УДК 629.424. 1

К 89

Тепловозная тяга: Методические указания к курсовому проектированию / В.Д.Кузьмич, Н.А.Сашко, Н.И.Долгачев, О.Е.Петрущенко. - М.: МИИТ, 2003. -68 с.

Приведены основы теории и справочный материал, позволяющие студен­там специальности «Организация перевозок и управление на транспорте (же­лезнодорожный транспорт)» самостоятельно выполнить курсовую работу по дисциплине «Тепловозная тяга».

© Московский государственный

университет путей сообщения

(МИИТ), 2003

Предисловие

Курсовая работа по дисциплине «Тепловозная тяга» завершает изучение этой дисциплины студентами специальности «Управление процессами перевозок» и дает им необходимые сведения и первоначальные навыки выполнения расчетов, связанных с организацией движения поездов и работы тепловозов.

Курсовая работа выполняется по индивидуальным заданиям и состоит из трех частей.

Первая часть заключается в изучении принципа действия и общего уст­ройства конкретного, заданного для обслуживания движения поездов на уча­стке, типа тепловоза.

Вторая, основная по объему, часть работы состоит в выполнении тяговых расчетов, связанных с определением режимов и параметров механики движе­ния поезда (действующих на него сил, скорости движения и времени хода по участку) и затрат энергии на его движение.

Порядок и технология выполнения этих расчетов на железнодорожном транспорте установлены «Правилами тяговых расчетов для поездной работы» (ПТР), последняя редакция которых утверждена Министерством путей сооб­щения в 1980 г. и была издана официально в 1985 г. [1].

Третья часть работы связана с организацией тягового обслуживания дви­жения поездов и работы тепловозов на участке.

Курсовая работа выполняется с использованием учебной и научно-технической литературы. Настоящие «Методические указания» дают студен­там рекомендации для возможности успешного и самостоятельного выполне­ния курсовой работы. Ввиду того, что упомянутые «Правила тяговых расчетов» уже стали библиографической редкостью, в «Методических указаниях» при­ведены основные исходные нормативы и сведения из ПТР, в объеме, необходимом для выполнения учебной работы. Однако, во избежание возможных ошибок при использовании материалов и данных из ПТР в процессе выполне­ния курсовой работы следует обратить особое внимание на то обстоятельство, что в ПТР [1], а также в технической литературе и учебниках прежних лет из­дания, для ряда важных физических величин использовались нестандартные, но ранее применявшиеся единицы измерения. Главным образом это относится к понятиям сил, действующих на поезд, включая и силу тяжести (вес), кото­рые в ПТР приводятся в так называемых килограммах - силы (кгс) или тоннах -силы (тс). В используемой ныне, в том числе и в данных «Методических ука­заниях», Международной системе единиц измерения (СИ) в качестве единицы измерения силы, как известно студентам, принят ньютон (Н), в то время как килограмм (кг) является единицей измерения массы.

Надо помнить простые соотношения: 1 кгс = 9,81 Н и 1 тс = 9,81 кН, где 9,81 - ускорение силы тяжести g.

При переводе в систему СИ данных из ПТР или из других источников в курсовой работе можно принимать округленное значение ускорения g, считая его равным 10 м/с². Вносимая этим погрешность не превышает 2 %, что допус­тимо для многих технических расчетов, в том числе и тяговых, в которых точ­ность исходных данных всегда не бывает ниже нескольких процентов. Но при этом существенно упрощаются перевод единиц и проверки результатов вычис­лений. Таким образом, можно считать, что 1 кгс =10Ни1тс=10 кН.

Курсовая работа представляется студентом в виде пояснительной записки и приложенных к ней графических построений. При ее выполнении следует соблюдать некоторые общие требования.

1. Пояснительная записка, содержащая все необходимые расчеты и пояс­нения к ним, оформляется на стандартных листах писчей бумаги формата А4.

2. Текст должен быть написан четко, с выделениями необходимых заго­ловков, разборчивым почерком без исправлений и зачеркиваний. Допускается оформление рукописи на пишущей машинке или компьютере при соблюдении всех обязательных требований. Страницы пояснительной записки должны быть пронумерованы.

