Плютов Ю.А. Транспортные машины

Подождите немного. Документ загружается.

ТЕМА 2. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Лекция 9. Основные параметры локомотивов



Транспортные машины. Конспект лекций -61-

тормозной компрессор 8 и вентилятор холодильника 9 (для охлаждения воды

и масла).

Между кабиной и машинным отделением расположена высоковольтная

камера, в которой размещены электрические аппараты тепловоза. По обеим

сторонам дизеля (под полом) размещены аккумуляторные батареи. Рама теп-

ловоза опирается на две трехосные тележки 11 с электродвигателями посто-

янного тока и последовательного возбуждения на трамвайной подвеске. По

конструкции механической части тепловоз с электромеханической передачей

аналогичен электровозу (рис. 9.1).

Для эксплуатации в условиях холодного климата выпускаются тепло-

возы ТЭ10С, оборудованные котлом подогрева рабочих жидкостей.

Тепловозы характеризуются автономностью работы (нет контактной

сети) и сокращением времени на переукладку неэлектрифицированных пу-

тей, что повышает производительность погрузочно-транспортного оборудо-

вания на 10–15 %. Вместе с тем капитальные затраты на приобретение их

выше на 15–20 %, а преодолеваемые уклоны ниже, чем при электрифициро-

ванном транспорте из-за небольшой удельной мощности. Поэтому тепловозы

эффективны в сравнительно неглубоких карьерах, при большой протяженно-

сти передвижных путей, а также в местах, удаленных от электростанций.

Основными параметрами локомотивов являются ширина колеи,

сцепная масса, мощность тяговых двигателей, осевая формула, конст-

руктивная скорость движения, минимальный радиус поворота и линей-

ные размеры.

Сцепная масса (сцепной вес) – это масса (вес) локомотива, приходя-

щаяся на его ведущие колеса. Сцепная масса тепловозов и электровозов со-

ставляет 90–180 т; тяговых агрегатов – 360–375 т. Чем больше сцепная масса,

тем больше производительность состава и тем больший подъем можно пре-

одолеть.

Мощность двигателя определяется режимом его работы. Различают ча-

совой и длительный режимы работы двигателя. Первому соответствуют ча-

совые значения тока, силы тяги, скорости движения, второму – длительные

ток, сила тяги и скорость. Часовой ток – это условно постоянный ток, проте-

кающий по обмоткам тяговых двигателей в течение часа при условии, что ни

одна часть двигателей не перегревается. Длительный ток условно протекает

по обмоткам двигателя в течение смены. Показателем энерговооруженности

локомотива является удельная мощность.

Осевая формула показывает число ходовых тележек, которые соедине-

ны между собой или нет, и число осей в тележке.

Минимальный радиус поворота составляет 50 м, конструктивная ско-

рость движения – 60 км/ч. К линейным размерам относятся длина, ширина и

высота, которые должны соответствовать габаритам приближения строений и

подвижного состава.

ТЕМА 2. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Лекция 9. Основные параметры локомотивов



Транспортные машины. Конспект лекций -62-

Контрольные вопросы

1. Что такое «сцепной вес»?

2. Что такое «осевая формула»?

3. Какие режимы работы двигателей локомотива вы знаете?

План лекции

1. Силы, действующие на локомотивосостав при его движении.

Сила тяги локомотива: как реализуется, регулируется, чем ограни-

чивается.

Электромеханическая характеристика.

Во время движения на поезд действуют суммарные силы тяги, силы

сопротивления движению и силы торможения.

Силой тяги локомотива называется искусственно создаваемая внеш-

няя регулируемая сила, приложенная к центру колеса и направленная в сто-

рону движения поезда. Приложив к колесу вращающийся момент (пару сил)

и поставив его на опору (рельс), под действием сцепного веса в точке касания

колеса и рельса получили возникающую, исходя из третьего закона Ньютона,

касательную силу тяги. Именно эта сила определяется в ходе приведения тя-

говых расчетов железнодорожного транспорта.

Сила тяги F

, H, локомотива ограничивается сцепной массой локомо-

тива, источником энергии, мощностью двигателя и максимально допустимым

током двигателя. Общей для всех локомотивов является зависимость силы

тяги от сцепной массы, т.е.

≤ 1000 M

g k

ф, (10.1)

где F

– сила тяги локомотива, Н; М

– масса локомотива, т; k

– коэффици-

ент сцепной массы, зависящий от доли сцепных осей в локомотиве; g – уско-

рение свободного падения, м/с

; ф – коэффициент сцепления колес локомо-

тива с рельсами, зависящий в основном от состояния поверхностей рельсов и

колес, способа соединения тяговых двигателей локомотива, регулирования

скорости и т.д.

