Исходные данные для курсового проекта 3 страница

Все полученные результаты расчетов заносим в таблицу 7.2.

Таблица 7.2 – Спрямленный участок профиля № m – от ст. С к ст. Е

№ элемента	Длина, м	Уклон, ‰	Кривые		sс, м	, ‰	, ‰	ic, ‰		№ приведённого элемента	Примечание
			Rкр, м	Sкр, м
1	2000	0	–	–	2000	–	–	0	–	1	Ст. С
2	1500	–2	1500	600	3300	–1,8	0,1	–1,7	10000	2
3	700	–4	–	–					909
4	1100	0	–	–					1111
5	1200	–11	–	–	1200	–	–	–11	–	3
6	1800	–2	–	–	1800	–	–	–1,5	–	4	Ст. Д
7	600	0	700	400	600	0	0,7	0,7	–	5
8	1500	+10	–	–	1500	–	–	+10	–	6	iск
9	4800	+8	–	–	4800	–	–	+8	–	7	iр
10	1300	0	–	–	2800	+1,1	–	+1,1	1818	8
11	1500	+2	–	–					2222
12	1000	+5	1100	700	1600	+4,6	+0,4	+5,0	5000	9
13	600	+4	850	300					3333
14	1500	0	–	–	1500	–	–	0	–	10	Ст. Е

8 Расчет и построение диаграммы
удельных равнодействующих сил

Для выполнения тяговых расчетов необходимо построить диаграмму удельных равнодействующих сил. Для ее построения производят расчеты, результаты которых оформляют по образцу, представленному в таблице 8.1.

Обычно вычисления выполняют для трех  режимов ведения поезда:

1) тяги;

2) холостого хода (выбега);

3) торможения (служебного и экстренного).

Рассмотрим  порядок заполнения таблицы:

– 1-й столбец. Вносится скорость движения поезда от 0 до конструкционной скорости локомотива. Шаг изменения скорости не должен превышать 10 км/ч. Кроме того, необходимо внести значения, соответствующие характерным точкам тяговой характеристики: расчетная скорость (обязательно), скорость перехода от ограничения по сцеплению (или по току) на автоматическую характеристику.

– 2-й столбец. Заполняется значениями касательной силы тяги, соответствующей скорости движения в первом столбце. Принимается по тяговой характеристике локомотива. Расчетная сила тяги и сила тяги при трогании должна соответствовать значениям, принятым в исходных данных.

Таблица 8.1 – Образец расчета удельных равнодействующих сил

Режим тяги									Режим холостого хода				Режим торможения
v, км/ч	Fк, Н	, Н/т	, Н	, Н/т	, Н	Wо, Н	R, Н	rт, Н/т	wх, Н/т	Wх, Н	Wох, Н	wох, Н/т	φкр	bт, Н/т	rтс, Н/т	rтэ, Н/т
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17

– 3-й столбец. Определяется основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме тяги  для заданных в первом столбце скоростей. Расчет производится по формуле (3.2) в случае движения по звеньевому пути или по формуле (3.3) – при движении по бесстыковому пути.

Эмпирические выражения (3.2) и (3.3) при скорости движения менее 10 км/ч не совсем корректно отражают действительное значение сопротивления движению, поэтому принято для скоростей менее 10 км/ч принимать основное удельное сопротивление такое же, как при 10 км/ч. То есть результат расчета для скорости 10 км/ч вносится в таблицу дважды: для скоростей 0 и 10 км/ч.

– 4-й столбец. Производится расчет основного полного сопротивления движению локомотива в режиме тяги по формуле

                                                                                                           (8.1)

– 5-й столбец. Рассчитываются значения основного удельного сопротивления движению состава  для заданных в первом столбце скоростей. Расчет производится по формулам (3.6)–(3.15) с учетом типа пути. Для скоростей движения менее 10 км/ч принимаются значения, рассчитанные для скорости 10 км/ч.

