Задача № 1. Курсовая работа

Курсовая работа

По дисциплине:

«Электрические железные дороги»

Выполнил студент

электромеханического

факультета группы ЭТ-001

Анищик.К.А

Санкт-Петербург

Задача № 1

Задан участок пути протяженностью S=17км, который состоит из шести элементов профиля:

1. прямой горизонтальный элемент S1=4100м;

2. горизонтальный элемент S2=900м с кривой, описанной радиусом R1;

3. прямой элемент с подъемом крутизной i1, S3=3800 м;

4. элемент профиля с подъемом крутизной i1, совмещенный с кривой радиусом R2, протяженностью S4=1200 м;

5. прямой элемент с подъемом i2, длиной S5=4000 м;

6. прямой горизонтальный элемент, длиной S6=3000 м.

Требуетсярассчитать:

1. Силу тяги, которая требуется для движения поезда заданной массы по заданному участку пути при различных скоростях движения V= 50,60,80,100.

2. Установившиеся скорости движения поезда и силу тяги электровоза с заданной тяговой характеристикой на каждом заданном отрезке пути.

3. Механическая мощность, реализуемая электровозом для движения поезда на каждом участке профиля пути.

4. Потребляемую электроэнергию, ток электровоза на каждом элементе профиля пути

5. Удельный расход электроэнергии необходимый для передвижения заданного поезда по заданному участку.

Исходные данные:

i₁=4‰ R₁=850 м

i₂=8‰ R₂=1250 м

P+Q=5200 т

Решение задачи:

1. Профиль и план заданного участка пути.

Схема плана и профиля заданных участков пути изображена на Рис.1.

2. Расчет силы сопротивления движению поезда на каждом элементе профиля пути для всех заданных скоростей движения. Силу, которую создает электровоз для движения поезда, называют силой тяги и обозначают Fk.Силе тяги противодействуют силы трения, которые возникают при движении поезда.

К силам сопротивления движению относят и составляющую силу тяжести, которая действует на встречу движения поезда на подъеме. Силы сопротивления движению условно делят на основные и дополнительные Wo,Wд

Основное сопротивление движению поезда зависит от типа подвижного состава и скорости движения. Дополнительные силы сопротивления движению обусловлены планом и профилем пути, особыми условиями движения и не зависят от скорости.

Дополнительные силы сопротивления движению, как правило, складываются из двух составляющих.

W=W0+Wд

W- Сила полного сопротивления движению поезда;

W0- основное сопротивление движению поезда;

Wд- дополнительное сопротивление движению поезда.

Wд=Wi+Wr

Wi- дополнительное сопротивление движению поезда от уклонов;

Wr- дополнительное сопротивление движению поезда от кривых.

В данной задаче мы не будем учитывать силы сопротивления действующие в особых условиях движения поезда(низкая температура, боковой ветер, тоннели)

В общем случае Fk необходимо для преодоления сил сопротивления движению

При равномерном движении сила тяги численно равна полному сопротивлению движения поезда:

Fk=W=W0+Wr+Wi

Порядок расчета составляющих.

Основное сопротивление движению складывают из сил трения качения и сил трения колес по рельсам, трения в буксовых подшипниках и трение локомотива и вагона о воздух (аэродинамическое сопротивление.)

В тяговых расчетах обычно пользуются удельной величиной основного сопротивления движению, которое определяется из условия:

ω0= W0/ (P+Q)

ω0- удельное основное сопротивление движению поезда.

Если массу поезда измерять в тоннах, а основное сопротивление движению в кгс, то удельное сопротивление измеряется в кгс/т. В этом случае основное сопротивление равно:

W0= ω0 (P+Q)

Величина рассчитывается по эмпирическим формулам, получают опытным путем для всех видов составов железной дороги.Для решения данной задачи воспользуемся осредненными значениями удельного основного сопротивления движению поезда.

Таблица 1. Осредненные значения удельного основного сопротивления движению для поезда, состоящего из четырехосных вагонов с восьмиосным электровозом.

υ,км/ч
ω0, кгс/т	1,75	1,95	2,49	3,15

График зависимости ω0 (υ) изображен на рисунке 2

Опытным путем установлено, что удельное дополнительное сопротивление движению поезда в кривых участках пути определяется по эмпирической формуле.

ωr- удельное дополнительное сопротивление движению поезда от кривой.

ωr = 700/R, кгс/т

R – Радиус кривой в метрах.

Сила дополнительного сопротивления движению поезда в кривых отрезках пути составит:

Wr= ωr (P+Q), кгс

Известно, что крутизна подъема, выраженная в тысячных долях или промилях, численно равна удельному сопротивлению движению поезда от уклона:

i (‰)=ωi (кгс/т).

Тогда сила дополнительного сопротивления движению поезда от уклона определяется из условия:

Wi= ωi (P+Q), кгс.