Учитывая, что все оси современных локомотивов сцепные, т.е. k

= 1,

имеем

≤ 1000 M

g ф. (10.2)

Исследования показали, что при последовательно-параллельном соеди-

нении тяговых двигателей и ступенчатом регулировании скорости (электро-

ТЕМА 2. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Лекция 10. Сила тяги локомотива



Транспортные машины. Конспект лекций -63-

возы EL1, 2IE, 26E, тяговый агрегат ПЭ2М) коэффициент сцепления при

движении в интервале скоростей 15–30 км/ч составляет 0,22-0,23, при трогании

с места – 0,28-0,3. При параллельном соединении тяговых двигателей и сту-

пенчатом регулировании скорости (электровоз Д-94, тяговый агрегат ОПЭ1)

коэффициент сцепления при движении изменяется от 0,25 до 0,26, при трога-

нии – от 0,32 до 0,34. При параллельном соединении тяговых двигателей и

плавном регулировании скорости (тяговые агрегаты ОПЭ2, ОПЭ1А, ОПЭ1Б,

ПЭЗТ) коэффициент сцепления при движении изменяется от 0,27 до 0,29, при

трогании – от 0,34 до 0,36.

Зависимости скорости движения локомотива υ, км/ч, и силы тяги F

кН, от тока двигателя I, А,

υ = f(I) и F

= f(I) (10.3)

называют электромеханической характеристикой тягового двигателя

(рис. 10.1).

Зависимость F

= f(υ) называют тяговой характеристикой локомотива.

Тяговые и тормозные характеристики тяговых агрегатов ОПЭ2, ОПЭ1А и

ОПЭ1Б приведены на рис. 10.2, а тягового агрегата ПЭ2М – на рис. 10.3.

Сила тяги тепловоза или тепловозной секции тягового агрегата зачас-

тую ограничивается мощностью дизеля (иногда нагревом генератора). В

этом случае касательная сила тяги F

, H,

= 3600 N

диз

дз

/ υ, (10.4)

где N

диз

– мощность на валу дизеля, кВт; η

– КПД генератора; η

– коэф-

фициент, учитывающий потери энергии на вспомогательные машины (при-

вод вентилятора и т.д.); η

дз

– КПД электродвигателя и зубчатой пе- ре-

дачи.

Чаще всего в тяговых расчетах железнодорожного транспорта пользу-

ются универсальной электромеханической характеристикой электровозов, в

которой по осям абцисс и ординат отложены относительные единицы (дейст-

вительные значения силы тяги, скорости и тока, отнесенные к соответствую-

щим параметрам часового режима).

ТЕМА 2. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Лекция 10. Сила тяги локомотива



Транспортные машины. Конспект лекций -64-

Рис. 10.1. Электромеханическая характеристика

тягового двигателя электровоза

а б

Рис. 10.2. Тяговые (а) и тормозные (6) характеристики локомотивов ОПЭ2, ОПЭ1А и

ОПЭ1Б: I – по наименьшему току возбуждения; II – по наибольшей скорости; III – по наи-

большему току тормозных резисторов; IV – по сцеплению при груженых моторных думп-

карах; V – по сцеплению при порожних моторных думпкарах; VI – по наибольшему

току возбуждения

ТЕМА 2. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Лекция 10. Сила тяги локомотива



Транспортные машины. Конспект лекций -65-

а б

в г

Рис. 10.3. Тяговые (а – при U = 3000 В; б – при U = 1500 В; в – при автономном

питании) и тормозные характеристики тягового агрегата ПЭЗТ (г)

Контрольные вопросы

1. Какие внешние и внутренние силы действуют на движущийся по-

езд?

2. Что такое сила тяги и как она регулируется?

3. Как реализуются сила тяги и тормозная сила поезда.

4. Чем ограничиваются сила тяги и тормозная сила?

ТЕМА 2. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Лекция 10. Сила тяги локомотива



Транспортные машины. Конспект лекций -66-

5. От чего зависит коэффициент сцепления колеса с рельсом?

6. Что называется электромеханической характеристикой локомотива?

7. Что называется тяговой характеристикой локомотива?

План лекции

1. Основное сопротивление движению поезда.

Дополнительное сопротивление движению поезда.

Суммарная сила сопротивления движению поезда состоит из силы

основного сопротивления и дополнительных (дополнительного сопротив-

ления от уклона, на криволинейном участке, при трогании и т.д.).

