Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I »

(ФГБОУ ВО ПГУПС)

Великолукский филиал ПГУПС

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

по

ПМ.01. Эксплуатация и техническое обслуживаниеподвижного состава      МДК.01.02. Эксплуатация подвижного состава (тепловозы и дизель-поезда) и обеспечение безопасности движения поездов

Тема 2.4. Основы локомотивной тяги

 

Для специальности 23.02.06

«Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог»

локомотивы

 

 

2016 год.

 

Теоретический курс данной темы состоит из следующих основных разделов:

 

1. Силы, действующие на поезд. Образование силы тяги.

2. Электромеханические характеристики тяговых электродвигателей.

3. Тяговые свойства и характеристики тепловозов.

4. Силы сопротивления движению поезда.

5. Тормозные силы поезда.

6. Расчёт массы состава.

7. Уравнение движения поезда. Расчёт и построение диаграммы ускоряющих и замедляющих сил.

8. Расчёт скорости и времени движения поезда.

9. Торможение поездов и решение тормозных задач.

10. Кривая тока тяговых электрических машин тепловоза.

11. Нагревание и охлаждение электрических машин.

12. Определение расхода топлива тепловозами.

13. Управление тяговым подвижным составом.

 

 

Для закрепления теоретических знаний и приобретения практических навыков программой предусматривается проведение практических работ.

Практические работы выполняются по следующей тематике:

1.	Практическая работа №1
	Пересчет электромеханических характеристик тягового электродвигателя (далее - ТЭД).
2.	Практическая работа №2
	Построение тяговой характеристики локомотива и действующих ограничений.
3.	Практическая работа №3
	Расчет и построение удельных сил поезда в режиме выбега.
4.	Практическая работа №4
	Расчет и построение удельных сил поезда в режиме тяги.
5.	Практическая работа №5
	«Спрямление профиля пути участка»
6.	Практическая работа №6
	Построение кривой скорости
7.	Практическая работа №7
	Построение кривой времени.
8.	Практическая работа №8
	Решение тормозных задач.
9.	Практическая работа №9
	Расчет и построение удельных сил поезда в режиме торможения.
10.	Практическая работа №10
	Построение кривой тока
11.	Практическая работа №11
	Построение кривой нагрева тягового генератора и двигателей.
12.	Практическая работа №12
	Расчет массы поезда.
13.	Практическая работа №13
	Расчет расхода топлива.

При выполнении практической работы студенту присваивается вариант согласно номера в учебном журнале.

При подготовке к написанию практической работы студент должен изучить материал по соответствующей теме.

На выполнение каждой практической работы учебным планом и рабочей программой отведено –

2-4 часа.

Общие указания по оформлению отчетов по лабораторным работам

 

Отчеты по практическим работам выполняются согласно единым требованиям по оформлению конструкторской документации на листах формата А4.

Первый лист является титульным.

На втором листе указывается перечень практических работ, который оформляется в соответствии с ЕСКД.

Текст в отчетах практических работ пишется от руки ручкой черной или синей пастой.

Отчеты по практических работам должны подшиваться в папку.

Графическую часть выполнять четко, достаточно крупно с использованием чертежных принадлежностей. Сложные рисунки, схемы, диаграммы допускается приводить в виде ксерокопий или сканированных изображений с последующей распечаткой, но при этом не забывайте дополнять их спецификацией, т.е. расшифровкой всех названий деталей, частей, узлов, осей, кривых и т.д.

 

№ п/п	Содержание	Стр.
1.	Практическая работа №1	4
	Пересчет электромеханических характеристик тягового электродвигателя (далее ТЭД).
2.	Практическая работа №2	9
	Построение тяговой характеристики локомотива и действующих ограничений.
3.	Практическая работа №3	13
	Расчет и построение удельных сил поезда в режиме выбега.
4.	Практическая работа №4	13
	Расчет и построение удельных сил поезда в режиме тяги.
5.	Практическая работа №5	15
	«Спрямление профиля пути участка»
6.	Практическая работа №6	20
	Построение кривой скорости
7.	Практическая работа №7	20
	Построение кривой времени.
8.	Практическая работа №8	23
	Решение тормозных задач.
9.	Практическая работа №9	23
	Расчет и построение удельных сил поезда в режиме торможения.
10.	Практическая работа №10	28
	Построение кривой тока
11.	Практическая работа №11	38
	Построение кривой нагрева тягового генератора и двигателей.
12.	Практическая работа №12	43
	Расчет массы поезда.
13.	Практическая работа №13	47
	Расчет расхода топлива.
14.	Информационное обеспечение обучения	51

Практическая работа № 1

Пересчет электромеханических характеристик тягового электродвигателя (ТЭД)

Цель: научиться производить пересчет электромеханических характеристик тягового электродвигателя (ТЭД) при изменении передаточного отношения редуктора и диаметра колесных пар локомотива.

Оборудование: график скоростных и электротяговых характеристик ТЭД ЭД118, таблица расчетов, лист миллиметровой бумаги.

Краткие теоретические сведения

Зависимость скорости движения v, силы тяги на ободах колесной пары F_кд и к. п. д. η от тока электродвигателя I_д при неизменном напряжении и постоянной температуре обмоток тяговых электродвигателей называют электромеханическими характеристиками, отнесенные к ободом колес.

Скорость определяется формулой:

V= 0,188 × D × n/µ (1)

где D — диаметр колесной пары;

   n — частота вращения колесной пары;

  µ — передаточное отношение редуктора.

Эта формула показывает, что при одной и той же частоте вращения якоря скорость движения больше при большем диаметре колес и меньшем передаточном отношении зубчатой передачи.

Чтобы найти связь между скоростью движения и током I, подставим в формулу 1 значение частоты вращения.

Тогда скорость 

V= 0,188 х D/µ х (U_д - I_д × r)/C₁ x Ф (2)

Обозначив постоянные для данного локомотива параметры через С = С×µ/(0,188D), получим, что скорость:

V=(U_д-I_д× r) /C x Ф (3)

Зависимость скорости движения от тока тягового электродвигателя называют скоростной характеристикой.

Касательную силу тяги определяют по формуле

F_кд = 2 × M × µ × η/D (4)

Таким образом, при одинаковом вращающем моменте на валу тягового электродвигателя сила тяги будет больше при большем передаточном отношении ц и меньших диаметрах колес.

Зависимость силы тяги на ободах колес колесной пары от тока тягового электродвигателя называют электротяговой характеристикой.

Из формул (1) и (4) видно, что скоростная и электротяговая характеристики зависят от передаточного отношения редуктора и диаметров колес. Если передаточное отношение локомотива в процессе эксплуатации не меняется, то диаметры колес уменьшаются из-за износа и обточках.

В практике бывают случаи, когда тяговые электродвигатели одного и того же типа используют на разных локомотивах, имеющих различные передаточные отношения редукторов.

Рис. 1.1. Скоростные и электротяговые характеристики ТЭД ЭД118

 

На рисунке 1.1 даны скоростные и электротяговые характеристики тягового двигателя ЭД-118А 2ТЭ116 при диаметре движущего колеса D₁ = 1050 мм и передаточном отношении зубчатой передачи µ₁ = 4,41.

Требуется построить скоростные и электротяговые характеристики этого электродвигателя при диаметре движущего колеса D₂ = 1000 мм и передаточном отношении зубчатой передачи µ₂= 2,22.

 

 

Решение:

1. По кривым находим значения V₁ км/час и F_кд1 кН (α=100%) при токах 500, 550,600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000 А и заносим их в таблицу 1.1.

 

Iд,А	Заданные значения		Полученные значения
	V1 км/час	Fкд1 кН	v2 км/час	Fкд2 кН
500	40	24	75,7	12,7
550	35	27,5	66,2	14,6
600	31	32	58,6	17,0
650	27	36	51,0	19,1
700	24	41	45,4	21,7
750	22	46	41,6	24,4
800	20	50	37,8	26,5
850	18	56	34,0	29,7
900	17	60	32,1	31,8
950	16	65	30,2	34,5
1000	15	70	28,4	37,1

 

Для каждого значения тока берем скорость v₁ и по формуле определяем скорость v₂ при том же токе, но измененном диаметре колеса и передаточном числе зубчатой передачи.

v₂=(D₂/D₁)×(µ₁/µ₂)× v₁ (5)

Силу тяги для измененного диаметра колеса и передаточного числа зубчатой передачи пересчитываем по формуле:

F_кд2=(D₁/D₂)×(µ₂/µ₁)× F_кд1 (6)

Вывод:

1. При уменьшений диаметра колеса уменьшается скорость тепловоза.