Пример вычисления для четвертого элемента профиля при υ =50 км/ч:

υ =50 км/ч

W0=9100 кгс

ωr =700/1250=0.56 кгс/т

Wr=0.56*5200=2912кгс

ωi =4 кгс/т

Wi=4*5200=20800 кгс

W=9100+2912+20800=32812 кгс

Результаты расчетов сил сопротивления движению поезда на всех элементах профиля пути представлены в таблице 2.

Таблица 2: Результаты расчетов

Элемент профиля пути
Длина элемента Si, м
Подъем крутизной i ‰
Кривая радиусом R, м	---		---		---	---
Сила тяги Fk=W, кгс	Скорость движения υ, км/ч
Установившаяся скорость дв-ия поезда υуст., км/ч
Сила тяги эл-за при уст-ся скорости Fkj, кгс
Механическая мощность электровоза Pмj, кВт
Время движения поезда tj, ч	0,053	0,013	0,068	0,022	0,082	0,038
Механическая энергия, отдав-я электровозом Аmj, кВтч	139,65	39,24	315,80	107,90	550,41	102,18
Постоянный ток, потребляемый электровозом Iэj, А	1018,4	1203,3	1784,0	1861,3	2584,6	1018,4
Переменный ток, потребляемый электровозом Iэj, А	140,27	165,74	245,73	256,37	356,00	140,27

3. Расчет установившихся скоростей движения поезда и силы тяги электровоза на заданных элементах профиля пути. Суммой сил сопротивления движению на каждом элементе профиля пути возрастает с увеличением скорости движения. В то же время сила тяги электровоза уменьшается при возрастании скорости, последнее объясняется электромеханическими процессами, проходящими в ТЭД.

Зависимость силы тяги электровоза от скорости движения Fk(υ) называют тяговой характеристикой.

Для решения данной задачи задается примерная тяговая характеристика восьмиосного электровоза, данные для которой приведены в таблице 3.

Таблица 3: Примерная тяговая характеристика восьмиосного электровоза

υ,км/ч
Fk, кгс

Расчет установившихся скоростей движения по заданным элементам профиля пути выполнен графическим методом. Для этого в прямоугольной системе координат построена кривая зависимости силы сопротивления движению поезда от скорости на каждом заданном элементе профиля пути по рассчитанным ранее точкам, координаты которых записаны в таблице 2. Построения выполнены в масштабе:

υ: 1 км/ч/мм

F_k: 50000 кгс/мм

Построение выполнено на рисунке 3.

На этом же рисунке выполнено построение тяговой характеристики электровоза по точкам, координаты которых заданы в таблице 3.

Искомые значения установившихся скоростей движения υуст, и соответствующие им силы тяги электровоза Fkj определяются по координатам точек пересечения тяговой характеристики электровоза с кривыми сил сопротивления для каждого элемента профиля пути. Результаты графического расчета записаны в соответствующие строки таблицы 2.

4. Расчет механической мощности, реализуемой электровозом при движении с установившимися скоростями на заданных элементах профиля пути. Мощностью принято называть работу, выполняемую за единицу времени, обычно в секунду. Известно, что механическая работа выражается произведением F*S, на протяжении которого действует данная сила.

Механическая мощность, отдаваемая (реализуемая) электровозом составит:

Pmj=Fkj*Sj/tj

Pmj=Fkj* υуст.

Pmj- механическая мощность, реализуемая электровозом на заданном элементе профиля.

Sj- длинна каждого элемента профиля пути.

tj- время хода по каждому элементу профиля пути.

υуст.- установившаяся скорость на каждом элементе профиля пути. В расчете по этой формуле нужно пользоваться системой СИ если сила измеряется в Н а V в м/с то Р измеряется в Вт. Как видно из формулы, Р которую реализует электровоз будет различна при разных скоростях движения по одному и тому же отрезку пути или на разных отрезках при одинаковой скорости движения. В данной задаче нужно рассчитать реализуемую электровозом механическую мощность на каждом заданном элементе профиля пути при установившейся скорости движения

В данной задаче механическая мощность электровоза будет определяться формулой:

Pmj=Fkj* υуст/367, кВт

Результаты расчета записаны в соответствующую строку таблицы 2.

5. Расчет количества механической энергии, отдаваемой электровозом на тягу поезда на каждом элементе профиля пути.

Время движения поезда по каждому отрезку пути составит:

tj=Sj/ υуст, ч

t1=4.1/78=0.053 ч.

Результаты расчетов записаны в таблице 2.

Время движения поезда по всему участку пути составит:

J=6

tx=Σ tj, ч

j=1

tx=0.275, ч

Расход энергии на каждом отрезке пути составит:

Amj=Pmj*tj, кВтч

Amj=2657*0.053= 139.65, кВтч

Результаты расчета записать в таблицу 2.

Суммарный расход энергии на всех участках пути составит:

J=6

А_m=Σ Pmj*tj, кВтч

j=1

А_m=1255.18, кВтч

6. Расчет токов, потребляемых электровозом из контактной сети, при движении на заданных участках пути.

