ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Электрическая тяга»

Курсовой проект

По дисциплине: «Теория электрической тяги»

На тему:

«Тяговые расчеты поездной работы на электрифицированном участке»

Проверил:

Выполнил:

Екатеринбург 2006

Содержание

Введение

1. Исходные данные и задание на курсовой проект

2. Анализ исходных данных и выбор расчетного подъема

3. Расчет массы состава и ее проверка

4. Построение диаграммы удельных результирующих сил поезда

5. Тормозная задача

6. Построение кривых движения поезда

7. Построение кривых тока тягового двигателя и электровоза

8. Расчет нагревания тяговых двигателей

9. Расчет полного и удельного расхода электроэнергии

Список использованных источников

1 Исходные данные.

1.1 Индивидуальные исходные данные

1.1.1 Электровоз ВЛ-8. Профиль № 10 (таблица 1.1.).

1.1.2 Вагонный состав поезда

Доля (по массе) восьмиосных () и четырехосных () вагонов в составе поезда:

= 0,02·N, (1.1)

= 0,02·10 = 0,2

где N – порядковый номер студента по списку.

= 1 - (1.2)

= 1 – 0,2 = 0,8

Масса в тоннах, приходящихся на ось колесной пары, соответственно:

m08 = 6,5 + 0,5·N, (1.3)

m08 = 6,5 + 0,5·10 = 11,5 т.

m04 = 7,5 + 0,5·N. (1.4)

m04 = 8,5 + 0,5·10 = 13,5 т.

1.1.3 Направление движения –нечетное.

1.2 Общие данные

1.2.1 Участок А-Б-В имеет звеньевой путь.

1.2.2 Расположение осей станционных путей следующее:

– ось станции А расположена в начале первого элемента;

– ось станции Б расположена в середине элемента № 13;

– ось станции В расположена в конце последнего элемента.

1.2.3 Длина станционных путей – 1250 м.

1.2.4 Допустимая скорость движения по состоянию путей:

– по перегонам………..80 км/ч;

– по станциям…………60 км/ч.

1.2.5 Допустимый тормозной путь при экстренном торможении –1200 м.

1.2.6 Расчетный тормозной коэффициент поезда – 0,33.

1.2.7 Тормозные колодки – чугунные.

Таблица 1.1 – Продольный профиль и план пути участка А-Б-В

Номер элемента	Lэ , м	i , %
1 А	1700	-0,3
2	600	-1
3	1100	0
4	1900	4,5
5	1200	0
6	1300	3,5
7	1400	8
8	1600	10
9	1100	0
10	1400	-5
11	1800	-2
12	800	0
13 Б	1600	0,4
14	1300	1,5
15	1700	0
16	800	-7
17	1600	-12
18	1100	-2
19	1200	0
20	1600	10
21	1800	2,5
22	800	0
23	1700	-6
24	1000	-3
25	1500	-8
26	700	0
27 В	1000	0,2
	35300

2. Анализ исходных данных и выбор расчетного подъема

2.1. Основные данные электровоза

Таблица 2.1

Основные технические данные и характеристики электровоза.

Серия электровоза	Тип ТЭД	m э, т	F ктр, кН	Fкт, кН	v р, км/ч	L э, м	a сн, кВт·ч/мин	v к, км/ч
ВЛ – 8	НБ – 406	184	595	456	43,3	28	1,67	80

Таблица 2.2 – Тяговые характеристики электровоза ВЛ – 8.

V, км/ч	Fк, кН
	ПВ	ОВ 1	ОВ 2	ОВ 3
0	595
10	499
20	480
30	471
43,3	466	600	-	-
45	282	397	530	-
50	190	274	362	460
55	134	196	266	335
60	98	140	194	254
65	77	112	151	193
70	61	87	119	157
75	50	73	103	133
80	41	61	88	112

Таблица 2.3

Токовые характеристики электровоза ВЛ – 8 в режиме тяги.

V, км/ч	Iэ, А
	ПВ	ОВ 1	ОВ 2	ОВ 3
40	1900	3000	-	-
45	1330	1830	2500	-
50	970	1390	1900	2400
55	770	1110	1460	1870
60	620	880	1200	1530
65	540	740	1020	1290
70	480	650	900	1130
75	430	590	810	1020
80	390	540	750	930

Таблица 2.4 – Токи электровоза ВЛ – 8 в период пуска и разгона.

V, км/ч	Iэ, А
0,0 8,2 8,2 18,5 18,5 39,7	570 515 1030 980 1960 1910

Таблица 2.5 – Тепловая характеристика ТЭД НБ-406, электровоза ВЛ – 8.