2. Уменьшение передаточного числа зубчатой передачи ведет к увеличению скорости.

3. Уменьшение передаточного числа зубчатой передачи ведет к уменьшению силы тяги ТЭД.

Порядок выполнения работы

1. Построить на миллиметровой бумаге скоростную и электротяговую характеристики ЭД-118А тепловоза 2ТЭ116 при диаметре движущего колеса D₁ = 1050 мм и передаточном отношении зубчатой передачи µ₁ = 4,41.

2. Произвести решение при диаметре движущего колеса D₂ = 1000 мм и передаточном отношении зубчатой передачи µ₂= 2,22.

3. Построить на миллиметровой бумаге скоростную и электротяговую характеристики ЭД-118А тепловоза 2ТЭ116 при диаметре движущего колеса D2= 1000 мм и передаточном отношении µ₂= 2,22.

 

4. Сделать вывод на оснований построенных характеристик.

Содержание отчета

1. Рассчитайте по формулам.

2. Постройте график скоростной и электротяговой характеристик.

3. Сделайте соответствующие выводы.

 

 

Варианты для 1 практической работы

 

№ Вар.	D2	µ2	тепловоз	№ Вар.	D2	µ2	тепловоз
1	1000	2	ТЭ3	16	1030	4,1	2ТЭ10М
2	1002	2,14	М62	17	1032	4,24	3ТЭ10М
3	1004	2,28	2М62	18	1034	4,38	2ТЭ10В
4	1006	2,42	2ТЭ10Л	19	1036	4,52	2ТЭ10М
5	1008	2,56	2ТЭ10В	20	1038	4,66	2ТЭ116
6	1010	2,7	2ТЭ10М	21	1000	4,8	ТЭ3
7	1012	2,84	3ТЭ10М	22	1002	4,94	М62
8	1014	2,98	2ТЭ10В	23	1004	5,08	2М62
9	1016	3,12	2ТЭ10М	24	1006	5,22	2ТЭ10Л
10	1018	3,26	2ТЭ116	25	1008	5,36	2ТЭ10В
11	1020	3,4	ТЭ3	26	1010	5,5	2ТЭ10М
12	1022	3,54	М62	27	1012	5,64	3ТЭ10М
13	1024	3,68	2М62	28	1014	5,78	2ТЭ10В
14	1026	3,82	2ТЭ10Л	29	1016	2	2ТЭ10М
15	1028	3,96	2ТЭ10В	30	1018	2,14	2ТЭ116

 

 

Практическая работа №2

Практическая работа № 3,4

«Расчет и построение удельных сил поезда в режиме выбега»

«Расчет и построение удельных сил поезда в режиме тяги»

 

1. Рассчитать и построить кривые основного удельного соп­ротивления при движении поезда в режиме тяги w_o(V) и выбега (холостой ход) w_ox(V) по бесстыковому пути при условии, что все вагоны 4-хосные на подшипниках каче­ния. Локомотив принять в соответствии со своим вариантом.

2. Рассчитать и построить диаграмму удельных ускоряю­щих сил при движении поезда в режиме тяги на прямом горизонтальном участке пути

(f_K-w₀) (V).

 

 

Исходные данные:

 

Расчет диаграммы удельных ускоряющих сил.

1. Основное удельное сопротивление движению локомотивов и вагонов подсчитывается по формулам и сводится в таблицу:

 

Тепловозы на бесстыковом пути:
 при движении в режиме тяги (под током)

w_о’=1,9+0,008*V+0,00025*V², Н/кН

при движении на холостом ходу (без тока)

w_x =2,4+0,009*V+0,00035*V², Н/кН

 

Основное удельное сопротивление движению грузовых ваго­нов

, Н/кН

где m_во, - средняя для состава масса, приходящаяся на ось ва­гона.

 

Основное удельное сопротивление движению всего поезда:

 При движении в режиме тяги (под током):

 

При движении на холостом ходу :

Для расчета и построения кривых основного удельного соп­ротивления движению под током w_о (V) и без тока (на холостом ходу) w_ox.

Задается скоростями от V=0 до V=100 км/ч, с интервалами в 5 км/ч.

Для скорости V=0, значения w_o и w_ox условно принимаются теми же, что и для скорости 5 км/ч.

 

Характер движения поезда на линии в тяговом режиме оп­ределяется разностью силы тяги и сопротивления движению поезда, т.е. F_K - W_K.

Так как удобнее пользоваться удельными величинами, то строится диаграмма удельных ускоряющих сил для прямого горизонтального участка пути:

( f_K - w ₀ ) (V);

 

- удельная

т.е. отнесенная к 1 кН веса поезда сила тяги локомотива.

 

Значения F_K принимаются по тяговой характеристики для заданного тепловоза от V=0 до V=100 км/ч через 5 км/ч включая скорость точек перелома.

 

Результаты расчетов сводятся в таблицу 3.

 

V, км/ч	w0’ Н/кН	wx Н/кН	w0” Н/кН	w0’mл Н	wx mл Н	Wo”mc Н	Wо Н/кН	WоX Н/кН	Fк, Н	fk H/кH	fk- Wо Н/кН
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
0 5 - 95 100

 

По данным граф 1 и 12 строится диаграмма удельных уско­ряющих сил, при этом по оси ординат откладывается скорость, а по оси абсцисс влево от оси ординат (второй квадрант) отклады­ваются удельные силы (см. рис 2).

Масштаб построения:

Сила, 1 Н/кН - 6 мм;

Скорость, 1 км/ч- 1мм.

Рисунок 2.

Диаграмма удельных ускоряющих сил.

 

Практическая работа № 5

«Спрямление профиля пути участка»

Спрямить профиль пути. Определить окончательные уклоны спрямленных участков с учетом кривых в направлении от Ст. А к Ст. Б.

Исходные данные помещены в таблице 7 (приложения)

Для ведения тяговых расчетов должен быть задан профиль пути. В целях облегчения и сокращения времени расчета произво­дится спрямление профиля пути.

Спрямление заключается в том, что группа смежных и сход­ных по крутизне и знаку элементов профиля заменяют одним сум­марным по длине элементом;

работа, произведенная поездом на этом спрямленном элементе, равна сумме работ, совершаемых по­ездом на отдельных элементах.

Величина спрямленного уклона без участка кривых опреде­ляется по формуле:

где i - действительный уклон, ‰;

S - длина отдельных элементов, образующих спрямленный участок S_c.

Спрямление профиля считают допустимым, если длинна каждого из элементов, образующих спрямленный участок, удовлетворяет соотношению:

где ∆ i =| i_c '- i | - абсолютная разность между полученным укло­ном и уклоном проверяемого участка (в тысячных).

Одновременно со спрямлением производится замена кривых фиктивным подъемом, равноценным в отношении механической работы.

Эта замена кривых участков пути фиктивным подъемом на­зывается приведением профиля.

Величина добавочного фиктивного подъема, учитывающего сопротивление от кривых, определяется по формуле:

,

где ∑α - сумма градусов центральных углов поворота кривых в пределах спрямленного участка,

 

или 

 

если задан радиус кривой, R, м.

Окончательный уклон спрямленного участка при наличии на нем кривых равен:

Спрямлению не подлежат площадки, на которых располага­ются раздельные пункты и расчетные (руководящие) подъемы.

Для решения задачи вначале надо начертить исходный заданный профиль пути, как указано на рис. 1 (а)

Рисунок 1. Профиль пути (а –спрямленный; б – неспрямленный)

Пример: (МАСШТАБ) 1000м = 20 мм

 

 

Спрямить профиль пути. Определить окончательные уклоны спрямленных участков с учетом кривых в направлении от ст. А к ст. Б.

 

Профиль пути задан в табл. 1.

Таблица 1

Номер элемен­та профиля		Длина элемента в метрах	Уклон ± о/оо (+ подъем, - уклон)	Угол поворота кривой, α0
Cт.A	1	1000	0
	2	1200	-6	48
	3	800	-5
	4	1300	-4	1/2 60
	5	1000	0	1/2 60
	6	1000	+3
	7	2500	+10	1/2 60
	8	500	0	1/2 60
	9	600	-6
	10	500	-5
	11	500	-4
	12	900	0
	13	1000	+7	52
	14	1000	+8
Ст. Б	15	1000	0

 

Решение:

Элементы пути 1 и 15 спрямлению не подлежат, так как на них расположены станции.