3. Во всех расчетах в начале должны быть приведены численные значе­ния исходных данных с указанием единиц измерения. Расчетные формулы приводятся сначала в общем виде с пояснениями существа и единиц измерения входящих в них величин, а затем в формулу подставляются численные значе­ния, с ними проводятся соответствующие подсчеты и проставляется их оконча­тельный результат. Результаты вычислений также должны быть приведены с единицами их измерения.

4. Результаты всех вычислений округляются в соответствии с указаниями пункта 1.1.2 ПТР [1] ( см. табл. П1 в приложении ).

5. Все расчеты сопровождаются необходимыми пояснениями, а их ре­зультаты краткими выводами.

6. Приводимые в тексте таблицы должны иметь заголовки, а иллюстра­ции и графики - подписи.

7. В начале пояснительной записки должно быть помещено ее содержа­ние, а в конце после выводов - перечень использованной литературы.

8. Графическая часть работы, относящаяся к тяговым расчетам, выполня­ется на миллиметровой бумаге в масштабах, установленных ПТР. Все графики должны иметь начало координат, на координатных осях должны быть проставлены условные буквенные обозначения величин и единицы их измерения.

1 Характеристики и краткое описание тепловоза

Эта часть курсовой работы включает в себя 2-3 страницы текста поясни­тельной записки с двумя иллюстрациями: тяговой характеристикой тепловоза и схемой его общего устройства.

Для общей характеристики тепловоза следует указать:

• число секций тепловоза;

• его назначение (грузовой, пассажирский и т.п.);

• расшифровку обозначения серии тепловоза;

• тип передачи (электрическая, гидравлическая);

• осевую формулу и ее пояснение;

• весовые характеристики тепловоза (сцепной или служебный вес, на­грузка от одной оси на рельсы);

• тяговые параметры тепловоза (значения его силы тяги: расчетное и мак­симальное - при трогании с места; скорость на расчетном подъеме; конструк­ционная скорость).

Эта часть раздела работы завершается изображением тяговой характери­стики тепловоза (расчетной, то есть той, что на графиках ПТР выделена более толстой линией). Тяговую характеристику лучше построить на миллиметровой сетке, либо на обычной бумаге в клетку. Масштаб построения произвольный, но его надо выбирать так, чтобы размеры графика не превышали нормальный формат пояснительной записки (А 4).

На тяговой характеристике следует выделить упомянутые выше значения тяговых параметров тепловоза.

Далее следует привести краткое (на одной стр.) описание особенностей конструкции заданного тепловоза.

Для этого надо воспользоваться конспектами лекций по курсу, записями практических занятий, на которых рассматривались эти вопросы, а также лите­ратурой (по указанию преподавателя). Например, «Развитие локомотивной тя­ги» под редакцией проф. НА. Фуфрянского (изд. 1988 г.), где большая часть применяемых ныне тепловозов подробно описана, или другими книгами, кото­рые, в частности, рекомендовались при изучении электрической тяги в преды­дущем семестре.

Описание надо иллюстрировать схемой общего устройства тепловоза (в продольном разрезе), аналогичной тем, что приводились на лекциях и практи­ческих занятиях. На схеме необходимо обозначить основные узлы тепловоза, дать их перечень и отметить главные особенности.

На схеме надо показать некоторые основные размеры тепловоза (общая длина, высота, диаметр колес).

Необходимо отметить тип дизеля, его мощность, число тактов рабочего процесса и основные размеры (диаметр цилиндра, ход поршня, число цилиндров), а также систему электрического тока, который используется в передаче, и дать схему электрической цепи.

2. Расчет веса и массы состава

2.1 Анализ заданного профиля пути

Для расчета весовой нормы состава производят анализ заданного про­дольного профиля участка железнодорожного пути.

В результате анализа должны быть предварительно выбраны подъемы: расчетный i_p и скоростной i_c.

Расчетным подъемом i_p называется один из наиболее крутых и затяжных подъемов на заданном участке, на котором поезд может достигнуть равномер­ной скорости, равной по величине расчетной скорости заданной серии тепло­воза.