Мощность, потребляемая электровозом из контактной сети, определяется из условия, что КПД электровоза:

ηэ= Pm /Pэл

ηэ- КПД электровоза;

Pm- механическая мощность;

Pэл- электрическая мощность.

Тогда:

Pэл= Pm/ ηэ=U*I/1000, кВт

Величина КПД существующих электровозов постоянного тока лежит в пределах от 0,84 до 0,9. Примем КПД равным 0,87.

Тогда постоянный ток, потребляемый на каждом отрезке пути электровозом постоянного тока, составит:

Iэj=Pmj/(ηэ*Uc*1000)=1.15* Pmj*1000/Uc, А

Iэ1=1,15* 2657*1000/3000=1018.4, А

Uc- напряжение в контактной сети постоянного тока (3000 В).

Результаты расчетов записаны в таблице 2.

Ток, потребляемый на каждом отрезке пути, электровозом переменного тока можно рассчитать из условия:

Iэj=1,32* Pмj*1000/Uc, А

Iэ1=1,32*2657*1000/25000=140.27, А

Uс- напряжение контактной сети однофазного переменного тока (25000 В)

Результаты расчетов записаны в таблице 2.

7. Расчет количества электрической энергии, потребляемой электровозом из контактной сети. Электровоз является преобразователем Эл. Энергии потребляемой им из контактной сети в механическую энергию необходимую для движения поезда. Всякое преобразование энергии всегда сопровождается некоторыми потерями преобразователя, поэтому энергия или мощность на выходе всегда меньше энергии или мощности на выходе.

Рвых=Рвх- Р

Р - потери мощности которые переходят в тепло, вызывая нагрев преобразователя. Отношение энергии или мощности на выходе преобразователя к энергии или мощности на входе называется КПД преобразователя. Величина КПД определяется из соотношения

ηэ =(Рвх-Р)/Рвх = Рвых/Рвх

Поскольку ηэ=0.87, то энергия, потребляемая электровозом из контактной сети, составит:

Аэ=Аm/ηэ, кВт*ч.

Аэ=1255.18/0.87=1442.7, кВт*ч.

Аэ - электрическая мощность;

Аm- механическая мощность.

8. Расчет электрической энергии, потребляемой системой электрической тяги из ЕЭС РФ.

При прохождении тока по проводам контактной сети и рельсам они нагреваются и в них теряется 8-18% передаваемой энергии. Примем КПД контактной сети ηкс=0,87. Тогда энергия, отдаваемая тяговыми подстанциями в контактную сеть, составит:

Акс=Аэ/ ηкс=1.32*Аm, кВтч

Акс=1442.7/0.87=1658.3, кВтч

В процессе преобразования на тяговой подстанции теряется 2-6% полученной энергии. Примем ηтп=0,96. Тогда количество электрической энергии, полученной железной дорогой для движения заданного поезда на заданном участке пути составит:

Атп=Акс/ηтп=1.38*Аm, кВтч

Атп=1658.3/0.96=1727.4, кВтч

Удельным расходом электрической энергии называется количество электроэнергии, которое необходимо затратить на условную единицу перевозочной работы, на т.км. Тогда удельный расход электрической энергии можно определить по формуле:

а=Атп*1000/((P+Q)*S), Втч/т.км.

а=1727.4*1000/(5200*17)=19.54, Втч/т.км

Реальные нормы расхода электрической энергии на тягу грузовых поездов составляет

10-20 Втч/т.км.

9. Расчёт расхода Эл. энергии на движение поезда через эквивалентный уклон участка пути.

эквивалентный уклон рассчитывается по формуле:

iэ= Σ iкj*ΔSj / Σ*ΔSj, ‰

j=1 j=1

iэ - приведённый уклон элемента профиля пути

iкj = ij+ωr, ‰

iэ = (0*4100+(0+700/850)*900+4*3800+(4+700/1250)*1200+8*4000+0*3000)/17000=3.142, ‰

Средняя (техническая) скорость движения поезда по участку составит:

υср=S/tx, км\ч

υср=17/0,275=62, км\ч

По полученному значению υср графически из рис.2 определяется величина основного удельного сопротивления движению поезда

ω0ср=1.93 кг с*м

Полный расход на движение поезда составит:

А=1.15/ηэ*(P+Q)*(ω0ср+iэ)*S, кгс*м

Средний КПД электровоза принять равным: ηэср=0.81

А=1.15/0.81*5200*(1.93+3.142)*17000=636561229, кгс*м

Результат расчёта А выразить в кВтч, используя соотношения:

1 кгс*м=9.81 Вт*с

А=494826370*9.81/(1000*3600)=1734.6, кВтч

Удельный расход эл. энергии на движение поезда составит:

а= 3.9*(ω0ср+iэ) Втч./т*км.

а= 3.9*(1.93+3.142)= 19.78, Втч./т*км.

---

Дата добавления: 2015-07-20