Iя, А	0	100	200	300	400	450	500	600
τ∞, С°	0	22	46	91	185	260	350	572
Т, мин	44	44	44	44	44	44	44	44

2.2. Расчет и построение ограничений характеристик

Сила сцепления в режиме тяги Fсц, кН, определяется по выражению:

Fсц = 9,81·mэ·ψк, (2.1)

где, mэ – масса электровоза.

ψк – расчетный коэффициент сцепления.

Расчетный коэффициент сцепления определяется:

ψк = 0,25+8/(100+20·v) (2.2)

Сила сцепления электровоза при рекуперативном торможении Всц, кН, принимаем равной 0,8 Fсц.

Таблица 2.6 – Ограничение характеристик по силе сцепления.

V, км/ч	0	10	20	30	43,3	50	60	70	80
ψк	0,330	0,277	0,266	0,261	0,258	0,257	0,256	0,255	0,255
Fсц, кН	595,66	499,39	480,14	471,88	466,20	464,38	462,36	460,88	459,75

2.3. Анализ продольного профиля пути

В курсовом проекте предполагается массу состава определить из условия движения с равномерной скоростью по расчетному подъему, но надежного метода выбора расчетного подъема нет, поэтому правильность определения расчетного подъема устанавливается при построении кривой скорости движения.

Если длина труднейшего подъема, характер прилегающих к нему элементов профиля пути и расположение остановочных пунктов позволяют предположить, что этот подъем не может быть преодолен с использованием кинетической энергии поезда, то такой подъем следует принимать расчетным.

По данным таблицы 1.1. выбираем три наиболее крутых подъёма:

- элемент 7, i = 8,0 ‰

- элемент 10, i = 10,0 ‰

- элемент 20, i = 10,0 ‰

За расчетный принимаем подъем на элементе 10.

Ось станции А расположена на уклоне i = -0,3 ‰ ось станции Б расположена на подъеме i = 0,4 ‰, ось конечной станции В на подъеме, где i = 0,2 ‰.

Самый крутой спуск на участке элемент 17, i = -12,0 ‰.

3. Расчет массы состава и ее проверки

3.1. Расчет критической массы состава

Критическая масса состава mс кр, т, определяется по мощности электровоза из условия движения поезда по расчетному подъему с установившейся (равномерной) скоростью и при работе электровоза в расчетном режиме

(3.1)

где Fкр – расчетная сила тяги электровоза, Н;

g – ускорение свободного падения, м/с2;

wо’ – удельное основное сопротивление движению электровоза при езде под током, Н/кН;

iр – расчетный подъем, ‰;

w”о – удельное основное сопротивление движению состава, Н/кН.

Примечание. За расчетный подъем принимают один из наиболее крутых и один из наиболее длинных по протяженности подъемов, перед которым отсутствуют достаточно легкие элементы профиля пути. Последнее дает основание предположить, что этот подъем не может быть преодолен с использованием кинетической энергии движения поезда. Из вышесказанного следует, что надежного метода выбора расчетного подъема нет. Поэтому правильность определения расчетного подъема может быть установлена только после построения кривой скорости движения поезда и оценки проследования выбранного подъема.

Для всех серий электровозов величину wо’ рассчитывают по формуле

wо’ = 1,9 + 0,01V + 0,0003V2, (3.2)

где V – скорость движения, км/ч.

Для состава, сформированного из четырехосных и восьмиосных вагонов, величину wо” рассчитывают по формуле

(3.3)

где wо4” – удельное основное сопротивление движению четырехосных вагонов, Н/кН;

wо8” – удельное основное сопротивление движению восьмиосных вагонов, Н/кН.

Удельное основное сопротивление движению груженых четырехосных и восьмиосных вагонов определяют по формулам:

, (3.4)

(3.5)

где m04, m08 – масса приходящихся на одну ось четырехосного и восьмиосного вагона соответственно, т.

При расчете массы состава, величины wо’ , wо” определяют при V = Vр

Тогда, проведя расчет по формулам (4.1) – (4.5) получим:

wо’ = 1,9 + 0,01·43,3 + 0,0003·43,32 = 2,90 Н/кН

Тогда

3.2 Проверка критической массы состава по условию взятию поезда с места

Критическая масса состава должна быть меньше массы mс.тр, полученной по формуле

(3.6)

где mс.тр – масса состава по условию взятия поезда с места, т;

Fк.тр – сила тяги электровоза при трогании поезда с места, Н;

wтр – удельное основное сопротивление движению состава при трогании поезда с места, Н/кН;

iтр – уклон станционного пути, на котором происходит трогание поезда с места, ‰.

Основное удельное сопротивление движению при трогании поезда с места для вагонов на роликовых подшипниках определяется по формуле

Wтрi = 28 / (moi + 7), (3.7)

где mоi – масса, приходящаяся на ось вагона i-того типа, т.

Для состава из четырехосных и восьмиосных вагонов wтр определяют по выражению

wтр = a4Чwтр4 + a8Чwтр8, (3.8)

Очевидно, критическая масса состава проверяется на взятие поезда с

места на остановочном пункте с наиболее тяжелым профилем пути.

Произведя расчеты по формулам (4.6) – (4.8) получим:

Wтр4 = 28 / (11,5 + 7) = 1,51 Н/кН

Wтр8 = 28 / (13,5 + 7) = 1,37 Н/кН

wтр = 0,8Ч1,51 + 0,2Ч1,37 = 1,48 Н/кН

Полученная масса состава значительно превышает то значение mс , которое было получено по формуле (3.1). Это удовлетворяет условию проверки.

3.3 Проверка массы состава по размещению на станционных путях

Длина поезда не должна превышать полезной длины приемоотправочных путей на участках обращения данного поезда (с учетом допуска 10 м на установку поезда).

Длина поезда lп, м, определяется по формуле

lп = lс + nл Ч lл + 10, (3.9)

где lс - длина состава, м;

nл - число локомотивов.

Длина состава определяется по формуле

lс = S(ni Ч li), (3.10)

где ni - количество вагонов i-го типа в составе;

li - длина вагона i-го типа, м.

В курсовом проекте принять l4 = 14 м, l8 = 21 м.

Количество вагонов определяется по выражению

ni = ai Ч mс / mi, (3.11)

где ai - доля вагонов i-го типа (по массе);

mi - масса одного вагона i-го типа, т.

Масса вагона определяется по числу осей и осевой нагрузке.

Тогда по формулам (3.9) – (3.11) получаем:

n4 =

n8 =

lс = (66Ч14)+ (7Ч21) = 1071,00 м.

lп = 1071,00 + 28 Ч1 + 10 = 1109,00 ≈ 1110 м.

Данная проверка массы состава по размещению на станционных путях выполнена, т.к. полученная величина lп менее длины станционных путей 1250 м по условию задания.

4. Расчет и построение зависимостей удельных результирующих сил поезда от скорости движения.

Для получения в дальнейшем кривых движения поезда графическим способом необходимо предварительно рассчитать удельные результирующие силы, действующие на поезд при движении его по прямому и горизонтальному участку пути. При этом удельные результирующие силы поезда рассчитывают и строят на графике в зависимости от скорости движения для всех трех возможных режимов ведения поезда: тяги – fт (V), выбега – fв (V), служебного механического торможения – fсл..т (V). Совместное графическое изображение этих зависимостей принято называть диаграммой удельных результирующих сил поезда.

В тяговом режиме

fт = fк - wо, (4.1)

в режиме выбега

fв = -wох , (4.2)

в режиме экстренного торможения

fэ.т. = - (bт + wо) (4.3)

в режиме служебного механического торможения

fсл.т = - (0,5bт + wох), (4.4)

где fк - удельная сила тяги, Н/кН;

wо - удельное основное сопротивление движению поезда при работе электровоза под током, Н/кН;

wох - удельное основное сопротивление движению поезда при работе электровоза без тока, Н/кН;

bт - удельная тормозная сила при механическом торможении, Н/кН.

В свою очередь

wо = (mл Ч wo  + mc Ч wо  ) / (mл + mc), (4.5)

wох = (mл Ч wx + mc Ч wо  ) / (mл + mc), (4.6)

fк = Fк / [( mл + mc) Ч g], (4.7)

bт = 1000jкр Ч uр; (4.8)

где wх - удельное основное сопротивление движению электровоза при

работе его без тока, Н/кН;

Fк - сила тяги электровоза, Н;

jкр - расчетный коэффициент трения колодок о бандаж;

uр - расчетный тормозной коэффициент поезда.

Для всех серий электровозов

wх = 2,4 + 0,011V + 0,00035V2. (4.9)

Для чугунных тормозных колодок

jкр = 0,27(V + 100) / (5V + 100). (4.10)

Расчет значений удельных сил поезда выполняют для ряда скоростей движения с интервалом 10 км/ч в диапазоне от нуля до конструкционной скорости.

В диапазоне скоростей движения от нуля до скорости выхода на характеристику полного возбуждения ПВ силу тяги принимают равной силе сцепления.

Сопротивление движению электровоза и состава при скоростях от 0 до 10 км/ч принимают неизменным и равным его величине при скорости движения 10 км/ч.

Таблица 4.1 – Удельные сопротивления движению электровоза и состава в различных режимах работы.

V, км/ч	0	10	15	20	25	30	35	40	43,3	45	50	55	60	65	70	75	80
W0'=	2,030	2,030	2,118	2,220	2,338	2,470	2,618	2,780	2,890	2,958	3,150	3,358	3,580	3,818	4,070	4,338	4,620
Wx=	2,545	2,545	2,644	2,760	2,894	3,045	3,214	3,400	3,53	3,604	3,825	4,064	4,320	4,594	4,885	5,194	5,520
W04"=	1,070	1,070	1,140	1,222	1,314	1,417	1,532	1,657	1,74	1,792	1,939	2,097	2,265	2,445	2,635	2,836	3,048
W08"=	1,188	1,188	1,222	1,263	1,312	1,369	1,434	1,506	1,55	1,586	1,674	1,770	1,873	1,985	2,104	2,231	2,365
W0"=	1,093	1,093	1,157	1,230	1,314	1,408	1,512	1,626	1,70	1,751	1,886	2,031	2,187	2,353	2,529	2,715	2,911
W0=	1,137	1,137	1,201	1,276	1,362	1,457	1,564	1,680	1,76	1,808	1,945	2,093	2,252	2,421	2,601	2,791	2,991
W0x=	1,161	1,161	1,226	1,302	1,388	1,484	1,592	1,709	1,79	1,838	1,977	2,126	2,287	2,457	2,639	2,831	3,033

Таблица 4.2 – Результаты расчета (тяговый режим)

	V, км/ч	0	10	20	30	40	43,3	45	50	55	60	65	70	75	80
	W0=	1,13	1,13	1,27	1,45	1,68	1,76	1,80	1,94	2,09	2,25	2,42	2,60	2,79	2,99
Fк	ПВ	596	499	480	472	447	447	282	190	134	98	77	61	50	41
	ОВ 1					600	600	397	274	196	140	112	87	73	61
	ОВ 2							530	362	266	194	151	119	103	88
	ОВ 3								460	335	254	193	157	133	112
fк	ПВ	15,44	12,93	12,43	12,23	11,58	11,58	7,30	4,92	3,47	2,53	1,99	1,58	1,29	1,06
	ОВ 1					15,54	15,54	10,28	7,10	5,07	3,62	2,90	2,25	1,89	1,58
	ОВ 2							13,73	9,38	6,89	5,02	3,91	3,08	2,66	2,28
	ОВ 3								11,91	8,68	6,58	5,00	4,06	3,44	2,90
fт	ПВ	14,30	11,79	11,16	10,77	9,90	9,81	5,50	2,97	1,37	0,28	-0,42	-1,02	-1,49	-1,92
	ОВ 1					13,86	13,78	8,47	5,15	2,98	1,37	0,48	-0,34	-0,89	-1,41
	ОВ 2							11,92	7,43	4,79	2,77	1,49	0,48	-0,12	-0,71
	ОВ 3								9,97	6,58	4,33	2,58	1,46	0,65	-0,08

Таблица 4.3 – Результаты расчета (выбег)

V, км/ч	0	10	20	30	40	43,3	50	60	70	80
W0x	1,16	1,16	1,30	1,48	1,70	1,79	1,97	2,28	2,63	3,03
f в	-1,16	-1,16	-1,30	-1,48	-1,70	-1,79	-1,97	-2,28	-2,63	-3,03

Таблица 4.4 – Результаты расчета (механическое торможение)

V, км/ч	0	10	20	30	40	50	60	70	80
W0x	1,161	1,161	1,302	1,484	1,709	1,977	2,287	2,639	3,033
φкр	0,270	0,198	0,162	0,140	0,126	0,116	0,108	0,102	0,097
vр	0,330	0,330	0,330	0,330	0,330	0,330	0,330	0,330	0,330
bт	89,100	65,340	53,460	46,332	41,580	38,186	35,640	33,660	32,076
fсл.т	-45,71	-33,83	-28,03	-24,65	-22,49	-21,07	-20,10	-19,46	-19,07

Таблица 4.5 – Результаты расчета (экстренное торможение)

V, км/ч	0	10	20	30	40	50	60	70	80
W0x=	1,16	1,16	1,30	1,48	1,709	1,97	2,28	2,63	3,03
bт=	89,1	65,34	53,46	46,33	41,58	38,18	35,64	33,66	32,07
f=	-90,26	-66,50	-54,76	-47,81	-43,28	-40,16	-37,92	-36,29	-35,10

Полученные расчетные значения вышеприведенных физических величин заносятся в соответствующие таблицы, по данным которых на отдельном листе миллиметровой бумаги строится диаграмма удельных результирующих сил поезда - fт(V), fв(V), и fсл.т(V).

5. Тормозная задача

Определение допустимых скоростей движения поезда на спусках производится с целью недопущения проследования поездом участков пути, имеющих спуски, со скоростями движения, превышающими допустимые значения по тормозным средствам поезда. Такая задача называется тормозной задачей и решается путем расчета режима экстренного торможения поезда, когда по заданным значениям тормозного пути Sт, профиля пути (в данном случае величины спуска) iс и тормозным средствам поезда bт определяется максимально допустимое значение скорости начала торможения Vнт.

Зависимость действительного тормозного пути от скорости начала торможения Sд(Vнт) определяют путем решения графическим методом МПС основного уравнения движения поезда в режиме его экстренного торможения, когда удельная равнодействующая сила поезда fэкс.т равна

fэкс.т = - bт - wох. (5.1)

Полный тормозной путь Sт, м, имеет две составляющие

Sт = Sп + Sд, (5.2)

где Sп – подготовительный тормозной путь, м;

Sд – действительный тормозной путь, м.

Путь Sп, пройденный поездом за время подготовки тормозов к дей­ствию, находится по формуле

Sп = 0,278Vнт Ч tп, (5.3)

где Vнт – скорость движения поезда в момент начала торможения, км/ч;

tп – время подготовки тормозов к действию, с.

В зависимости от количества осей в грузовом составе Nо время нахо­дят по одной из эмпирических формул:

– при Nо ≤ 200

tп = 7 - 10ic / bт; (5.4)

– при 300 ≥ Nо > 200

tп = 10 - 15ic / bт; (5.5)

– при Nо > 300

tп = 12 - 18ic / bт, (5.6)

где ic – значение спуска, на котором решается тормозная задача, %о.

Количество осей в составе определяется по формуле

Nо = 4n4 + 8n8. (5.7)

Таким образом, расчет значений подготовительного тормозного пути Sп выполняют по (5.2) с учетом (5.3 – 5.6) для ряда скоростей начала торможения в диапазоне от 0 до Vк с шагом 10 км/ч и результаты расчетов заносят в специально подготовленную таблицу.

Таблица 5.1 Результаты расчетов

V, км/ч	0	10	20	30	40	50	60	70	80
W0x	1,161	1,161	1,302	1,484	1,709	1,977	2,287	2,639	3,033
bт	89,1	65,34	53,46	46,332	41,58	38,185	35,64	33,66	32,076
tп	14,42	15,305	16,040	16,662	17,194	17,656	18,060	18,417	18,734
Sп	0	42,550	89,184	138,961	191,206	245,426	301,251	358,397	416,644
f	-90,261	-66,501	-54,762	-47,816	-43,289	-40,162	-37,927	-36,298	-35,109

Примеры расчетов для скорости 80 км/ч:

Nо = 4·66 + 8·7 = 320 осей

tп = 12- (18·(-12))/32,076 = 18,734 с

Sп = 0,278 · 80 Ч 18,734 = 416,644 м

fэкс.т = - 32,076 + 3,033 = -35,109 Н/кН

Учитывая, что зависимость Sп(Vнт) начинается в начале заданного тормозного пути и имеет нарастающий характер, а зависимость Sд(Vнт) заканчивается в конце заданного тормозного пути и имеет убывающий характер, то очевидно, что две эти зависимости на интервале тормозного пути пересекаются, а точка их пересечения и есть решение тормозной задачи. В результате построения графика точка пересечения Sп и Sд получилась на скорости 73 км/ч.

Поэтому выбираем предельную скорость следования поезда по перегону 70 км/ч.

6. Построение кривых движения поезда

6.1 Метод получения кривых движения

Кривые движения - зависимости скорости движения и времени хода от пути. Эти кривые получают в результате решения дифференциального уравнения

= 120f ; (6.1)

= V, (6.2)

где V - скорость движения поезда, км/ч;

S - путь, пройденный поездом, км;

f - удельная результирующая сила, действующая на поезд, Н/кН;

t - время движения поезда, ч.

В курсовом проекте рекомендуется использовать графический способ интегрирования уравнений (6.1 )-(6.2) - способ МПС. Сначала строим кривую V(S), затем t(S).

6.2 Построение кривой скорости движения поезда V(S) способом МПС

Для построения кривой скорости необходима диаграмма f(V), построенная на миллиметровой бумаге. Масштабы пути, скорости движения и силы увязываются между собой.

Для получения очередного отрезка кривой V(S) необходимо выполнить следующее:

а) выбрать режим ведения поезда;

б) при уклоне i≠0 перенести начало координат на диаграмме f(V) в точку на оси, где f=i;

в) определить знак силы f при начальной скорости (при новом положении начала координат). Знак силы определяет знак приращения скорости движения ∆V;

г) определить абсолютную величину приращения скорости ∆V, среднюю скорость движения Vcp и очередное значение скорости движения Vn+1 по выражениям:

Vср =Vn +∆V/2 , (6.3)

Vn+1 =Vn+∆V, (6.4)

д) при определении ∆V необходимо чтобы соблюдались условия:

|∆V|≤∆Vmax, (6.5)

Vn+1 ≤Vдоп, (6.6)

где ∆Vmax — максимально допустимое приращение скорости движения. Согласно ПТР ∆V = 5... 1 0 км/ч

— допустимая скорость движения на рассматриваемом элементе профиля пути.

Кроме того, необходимо следить, чтобы точки излома кривой f(V) и значение установившейся скорости движения не попадали внутрь интервала ∆V

е) на кривой f(V) для выбранного режима ведения поезда находим точку. соответствующую скорости Vср , и из этой точки проводим луч в начало координат;

ж) на графике V(S), ось скорости которого должна быть параллельна оси V на диаграмме f(V) через начальную точку кривой скорости V провести в пределах ∆V отрезок прямой, перпендикулярный полученному лучу на диаграмме f(V). Конец этого отрезка принимаем за начальную точку скорости движения на следующем отрезке пути. При подходе к перелому профиля пути чаще всего последняя точка, построенная для данного элемента, попадает на следующий элемент с другим уклоном. В этом случае отрезок кривой скорости проводят только до границы элемента, и точка пересечения с границей элемента принимается за начальную точку кривой скорости на следующем элементе профиля пути.

Далее необходимо перейти к пункту а) и повторить рассмотренные действия.

На кривой скорости в местах изменения условий ведения поезда делаем отметки необходимые для дальнейшего построения кривых тока.

Кривую скорости строят для двух вариантов движения с остановкой на промежуточной станции и без остановки).

6.3 Выбор режима ведения поезда

Для исключения неопределенности при выборе режима ведения поезда выбираем условия, соблюдение которых дает однозначное решен задачи. Такими условиями могут быть: получение наименьшего времени хода; получение наименьшего расхода электроэнергии при соблюдении данного времени хода; получение наименьших эксплуатационных затрат и многое другое.

Если каждый элемент профиля пути будет проследован с наименьшим временем, то и общее время хода будет минимальным.

Для получения наибольшей средней скорости требуется наибольшая результирующая сила, которая получается в тяговом режиме с наибольшими тяговыми усилиями (с учетом действующих ограничений силы тяги).

При одном и том же ускорении средняя скорость тем больше, чем больше начальная скорость.

Скорость движения поезда ограничена конструкцией пути, вагонов и локомотива и при тяговом режиме может достичь допустимого значения, В этом случае для обеспечения наименьшего времени хода движение поезда до конца элемента должно осуществляться с допустимой скоростью. Режим ведения поезда

с постоянной скоростью определяется из условия равенства нулю результирующей силы при этой скорости. Однако часто ни в одном из режимов это условие не выполняется, и тогда за счет чередования режимов скорость движения поддерживается около допустимого значения.

Движение с возможной наибольшей силой тяги до конца элемента профиля пути, или до точки пути, где скорость достигает максимального значения, дальнейшее движение со скоростью, близкой к допустимой, обеспечивает наибольшую скорость в конце рассматриваемого элемента профиля пути. Тем самым создаётся условие для получения наименьшего времени хода на следующем элементе.

6.4 Построение кривой t(S) способом МПС

Построение кривой t(S) начинаем с выбора масштаба времени mi и полюсного расстояния ∆. При построении кривой скорости были выбраны масштабы скорости движения и пути. Этим масштабам соответствии mi=10 мм/мин и ∆=30 мм. Кривую времени строю на одном графике с кривой скорости.

В результате выполненных построений, получаем время хода поезда с остановкой и без остановки.

7. Построение кривых тока.

Кривые тока строим на графике кривых движения. Для каждой точки кривой скорости по токовым характеристикам находим ток электровоза Iэ(V), ток который потребляется в тяговом режиме или отдается в контактную сеть в режиме рекуперации.

