3. Расчёт веса состава грузового поезда брутто и нетто, их отношение для руководящего уклона, длины поезда.

Масса состава Q определяется исходя из условий полного использования мощности локомотива и его тяговых качеств, а так же накопленной поездом кинетической энергии.

При движении поезда его скорость и кинетическая энергия постоянно изменяется в зависимости от профиля пути. Исключения составляют протяжённые подъёмы, на которых скорость поезда спустя некоторое время после входа на подъём становится постоянной.

Для обеспечения устойчивой работы локомотивов на тех участках, где климатические условия меняются в зависимости от времени года, расчётную массу необходимо определять для летнего и зимнего периодов.

Масса состава, рассчитанная по нормам ПТР для поездной работы, должна быть проверена в опытных поездках.

Руководящий уклон – это максимальный уклон на нашей железной дороге. Руководящий уклон – это подъём, при движении по которому скорость поезда постоянна и равна расчётно минимальной скорости для данного локомотива. Подъём осуществляется одиночной тягой. Вес состава в этом случае определяется по формуле ( [1], ф.76,стр. 22):

Q_р=( F_кр-(^’_o+i_p)*P)/(^’’_o+i_p), (3.1)

где F_кр – расчётная сила тяги,

P – расчётная масса локомотива,

i_р – руководящий уклон,

^’_o – основное удельное сопротивление локомотива при V_р=46,7км/ч,

^’’_o – основное удельное сопротивление вагонов при V_р =46,7км/ч.

Q_р=( 46000-(3,0213+5)*184)/( 1,29+5)= 7078,55 т.

Высчитаем количество четырёхосных и восьмиосных вагонов в поезде по формулам:

n₄= Q_р*₄/ q_{(4) ,} (3.2)

n₈= Q_р*₈/ q_{(8) .} (3.3)

n₄= 7078,55 *0,1083/84,14= 9,11 = 9

n₈=7078,55*0,8917/162,45=38,85 = 39

Округляем значение n₄ и n₈ до целых таким образом, чтобы вес состава, вычисленный по этим значениям отличался не более, чем на 50 т от значения веса состава по формуле (3.1)

При n₄ =31 и n₈=7 , то вес состава вычисляется по формуле:

Q_вн= n₄* q₍₄₎+ n₈* q₍₈₎, (3.4)

Q_вн= 31*71,2+7*136=3159,2 т.

Рассчитанная по формуле (3.1) масса грузового состава проверяется на трогание с места на остановочных пунктах по формуле:

Q_тр=F_ктр/(_тр +i_тр)- P > Q_р, (3.5)

где F_ктр – расчётная сила тяги при трогание с места ;

i_тр – уклон, при котором происходит трогание поезда с места (принимаем i_тр=0, так как поезд трогается с прямого участка);

Р – вес локомотива;

_тр– дополнительное удельное сопротивление состава при трогание с места:

_тр = _тр ⁽⁴⁾* ₄+ _тр ⁽⁸⁾* ₈, (3.6)

_тр = 0,9988*0,1083+1,0254*0,8917=1,0225.

Подставим найденные значения в формулу (3.5) и найдем вес состава при трогании с места.

Q_тр=62600/(1,0225+0) – 184 = 61038 >7078,55

Определим вес состава грузового поезда брутто Q и нетто Q по следующим формулам:

Q_нетто= n₄*₄* q_гр(4) + n₈*₈* q_гр(8) , (3.7)

Q_брутто= n₄*(q_т(4) + q_гр(4)*₄) + n₈*(q_т(8) + q_гр(8)*₈) . (3.8)

где Q_нетто – вес груза в поезде;

Q_брутто – вес тары и груза в поезде в сумме.

Q_нетто= 9*0,1083*63+39*0,8917*125= 4408,4 т,

Q_брутто= 6314,3 т.

Определим отношение веса нетто к брутто, то есть так называемый коэффициент используемой грузоподъемности состава по формуле:

= Q_нетто/ Q_брутто, (3.10)

где  - коэффициент используемой грузоподъемности состава.

=4408,4/6314,3=0,698 .

Сделаем проверку веса состава по размещению в пределах полезной длины приемоотправочных путей:

L_П  L_П.О.П., (3.11)

где L_п – длина поезда,

L_П.О.П. – длина приемоотправочных путей (L_П.О.П= 1050 м).

Длина поезда вычисляется по формуле:

L_п = L_ваг + L_лок (3.12)

L_ваг = n₄*l₄+n₈*l₈=9*15+39*20 = 915 м.

L_лок – длина локомотива ( [1], таб. 12, стр25), L_лок =33 м.

L_п=915+33=948 м.,

L_П.О.П = L_П + 10 м =948+10=958 м. (принимаем 1050 м.)

После вычисления веса состава заполняем столбец 3 значение этого веса, а столбец 4 по формуле:

(3.13)

где W₀ – полное основное сопротивление всех вагонов,

₀ – удельное основное сопротивление всех вагонов.

Q – вес состава грузового поезда.

Далее заполняем табл. 4.1 по следующим формулам:

- столбец 7 как сумма полных основных сопротивлений локомотива и вагонного состава, т.е. W₀+W₀;

- столбец 12 как сумма полных основных сопротивлений вагонного состава и локомотива в режиме холостого хода, т.е. W₀+W_0x; - столбец 13 как отношение значений столбца 12 к сумме массы состава и Q и массы локомотива P, т.е.

; (3.14)

- столбец 13 как отношение значений столбца 11 к сумме массы состава и Q и массы локомотива P, т.е.

(3.15)

В результате заполняем столбец 12 табл. 4.1 значениями удельного основного сопротивления поезда в целом, т.е. ₀ , столбец 13 табл. 4.1 значениями удельного основного сопротивления поезда в целом в режиме холостого хода, т.е. .