– 6-й столбец. Определяются значения основного полного сопротивления движению состава по формуле

                                                                                                           (8.2)

– 7-й столбец. Производится расчет основного полного сопротивления движению поезда по формуле

                                                                                                     (8.3)

– 8-й столбец. Заполняется значениями равнодействующей сил, действующих на поезд при движении в режиме тяги по прямому горизонтальному пути. Определяется по формуле

                                                                                                       (8.4)

– 9-й столбец. Определяются значения удельной равнодействующей сил, действующих на поезд при движении по прямому горизонтальному пути в режиме тяги, по формуле

                                                                                     (8.5)

– 10-й столбец. Рассчитывается основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме холостого хода. При движении по звеньевому пути определяется по формуле (3.4), а при движении по бесстыковому пути – по формуле (3.5). Для скорости движения менее 10 км/ч принимается значение сопротивления, рассчитанное для скорости 10 км/ч.

– 11-й столбец. Определяется основное полное сопротивление движению локомотива в режиме холостого хода по формуле

                                                                                                           (8.6)

– 12-й столбец. Заполняется значениями основного полного сопротивления движению поезда на холостом ходу. Определяется по формуле

                                                                                                   (8.7)

– 13-й столбец. Производится расчет основного удельного сопротивления движению поезда на холостом ходу по формуле

                                                                                                     (8.8)

– 14-й столбец. Определяются значения расчетного коэффициента трения тормозных колодок φ_кр для различных скоростей движения по следующим формулам:

– для стандартных чугунных колодок –

                                                                                         (8.9)

– для композиционных колодок из материала 8-1-66 –

                                                                                       (8.10)

В курсовом проекте тип тормозных колодок выбирается в соответствии с заданием.

– 15-й столбец. Заполняется значениями удельной тормозной силы, вычисляемой по формуле

                                                                                               (8.11)

где  – расчетный тормозной коэффициент.

При движении поезда по участкам, на которых имеются крутые спуски (более 20 ‰), необходим учет всех имеющихся тормозных средств, и расчетный тормозной коэффициент в этом случае определяется по формуле

                                               (8.12)

где           n_л – количество осей у локомотива;

K_рл – расчетное нажатие тормозных колодок локомотива на одну ось, кН/ось;

δ – доля тормозных осей в составе.

n₄, n₆, n₈ – количество соответственно 4, 6, 8-осных вагонов;

K_р4, K_р6, K_р8 – расчетное нажатие тормозных колодок на одну ось соответственно 4, 6, 8-осных вагонов, кН/ось.

Для упрощения расчета тормозной силы грузовых поездов, движущихся на участках со спусками до 20 ‰, Правила тяговых расчетов рекомендуют не учитывать тормозные средства локомотива и его массу. В этом случае расчетный тормозной коэффициент определятся по формуле

                                                               (8.13)

Значения расчетного нажатия на одну тормозну ось K_р в зависимости от типа тормозных колодок и загрузки вагонов представлены в таблице 8.2. При чугунных тормозных колодках тормоза грузовых вагонов включают на порожний режим, если полезная загрузка на одну ось не превышает 3 т, на средний, – если полезная загрузка на одну ось не превышает 6 т, на груженый – при полезной загрузке более 6 т.

Таблица 8.2 – Расчетные силы нажатия тормозных колодок грузовых вагонов

Режим загрузки вагона	Расчетная сила нажатия тормозных колодок, кН/ось
	чугунные	композиционные
Груженый	70	42,5
Средний	50	30,0
Порожний	35	17,5

При расчетной силе нажатия 42,5 кН/ось композиционных тормозных колодок грузовых вагонов на практике возникают случаи заклинивания колесных пар. В связи с этим принято ограничивать нажатие композиционных тормозных колодок величиной 30 кН/ось.

 – 16-й столбец. Определяются значения удельной равнодействующей сил r_тс, приложенных к поезду в режиме служебного торможения, по формуле

                                                                                               (8.14)

– 17-й столбец. Производится расчет удельной равнодействующей сил r_тэ, приложенных к поезду в режиме экстренного торможения, по формуле

                                                                                                   (8.15)

По результатам расчетов, приведенным в столбцах 9, 13, 16, строятся диаграммы удельных равнодействующих сил, действующих на поезд при движении в режиме тяги, холостого хода и служебного торможения. По оси ординат откладывается скорость движения, а по оси абсцисс – удельные равнодействующие силы. При этом следует учитывать направление действия силы, а именно, равнодействующие силы в режиме холостого хода и служебного торможения будут препятствовать движению, и, следовательно, их значения должны быть взяты со знаком минус.

Построения следует производить на листе миллиметровой бумаги формата А3 с обязательным соблюдением масштабов:

1) удельная сила – 1 Н/т = 0,6 мм;

2) скорость – 1 км/ч = 1 мм.

