Тема 6 «Расход энергии на движение подвижного состава»

1. Цель работы

Получить теоретические знания о расходе энергии на движение подвижного состава. Освоить практическое определение расхода энергии аналитическим способом.

2. Порядок выполнения

Самостоятельно ознакомиться с теоретическими положениями, подготовиться к решению задач по данной тематике. На занятии получить от преподавателя номер варианта. Затем решить задачу. Для того, чтобы задание считалось сделанным, студент должен сдать преподавателю задачу и ответить на его вопросы о ее ходе решения на базе приложенного теоретического материала.

3. Основные теоретические положения

Электрическая энергия, которую ПС потребляет из контактной сети, расходуется на выполнение ряда задач, в том числе:

• Преодоление основного сопротивления движению;

• Преодоление сопротивления криволинейных участков;

• Преодоление сопротивления на уклонах (эта составляющая общего расхода энергии затрачивается на изменение потенциальной энергии поезда при его подъеме или спуске при движении на уклоне);

• Потери в тормозных устройствах при остановке поезда;

• Потери в тормозных устройствах при подтормаживании на крутом спуске;

• Потери в пусковых устройствах;

• Потери в тяговых двигателях, передаточных механизмах, преобразовательных устройствах, в тяговой сети.

При движении под током тяговые двигатели потребляют электрическую энергию и преобразуют ее в механическую, которая затрачивается на преодоление сил сопротивления и на создание кинетической энергии поезда. После отключения тяговых двигателей движения поезда будет продолжаться за счет накопленной кинетической энергии. Эта энергия расходуется на преодоление сопротивления движению и на потери в тормозных устройствах (при отсутствии рекуперативного торможения). Таким образом, большая часть энергии тяговых двигателей превращается в кинетическую энергию движущегося поезда.

Часть энергии, потребляемой поездом, расходуется при движении на уклонах на изменение его потенциальной энергии. При движении на спусках потенциальная энергия уменьшается, на подъемах – увеличивается. В конечном итоге электрическая энергия, потребляемая поездом из сети, превращается в тепловую – это потери в пусковых реостатах и потер в тяговых двигателях, нагревание в результате трения колес о рельсы, поезда о воздух и т.д.

Расход электрической энергии может быть определен по кривым движения либо путем расчета отдельных составляющих по аналитическим выражением.

3.1. Определение расхода электрической энергии аналитическим способом

Для электровозов переменного тока расход электрической энергии на тягу поезда , кВт∙ч, без учета расхода на вспомогательные цепи, определяется по формуле

(1)

где – расчетное напряжение контактной сети, равное 25000 В; – активный ток, потребляемый электровозом, А; – время, в течение которого электровоз потребляет ток , мин.

Значения токов определяются из токовой характеристики электровоза , приведенной в [1], в зависимости от позиции (зоны) регулирования напряжения на ТЭД.

Расход энергии определяется для каждого элемента профиля пути и в конце тягового расчета суммируется:

(2)

Определение полного и удельного расхода электрической энергии. Кроме энергии, затрачиваемой на движение поезда, электровоз потребляет электроэнергию на собственные нужды. Расход электрической энергии на собственные нужды складывается из энергии, необходимой для работы вспомогательных машин, питания цепей управления, освещения и отопления электроподвижного состава. Эту энергию определяют как произведение среднего потребления электроэнергии вспомогательными машинами за 1 мин на полное время работы электровозов.

Общий расход электрической энергии по перегону электровозами и моторными вагонами электропоездов определяется как сумма расходов на тягу поезда и на собственные нужды по формуле

(3)

где – расход электроэнергии на тягу поезда, кВт∙ч; – расход электроэнергии на собственные нужды, кВт∙ч.

Затем рассчитывают удельный расход электроэнергии по каждому перегону и участку в целом.

Удельный расход энергии, который нормируется в ), определяется по формуле

(4)

где – полный расход электроэнергии, кВт∙ч; – масса состава, т; – длинна перегона (или всего участка), на котором определяется удельный расход электроэнергии, км.

Пример.Требуется рассчитать расход электрической энергии для электровоза массой , с составом массой 3800 т,сформированным из 4-осных вагонов на подшипниках скольжения, со средней нагрузкой . Электровоз работает на позиции ОП2 и перемещает состав по участку, профиль которого представлен в табл. 1.

Таблица 1

Профиль пути

Номер элемента	1	2	3	4	5
i, ‰	0	–2	7,5	2	0
S, м	1500	2000	7000	2000	1500

Значения активного тока электровоза определяем, используя зависимость (см. прил. 5) для установившейся скорости каждого элемента профиля пути.

Например при для позиции ОП2 (см. прил. 5) ток электровоза .

Рассчитаем расход электрической энергии на тягу поезда по формуле (1).

Время, в течение которого протекает ток 157 А, для элемента № 1: , следовательно, расход тока, А мин, составит:

Расход электрической энергии, кВт∙ч, составит

Расчет расхода электрической энергии для других элементов профиля пути сведем в табл. 2.

Таблица 2

Расчет расхода электроэнергии электровоза

Номер элемента			Режим работы
1	1,5	0	Тяга	101	0,89		157		139,9		58
2	2	– 2	Выбег	55	2,18		0		0		0
3	7	7,5	Тяга	63,5	6,61		285		1885,04		785
4	2	2	Тяга	85,5	1,4		190		266,67		111
5	1,5	0	Выбег	101	0,89		0		0		0
Сумма						11,98				Сумма		955

Рассчитаем расход электрической энергии на собственные нужды электровоза .

В соответствии с прил. 2 расход электрической энергии на собственные нужды для заданного электровоза за 1 минуту составляет 4,83 кВт ч. Время хода поезда: = 14,98 мин. Следовательно,

.

Общий расход электрической энергии, кВт ч, по перегону определяем по формуле(3):

.

Удельный расход, , определяем по формуле (4):

а) на тягу поезда

б) с учетом собственных нужд: