Расчет железнодорожного транспорта

Заключается в определении силы тяги для конкретных усло­вий карьера, сил сопротивления движению поезда по различным участкам трассы, тормозной силы поезда, массы состава, величины тормозного пути, скорости движения по отдельным участкам трас­сы, времени оборота поезда, производительности локомотивосоставов, локомотивного и думпкарного парка, мощности тяговой под­станции для электровозной тяги, расхода электроэнергии и дизель­ного топлива, а также в проверке двигателей на нагревание, про­пускной и провозной способности железнодорожных линий.

По условиям сцепления колес с рельсами нормальное движение локомотива будет обеспечено при

((1.1)

Здесь m _сц — сцепная масса локомотива, т; g — ускорение свободного падения, м/с²;

f —коэффициент сцепления колес с рельсами.

Сцепной массой называется сцепная масса локомотива, прихо­дящаяся на приводные оси. На применяемых в рудных карьерах локомотивах все оси приводные, поэтому сцепная масса локомо­тива равна его полной массе..

Величина коэффициента сцепления колес с рельсами определяется опытным путем. Для электровозов и тяговых агрегатов пере­менного тока, работающих на постоянных путях карьеров, его мож­но определить по формуле

((1.2)

где v — скорость движения локомотива, км/ч.

При работе на передвижных путях карьеров

((1.3)

Для электровозов и тяговых агрегатов постоянного тока при движении по постоянным путям коэффициент сцепления можно определить по формуле

(1.4)

На передвижных карьерных путях коэффициент сцепления при­нимается

((1.5)

Для тепловозов

((1.6)

Максимальная сила тяги F_к (Н) по мощности дизеля для теп­ловозов и тяговых агрегатов при работе их с автономным питанием составляет

((1.7)

Здесь N _е — мощность дизеля, кВт; n_к = 0,7... 0,75 —отношение средней касательной мощности к мощности дизеля; V — скорость ло­комотива, км/ч.

Исходя из условий нагрева тяговый двигатель может работать в длительном, часовом и максимальном режимах, которые опре­деляют соответствующую силу тяги.

Силы сопротивления движению поезда (основное и дополни­тельные) направлены против движения поезда. Основное равно сопротивлению при движении поезда по горизонтальному прямо­линейному участку и состоит из сопротивлений, вызванных тре­нием в буксах, колес о рельсы, а также сопротивлений воз­душной среды. Для определения основного Сопротивления обычно пользуются эмпирическими формулами неведеними в таблиці.

Таблица 1. Основные удельные сопротивления w ₀ движению вагонов и локомотивов по постоянным путям, Н/т

При движении поезда по передвижным путям основное сопротивление принимают на 30 % больше, чем на постоянных.

Удельное сопротивление движению поезда в целом

где ш₀, ш₀ — основное удельное сопротивление движению локомо­тива и вагонов, Н/т.

Для приближенных расчетов основное удельное сопротивление движению груженого поезда по постоянным путям равно 35...45 Н/т, по временным 45...60 Н/т, а порожнего — соответственно -45...60 и 60...80 Н/т.

К дополнительным сопротивлениям относятся сопротивления от уклона пути, его кривизны, движения вагонами вперед, воздуш­ной среды и трогания, Дополнительным сопротивлением от укло­на пути является продольная составляющая силы тяжести поезда. Удельное сопротивление от уклона ш_і (Н/т) численно равно десятикратному уклону пути в тысячных (%о):

((1.8)

Знак-«плюс» в формуле (1.8) принимается для подъема, а знак «ми­нус»—для спуска.

Дополнительное сопротивление от кривой связано с дополнитель­ным трением колес о рельсы и поворотом тележек подвижного состава. Удельное дополнительное сопротивление от кривой шR (Н/т) определяется следующими эмпирическими зависимостями:

для кривой радиусом 300 м и выше

((1.9)

для кривой радиусом менее 300 м

((1.10)

где R_к — радиус кривой, м.

Если длина кривой lR меньше длины поезда l _п, то удельное соп­ротивление от кривой определяют умножением значений wR из фор­мул (1.9) и (1.10) на отношение lR / l _п .

При движении поезда вагонами вперед дополнительное сопро­тивление связано с увеличением основного сопротивления в режиме толкания. Удельное значение этого сопротивления w _в._в (Н/т) можно установить по формуле

(1.11)

Дополнительное сопротивление от воздушной среды принимается только на участках с постоянными сильными ветрами. Его удельное значение w _в(Н/т) определяется из выражения

(1.12)

При трогании дополнительное сопротивление возникает за счет повышения трения в подшипниках и сопротивления качения колес, по рельсам. Его удельное значение w_TP (Н/т) для подшипников скольжения

(1.13)

а для подшипников качения

(1.14)

Здесь q₀ — средняя нагрузка от оси на рельсы, кН.

Полное сопротивление движению поезда W_К (Н) представляет собой сумму всех сопротивлений:

((1.15)

Тормозная сила возникает искусственно в результате трения между тормозными колодками и колесами, тормозными башмака­ми и рельсами, а также электрического реостатного торможения при работе тяговых двигателей в тормозном режиме. Эта сила направ­лена против движения.

Основной и наиболее распространенной является тормозная си­ла, создаваемая путем прижатия тормозных колодок к колесам локомотивов и вагонов. Поскольку она, как и сила тяги, реализует­ся при взаимодействии колес с рельсами, то ограничивается силой сцепления колес с рельсами, т. е.

((1.16)

где, т _л.т, т _в.т — тормозная масса локомотива и состава, т.

Тормозная сила поезда (Н)

(1.17)

Здесь φ_к' — коэффициент трения между колодкой и колесом локомо­тива; ∑/ Kл — сила нажатия колодок на оси локомотива, кН; φ_к" — коэффициент трения между колодкой и колесом вагона;

∑/ KB —си­ла нажатия колодок на оси вагонов, кН.

Коэффициент трения между колодкой и колесом зависит от ряда факторов, основными из которых являются материал колодок, сила их прижатия к колесам и скорость движения поезда. В случае ра­венства этих факторов φ_к' = φ_к" = φ_к . Коэффициент трения колодки о колесо для карьерного транспорта можно рассчитать по форму­лам

для стандартных чугунных колодок

((1.18)

для композиционных (пластмассовых)

((1.19)

где К — сила нажатия на одну колодку, кН; g — ускорение сво­бодного падения, м/с²; v — скорость движения поезда, км/ч.

Сила нажатия колодок на колеса зависит от прочности тормоз­ной системы, материала колодок и режима торможения, определя­емого давлением воздуха в тормозных цилиндрах. Силы нажатия чугунных тормозных колодок транспортного оборудования, приме­няемого в карьерах, приведены в табл. 2.

Принимая коэффициент трения между колодками и колесами локомотива и вагона равными, перепишем формулу (1.24) следу­ющим образом:

((1.20)

При этом удельная тормозная сила (Н/т)

((1.21)

Отношение суммы сил нажатия всех тормозных колодок поезда к его массе называют расчетным тормозным коэффициентом поезда ی. При подстановке его в выражение (1.21) получим

((1.22)

Для магниторельсовых тормозов тормозная сила (Н)

((1.23)

Здесь п_б — количество тормозных башмаков; Р_б — электромагнитная сила притяжения башмака к рельсу; Н, φ_б — коэффициент трения башмака о рельс.

Таблица 2. Силы нажатия тормозных чугунных колодок локомотивов и думпкаров, кН

Подвижной состав	Давление в тормозном цылиндре, кПа
одна колодка	все колодки	одна колодка	все колодки	одна колодка	все колодки
Электровозы: ЕL2
ЕL1
26Е
Д94
Тепловозы:
ТЭМ1, ТЭМ2		720.			'13
ТЭЗ (1 секция)
ТЭЮ (1 секция)
Тяговые агрегаты:
ПЭ2М, ОПЭ1А,	43/19	2064/912	26/12	1248/576	12/5	576/240
ОПЭ2, ПЭЗТ
ЕL10.			15.
ОПЭ1 Думпкары: 6ВС60
37/24	296/192	23/15	184/120	11/9	88/72
ВС85
2ВС105	38/22	368/216	24/14	232/13	12/7	120/64
ВС 180	-/22	—/352	—/14	—/224	—/7	—/112

Для мокрых загрязненных рельсов коэффициент трения башма­ка о рельс устанавливаем по эмпирической формуле:

((1.24)

где v — скорость движения поезда, км/ч.

Зависимость тормозной силы от скорости следующая:

v, кмч 0 10 20 30 40

Вм, кН 219 183 152 126 105

Тормозная сила за счет электрического реостатного торможения при работе двигателей в тормозном режиме (Н)

(1.25)

Здесь n _д — количество работающих в тормозном режиме двигателей; В1 —тормозная сила одного двигателя, Н.

Обычно Вs устанавливают по тормозным характеристикам в зависимости от скорости движения поезда.

Тормозной путь — это расстояние, которое проходит поезд от начала торможения (момент поворота^- рукоятки крана машиниста) до его остановки.

Полный (расчетный) тормозной путь определяется по формуле

((1.26)

где S _П- подготовительный тормозной путь, м; S д — действительный путь торможения, м.

Подготовительный тормозной путь поезд проходит за время приведения тормозов в действие. Среднее значение этого' време­ни для карьерного железнодорожного транспорта с пневматически­ми тормозами 4...5 с, для электропневматических тормозов — 0,5 с.

Длина подготовительного - тормозного пути для горизонтальных и с небольшими уклонами (до 20 %о) дорог рассчитывается как

((1.27)

В данном случае v — скорость движения поезда, км/ч; t_п — время приведения тормозов в действие, с.

Для карьерных дорог с большими уклонами

((1.28)

Скорость движения поезда к моменту начала действия тормозов (прижатие колодок к колесам)

((1.29)

Действительный путь торможения определяется путем интегри­рования дифференциального уравнения движения поезда аналитическим, графическим способом или с помощью ЭВМ. Вос­пользуемся методом приближенного аналитического Интегрирова­ния, сущность которого состоит в том, что вместо бесконечно ма­лых приращений (снижений) скорости принимаются конечные при­ращения (снижения), а в пределах этих приращений (снижений) величины тормозных сил и сил сопротивления принимаются по­стоянными.

Длинна тормозного пути (м) равна:

((1.30)

где і — 1, і — порядковые номера последовательно расположенных интервалов на которые делится весь диапазон изменения скорости от начальной vн до конечной v _к = 0; vі — скорости в начале и конце каждого интервала, км/ч; (1000&φ_к ± g і + w ₀ ) і-1,і и —вреднее значение сил, которые действуют на поезд внутри интервала при

v_ср = (vі-1+ vі)/2.

В расчетах интервалы изменения скорости принимают в преде­лах 5... 10 км/ч.

Для приближенных расчетов действительный тормозной путь оп­ределяем по формуле

(1.31)

Здесь φ_к, w ₀ — средние значения в интервале скоростей u _н и u _к.

При торможении до остановки (u _к = 0) формула (1.31) примет вид

(1.32)

Расчетный тормозной путь для карьерных условий не должен превышать 300 м. Если же в уравнении (1.32) будут получены большие значения, выбирают параметры тормозных средств или максимальной скорости движения (у_н) при остановке поезда на участке не более 300 м.

Скорость и время движения поезда по отдельным участкам трассы устанавливают путем интегрирования уравнения движения поезда. Существует несколько способов расчета скорости и време­ни хода. Одни из них (аналитический, метод конечных разностей, графический способ и т. д.) более точные, поскольку учитывают не­равномерное движение поезда и его кинетическую, энергию, дру­гие— приближенные, так как основаны на более грубых допуще­ниях о характере движения поезда. Из последних наиболее рас­пространен способ равномерных скоростей, который основан на предположении, что по отдельным элементам профиля пути поезд движется с равномерной скоростью, которая изменяется мгновенно при переходе с одного элемента на другой.

Время движения поезда t(мин) по каждому элементу профиля пути длиной S (м) при принятой скорости v (км/ч)

(1.33)

Расход электроэнергии одним электровозом или тяговым агрегатом за один рейс на шинах тяговых подстанций (кДж)

(1.34)

Здесь К _у._э = 1,15... 1,25 — коэффициент, учитывающий потери электроэнергии в устройствах электроснабжения; А _дв— расход элек­троэнергии на движение поезда, отнесенный к клеммам тяговых электродвигателей локомотивов, кДж; А_с = (0,15... 0,2) А_ДВ — то же, на собственные нужды электровоза или тягового агрегата, кДж; А_м — (0,1... 0,3) А_ДВ — то же, на маневровую работу (перемещение состава при погрузке, разгрузке и др.), кДж.

Расход электроэнергии на движение поезда за рейс

(1.35)

где n д— количество тяговых двигателей; U — напряжение на клеммах тяговых двигателей, В.

Удельный расход электроэнергии

(1.36)

или

((1.37)

Расход топлива при работе одного тепловоза или тягового агрегата в автономном режиме за один рейс (кг)

((1.38)

Здесь qе — удельный расход топлива, кг/(кВт • ч); N _е— эффективная мощность дизеля при движении поезда по каждому элементу про­филя пути, кВт; Gx — расход топлива при работе на холостом ходу, кг/ч; t _х — продолжительность работы на холостом ходу за один рейс, ч.

Дата добавления: 2015-09-06