Пример построения диаграммы удельных равнодействующих сил представлен на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1 – Пример построения диаграммы удельных равнодействующих сил

9 Определение предельно допустимой скорости движения при заданных тормозных средствах поезда

Для обеспечения безопасности движения поездов важнейшее значение имеет возможность снижения скорости движения или остановки поезда, выполняемой в штатной или экстраординарной ситуации и реализуемой тормозными средствами поезда.

Тормозным путем называется расстояние, проходимое поездом от начала торможения (с момента поворота ручки крана машиниста или стоп-крана) до его остановки [1].

Тормозной путь S_т складывается из пути подготовки тормозов к действию S_п и действительного пути торможения S_д:

                                                                                                       (9.1)

Действительный тормозной путь – расстояние, которое проходит поезд с действующими тормозами, т.е. прижатыми тормозными колодками. Действительный тормозной путь S_д определяют аналитическим или графическим методом.

При торможении поезда тормозная сила возникает не сразу после перевода ручки крана машиниста в тормозное положение. Требуется время на распространение воздушной волны по тормозной магистрали состава, срабатывание воздухораспределителей, перемещение тормозной рычажной передачи до соприкосновения тормозных колодок с колесами и на увеличение нажатия колодок до установившегося значения. То есть тормозная сила вагонов возникает не сразу и увеличивается до установившегося значения постепенно. В расчетах это увеличение условно заменяют установившимся расчетным значением тормозной силы, происходящим после установки рукоятки крана машиниста в тормозное положение через время t_п. Его называют временем подготовки тормозов к действию. В течение времени t_п движение поезда считают равномерным.

Путь подготовки тормозов к действию – это расстояние, которое поезд проходит за время подготовки тормозов к действию. Он определяется по формуле

                                                                                                  (9.2)

где v_н – скорость поезда в начале торможения, км/ч;

t_п – время подготовки тормозов к действию, с.

Для грузовых составов длиной:

– 200 осей и менее –

                                                                                             (9.3)

[где i_с – крутизна уклона, для которого решается тормозная задача (для спусков со знаком минус), ‰];

– более 200 до 300 осей –

                                                                                         (9.4)

– более 300 осей –

                                                                                         (9.5)

Для обеспечения безопасности движения необходимо, чтобы поезд, двигаясь по самому крутому спуску с крутизной уклона i_с, в любой момент мог остановиться. При этом его полный тормозной путь для режима экстренного торможения не должен превышать 1200 м при движении на спусках круче 6 ‰ (на спусках крутизной до 6 ‰ включительно – 1000 м).

Очевидно, что тормозной путь поезда зависит от скорости в начале торможения. При прочих равных условиях чем больше скорость начала торможения, тем больше будет полный тормозной путь. В связи с этим, чтобы полный тормозной путь данного конкретного поезда при экстренном торможении не превышал заданных значений, необходимо ограничить скорость его движения. Для этого следует решить тормозную задачу.

Целью решения тормозной задачи является определение максимально допустимой скорости движения поезда по наиболее крутому спуску участка при заданных тормозных средствах и принятом тормозном пути (в курсовом проекте тормозной путь следует принять 1200 м).

Решаем тормозную задачу графическим способом, для чего:

1) на миллиметровой бумаге формата А3 по данным таблицы удельных равнодействующих сил (см. таблицу 8.1) строим по точкам графическую зависимость удельных замедляющих сил при экстренном торможении от скорости [график r_тэ = – (b_т+ w_ох) на рисунке 9.1];

2) справа от построенного графика удельных сил, задаем в соответствующих масштабах систему координат v–s (см. рисунок 9.1). Оси скоростей v в обеих системах координат должны быть параллельны, а оси удельных равнодействующих сил r и пути s должны лежать на одной прямой. Для графических построений при тормозных расчетах следует обязательно принять следующие масштабы:

а) удельная сила – 1 Н/т = 0,1 мм;

б) скорость – 1 км/ч = 1 мм;

в) путь – 1 км = 120 мм;

3) решаем тормозную задачу по следующему алгоритму:

– в системе координат v–s строится зависимость подготовительного тормозного пути от скорости s_п = f(v_н). Построение зависимости производится по двум точкам, первая из которых располагается в начале координат, а вторая определяется по формуле (9.2) для скорости в начале торможения, равной конструкционной скорости локомотива (точка N на рисунке 9.1);

– на оси s ставим точку А, расположенную на расстоянии 1200 м от начала координат (соответствует максимально допустимому тормозному пути поезда);

– из точки А методом Липеца строим кривую скорости для режима экстренного торможения до пересечения данной кривой с построенной ранее зависимостью подготовительного тормозного пути от скорости s_п = f(v_н). Точка пересечения данных зависимостей определяет максимально допустимую скорость движения поезда на наиболее крутом спуске участка.

