2 Построение расчетной кривой силы тяги локомотива

Для электровоза постоянного тока.

Тяговые характеристики электровоза постоянного тока ВЛ10 (свой локомотив) содержат кривую ограничения силы тяги по сцеплению, серию кривых характеризующих разные схемы соединения тяговых двигателей (последовательного С, последовательно-параллельного СП и параллельного П) и серию кривых для различных ступеней ослабления магнитного поля (ПП, 0П1, 0П2, ОП3 и ОП4).

Расчетному значению коэффициента ослабления поля соответствует автоматическая характеристика. На полной тяговой характеристике, приведенной в ПТР, расчетная автоматическая характеристика выделена жирной линией. Для электровоза ВЛ10 (свой локомотив) за расчетную автоматическую характеристику принимается кривая F_к = f(v) при параллельном соединении тяговых двигателей и третьей ступени ослабления поля (П - ОПЗ).

Кроме расчетной автоматической характеристики на чертеж (лист 2) наносится кривая ограничения силы тяги по сцеплению. У электровоза постоянного тока ВЛ10 имеется ограничение силы тяги по максимальному току двигателей. Кривая F_к = f(v), соответствующая этому ограничению, пересекает как кривую силы тяги по сцеплению, так и автоматическую характеристику. В этой точке происходит резкое изменение очертания расчетной кривой F_к = f(v). Это происходит при скорости 57,5 км/ч.

Для построения расчетной кривой сила тяги определяются по тяговой характеристике значения силы тяги для скоростей от 0 до 100 км/ч с интервалом 10 км/ч, а также для скорости, при которой резко изменяется очертание кривой (57,5 км/ч) и для расчетной скорости (v_р =46,7 км/ч).

Расчетная кривая силы тяги локомотива ВЛ10 приведена на листе 2. для ее построения использованы паспортные данные, приведенные в ПТР[1].

Для электровоза переменного тока.

У электровоза переменного тока ВЛ80^к (свой электровоз) тяговые характеристики содержат кривую, ограниченную силой тяги по сцеплению, кривые F_к = f(v) для разных значений напряжения, снимаемого со вторичной обмотки главного трансформатора (разные позиции контроллера машиниста), и серию кривых, соответствующих различным ступеням ослабления магнитного поля двигателя.

Расчетному значению коэффициента ослабления поля соответствует автоматическая характеристика. На полных тяговых характеристиках, приведенных в ПТР, расчетная автоматическая характеристика выделена жирной линией. Для электровоза переменного тока ВЛ80^к расчетная автоматическая характеристика соответствует второй ступени ослабления поля ОП2 при 33-й позиции контроллера ЗЗП).

Кроме расчетной автоматической характеристики на чертеж (лист 2) наносится кривая ограничения силы тяги по сцеплению. У современных электровозов переменного тока имеется ограничение силы тяги по максимальному току двигателей. Кривая F_к = f(v), соответствующая этому ограничению, пересекает как кривую силы тяги по сцеплению, так и автоматическую характеристику. В этой точке (v= 57,1 км/ч) происходит резкое изменение очертания расчетной кривой F_к = f(v).

Для построения расчетной кривой сила тяги определяется по полной тяговой характеристике сила тяги для значений скорости от 0 до 100 км/ч с интервалом 10 км/ч, а также для скорости, при которой резко изменяется очертание этой кривой (v= 57,1 км/ч) и расчетной скорости локомотива (v= 44,2 км/ч).

Расчетная кривая силы тяги локомотива ВЛ80 приведена на листе 2. Для ее построения использованы паспортные данные, приведенные в ПТР[1].

Для тепловоза

В соответствии со схемой преобразования энергии сила тяги тепловоза ограничивается мощностью двигателя внутреннего сгорания (дизеля), передаточным механизмом и сцеплением движущих колес с рельсами.

Полные тяговые характеристики тепловоза 2ТЭ10 приведены в ПТР. Каждая характеристика содержит несколько серий кривых F_к = f(v), обозначенных цифрами 1, 2, 3 и т.д. Эти цифры соответствуют определенной позиции поездного контроллера машиниста. При изменении позиции изменяется и количество топлива, которое поступает в цилиндры дизеля за один рабочий ход, а следовательно, и сила тяги. Помимо кривых F_к = f(v), выражающих ограничение силы тяги по дизелю и электрической передаче, полные тяговые характеристики тепловоза содержат еще кривую ограничения силы тяги по сцеплению [3].

На тяговой характеристике тепловоза 2ТЭ10 (лист 2) показаны: 1) кривая ограничения силы тяги по сцеплению (или по пусковому току у тепловоза ТЭ3); 2) кривая, выражающая ограничение силы тяги по дизелю и электрической передаче при расчетной (максимальной для данного тепловоза) позиции контроллера. Соответствующие этим кривым значения F_к определены по тяговым характеристикам тепловоза для всех скоростей (от 0 до 100 км/ч) с интервалом 10 км/ч, а также для скорости, при которой резко изменяется очертание кривой F_к = f(v) ( v = 22 км/ч) – скорость перехода от ограничения силы тяги по сцеплению на автоматическую характеристику при 15СП-ПП и расчетной скорости (v_р = 23,4 км/ч). Для скоростей, в пределах которых на тяговой характеристике имеются по две кривые F_к = f(v) при разных режимах работы тяговых двигателей, в расчет принималось среднее значение F_к. Расчетная кривая силы тяги локомотива ВЛ10 приведена на листе 2. Для ее построения использованы паспортные данные, приведенные в ПТР[1].