1. Спрямлению элементов 2, 3, 4

 

,

 

Проверяем возможность спрямления

 

,

 

 

Для элемента 2 получаем:

 

 

Спрямление допустимо. Таким же образом проверяем другие участки. Далее приводим кривые, расположенные на этих элемен­тах, к фиктивному подъему:

,

 

 

Окончательный уклон спрямленного участка с учетом кри­вых:

 

2. Спрямляем элементы 5, 6

 

 

 

3. Элемент 7 - руководящий (расчетный) подъем - спрям­лению не подлежит.

4. На элементе 8 имеется кривая, заменим ее фиктивным
подъемом.

 

5. Спрямляем элементы 9, 10, 11

Проверяем возможность спрямления:

 

600 <

 

Спрямление возможно

 

 

 

6. Элемент 12 спрямить нельзя, очень отличается от сосед­них элементов и проверку не пройдет.

7. Спрямляем элементы 13 и 14:

 

Все данные расчетов заносим в табл.2.

Таблица 2

 

Номер элемен­та профиля	Sc,m	ic ` о/оо	ic" о/оо	ic о/оо
1	1000	0	0	0
2,3,4	3300	-5	0,3	-4,7
5,6	2000	1,5	0,2	1,7
7	2500	10	0	10
8	500	0	0,7	0,7
9,10,11	1600	-5	0,2	-4,8
12	900	0	0	0
13,14	2000	7,5	0,3	7,8
15	1000	0	0	0

 

Спрямленный профиль показан на рисунке 1 (б).

 

 

Практическая работа №6

Построение кривой скорости

Практическая работа №7

Построение кривой времени.

 

Для построения кривой скорости необходимо наличие диаграм­мы  f (v), заданный участок с действительным и спрямленным про­филем пути и оси v , t, I_э I_д , построенные на миллиметровой бумаге.

Масшта­бы скорости и пути: m_v = 2 мм/(км/ч), m _s = 40 мм/км.

Для получения отрезка кривой v (S) необходимо:

а) выбрать режим ведения поезда;

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

в) определить знак силы f при начальной скорости v_n (по диаграмме f (v) при новом положении начала координат). Знак силы f опре­деляет знак приращения скорости Δv;

г)  определить абсолютную величину приращения скорости Δv,
среднюю скорость v_cp и очередное значение скорости v_{n+ 1} по выра­жениям:

При определении Δv необходимо соблюдать следующие условия:

При определении необходимо соблюдать следующие условия:

где — максимально допустимое приращение скорости движения. Согласно ПТР  = 5—10 км/ч; v_gon— допустимая скорость движения на рассматриваемом элементе профиля пути. Кроме того, необходимо сле­дить, чтобы точки излома кривой f (v) и значение установившейся скорос­ти движения в выбранном режиме не попадали внутрь интервала Δv;

д) на кривой f (v) для выбранного режима ведения поезда найти точку, соответствующую скорости v_ср , и из этой точки провести луч в начало координат;

 

 

 

Рисунок 3

Участок АБ со спрямленным и приведенным профилем

 

 

 

 

Рис. 5. Построение кривой скорости v = f ( s ) способом МПС

 

Рисунок 4.(а)

Построение кривой скорости v = f ( s )способом МПС.

 

 

Рисунок 4.(б)

Построение кривой скорости v = f ( s ) с остановкой на раздельном пункте.

 

 

Практическая работа №8

Решение тормозных задач.

Практическая работа №9

Практическая работа № 10

«Построение кривой тока»

Сила тяги тепловоза с электрической передачей имеет ограничение по нагреванию обмоток якорей и полюсов тяговых электродвигате­лей и генератора. Степень и интенсивность нагревания электрических машин зависят от продолжительности применения больших токовых нагрузок, что в свою очередь определяется весом состава и характером профиля.

Поэтому после расчета веса состава и построения кривых ско­рости и времени следует произвести проверку нагревания электри­ческих машин и при необходимости — корректировку веса состава или скорости его движения с тем, чтобы не допустить перегрева электрических машин выше установленной нормы.

Прежде чем приступить к расчетам по нагреванию, необходимо построить кривую изменения тока проверяемых электрических машин в зависимости от пройденного пути, т. е. построить график I = f ( S ).

Чтобы уяснить технику этой операции, построим кривую тока генератора для случая, рассмотренного при построении кривых скорости и времени, т. е. для тепловоза ТЭЗ, который ведет состав весом Q = 3 550 т по перегону Аа (рис. 7).

Строим кривую тока, а затем производим проверку на нагре­вание обмоток якоря генератора, потому что он находится в худших условиях, чем тяговые электродвигатели, и быстрее их на­гревается. Однако техника построения кривой тока тяговых электро­двигателей остается такой же, как и при построении кривой тока генератора,

Кривую тока генератора I_г = f ( S ) построим на том же планшете, где построены кривые V = V (S) и t = t (S) на основе имеющейся кривой скорости V = V (S) (рис. 95), а также тяговой характери­стики генератора I_г = f ( V ).

Для этой цели в каждой точке перелома кривой скорости V = V (S определяем скорость, для которой по графику I_г = f ( S ) устанавливаем ток генератора. Так, в точке 1 V₁ = 10 км/ч, по графику I_г = f ( V ) находим, что этой скорости соответствует пусковой ток генератора I_г =  3 380 A .

На вертикальной линии, проходящей через точку 1 перелома кривой скорости, откладываем в масштабе 1 мм — 20 A величину этого тока и получаем точку 1" (рис. 7).

Из графика I_г = f ( V ) видно, что этот ток I г = 3 380 A соответствует ограничению тока по пусковой схеме. Поэтому при скорости V = 0 км/ч  в момент трогания и далее при разгоне до скорости V ₁ = 10 км/ч ток будет равен I _Г = 3 380 A.

Наносим на планшет этот ток и при V =0 получаем точку 0", которую соединяем с точкой I " прямой линией.

Затем на кривой скорости берем точку перелома 2 при V₂ = 12 км/ч. По графику I_г = f ( V ) устанавливаем, что V₂ = 12 км/ч соответствует ток генератора I_г = 3 280 А. Откладываем эту вели­чину в масштабе на вертикали, проходящей через точку 2, и полу­чаем точку 2", которую соединяем прямой с точкой 1".

В интервале изменения скорости от V ₁ = 10 км/ч до V₂ = 12 км/ч, мы допускаем, что величина тока изменяется по прямолинейному закону до выхода на автоматическую характеристику полного поля последовательно-параллельного соединения тяговых электродвигателей СП на 16-м положении рукоятки контроллера.

В точке 3 перелома кривой скорости V = V (S) скорость равна V ₃ = 20 км/ч. Из графика I_г = f ( V ) находим, что этой скорости соответствует ток I_Г3 = 2540 A на характеристике 16 СП (16-я позиция контрол­лера при последовательно-параллельном соединении тяговых элек­тродвигателей). На вертикали, проведенной через точку 3, отклады­ваем в масштабе ток I_Г3 = 2540 A и получаем точку 3", которую сое­диняем прямой линией с точкой 2". Из рассмотрения графика I_г = f ( V ) убеждаемся в том, что при скорости V=27,5 км/ч происходит автоматический переход с полного поля последовательно-параллельного соединения тяговых электро­двигателей (СП) на первую ступень ослабления поля (ОП1).

Поэтому при скорости V=27,5 км/ч откладываем на соответст­вующей вертикали точку СП_3-4 для тока генератора , определенную по графику I_г = f ( V ) для момента перехода с соеди­нения СП на ОП1 по кривой 16 СП при V=27,5 км/ч; соединяем точку СП_3-4 с точкой 3" прямой линией. На этой же вертикали, про­веденной для V=27,5 км/ч, откладываем в масштабе ток генера­тора, соответствующий первой ступени ослабления поля при 16-й позиции контроллера, и получаем точку ОП1_3-4. Величину этого тока определяем по кривой 160П1 графика I_г = f ( V ) при скорости

V=27,5 км/ч.

В дальнейшем, при увеличении скорости движения поезда, величина тока определяется по кривой 160П1, соответствую­щей 16-й позиции контроллера при первой ступени ослабления поля. Так, в точке 4 скорость равна V ₄ = 30 км/ч. Этой скорости со­ответствует ток I_Г4 = 2250 A. Откладываем эту величину в масштабе на вертикали, соответствующей скорости V ₄ = 30 км/ч, получаем точку 4". Соединяем эту точку с точкой ОП1_3-4 прямой линией. Таким же образом получаем точки 5" и 6" графика I_г = f ( V ).  