В точках пути, где режим работы электровоза меняется — определяем два значения тока (до и после изменения режима). Также с помощью скоростных характеристик двигателя Iя(V) определяем ток двигателя.

8. Расчет нагревания тяговых двигателей

Целью расчета нагревания тяговых двигателей является определение превышения температуры обмоток двигателя над температурой окружающего воздуха при работе электровоза на участке. При этом максимальное превышение температуры обмоток двигателя не должно быть больше их допустимого значения.

Превышение температуры , 0С, обмоток двигателя определяют по выражению

= · / T + (1 - / T) (8.1)

при соблюдении условия

/ T ≤ 0.1, (8.2)

где - i-й интервал времени;

- превышение температуры двигателя в начале интервала , 0С;

- превышение температуры двигателя в конце интервала , 0С;

- установившееся превышение температуры обмоток двигателя при работе двигателя со средним значением тока в интервале , 0С;

Т - постоянная времени процесса нагревания двигателя, мин.

Расчеты по выражению (8.1) выполняются для всех интервалов времени последовательно от начала участка до его конца, включая интервалы времени работы электровоза без тока (в последнем случае = 0).

Для каждого отрезка кривой тока двигателя определяется среднее значение тока и соответствующий ему интервал времени (по кривой времени), затем по тепловой характеристике двигателя для найденного среднего тока определяется соответствующее ему значение , после чего выполняется расчет по формуле (8.1) и т.д.

Результаты расчетов сведем в таблицу 9.1.

Расчет на нагрев ТЭД показал, что превышение температуры обмоток двигателя над температурой окружающего воздуха составило 57,23 0С, что не превышает допустимого значения 120 0С.

9. Расчет полного и удельного расхода электроэнергии

Полный расход электроэнергии А, кВт.ч, потребляемой электровозом из контактной сети при работе его на участке, складывается из расхода электроэнергии на собственные нужды Асн, кВт.ч, расхода электроэнергии на тягу поезда Ат, кВт.ч, и возврата электроэнергии при рекуперативном торможении Ар, кВт.ч:

А = Асн + Ат + Ар. (9.1)

Расход электроэнергии на собственные нужды определяется по выражению

Асн = асн · Туч / 60, (9.2)

где асн – удельный расход электроэнергии на собственные нужды, кВт.ч/мин;

Туч - время работы электровоза на участке, мин.

Расход электроэнергии в режиме тяги определяется по формуле

Ат = (Uс / 60) ( Iт.ср.i · ), (9.3)

где Uc - напряжение контактной сети, кВ;

Iт.ср.i - среднее значение тока электровоза в режиме тяги на интервале времени , А;

n - количество отрезков пути (интервалов времени ), проходимых электровозом в режиме тяги.

Для электровозов постоянного тока: Uс = 3 кВ, Uр = 3.3 кВ.

Удельный расход электроэнергии а, кВт.ч/10 т.км брутто, определяется по выражению

а = А / (m · Lуч · 10-4), (9.5)

где m - масса поезда, т.

Lуч – длина участка.

А – расход электроэнергии на тягу.

а = 805,56 / (3750 · 35,3 · 10-4) = 60,854 кВт∙ч/10 т∙км брутто

Таблица 9.1 - Расчет нагрева тяговых двигателей, полного и удельного расхода электроэнергии.