Сила основного сопротивления W

, т.е. сопротивления на прямоли-

нейном горизонтальном участке пути, состоящая из внутреннего сопро-

тивления состава (в основном сопротивление от трений в буксах), сопро-

тивления пути и сопротивления воздушной среды (для карьерных составов,

скорости которых не превышают 30–40 км/ч, в расчетах обычно не учитыва-

ются), определяется по формуле

= M

gw'

+ Qgw''

, (11.1)

где Q – масса прицепной части поезда, т; w'

, w''

– соответственно, основное

удельное сопротивление движению локомотивов и вагонов, Н/кН.

Значения основного удельного сопротивления движению вычисляются

по эмпирическим формулам.

Эта величина в среднем при движении груженого поезда по постоян-

ным путям карьера составляет 2,5 Н/кН, порожнего – 3,5 Н/кН, по вре-

менным путям равна, соответственно, 4,0–6,0 Н/кН и 5,5–8,0 Н/кН.

Сила дополнительного сопротивления определяется через соответ-

ствующие удельные значения. Дополнительное удельное сопротивление от

уклона w

численно равно величине тысячных уклона, т.е. w

= i ‰, Н/кН.

Дополнительное удельное сопротивление движению поезда по криволиней-

ным участкам w

, Н/КН, вычисляется по эмпирическим формулам:

для кривых радиусом R > 300 м по формуле

= 700 / R; (11.2)

для кривых радиусом R < 300 м при длине поезда l

меньше или равной

длине кривой l

по формуле

= 900 / (100 + R); (11.3)

ТЕМА 2. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Лекция 11. Силы сопротивления движению поезда



Транспортные машины. Конспект лекций -67-

при длине поезда больше длины кривой по формуле

= 900 l

/ ((R + 100) l

). (11.4)

Для передвижных путей величины w

увеличиваются в 1,5 раза из-за бо-

лее низкого качества укладки и рихтовки путей. Полное сопротивление при

движении состава

W = M

g (w'

+ i + w

) + Qg(w"

+ i + w

). (11.5)

Значения всех сопротивлений движению поезда определяются на каж-

дом участке трассы в грузовом и порожняковом направлениях.

Контрольные вопросы

1. Какие силы сопротивления действуют на поезд?

2. От чего зависит удельное основное сопротивление движению поез-

да?

3. Как определяется сопротивление движению поезда на уклонном уча-

стке?

План лекции

1. Виды торможения.

2. Тормозная сила поезда: как реализуется, регулируется, чем ограни-

чивается?

Сила торможения поезда В, Н, возникает при фрикционном тормо-

жении (воздействии тормозных колодок на колесо или рельс) и электри-

ческом торможении (при переключении двигателей на генераторный режим

и переводе энергии в тепло на сопротивлениях, реостатном торможении или

подаче энергии в контактную сеть, рекуперативном торможении).

На карьерах электрическое реостатное торможение применяется для

поддержания установившейся скорости при спуске на уклонах, но при малых

скоростях движения состава тормозное действие прекращается. Рекупера-

тивное торможение на карьерах не применяется из-за низкой его надежности.

Экстренное торможение и полная остановка поезда осуществляется

фрикционным торможением. Полная тормозная сила поезда В при этом оп-

ределяется как сумма нажатия тормозных колодок К, кН, на расчетный ко-

эффициент трения φ

колодки о колесо:

В = 1000 ∑φ

= 1000 φ

∑K . (12.1)

ТЕМА 2. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Лекция 12. Тормозная сила поезда



Транспортные машины. Конспект лекций -68-

Коэффициент трения колодки о колесо φ

для карьерного железнодо-

рожного транспорта вычисляют по эмпирическим формулам:

для чугунных стандартных колодок

= 78(16K + 100) / [(80K + 100) – (3,18υ + 100)];

для композиционных колодок

= 60,3(5K + 100) / [(20K + 100) – (1,4υ + 100)].

Расчетные значения силы нажатия тормозных колодок на каждые 100 т

массы поезда составляют при скорости движения 25–30 км/ч, соответствен-

но, 230–250 кН (для композиционных колодок) и 450–500 кН (для чугунных).

Значение расчетного коэффициента трения φ

при изменении скорости дви-

жения от 5 до 60 км/ч при композиционных колодках лежит в пределах

0,329–0,264, а при чугунных составляет 0,210–0,100.

Удельная тормозная сила

b = В / [(М

+ Q) g] = 1000 φ

∑K / [(М

+ Q) g]. (12.2)

На современных тяговых агрегатах применяются магниторельсовые

тормоза (МРТ).