Далее, по графику I_г = f ( V ) устанавливаем, что при скорости V = 45 км/ч  происходит переход с первой ступени ослабления поля ОП1 на вторую ступень ОП2 при токе I_Г = 1720 A. Наносим на вертикали, проходящей через точку кривой V = V (S) при V = 45 км/ч  , в масштабе ток I_Г = 1720 A и получаем точку ОП1_6-7, которую соединяем прямой линией с точкой 6". На этой же вертикали откладываем в масштабе ток генератора I_Г = 1980 A, соответствующий V = 45 км/ч  на графике

I _г = f ( V ) (кривая 16 0П2) при 16-м положении рукоятки контроллера и второй ступени ослаб­ления поля, получаем точку ОП2_6-7.  В дальнейшем, с увеличением скорости, ток определяем по кривой 160П2. Так, в точке 7 перелома графика V = V (S) при V = 50 км/ч ток генератора будет I_Г = 1830 A. Откладываем в масштабе эту величину по вертикали, проходящей через точку 7 при V = 50 км/ч и получаем точку 7", которую соединяем прямой линией с точкой ОП2_6-7.

Таким же образом находим точки 8", 9", 10" графика I_г = f ( S ) .

Из рассмотрения кривых V = V (S) и I_г = f ( S ) следует, что до точки 8 скорость повышается, а ток уменьшается. Затем после точки 8 скорость начинает уменьшаться, а ток увеличиваться.

Однако, как это видно из кривой 160П2 графика I_г = f ( S ), ток будет увеличиваться только до скорости V = 33 км/ч; при этой скорости произойдет автоматический обратный переход со второй ступени ослабления поля ОП2 на первую ступень ОП1. Здесь необходимо напомнить, что обратный переход с ОП2 на ОП1, а также с ОП1 на СП происходит на скоростях, по значениям не совпадающих со ско­ростями, при которых происходит прямой переход с СП на 0П1 и с 0П1 на 0П2.

Поэтому на кривой V = V (S) отмечаем точку, соответствующую скорости перехода V = 33 км/ч, проводим вертикаль, на которой откладываем в масштабе ток генератора I_Г = 2420 A, соответствую­щий скорости перехода V = 33 км/ч . Получаем точку ОП2_10-11, которую соединяем с точкой 10" прямой линией. На этой же вертикали откладываем величину тока, соответствующую первой ступени ослабления поля и равную I_Г = 2110 A, которую опреде­ляем по кривой 160П1 , и получаем точку ОП1_10-11. Затем находим промежуточную точку 11", соответствующую точке 11 пере­лома скорости графика V = V (S). При скорости

V = 24,5 км/ч совершается обратный переход с первой ступени ослабления поля ОП1 на полное поле СП последовательно-параллельного соедине­ния тяговых двигателей. Поэтому при V = 24,5 км/ч наносим две точки кривой тока I_г = f ( S ): ОП1_11-12, соответствующую току I _Г =2 590 A на кривой 160П1 графика I_г = f ( V ), и CП_11-12, соответ­ствующую току I _Г =2 190 A, на кривой 16СП графика I_г = f ( V ).

Таким же образом определяются далее точки 12", 13", 14", 15" и 16" и точки с учетом перехода с одного соединения на другое CП1_13-14, ОП1_13-14,ОП1_15-16,ОП2_15-16. В точке 16 кривой V= V(S)ток вы­ключается и из точки 16" проводится вертикаль до нуля.

В результате соединения всех точек от 0" до 16" прямыми линиями получаем необходимый график изменения тока генератора I_г = f ( S ) при следовании поезда по перегону A - а.

При дальнейшем следовании поезда по участку (по другим пе­регонам) продолжение построения графика I_г = f ( S ) производится с места включения тяговых двигателей описанным выше способом.

Подобным же образом строится кривая тока тяговых электродви­гателей тепловоза.

 

 

 

Рисунок 7

Пример построения зависимости I _г = f ( S )

 

Практическая работа №11

Практическая работа № 12

«Расчет массы поезда»

1. Рассчитать массу состава, сформированного из четырех­осных вагонов, из условия движения по расчетному подъему с установившейся скоростью.

2. Проверить возможность взятия поезда с места на расчет­ном подъеме.

3. Произвести проверочный расчет крутизны подъема, на котором разрешается трогание с места поезда критической массы.

4. Рассчитать максимальную величину подъема, который может преодолеть локомотив без состава с расчетной скоростью, в ^о/_оо .

 

Исходные данные помещены в таблице 4

1. Расчет массы состава.

Расчет массы состава при условии движения по расчетному подъему с установившейся скоростью производится по формуле:

 

где F_Kp - расчетная сила тяги, Н - из тяговой характеристики (см. приложение);

m_л - масса локомотива, т, из тяговой характеристики (см. приложение);

w₀' - основное удельное сопротивление движению локо­мотива, Н/кН;

w₀"- основное удельное сопротивление движению ваго­нов, Н/кН;

i_p - расчетный подъем, ^o/_oo

g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с².

Пример:

Рассчитать массу состава, сформированного из четырехос­ных груженных вагонов массой по 80 т.

Поезд обслуживается тепловозом 2ТЭ10М, расчетный подъем 10%.

 

Решение:

Из тяговой характеристики тепловоза 2ТЭ10В, 2ТЭ10М оп­ределяем F_Kp и V_p:

 

F_кр=50600 кгс=50600*9,81=496386 Н;

V_p=23,4 км/ч; m_л=271 Т

 

Рассчитываем основное удельное сопротивление движению локомотива и вагонов при расчетной скорости:

 

w₀’=1,9+0,008*V+0,00025*V²=1,9+0,00025*23,4²=1,9+0,187+0,126=

= 2,21, Н/кН

 

w₀’’= = Н/кН

 

 

2. Проверка на трогание с места на расчетном подъеме

 

где F_тр - сила тяги локомотива при трогании с места, прини­мается по тяговой характеристик при V=0 и ограничении по сце­плению, Н;

 

W_тр- удельное сопротивление движению состава при тро­гании с места Н/кН. 

 

Решение:

F_ктр = 81300 кгс = 81300*9,81=797553 Н;

,

 

где m_во - масса в т, приходящаяся на одну ось состава в це­лом;

 

 

 

 

Поезд массой 7093 т быть взят (тронут) на подъем i=10 ^о/_оо. m_стр > m_c.

3. Произвести проверочный расчет крутизны подъема, на котором разрешается трогание с места поезда критической массы.

Графиком движения поездов не предусмотрены останов­ки поездов на перегонах и поэтому расчет массы состава для таких случаев не производится. Практически нередки случаи остановок поездов на перегонах у запрещающих сигналов, в том числе на подъемах большой крутизны.

При трогании поезда с места на подъемах происходит боксование, возникают сверх допустимого механические и тепловые напряжения тяговых двигателей. Во избежа­нии этого необходимо проверять возможность надежного трогания поезда с места одним локомотивом. Однако проверку нельзя производить по формуле:

предназначенной для проверки трогания с места на остано­вочных пунктах, т.е станциях.

На подъемах 2 ^о/_оо и более зазоры в автосцепках выбраны вследствии того, что удельное сопротивление троганию вагонов с роликовыми подшипниками меньше сопротивления от таких подъемов, в результате возникает дополнительное сопротивление от растянутого состава.

Учет сопротивления от растянутого состава при расчете мас­сы может существенно снизить проверочный расчет крутизны подъема, на котором разрешается трогание с места поезда крити­ческой массы без вспомогательного локомотива:

где F_ктр - нормативная сила тяги для трогания поезда на станции, установленная ПТР по сериям локомотивов, Н;

w_тр, w_r - удельные сопротивления соответственно тро­гания поезда с места и от кривизны пути, Н/кН.

Пример:

Определить величину подъема, на котором разрешается трогание с места поезда критической массы.

Дано: Тепловоз 2ТЭ10М, m_c=4296т; m_л =217 т, F_ктр=81300*9,81=797553 Н;

W_тр=1,04 H/kH, w_τ=0.

Состав, рассчитанный в предыдущем примере, может быть стронутым на расчетном подъеме 10^o/_oo.

 

4. Рассчитать максимальную величину подъема, который может преодолеть локомотив без состава с расчетной скоростью, в ^о/_оо .

Определим величину подъема, который может преодо­леть локомотив без состава в тысячных и градусах (с рас­четной скоростью).