3. Определение массы состава, количества вагонов и длины поезда

Масса состава определяется из условия равномерного движения поезда на руководящем подъеме по формуле

, (10)

где F_К – сила тяги локомотива при расчетной скорости, Н;

P – вес локомотива, т;

w₀^’ – основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме тяги при расчетной скорости, Н/т ;

w₀^” – основное удельное средневзвешенное сопротивление движению состава при расчетной скорости, Н/т;

i_р – величина руководящего уклона, ⁰/₀₀.

Определяем значения удельных сопротивлений w^’₀ и w^”₀ при расчетной скорости v_р = 44,2 км/ч у электровоза ВЛ80^к

w₀^” = 8,81 + 0,0449v + +0,00102v²;

w₀^” = 8,81 + 0,0449 · 23,4 + 0,00102 · 23,4² = 12,8 Н/т;

w₀^’ = 19 + 0,1v + +0,003v²;

w₀^’ = 19 + 0,1 · 23,4 + 0,003 · 23,4² = 27,4 Н/т.

Масса локомотива ВЛ80^к P = 184 т; сила тяги при расчетной скорости F_к = =490000 Н.

Подставляя значение в формулу 10, получим:

при i_р = 10⁰/₀₀ т;

при i_р = 12⁰/₀₀ т;

при i_р = 14⁰/₀₀ т.

Принимаем для дальнейших расчетов Q_{i p = 10 %} = 4150 т; Q_{i p = 12 %} = 3500 т;

Q_{i p = 14 %} = 3000 т.

Так как в составе разнотипные вагоны, то число вагонов в составе определяется по формуле

, (11)

где β – удельный вес вагонов данной категории в составе (подсчитан в пункте 1);

Q – масса состава, т;

q – масса вагонов брутто данной категории, т (подсчитана в пункте 1).

При i_р=10‰, Q=4150, β₄=0,81, β₈=0,19, q₄=77,8 т, q₈=161,6 т

ед;

ед.

Принимаем n₄=43 вагона, n₈=5 вагонов.

При i_р=12‰, Q=3500 т, β₄=0,81, β₈=0,19, q₄=77,8 т, q₈=161,6 т

ед;

ед.

Принимаем n₄=36 вагонов, n₈=4 вагона.

При i_р=14‰, Q=3000 т, β₄=0,81, β₈=0,19, q₄=77,8 т, q₈=161,6 т

ед;

ед;

Принимаем n₄=31 вагон, n₈=3 вагона.

Так как расчеты массы состава приводятся с округлением до 50 т, то необходимо, чтобы получаемая после округления числа вагонов масса состава Q^’ не отличалась от расчетной более, чем на 50 т. Для соблюдения этого условия в данном случае следует принять n₄=43 вагона, n₈=5 вагонов. Тогда

Правильность определения числа вагонов контролирую проверкой

i_р=10‰ Q’=43 · 77,8+5 · 161,6=4153 т;

i_р=12‰ Q’=36 · 77,8+4 · 161,6=3447 т;

i_р=14‰ Q’=31 · 77,8+3 · 161,6=2897 т.

Так как масса состава не превышает расчетную более, чем на 50 т, число вагонов не корректируется.

При известном числе вагонов масса полезного груза в составе (нетто, т)

; (12)

q_{гр 4} – грузоподъемность вагона, т;

α – коэффициент полногрузности.

Коэффициент использования массы состава

. (13)

При исходных данных, приведенных выше, по формуле (12), получим i_р=10‰ Q_Н=43 · 0,8 · 62+5 · 0,9 · 124=2691 т; =2691/4150=0,69;

i_р=12‰ Q_Н=36 · 0,8 · 62+4 · 0,9 · 124=2232 т; =2232/3500=0,69;

i_р=14‰ Q_Н=31 · 0,8 · 62+3 · 0,9 · 124=1872 т =1872/3000=0,68.

Длина поезда определяется по формуле

, (14)

где l_Л – длина локомотива, м;

n_i – количество однотипных вагонов в составе;

l_i – длина вагонов по осям автосцепки, м;

10 – длина на установку состава, м.

i_р=10‰, l_П = 33+43 · 15+5 · 20+10=788 м;

i_р=12‰, l_П = 33+36 · 15+4 · 20+10=663 м;

i_р=14‰, l_П = 33+31 · 15+3 · 20+10=568 м.

Длина локомотива и вагонов при определении длины поезда принимаются по [1, таблица 12].

На основании полученных данных строим на листе 3 зависимость массы состава и длины поезда от руководящих уклонов.