Скоростным подъемом i_c называется один из самых крутых подъемов, преодоление которого возможно за счет использования кинетической энергии поезда.

Так как выбор расчетных элементов профиля пути требует некоторых навыков, рассмотрим пример.

Пример. Дан профиль пути

0	+4	+3	0	+5	+3	+9	0	-8	0_	_+11	0
1500	1900	2500	900	2300	2000	4000	1000	2500	1000	1500	1200

Необходимо выбрать расчетный подъем и скоростной - .

Правилами тяговых расчетов установлены следующие обозначения эле­ментов пути: подъемы обозначаются знаком «плюс», спуски - знаком «ми­нус», горизонтальные участки («площадки») - «нуль», в числителе указывает­ся величина уклона в тысячных долях числа, в знаменателе - длина элемента профиля в метрах.

Казалось бы, что наиболее крутой подъем i= +11 ‰ надо взять для рас­чета веса поезда. Однако, заметим, что он не затяжной, так как перед ним ле­жит спуск -8‰ и площадка, на которой поезд может накопить кинетическую энергию.

Тогда принимаем в качестве расчетного подъёма =+9 ‰ на том основании, что он наиболее крутой (после i=+11 ‰), большой протяженности, а перед ним лежат подъёмы, на которых трудно развить высокую скорость для накопления кинетической энергии.

Подъём ‰ принимаем в качестве скоростного, так как круче этого подъёма на заданном участке нет.

2.2 Расчет веса и массы состава

Вес состава рассчитывается исходя из условия равномерного движения поезда по расчетному подъему с расчетной скоростью тепловоза

Q= , (2.1)

где - расчетная сила тяги тепловоза, Н;

- вес тепловоза, кН;

- основное удельное сопротивление движению тепловоза в режиме тяги, Н/кН;

- основное удельное сопротивление движению вагонов, Н/кН;

- крутизна расчетного подъёма .

Основное удельное сопротивление движению состава из разнотипных вагонов определяется по формуле

, (2.2)

где α,β,γ- процентное содержание однотипных вагонов в составе;

- основное удельное сопротивление движению четырех-, шести- и восьмиосных вагонов соответственно, Н/кН.

Расчетные значения силы тяги, скорости и веса основных серий тепло­возов приведены в табл. П2 приложения, а эмпирические формулы для расче­та основного удельного сопротивления движению локомотива и вагонов в табл. ПЗ приложения.

Значения и при использовании формулы (2.1) вычисляются при скорости движения, равной расчетной скорости тепловоза.

Масса состава по предварительному расчету

(2.3)

g - ускорение свободного падения, м/с.

3. ПРОВЕРКА ВЕСА СОСТАВА С УЧЕТОМ ОГРАНИЧЕНИЙ ПО УСЛОВИЯМ ЭКСПЛУАТАЦИИ

3.1. Проверка веса состава на преодоление скоростного подъема

Основная задача проверки состоит в том, чтобы определить, сможет ли поезд преодолеть выбранный в качестве «скоростного» подъем с учетом ис­пользования кинетической энергии, накопленной на предшествующих эле­ментах профиля.

Аналитическая проверка в соответствии с ПТР [1] выполняется по фор­муле

S=Σ (3.1)

где , - начальная и конечная скорости интервала, км/ч;

- средняя удельная результирующая сила, действующая на поезд в пределах интервала скорости от до , Н/кН.

Удельную силу в пределах выбранного интервала изменения скоростей принимают равной удельной силе при средней скорости интервала, т.е.

[Н/кН], (3.2)

Значения , и определяются по среднему значению скорости рассматриваемого интервала

[км/ч], (3.3)

Для повышения точности расчета интервалы изменения скорости следу­ет брать в пределах 10 км/ч.

Если полученное по формуле (3.1) расстояние больше или равно длине скоростного подъема

S> , (3.4)

то поезд преодолеет скоростной подъем.

Если же путь S окажется короче длины скоростного подъема, то необходимо уменьшить массу состава (например, на 100 т) и все расчеты по проверке веса состава на прохождение скоростного подъема повторить до тех пор, пока не будет выдерживаться условие (3.4).