4. Построение диаграмм удельных равнодействующих

сил (или диаграмм ускоряющих и замедляющих усилий).

Диаграммы удельных равнодействующих сил (или диаграммы ускоряющих и замедляющих усилий ) – зависимости равнодействующей силы от скорости движения поезда по площадке, т. е. сопротивление от кривой и от уклона не зависит от скорости, поэтому учитывается дополнительно.

Заполняем столбец 14 табл. 4.1 значениями удельной силы тяги, которая вычисляется по формуле:

(4.1)

где F_k и _k – соответственно полная и удельная сила тяги,

P и Q – вес локомотива и состава грузового поезда.

Заполняем столбец 15 табл. 4.1 значениями удельной равнодействующей силы тяги и силы сопротивления, т. е. их разностью: _K - ₀.

Заполняем столбец 16 табл. 4.1 значениями коэффициента трения колодки о колесо, который вычисляется по формуле (1, формула 59, стр.11):

(4.2)

где _кр – расчетный коэффициент трения колодки о колесо (для стандартных чугунных колодок и колодок с повышенным содержанием фосфора);

V – скорость движения поезда.

Расчетный коэффициент трения вводится для того, чтобы не вводить в расчет зависимость коэффициента трения от силы нажатия на колодку, т.е. зависимость _к=(k,V).

Расчетным тормозным коэффициентом поезда _р является отношение суммы тормозных расчетных сил нажатия всех тормозных колодок поезда к массе поезда

(4.3)

где Kр – сумма расчетных сил нажатия на тормозные оси поезда, тс;

Q – масса состава грузового поезда, т;

Р – учетная масса локомотива, т.

Из [1], табл.3, стр.13 выбираем расчетную силу нажатия на ось для грузовых вагонов, оборудованных чугунными колодками на груженном режиме:

К_р=7тс

Вычислим _р по следующей формуле:

_р=( К_р4*₄*4+ К_р8*₈*8)/(q_(бр)4*₄ + q_(бр)8*₈) (4.4)

_р= (4*19*4+4*81*8)/(84,14*19+162,45*81)= 0,196

Расчетный тормозной коэффициент – это важный эксплуатационный показатель, характеризующий степень вооруженности поезда тормозными средствами. Расчетный тормозной коэффициент показывает, какое тормозное нажатие (в силах расчетного нажатия) приходится на единицу веса состава (или на 100 тс веса состава как принято в тяговых расчетах для поездной работы).

Для того чтобы определить расчетный тормозной коэффициент, необходимо знать:

а) количество тормозных вагонов каждой категории в поезде; n_T(i)

б) количество тормозных осей; n_T(i)*m_i

в) расчетное нажатие на одну тормозную ось; K_p(i)

г) вес вагонного состава; Q

Значение p подставляем в столбец 15 табл. 4.1 и для всех значений скорости V оно будет постоянное.

При определении расчетного тормозного коэффициента тормозные средства локомотива и его вес в расчет не вводятся.

Тормозная сила B_T определяется по формуле 2 (стр. 57);

B_t = 1000K_р_kр (4.5)

Если расчетный коэффициент трения не зависит от силы нажатия (так принимается при расчете тормозной силы по методу приведения), его можно вынести за знак суммирования( 1, формула 55, стр. 11):

B_t = 1000_kрK_р (4.6)

Переходя к удельной тормозной силе, получим (2, формула 2.40, стр. 57)

(4.7)

где – удельная тормозная сила.

Тормозные силы служат для уменьшения скорости движения поезда до его полной остановки или до заданной скорости. На затяжных спусках используется регулировочное торможение, при помощи которого поддерживается заданная скорость

Для всех значений скоростей заполняем столбец 18 значениями удельной тормозной силы при экстренном торможении(α=1), а столбец 17 – значениями удельной тормозной силы при служебном торможении (α=0,5), которое применяется при остановках на станциях и раздельных пунктах:

(4.8)

где и – удельные тормозные силы поездов соответственно при служебном и экстренном торможении.

При построении диаграммы удельных равнодействующих сил принято откладывать влево от начала координат положительные удельные равнодействующие силы, то есть такие, которые направлены по ходу движения поезда, а вправо – отрицательные, то есть направленные в противоположную движению поезда сторону.

Диаграмма при i=0 обычно располагаются большей своей частью слева от оси скорости. С увеличением скорости значения равнодействующей умен6ьшаются , так как сила тяги становится меньше, а основное сопротивление возрастает. При некоторой скорости сила тяги становится равной сопротивлению движения поезда, а равнодействующая сила – нулю. При больших по сравнению с этой скоростях равнодействующая в режиме тяги становится отрицательной, то есть направленной против движения поезда.

Диаграммы и всегда располагаются справа от оси скорости, так как эти равнодействующие силы отрицательны, то есть, направлены против движения поезда.

Диаграммы удельных равнодействующих сил позволяют определить величину и знак равнодействующей при любой скорости и любом режиме движения на площадке или при любом уклоне.

При движении по уклону в режиме тяги удельная равнодействующая сила равна , где общее удельное сопротивление движению включает дополнительное удельное сопротивление от уклона , численно равное крутизне уклона:

(4.10)

Следовательно, при любой скорости и режиме движения удельная равнодействующая сила на уклоне отличается от удельной равнодействующей силы для случая движения по площадке на величину, численно равную крутизне уклона.

Таким образом, диаграммами удельных равнодействующих сил можно пользоваться для условий движения по любому уклону. Для этого необходимо перевести начало координат диаграммы влево (в случае подъёма) или вправо (в случае спуска) на число единиц удельной равнодействующей силы, равное числу тысячных подъёма или спуска.