 

Пример:

Тепловоз ЧМЭЗ, V_p= 11,4 км/ч, m_л = 121 т,

 

F _кт = 23000*9,81 = 225630 Н

Решение:

 

;

;

w₀`=1,9 + 0,008*11,4+0,00025*11,4² = 2,35 Н/кН;

 

Исходные данные таб. 4

 

Наименование данных	вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
Серии тепловозов	ТЭ 3	М62	2М62	2ТЭ10Л	2ТЭ10В	2ТЭ10М	3ТЭ10М	2ТЭ10В	2ТЭ10М	2ТЭ116
Масса груженого 4х-осного вагона q в т	70	73	76	79	82	85	88	91	94	97
	71	74	77	80	83	86	89	92	95	98
	72	75	78	81	84	87	90	93	96	99
Количество вагонов	60	61	62	63	64	65	66	60	61	62

 

Практическая работа №13

Расчет расхода топлива.

 

При работе тепловоза или дизель-поезда энергия, заключенная в топ­ливе, расходуется на совершение работы по преодолению сил основного и дополнительного сопротивлений, на покрытие потерь в тормозах, ди­зель-генераторной установке и передаче и на собственные нужды. При расчетах отдельно выделяют расход топлива на стоянках с включенным дизелем и на передвижение по станционным и деповским путям. Массу топлива, расходуемого на движение поезда с учетом собственных нужд, определяют экспериментально для каждой серии тепловозов или дизель-поездов. Учитывают время работы дизеля в режиме тяги на различных положениях рукоятки контроллера машиниста с потреблением различно­го количества топлива и время работы дизеля на холостом ходу.

На рис. 10 приведены кривые расхода топлива в режиме тяги теплово­зов 2ТЭ10В, 2ТЭ10М и 2ТЭ10Л. Из него видно, что расход на каждом положении рукоятки контрол­лера в широком диапазоне скоростей меняется в небольших пределах. С изменением положения рукоятки контроллера, а следовательно, и частоты вращения коленчатого вала дизеля из­меняется и расход топлива. График для его определения на тепловозах 2ТЭ116 на 15-м положении рукоятки приведен на рис. 11 (значения в чис­ле даны для одной секции; в зна­менателе — для двух), на тепловозах ТЭП60 — на рис. 12.

Массу топлива, расходуемого в одну минуту на холостом ходу, для каждого типа дизеля берут из графиков в зависимости от частоты вращения вала дизеля. На рис. 13 приведены для примера кривые g_x(n_д ) для тепловозов 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л, ТЭ10 и др. с дизелем 10Д100.

Режимы работы дизелей на стоянках, учитывающие специфику ме­стных условий, устанавливают распоряжением по дороге. Если таких распоряжений нет, то расход топлива выбирают по табл.6. В слу­чае применения другого числа секций расход топлива нужно соответ­ственно изменить.

Таблица 6

 

Серия тепловоза или дизель-поезда	Частота вращения коленчатого вала nд, об/мин	Удельный расход топлива при работе на холостом ходу gx, кг/мин
		одним дизелем	тепловозом или дизель-поездом
2ТЭ10В, 2ТЭ10Л, 2ТЭ10	400	0,38	0,76
2ТЭ116	350	0,25	0,50
М62	400	0,42	0,42
ТЭЗ, ТЭ7	400	0,35	0,70
ТЭП60	400	0,50	0,50
ЧМЭЗ	350	0,15	0,15
ДР1	700	0,14	0,28

 

 

Рис. 10. Кривые расхода топлива в режиме тяги тепловозами 2ТЭ10В, 2ТЭ10М и 2ТЭ10Л (на один дизель)

 

Рис. 11. Кривые расхода топлива в режиме тяги тепло­возом 2ТЭ116 на 15-м положе­нии рукоятки контроллера машиниста

 

По известным расходам топлива в одну минуту определяют расход топлива тепловозом или дизель-поездом:

 

Е = G ₁ Δt ₁ + G ₂ Δt ₁ + G ₁ Δt ₁ + ……… g_xt_x = Σ G_iΔt_i + g_xt_x

 

где Е — масса топлива, расходуемая на передвижение состава, кг;

С₁, G₂, ..., G_i — масса топлива, расходуемая тепловозом или дизель-поездом при средней скорости движения на данной позиции контроллера машиниста в одну минуту, кг/мин;

Δt₁, Δt₂, Δt₃ , — время работы дизеля с данной сред­ней скоростью, мин;

g_x — масса топлива, расходуемого тепловозом или ди­зель-поездом на холостом ходу в одну минуту, кг/мин;

t_х — время хода по участку на холостом ходу и время стоянок, мин.

 

Расход топлива при следовании одиночных тепловозов по станционным и деповским путям в режиме тяги определяют для движения на первой ездовой позиции контроллера машиниста со скоростью 10... 15 км/ч.

 

При этих условиях его принимают следующим, кг/мин:

2ТЭ10В, 2ТЭ10М, 2ТЭ10Л, 2ТЭ10, ТЭ10, ТЭП10……………0,5

2ТЭ116, ТЭП60, 2ТЭП60, ТЭП70……………………………...1

ТЭЗ, ТЭ7…………………………………………………………0,6

 

Для тепловозов остальных серий, а также дизель-поездов удель­ный расход топлива берут равным 0,3 кг/мин.

Потребляемое вспомогательными силовыми установками дизель-по­ездов ДР1 топливо определяют по средней потребляемой мощности аг­регатов, обслуживаемых ими, и полному времени их работы.

 

В среднем расход топлива на одну ус­тановку дизель-поезда ДР1 составляет 0,18 кг/мин, а на дизель-поезд, имеющий две такие установки, — 0,36 кг/мин.

 

Рис. 12. Кривые расхода топлива в режиме тяги тепловозом ТЭП60 на 15-м положении рукоятки контроллера машиниста

 

Используя приведен­ные данные, формулы, таб­лицы и кривые, определя­ют расход топлива для теп­ловоза или дизель-поезда при работе на линии.

Для сравнения расхо­да топлива различными тепловозами используют удельный показатель на измеритель выпол­ненной перевозочной работы 104 ткм:

где е — удельный расход топлива, кг/(10⁴ ткм);

Е — расход топлива на перемещение поезда, кг;

m_с — масса состава, т;

L — длина участка, км.

Чтобы сравнить раз личные виды и сорта топ­лива, имеющие разную теплоту сгорания, пользуются так называ­емым условным топли­вом, имеющим удельное количество теплоты го­рения 29,3 МДж/кг.

Рис. 13. Расход топлива одним дизелем на холостом ходу тепловозов 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л, ТЭК), ТЭП10:

1— вентилятор включен на вторую ступень;

2— вентилятор включен на первую ступень;

3 — вентилятор выключен.

При пересчете расхода натурного топлива на ус­ловное используют тепло­вой эквивалент Э, равный отношению удельного ко­личества теплоты горения натурного и условного топ­лива. Для дизельного топ­лива удельное количество теплоты горения равно 41,9 МДж/кг. Отсюда — Э = 41,9 / 29,3 = 1,43.

Следовательно, удельный расход условного топлива, кг/(10⁴ ткм) —

е_у=еЭ.   

Пример. Определить общий и удельный расходы натурного и условного топлива тепловозом 2ТЭ10В при движении с составом массой 5000 т на 15-м положении рукоятки контроллера машиниста со средней скоростью 45 км/ч в течение 29,5 мин и на холостом ходу в течение 4,5 мин по участку длиной 24,9 км.

 

Решение:. Расход топлива тепловозом 2ТЭ10В в режиме тяги определяем из рис. 13.6. Для одной секции G = 8,55 кг/мин, для двух секций — G = 17,1 кг/мин.

Расход топлива на холостом ходу дизеля 10Д100 определя­ем из табл.6:

g_x = 0,76 кг/мин.

Общий расход топлива определяем по формуле :

Е = 17,1*29,5+ 0,76*4,5 = 508 кг.

2. Удельный расход натурного топлива на измеритель 10⁴ ткм определяем
по формуле (13.19):

 

3. Удельный расход условного топлива определяем по формуле (13.20):

е = 40,8*1,43 = 58,3 кг/(10⁴ т*км),

 

здесь 1,43 — тепловой эквивалент дизельного топлива.

 

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I »

(ФГБОУ ВО ПГУПС)

Великолукский филиал ПГУПС

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

по

ПМ.01. Эксплуатация и техническое обслуживаниеподвижного состава      МДК.01.02. Эксплуатация подвижного состава (тепловозы и дизель-поезда) и обеспечение безопасности движения поездов

Тема 2.4. Основы локомотивной тяги

 

Для специальности 23.02.06

«Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог»

локомотивы

 

 

2016 год.

 

Теоретический курс данной темы состоит из следующих основных разделов:

 

1. Силы, действующие на поезд. Образование силы тяги.

2. Электромеханические характеристики тяговых электродвигателей.

3. Тяговые свойства и характеристики тепловозов.

4. Силы сопротивления движению поезда.

5. Тормозные силы поезда.

