктов с наибольшим подъемом по условию

, (3.5)

где – масса состава, которая может быть взята с места,

, (3.6)

– сила тяги локомотива при трогании с места, определяемая по

тяговой характеристике локомотива, кН;

– удельное основное сопротивление движению поезда при

трогании с места, определяемое по выражениям (1.29) и

(1.30), Н/кН;

– удельное дополнительное сопротивление движению поезда от

уклона и кривой на месте трогания, Н/кН.

б) По длине приемоотправочных путей.

Длина поезда L_п не должна превышать полезной длины приемо-отправочных путей L_поп на станциях участка обращения данного поезда, т.е.

, (3.7)

где

, (3.8)

, – длина, м, и число локомотивов в поезде, соответственно;

10 – допуск на установку поезда, м;

– длина состава, м,

, (3.9)

– длина, м, и число однотипных вагонов в составе поезда,

соответственно,

, (3.10)

– средняя масса однотипной группы вагонов, т;

– доля состава (по массе), приходящаяся на группу однотипных

вагонов.

в) По преодолению подъема больше расчетного.

В тех случаях, когда на участке имеются подъемы больше расчетного, возникает необходимость в проверке возможности преодоления этих подъемов с использованием кинетической энергии движения поезда, имеющего критическую массу состава.

Такая проверка заключается в определении той минимально необходимой начальной скорости V_н входа поезда на проверяемый подъем с тем, чтобы скорость поезда при выходе с подъема была не менее расчетной скорости локомотива V_р.

Аналитическая проверка выполняется по формуле

S_п , (3.11)

где S_п – длина проверяемого подъема, м;

f_к.ср – среднее значение удельной результирующей силы поезда при

проследовании подъема.

Для повышения точности аналитического расчета интервалы изменения скорости следует брать в пределах 10 км/ч и тогда

S_п , (3.12)

где v_нi, v_кi+1 – начальная и конечная скорости поезда в интервале ∆s_i, км/ч;

f_к.ср.i – среднее значение удельной результирующей силы поезда в

интервале ∆v_i, Н/кН.

Графическая проверка методом МПС приведена на рисунке 3.1. Здесь построение кривой движения поезда v(s) по проверяемому подъему целесообразно начинать с конца подъема при конечной скорости, равной расчет-ной V_р. Тогда значение скорости в начале подъема и даст решение задачи.

Рисунок 3.1 – К проверке возможности преодоления подъема больше

расчетного

г) По нагреву тяговых двигателей.

д) По мощности системы энергоснабжения.