Порядок построения (см. рисунок 9.1). На кривой удельных равнодействующих сил для режима экстренного торможения r_тэ = – (b_т+ w_ох) отмечаем точки, соответствующие средним значениям скорости выбранного скоростного интервала ∆v = 10 км/ч (т. е. точки, соответствующие 5, 15, 25, 35 и т.д. км/ч).

Через эти точки из точки P (полюс построения) на оси r, соответствующей крутизне самого крутого спуска участка i_с, умноженного на 10, проводим лучи 1, 2, 3, 4, и т.д.

Рисунок 9.1 – Графическое решение тормозной задачи

Из точки А проводим (с помощью линейки и угольника) перпендикуляр к лучу 1 до конца первого интервала, т. е. в пределах от 0 до 10 км/ч (отрезок АВ). Из точки В проводим перпендикуляр к лучу 2 до конца второго скоростного интервала от 10 до 20 км/ч (отрезок ВС); из точки С проводим перпендикуляр к лучу 3 и т. д.

Начало каждого последующего отрезка совпадает с концом предыдущего. В результате получаем ломаную линию, которая представляет собой выраженную графически зависимость скорости заторможенного поезда от пройденного пути.

Скорость в точке пересечения кривых s_п = f (v_н) и v = f (s) (точка М на рисунке 9.1) соответствует максимально допустимой скорости движения поезда v_доп на наиболее крутом спуске участка i_с.

Результаты решения тормозной задачи необходимо учитывать при построении кривой скорости движения поезда v = f (s) с тем, чтобы нигде не превысить скорости, допустимой по тормозам, т.е. чтобы поезд мог быть всегда остановлен на расстоянии, не превышающем длину полного тормозного пути.

10 Определение времени хода поезда по участку способом равновесных скоростей

Определение времени хода поезда способом равновесных скоростей основано на предположении о равномерном движении поезда по каждому элементу профиля пути. При этом равновесная скорость на каждом элементе спрямленного профиля определяется по диаграмме удельных равнодействующих сил для режима тяги с учетом ограничения скорости (алгоритм определения равновесной скорости подробно рассмотрен в разделе 11).

Если ограничение по конструкционной скорости подвижного состава, по тормозам или по состоянию пути оказывается меньше, чем равновесная скорость для данного элемента, то для дальнейшего рассмотрения в качестве равновесной скорости принимают наименьшее из названных значений. На подъемах, круче расчетного, значения равновесной скорости принимают равными расчетной скорости.

Время движения по i-му элементу профиля пути t_i при постоянной скорости движения определяют по формуле

                                                                                                    (10.1)

где s_i – длина i-го участка, км;

v_равнi – равновесная скорость движения по i-му участку, км/ч.

Результаты расчета времени хода поезда способом равновесных скоростей следует оформить по образцу, представленному в таблице 10.1.

К времени хода поезда , полученному при расчете методом равновесных скоростей, следует добавить 2 мин на разгон и 1 мин на замедление в каждом случае, когда имеется трогание и разгон поезда на станции и остановка его на раздельном пункте участка.

Таблица 10.1 – Расчет времени хода поезда методом равновесных скоростей

Номер элемента спрямленного профиля	Длина элемента, км	Крутизна уклона i, ‰	Равновесная скорость, км/ч		Время, мин	Время на разгон и замедление, мин
1	s1	i1	vравн1		t1	2
2	s2	i2	vравн2		t2
. . .	. . .	. . .	. . .		. . .	. . .
i	si	ii	vравнi		ti	1
Итого						3

В курсовом проекте трогание поезда производится на начальной станции, а остановка – на конечной (остановок на промежуточных станциях нет), и общее время движения поезда по участку методом равновесных скоростей будет определяться по формуле