6. Расчёт массы состава.

7. Уравнение движения поезда. Расчёт и построение диаграммы ускоряющих и замедляющих сил.

8. Расчёт скорости и времени движения поезда.

9. Торможение поездов и решение тормозных задач.

10. Кривая тока тяговых электрических машин тепловоза.

11. Нагревание и охлаждение электрических машин.

12. Определение расхода топлива тепловозами.

13. Управление тяговым подвижным составом.

 

 

Для закрепления теоретических знаний и приобретения практических навыков программой предусматривается проведение практических работ.

Практические работы выполняются по следующей тематике:

1.	Практическая работа №1
	Пересчет электромеханических характеристик тягового электродвигателя (далее - ТЭД).
2.	Практическая работа №2
	Построение тяговой характеристики локомотива и действующих ограничений.
3.	Практическая работа №3
	Расчет и построение удельных сил поезда в режиме выбега.
4.	Практическая работа №4
	Расчет и построение удельных сил поезда в режиме тяги.
5.	Практическая работа №5
	«Спрямление профиля пути участка»
6.	Практическая работа №6
	Построение кривой скорости
7.	Практическая работа №7
	Построение кривой времени.
8.	Практическая работа №8
	Решение тормозных задач.
9.	Практическая работа №9
	Расчет и построение удельных сил поезда в режиме торможения.
10.	Практическая работа №10
	Построение кривой тока
11.	Практическая работа №11
	Построение кривой нагрева тягового генератора и двигателей.
12.	Практическая работа №12
	Расчет массы поезда.
13.	Практическая работа №13
	Расчет расхода топлива.

При выполнении практической работы студенту присваивается вариант согласно номера в учебном журнале.

При подготовке к написанию практической работы студент должен изучить материал по соответствующей теме.

На выполнение каждой практической работы учебным планом и рабочей программой отведено –

2-4 часа.

Общие указания по оформлению отчетов по лабораторным работам

 

Отчеты по практическим работам выполняются согласно единым требованиям по оформлению конструкторской документации на листах формата А4.

Первый лист является титульным.

На втором листе указывается перечень практических работ, который оформляется в соответствии с ЕСКД.

Текст в отчетах практических работ пишется от руки ручкой черной или синей пастой.

Отчеты по практических работам должны подшиваться в папку.

Графическую часть выполнять четко, достаточно крупно с использованием чертежных принадлежностей. Сложные рисунки, схемы, диаграммы допускается приводить в виде ксерокопий или сканированных изображений с последующей распечаткой, но при этом не забывайте дополнять их спецификацией, т.е. расшифровкой всех названий деталей, частей, узлов, осей, кривых и т.д.

 

№ п/п	Содержание	Стр.
1.	Практическая работа №1	4
	Пересчет электромеханических характеристик тягового электродвигателя (далее ТЭД).
2.	Практическая работа №2	9
	Построение тяговой характеристики локомотива и действующих ограничений.
3.	Практическая работа №3	13
	Расчет и построение удельных сил поезда в режиме выбега.
4.	Практическая работа №4	13
	Расчет и построение удельных сил поезда в режиме тяги.
5.	Практическая работа №5	15
	«Спрямление профиля пути участка»
6.	Практическая работа №6	20
	Построение кривой скорости
7.	Практическая работа №7	20
	Построение кривой времени.
8.	Практическая работа №8	23
	Решение тормозных задач.
9.	Практическая работа №9	23
	Расчет и построение удельных сил поезда в режиме торможения.
10.	Практическая работа №10	28
	Построение кривой тока
11.	Практическая работа №11	38
	Построение кривой нагрева тягового генератора и двигателей.
12.	Практическая работа №12	43
	Расчет массы поезда.
13.	Практическая работа №13	47
	Расчет расхода топлива.
14.	Информационное обеспечение обучения	51

Практическая работа № 1

Пересчет электромеханических характеристик тягового электродвигателя (ТЭД)

Цель: научиться производить пересчет электромеханических характеристик тягового электродвигателя (ТЭД) при изменении передаточного отношения редуктора и диаметра колесных пар локомотива.

Оборудование: график скоростных и электротяговых характеристик ТЭД ЭД118, таблица расчетов, лист миллиметровой бумаги.

Краткие теоретические сведения

Зависимость скорости движения v, силы тяги на ободах колесной пары F_кд и к. п. д. η от тока электродвигателя I_д при неизменном напряжении и постоянной температуре обмоток тяговых электродвигателей называют электромеханическими характеристиками, отнесенные к ободом колес.

Скорость определяется формулой:

V= 0,188 × D × n/µ (1)

где D — диаметр колесной пары;

   n — частота вращения колесной пары;

  µ — передаточное отношение редуктора.

Эта формула показывает, что при одной и той же частоте вращения якоря скорость движения больше при большем диаметре колес и меньшем передаточном отношении зубчатой передачи.

Чтобы найти связь между скоростью движения и током I, подставим в формулу 1 значение частоты вращения.

Тогда скорость 

V= 0,188 х D/µ х (U_д - I_д × r)/C₁ x Ф (2)

Обозначив постоянные для данного локомотива параметры через С = С×µ/(0,188D), получим, что скорость:

V=(U_д-I_д× r) /C x Ф (3)

Зависимость скорости движения от тока тягового электродвигателя называют скоростной характеристикой.

Касательную силу тяги определяют по формуле

F_кд = 2 × M × µ × η/D (4)

Таким образом, при одинаковом вращающем моменте на валу тягового электродвигателя сила тяги будет больше при большем передаточном отношении ц и меньших диаметрах колес.

Зависимость силы тяги на ободах колес колесной пары от тока тягового электродвигателя называют электротяговой характеристикой.

Из формул (1) и (4) видно, что скоростная и электротяговая характеристики зависят от передаточного отношения редуктора и диаметров колес. Если передаточное отношение локомотива в процессе эксплуатации не меняется, то диаметры колес уменьшаются из-за износа и обточках.

В практике бывают случаи, когда тяговые электродвигатели одного и того же типа используют на разных локомотивах, имеющих различные передаточные отношения редукторов.

Рис. 1.1. Скоростные и электротяговые характеристики ТЭД ЭД118

 

На рисунке 1.1 даны скоростные и электротяговые характеристики тягового двигателя ЭД-118А 2ТЭ116 при диаметре движущего колеса D₁ = 1050 мм и передаточном отношении зубчатой передачи µ₁ = 4,41.

Требуется построить скоростные и электротяговые характеристики этого электродвигателя при диаметре движущего колеса D₂ = 1000 мм и передаточном отношении зубчатой передачи µ₂= 2,22.

 

 

Решение:

1. По кривым находим значения V₁ км/час и F_кд1 кН (α=100%) при токах 500, 550,600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000 А и заносим их в таблицу 1.1.

 

Iд,А	Заданные значения		Полученные значения
	V1 км/час	Fкд1 кН	v2 км/час	Fкд2 кН
500	40	24	75,7	12,7
550	35	27,5	66,2	14,6
600	31	32	58,6	17,0
650	27	36	51,0	19,1
700	24	41	45,4	21,7
750	22	46	41,6	24,4
800	20	50	37,8	26,5
850	18	56	34,0	29,7
900	17	60	32,1	31,8
950	16	65	30,2	34,5
1000	15	70	28,4	37,1

 

Для каждого значения тока берем скорость v₁ и по формуле определяем скорость v₂ при том же токе, но измененном диаметре колеса и передаточном числе зубчатой передачи.

v₂=(D₂/D₁)×(µ₁/µ₂)× v₁ (5)

Силу тяги для измененного диаметра колеса и передаточного числа зубчатой передачи пересчитываем по формуле:

F_кд2=(D₁/D₂)×(µ₂/µ₁)× F_кд1 (6)

Вывод:

1. При уменьшений диаметра колеса уменьшается скорость тепловоза.

2. Уменьшение передаточного числа зубчатой передачи ведет к увеличению скорости.

3. Уменьшение передаточного числа зубчатой передачи ведет к уменьшению силы тяги ТЭД.

Порядок выполнения работы

1. Построить на миллиметровой бумаге скоростную и электротяговую характеристики ЭД-118А тепловоза 2ТЭ116 при диаметре движущего колеса D₁ = 1050 мм и передаточном отношении зубчатой передачи µ₁ = 4,41.

2. Произвести решение при диаметре движущего колеса D₂ = 1000 мм и передаточном отношении зубчатой передачи µ₂= 2,22.

3. Построить на миллиметровой бумаге скоростную и электротяговую характеристики ЭД-118А тепловоза 2ТЭ116 при диаметре движущего колеса D2= 1000 мм и передаточном отношении µ₂= 2,22.