Дополнительное тормозное усилие от МРТ

МТ

= n

, (12.3)

где n

– число тормозных башмаков; K

– действительная сила нажатия

башмака на рельс, Н; φ

– коэффициент трения башмака о рельс.

Коэффициент трения башмака о рельс φ

можно найти по эмпириче-

ской формуле

= 0,032(417 – v) / (29 + v) . (12.4)

Значение основных параметров ЭМРТ на современных тяговых агрега-

тах следующие: n

= 12, K

= 75 кН. Полная тормозная сила тяговых агре-

гатов, оборудованных колодочными и магниторельсовыми тормозами, B

= B

+ B

Тормозную силу поезда определяют на тех участках трассы, где состав

движется на спуск или останавливается.

Контрольные вопросы

1. От чего зависит и как определяется тормозная сила поезда?

2. Как регулируется тормозная сила поезда?

3. Чем ограничивается тормозная сила поезда?

ТЕМА 2 ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ



Транспортные машины. Конспект лекций -69-

План лекции

1. Вывод основного уравнения.

Анализ режимов движения поезда.

Все основные практические задачи, связанные с движением локомоти-

восостава, решаются с помощью основного уравнения движения, уста-

навливающего связь между силами, действующими на поезд, и режимом его

движения, т.е.

– W = M

пp

dυ/dt. (13.1)

Выражая приведенную (к центру масс) массу поезда через массу локо-

мотива М

, вагонов Q и коэффициент инерции вращающихся масс поезда 5,

имеем

– W = 1000δ (M

+ Q) dυ/dt. (13.2)

Для эксплуатационных расчетов принимают средневзвешенное значе-

ние δ для локомотивосостава равным 1,08.

Поделив обе части равенства (13.2) на [(М

+ Q)g] и обозначив

/ [(М

+ Q)g] = f

(удельная сила тяги), W / [(M

+ Q)g] = w (удельное со-

противление движению), а 1/(100δ) = с, получаем

dυ/dt = c (f – w). (13.3)

Выражение (13.3) называют уравнением движения поезда в удельной

форме.

Разность f – w называют ускоряющим усилием. В самом деле, если f

– w > 0, то dυ/dt > 0, следовательно, движение ускоренное; если f – w < 0, то

dυ/dt < 0 и движение замедленное; если f – w = 0, то dυ/dt = 0 и движение

равномерное.

При торможении выражение (13.3) примет вид

dυ/dt = c(b + w).

В том случае, когда движение происходит без приложения силы тяги и

силы торможения, dυ/dt = –cw, движение может быть замедленным или уско-

ренным (в зависимости от знака w).

В общем случае в зависимости от соотношения силы тяги и сопротив-

ления возможны следующие режимы движения поезда:

равномерное движение (сила тяги полностью затрачивается на преодо-

ление сопротивления);

ТЕМА 2 ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Лекция 13. Основное уравнение движения поезда



Транспортные машины. Конспект лекций -70-

ускоренное движение (сила тяги больше сопротивления);

ускоренное или замедленное без приложения тягового усилия и тормо-

жения;

замедленное движение с применением торможения.

Контрольные задания

1. Сделайте вывод основного уравнения движению поезда.

2. Напишите основное уравнение движения поезда для различных ре-

жимов – равномерного, выбега, торможения.

План лекции

1. Цель расчета.

2. Порядок расчета.

Целью расчета является выбор типа подвижного состава для заданных

условий транспортирования груза.

Порядок расчета:

1) предварительный выбор типов локомотива и вагона по исходным

данным;

2) определение массовой нормы поезда;

3) определение числа вагонов в составе;

4) определение значений силы тяги (тормозной силы), тока двигателя,

скорости и времени движения поезда на каждом участке трассы в грузовом и

порожняковых направлениях. Проверка максимального значения силы тяги

по условию сц

епления колеса локомотива с рельсом;

5) расчет тормозного пути на спусках;

6) проверка тяговых электродвигателей на нагревание;

7) определение расхода электроэнергии.

При тяговых расчетах обосновывается тип локомотива и вагона, при-

цепная масса поезда, скорость движения по различным участкам трассы и

время движения, а при эксплуатационных устанавливается полное время

цикла (рейса, оборота) состава, его производительность, расход энергии, а

также необходимый для обеспечения заданного грузооборота локомотивный

и думпкарный парк.

1. При выборе типа локомотива руководствуются условиями их эф-

фективного применения в зависимости от глубины карьера, грузооборота и

уклона выездной траншеи.

Одиночные электровозы (или одна секция тягового агрегата) успешно

эксплуатируются при глубине карьера до 150 м и грузообороте 15–20 млн

т горной массы в год и подъемах трассы с уклоном не более 45 ‰.