Участок	Iэн, А	Iэк, А	Iэср, А	∆t, мин	∆ti / Т	Iдср, А	τ ∞ , 0С	τ , 0С	А, кВт∙ч	Ат, кВт∙ч
1.-2.	580	1020	800	0,5	0,011	510	350	15	20,45	20
2.-3.	1020	1970	1495	0,9	0,02	470	300	20,83	67,73	67,28
3.-4.	1970	1940	1955	0,4	0,01	487,5	340	23,73	39,55	39,1
4.-5.	1940	1910	1925	0,4	0,01	480	315	26,38	38,95	38,5
5.-6.	1910	2120	2015	0,18	0,00	502,5	355	27,72	18,59	18,14
6.-7.	2120	2240	2180	0,12	0,00	545	450	28,87	13,53	13,08
7.-8.	2240	1620	1930	0,1	0,00	478,8	315	29,52	10,10	9,65
8.-9.	1620	1600	1610	0,3	0,01	402,5	185	30,58	24,60	24,15
9.-10.	1600	1380	1490	0,25	0,01	372,5	155	31,29	19,08	18,63
10.-11.	1380	1220	1300	0,25	0,01	325	110	31,74	16,70	16,25
11.-12.	1220	1300	1260	0,6	0,01	315	105	32,74	38,25	37,8
12.-13.	1300	1140	1220	0,3	0,01	305	100	33,20	18,75	18,3
13.-14.	1140	1230	1185	0,4	0,01	295	80	33,63	24,15	23,7
14.-15.	1230	2000	1615	0,5	0,01	402,5	185	35,35	40,83	40,38
15.-16.	2000	2400	2200	0,5	0,01	550	460	40,18	55,45	55
16.-17.	2400	2280	2340	0,5	0,01	585	540	45,86	58,95	58,5
17.-18.	2280	1900	2090	0,1	0,00	522,5	395	46,65	10,90	10,45
18.-19.	1900	1540	1720	0,4	0,01	430	230	48,32	34,85	34,4
19.-20.	0	0	0	0,1	0,00	0	0	48,21	0,45	0
20.-21.	0	0	0	0,5	0,01	0	0	47,66	0,45	0
21.-22.	0	0	0	0,5	0,01	0	0	47,12	0,45	0
22.-23.	0	0	0	0,1	0,00	0	0	47,01	0,45	0
23.-24.	0	0	0	0,2	0,01	0	0	46,80	0,45	0
24.-25.	1900	1520	1710	0,2	0,01	427,5	228	47,62	17,55	17,1
25.-26.	0	0	0	0,45	0,01	0	0	47,13	0,45	0
26.-27.	1860	1500	1680	0,5	0,01	420	215	49,04	42,45	42
27.-28.	1500	1180	1340	0,5	0,01	335	120	49,85	33,95	33,5
28.-29.	0	0	0	0,2	0,01	0	0	49,62	0,45	0
29.-30.	0	0	0	0,1	0,00	0	0	49,51	0,45	0
30.-31.	0	0	0	0,1	0,00	0	0	49,40	0,45	0
31.-32.	0	0	0	0,3	0,01	0	0	49,06	0,45	0
32.-33.	0	0	0	0,15	0,00	0	0	48,89	0,45	0
33.-34.	0	0	0	0,2	0,01	0	0	48,67	0,45	0
34.-35.	0	0	0	0,35	0,008	0	0	48,28	0,45	0
35.-36.	1320	1950	1635	0,15	0,003	408,7	200	48,80	12,72	12,26
36.-37.	1950	2400	2175	0,2	0,005	543,8	445	50,60	22,2	21,75
37.-38.	2400	2080	2240	0,35	0,008	560	480	54,02	39,65	39,2
38.-39.	2080	1900	1990	0,05	0,001	497,5	350	54,36	5,43	4,98
39.-40.	1900	1530	1715	0,6	0,014	430	230	56,76	51,9	51,45
40.-41.	1530	1520	1525	0,2	0,005	380	160	57,23	15,7	15,25
41.-42.	0	0	0	0,25	0,006	0	0	56,90	0,45	0
42.-43.	0	0	0	0,15	0,003	0	0	56,71	0,45	0
43.-44.	0	0	0	0,38	0,009	0	0	56,22	0,45	0
44.-45.	0	0	0	0,02	0	0	0	56,19	0,45	0
45.-46.	0	0	0	0,1	0,002	0	0	56,06	0,45	0
46.-47.	0	0	0	0,3	0,007	0	0	55,68	0,45	0
47.-48.	0	0	0	0,25	0,006	0	0	55,36	0,45	0
48.-49.	0	0	0	0,15	0,003	0	0	55,17	0,45	0
49.-50.	0	0	0	0,2	0,005	0	0	54,92	0,45	0
50.-51.	0	0	0	0,4	0,009	0	0	54,42	0,45	0
51.-52.	0	0	0	0,6	0,014	0	0	53,68	0,45	0
52.-53.	0	0	0	0,2	0,005	0	0	53,44	0,45	0
53.-54.	0	0	0	0,2	0,007	0	0	53,08	0,45	0
54.-55.	0	0	0	0,1	0,37	0	0	33,42	0,45	0
55.-56.	0	0	0	0,3	0	0	0	33,42	0,45	0
Итого				16,3				57,23	805,56

Список использованных источников

Правила тяговых расчетов для поездной работы (ПТР). – М.: Транспорт, 1985. – 287 с.

Розенфельд В.Е., Исаев И.П., Сидоров Н.Н. Теория электрической тяги. - М.: Транспорт, 1983. – 328 с.

Низов А.С., Пяткова А.Г. Основные требования к содержанию и оформлению дипломных проектов: Методические указания. – Екатеринбург, 2000. – 75 с.