 

4. Сделать вывод на оснований построенных характеристик.

Содержание отчета

1. Рассчитайте по формулам.

2. Постройте график скоростной и электротяговой характеристик.

3. Сделайте соответствующие выводы.

 

 

Варианты для 1 практической работы

 

№ Вар.	D2	µ2	тепловоз	№ Вар.	D2	µ2	тепловоз
1	1000	2	ТЭ3	16	1030	4,1	2ТЭ10М
2	1002	2,14	М62	17	1032	4,24	3ТЭ10М
3	1004	2,28	2М62	18	1034	4,38	2ТЭ10В
4	1006	2,42	2ТЭ10Л	19	1036	4,52	2ТЭ10М
5	1008	2,56	2ТЭ10В	20	1038	4,66	2ТЭ116
6	1010	2,7	2ТЭ10М	21	1000	4,8	ТЭ3
7	1012	2,84	3ТЭ10М	22	1002	4,94	М62
8	1014	2,98	2ТЭ10В	23	1004	5,08	2М62
9	1016	3,12	2ТЭ10М	24	1006	5,22	2ТЭ10Л
10	1018	3,26	2ТЭ116	25	1008	5,36	2ТЭ10В
11	1020	3,4	ТЭ3	26	1010	5,5	2ТЭ10М
12	1022	3,54	М62	27	1012	5,64	3ТЭ10М
13	1024	3,68	2М62	28	1014	5,78	2ТЭ10В
14	1026	3,82	2ТЭ10Л	29	1016	2	2ТЭ10М
15	1028	3,96	2ТЭ10В	30	1018	2,14	2ТЭ116

 

 

Практическая работа №2

Построение тяговой характеристики тепловоза

Цель: научится порядку построения тяговой характеристики локомотива и нанесению действующих ограничений.

Оборудование: ПТР, таблицы расчетов, лист миллиметровой бумаги.

Порядок выполнения работы:

1. Произвести расчеты F_k во всем диапазоне скоростей от 0 до V_{констр.}

2. Произвести расчеты Fсц во всем диапазоне скоростей от 0 до 60 км/ч.

3. Построить F_K = f(v) на миллиметровой бумаге с действующими ограничениями.

Содержание отчета:

1. Произвести расчеты F_k во всем диапазоне скоростей от 0 до V_{констр.} И заполнить таблицу:

V км/ч	FK кН	ψк	F сц кН
0
-
100

 

2. На основании таблицы построить тяговую характеристику.

3. Сделать выводы по работе.

Основное назначение любого локомотива, в том числе и тепловоза, создавать силу тяги, необходимую для преодоле­ния силы сопротивления при трогании с места и при даль­нейшем разгоне состава, как на площадке, так и на любом другом профиле пути.

Графическая зависимость касательной силы тяги F _к раз­виваемой на ободах колес локомотива, от скорости движе­ния называется тяговой характеристикой F_K = f ( v ).

Тяговая характеристика упрощенно может быть рассчи­тана по касательной мощности тепловоза в кН

F_k =(3.6_* Р_к )/ v

где Р_к - касательная мощность тепловоза, кВт;

      v - скорость движения, км/ч;

F_K - касательная сила тяги, кН.

Касательная полезная мощность локомотива, реа­лизуемая на ободе колес при условии установившегося дви­жения, определяется из выражения:

Р_к = Р _{e *} η _пер* β _всп

где Р_е - эффективная мощность дизеля, кВт;

     η _пер - КПД электрической передачи;

     β _всп - коэффициент, учитывающий расход энергии на привод вспомогательных агрегатов.

КПД электрической передачи: постоянного тока рассчитывается η _пер =η_г*η_д*η_м ;

                                                переменно-постоянного тока рассчитывается η _пер = η_г*η_д*η_{м *}η_ву.

где η_г - КПД главного генерато­ра;

η_д - КПД электродвигателя;

η_м - КПД зубчатой передачи;

η _ву - КПД выпрямительной установки.

Для предварительных расчетов можно принять:

η_г = 0,93-0,95;

η_д = 0,85-0,88;

η_м = 0,975;

η _ву = 0,99.

Коэффициент β _всп определяется из выражения

β _всп = (Р _e - Р_всп)/ Р _e ;

Затраты мощности на привод вспомогательных агрега­тов Р_всп приведены в исходных данных.

Задаваясь значениями скорости движения от 0 до v _констр через 5 км/ч получим ряд значений силы тяги.

По резуль­татам расчетов построим зависимость F_K = f ( v );

ВНИМАНИЕ! Тяговая характеристика строится на миллиметровой бумаге формата А4 и подшивается в пояснительную записку, внизу листа вычерчивается стандартный штамп высотой 15мм, по контуру листа вычерчивается стандартная рамка, с отступами 20мм от левого края и по 5мм от оставшихся.

 

Для нанесения на тяговую характеристику ограничения силы тяги по условиям сцепления колес с рельсами необхо­димо воспользоваться основным законом локомотивной тяги F_K ≤ F _сц ( F _сц — сила сцепления колес с рельсами, кН).

Сила сцепления колес с рельсами определится

F _сц = ψ_к* Р_сц* m

где  ψ_к — расчетный коэффициент сцепления;

       Р_сц — осевая нагрузка тепловоза;

    m — число движущих осей.

Осевая нагрузка колес тепловоза на рельсы высчитывается из условия веса локомотива приведенного в ПТР (таб. 22).

Конструкционная скорость локомотива принимается согласно ПТР (таб. 22).

 Расчетный коэффициент сцепления F_K определится из выражений:

для тепловозов ТЭ10 (любой модификации)

ψ_к = 0,118 + 4/(22+ v )

для остальных серий тепловозов

ψ_к = 0,118 + 5/(27,5+ v )

Величина F_{c ц} вычисляется для скоростей движения: 0, 5, 10, 20, 30 км/ч.

При нанесении на тяговую характеристику ограничения по сцеплению кривая F _сц = f ( v ) должна пере­секать зависимость F_K = f ( v ).

Точка пересечения кривых указывает на скорость движе­ния, при которой осуществляется выход на автоматическую кривую полного использования мощности силовой установки.

Если на тяговую характеристику нанести графическую зависимость  = f(v) полного сопротивления поезда от ско­рости, то точка пересечения кривых определит равномерную скорость движения поезда для того профиля пути, для кото­рого построена зависимость.

На рис. 1 приведена примерная тяговая характеристи­ка тепловоза с нанесенными на ней ограничениями, которую должен построить студент по своим исходным данным.

Рис. 1 Тяговая характеристика тепло­воза

Исходные данные:

№ Вар.	Р e дизеля	Рвсп	тепловоз	№ Вар.	Р e дизеля	Рвсп	тепловоз
1	1470	130	ТЭ3	16	2200	225	3ТЭ10М
2	1470	135	М62	17	2200	208	2ТЭ10М
3	1470	140	2М62	18	2200	207	2ТЭ10В
4	2200	180	2ТЭ10Л	19	2200	204	2ТЭ10М
5	2200	190	2ТЭ10М	20	2250	189	2ТЭ116
6	2200	200	3ТЭ10М	21	1470	147	ТЭ3
7	2200	210	2ТЭ10М	22	1470	150	М62
8	2200	220	2ТЭ10В	23	1470	153	2М62
9	2200	175	2ТЭ10М	24	2200	230	2ТЭ10Л
10	2250	215	2ТЭ116	25	2200	227	2ТЭ10М
11	1470	135	ТЭ3	26	2200	226	3ТЭ10М
12	1470	140	М62	27	2200	214	2ТЭ10М
13	1470	147	2М62	28	2200	209	2ТЭ10В
14	2200	215	2ТЭ10Л	29	2200	201	2ТЭ10М
15	2200	219	2ТЭ10М	30	2250	205	2ТЭ116

 

Практическая работа № 3,4

«Расчет и построение удельных сил поезда в режиме выбега»

«Расчет и построение удельных сил поезда в режиме тяги»

 

1. Рассчитать и построить кривые основного удельного соп­ротивления при движении поезда в режиме тяги w_o(V) и выбега (холостой ход) w_ox(V) по бесстыковому пути при условии, что все вагоны 4-хосные на подшипниках каче­ния. Локомотив принять в соответствии со своим вариантом.

2. Рассчитать и построить диаграмму удельных ускоряю­щих сил при движении поезда в режиме тяги на прямом горизонтальном участке пути

(f_K-w₀) (V).

 

 

Исходные данные:

 

Расчет диаграммы удельных ускоряющих сил.

1. Основное удельное сопротивление движению локомотивов и вагонов подсчитывается по формулам и сводится в таблицу:

 

Тепловозы на бесстыковом пути:
 при движении в режиме тяги (под током)

w_о’=1,9+0,008*V+0,00025*V², Н/кН

при движении на холостом ходу (без тока)

w_x =2,4+0,009*V+0,00035*V², Н/кН

 

Основное удельное сопротивление движению грузовых ваго­нов

, Н/кН

где m_во, - средняя для состава масса, приходящаяся на ось ва­гона.

 

Основное удельное сопротивление движению всего поезда:

 При движении в режиме тяги (под током):

 

При движении на холостом ходу :

Для расчета и построения кривых основного удельного соп­ротивления движению под током w_о (V) и без тока (на холостом ходу) w_ox.

Задается скоростями от V=0 до V=100 км/ч, с интервалами в 5 км/ч.

Для скорости V=0, значения w_o и w_ox условно принимаются теми же, что и для скорости 5 км/ч.

 

Характер движения поезда на линии в тяговом режиме оп­ределяется разностью силы тяги и сопротивления движению поезда, т.е. F_K - W_K.

Так как удобнее пользоваться удельными величинами, то строится диаграмма удельных ускоряющих сил для прямого горизонтального участка пути:

( f_K - w ₀ ) (V);

 

- удельная

т.е. отнесенная к 1 кН веса поезда сила тяги локомотива.

 

Значения F_K принимаются по тяговой характеристики для заданного тепловоза от V=0 до V=100 км/ч через 5 км/ч включая скорость точек перелома.

 

Результаты расчетов сводятся в таблицу 3.

 

V, км/ч	w0’ Н/кН	wx Н/кН	w0” Н/кН	w0’mл Н	wx mл Н	Wo”mc Н	Wо Н/кН	WоX Н/кН	Fк, Н	fk H/кH	fk- Wо Н/кН
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
0 5 - 95 100

 

По данным граф 1 и 12 строится диаграмма удельных уско­ряющих сил, при этом по оси ординат откладывается скорость, а по оси абсцисс влево от оси ординат (второй квадрант) отклады­ваются удельные силы (см. рис 2).

Масштаб построения:

Сила, 1 Н/кН - 6 мм;

Скорость, 1 км/ч- 1мм.

Рисунок 2.

Диаграмма удельных ускоряющих сил.

 

Практическая работа № 5

«Спрямление профиля пути участка»

Спрямить профиль пути. Определить окончательные уклоны спрямленных участков с учетом кривых в направлении от Ст. А к Ст. Б.

Исходные данные помещены в таблице 7 (приложения)

Для ведения тяговых расчетов должен быть задан профиль пути. В целях облегчения и сокращения времени расчета произво­дится спрямление профиля пути.

Спрямление заключается в том, что группа смежных и сход­ных по крутизне и знаку элементов профиля заменяют одним сум­марным по длине элементом;

работа, произведенная поездом на этом спрямленном элементе, равна сумме работ, совершаемых по­ездом на отдельных элементах.

Величина спрямленного уклона без участка кривых опреде­ляется по формуле:

где i - действительный уклон, ‰;

S - длина отдельных элементов, образующих спрямленный участок S_c.

Спрямление профиля считают допустимым, если длинна каждого из элементов, образующих спрямленный участок, удовлетворяет соотношению:

где ∆ i =| i_c '- i | - абсолютная разность между полученным укло­ном и уклоном проверяемого участка (в тысячных).

Одновременно со спрямлением производится замена кривых фиктивным подъемом, равноценным в отношении механической работы.

Эта замена кривых участков пути фиктивным подъемом на­зывается приведением профиля.

Величина добавочного фиктивного подъема, учитывающего сопротивление от кривых, определяется по формуле:

,

где ∑α - сумма градусов центральных углов поворота кривых в пределах спрямленного участка,

 

или 

 

если задан радиус кривой, R, м.

Окончательный уклон спрямленного участка при наличии на нем кривых равен:

Спрямлению не подлежат площадки, на которых располага­ются раздельные пункты и расчетные (руководящие) подъемы.

Для решения задачи вначале надо начертить исходный заданный профиль пути, как указано на рис. 1 (а)

Рисунок 1. Профиль пути (а –спрямленный; б – неспрямленный)

Пример: (МАСШТАБ) 1000м = 20 мм

 

 

Спрямить профиль пути. Определить окончательные уклоны спрямленных участков с учетом кривых в направлении от ст. А к ст. Б.

 

Профиль пути задан в табл. 1.

Таблица 1

Номер элемен­та профиля		Длина элемента в метрах	Уклон ± о/оо (+ подъем, - уклон)	Угол поворота кривой, α0
Cт.A	1	1000	0
	2	1200	-6	48
	3	800	-5
	4	1300	-4	1/2 60
	5	1000	0	1/2 60
	6	1000	+3
	7	2500	+10	1/2 60
	8	500	0	1/2 60
	9	600	-6
	10	500	-5
	11	500	-4
	12	900	0
	13	1000	+7	52
	14	1000	+8
Ст. Б	15	1000	0

 

Решение:

Элементы пути 1 и 15 спрямлению не подлежат, так как на них расположены станции.

1. Спрямлению элементов 2, 3, 4

 

,

 

Проверяем возможность спрямления

 

,

 

 

Для элемента 2 получаем:

 

 

Спрямление допустимо. Таким же образом проверяем другие участки. Далее приводим кривые, расположенные на этих элемен­тах, к фиктивному подъему:

,

 

 

Окончательный уклон спрямленного участка с учетом кри­вых:

 

2. Спрямляем элементы 5, 6

 

 

 

3. Элемент 7 - руководящий (расчетный) подъем - спрям­лению не подлежит.

4. На элементе 8 имеется кривая, заменим ее фиктивным
подъемом.

 

5. Спрямляем элементы 9, 10, 11

Проверяем возможность спрямления:

 

600 <

 

Спрямление возможно

 

 

 

6. Элемент 12 спрямить нельзя, очень отличается от сосед­них элементов и проверку не пройдет.

7. Спрямляем элементы 13 и 14:

 

Все данные расчетов заносим в табл.2.

Таблица 2

 

Номер элемен­та профиля	Sc,m	ic ` о/оо	ic" о/оо	ic о/оо
1	1000	0	0	0
2,3,4	3300	-5	0,3	-4,7
5,6	2000	1,5	0,2	1,7
7	2500	10	0	10
8	500	0	0,7	0,7
9,10,11	1600	-5	0,2	-4,8
12	900	0	0	0
13,14	2000	7,5	0,3	7,8
15	1000	0	0	0

 

Спрямленный профиль показан на рисунке 1 (б).

 

 

Практическая работа №6

Построение кривой скорости

Практическая работа №7

Построение кривой времени.

 

Для построения кривой скорости необходимо наличие диаграм­мы  f (v), заданный участок с действительным и спрямленным про­филем пути и оси v , t, I_э I_д , построенные на миллиметровой бумаге.

Масшта­бы скорости и пути: m_v = 2 мм/(км/ч), m _s = 40 мм/км.

Для получения отрезка кривой v (S) необходимо:

а) выбрать режим ведения поезда;

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

в) определить знак силы f при начальной скорости v_n (по диаграмме f (v) при новом положении начала координат). Знак силы f опре­деляет знак приращения скорости Δv;

г)  определить абсолютную величину приращения скорости Δv,
среднюю скорость v_cp и очередное значение скорости v_{n+ 1} по выра­жениям:

При определении Δv необходимо соблюдать следующие условия:

При определении необходимо соблюдать следующие условия:

где — максимально допустимое приращение скорости движения. Согласно ПТР  = 5—10 км/ч; v_gon— допустимая скорость движения на рассматриваемом элементе профиля пути. Кроме того, необходимо сле­дить, чтобы точки излома кривой f (v) и значение установившейся скорос­ти движения в выбранном режиме не попадали внутрь интервала Δv;

д) на кривой f (v) для выбранного режима ведения поезда найти точку, соответствующую скорости v_ср , и из этой точки провести луч в начало координат;

 

 

 

Рисунок 3

Участок АБ со спрямленным и приведенным профилем

 

 

 

 

Рис. 5. Построение кривой скорости v = f ( s ) способом МПС

 

Рисунок 4.(а)

Построение кривой скорости v = f ( s )способом МПС.

 

 

Рисунок 4.(б)

Построение кривой скорости v = f ( s ) с остановкой на раздельном пункте.

 

 

Практическая работа №8

Решение тормозных задач.

Практическая работа №9