Исходные данные для курсового проекта 4 страница

                                                                                                  (10.2)

11 Построение кривых скорости, времени и тока

Кривая скорости v = f (s) строится для движения поезда в одном (заданном) направлении, исходя из того, что поезд отправляется со станции А, проходит без остановки станцию Б и делает остановку на станции В (или отправляется со станции В и делает остановку на станции А). При этом надо соблюдать условие ограничения скорости поезда на входных стрелках станции, на которой предусмотрена остановка (при выполнении курсового проекта ограничение скорости на входных стрелках определяет преподаватель. Если скорость не задана, то следует принять ограничение 40 км/ч).

При построении кривой v = f (s) необходимо учитывать ограничения наибольшей допустимой скорости движения поезда. В курсовом проекте следует принимать следующие ограничения:

– конструкционная скорость локомотива (определяется техническими характеристиками локомотива и принимается по исходным данным);

– наибольшая допустимая скорость поезда по состоянию пути 80 км/ч;

– наибольшая допустимая скорость поезда по тормозным средствам (определена при решении тормозной задачи в разделе 9).

Максимально допустимая скорость движения поезда при построении кривой v = f ( s) должна приниматься как наименьшая из перечисленных выше ограничительных скоростей.

При построении кривой v = f (s) нужно учитывать проверку тормозов в пути следования, которую необходимо выполнить при достижении поездом скорости 40–60 км/ч на площадке или спуске; снижение скорости при этом для грузовых поездов допускать на 15–20 км/ч.

При выполнении тяговых расчетов (при построении графика скорости) необходимо стремиться к возможно более полному использованию мощности локомотива с тем, чтобы время движения поезда по перегону было минимальным. Только в этом случае может быть освоена наибольшая пропускная способность участка. Поэтому переход с режима тяги на режим холостого хода или торможения может быть оправдан лишь в случаях, когда скорость в режиме тяги стремится превысить максимально допустимую.

На кривой скорости необходимо делать отметки о режиме движения локомотива:

КВ – контроллер включен;

КО – контроллер отключен;

ТД – тормоза действуют;

ТО – тормоза отпущены;

РТ – регулировочное торможение.

При механическом торможении под регулировочным торможением понимают сочетание режима служебного торможения и выбега (холостого хода).

Построение кривой скорости. Подготовка к построению. Прежде, чем приступить к построению кривой скорости, необходимо подготовить профиль участка, для которого будут производиться построения. Построения производятся по спрямленному профилю заданного участка, который изображается на миллиметровой бумаге формата А4×4 (или А4×5, исходя из длины участка) по образцу, представленному на рисунке 11.1.

Рисунок 11.1 – Подготовка профиля участка к построению кривой скорости

Построения производятся с обязательным соблюдением масштабов:

а) скорость – 1 км/ч = 1 мм;

в) путь – 1 км = 20 мм.

Далее следует расположить построенные ранее диаграммы удельных равнодействующих сил (рисунок 8.1) слева от профиля спрямленного участка. При этом оси удельных равнодействующих сил r и пути s в обеих системах координат должны быть параллельны (следует зафиксировать положение листов друг относительно друга).

Методом Липеца с помощью линейки и угольника производится построение графика скорости.

Алгоритм построения кривой скорости методом Липеца:

1 Находят полюс построения – точку, расположенную на оси r графика удельных равнодействующих сил, на расстоянии 10i от начала координат (точка Р на рисунке 11.2).

Рисунок 11.2 – Построение кривой скорости

2) Определяют интервал скоростей ∆v, в пределах которых будет производиться построение отрезка кривой скорости. Для задания ∆v следует:

– выбрать режим движения поезда (тяга, холостой ход, торможение);

– для заданного режима движения поезда определить равновесную скорость v_равн, к которой будет стремиться скорость поезда при движении по элементу с уклоном i в выбранном режиме движения (v_равн соответствует скорости в точке пересечения вертикальной прямой, проведенной из полюса построения Р, с кривой удельных равнодействующих сил выбранного режима движения);

– задаться интервалом скоростей ∆v в направлении увеличения скорости, если равновесная скорость v_равн больше начальной скорости задаваемого интервала v_н, или в направлении уменьшения скорости, если равновесная скорость меньше начальной скорости. При этом следует принять ∆v = 10 км/ч, если равновесная скорость отличается от начальной скорости задаваемого интервала более чем на 10 км/ч, в ином случае ∆v определяется как разность данных скоростей, т.е.

                                                                                                 (11.1)

где v_равн – равновесная скорость, км/ч;

v_н – скорость в начале задаваемого интервала скоростей, км/ч.

3 Для средней скорости заданного интервала скоростей v_ср на кривой удельных равнодействующих сил для выбранного режима движения отмечается точка (точка М на рисунке 11.2).

4 Через точку на кривой удельных равнодействующих сил и полюс построения проводится прямая.

5 Из точки начала заданного интервала скоростей (точка N на рисунке 11.2) проводим (с помощью линейки и угольника) перпендикуляр к построенной прямой до конца интервала ∆v. Построенный отрезок является искомым отрезком кривой скорости v = f (s) (отрезок NK).

Рассмотрим на примерах особенности построения кривой скорости для различных условий и режимов движения поезда.

Пример 11.1

Надо построить кривую скорости для элемента профиля пути крутизной 2,5 ‰ и длиной 2000 м (см. рисунок 11.3). Предположим, что на данный элемент поезд входит с начальной скоростью v_н = 20 км/ч (т.е. кривая АВ уже построена ранее). Предельно допустимая скорость движения по участку составляет 80 км/ч.

Так как скорость поезда меньше предельно допустимой, то построения будем производить для режима тяги.

В соответствии с алгоритмом построения кривой скорости определяем полюс построения. Он находится в точке Р, расположенной на оси удельных сил, на интервале 25 Н/т влево (т.к. уклон положительный) от начала координат.

Определяем интервал скоростей, в пределах которых будем строить отрезок кривой скорости. В нашем случае равновесная скорость равна 45 км/ч, значит, берем интервал скоростей ∆v = 10 км/ч и строим кривую в интервале изменения скоростей от 20 до 30 км/ч.

Для средней скорости заданного интервала 25 км/ч ставим точку на кривой удельных равнодействующих сил для режима тяги (точка М₁). Через точку М₁ и полюс Р проводим прямую 1. Из точки В перпендикулярно прямой 1 проводим отрезок в пределах заданного интервала изменения скоростей (отрезок ВС). Найденный отрезок является искомым отрезком кривой скорости.

Дальнейшие построения производим аналогично. Уклон не изменился, значит, полюс остался прежним. Задаемся интервалом изменения скоростей от 30 до 40 км/ч. Для средней скорости 35 км/ч отмечаем точку М₂. Через точку М₂ и полюс P проводим прямую 2. Из точки С перпендикулярно прямой 2 строим отрезок в пределах заданного интервала изменения скоростей или до момента изменения профиля. В данном примере в точке D происходит смена элементов, поэтому отрезок достраивается до этой точки, а не до скорости 40 км/ч (отрезок С D).

 

Рисунок 11.3 – Пример построения кривой скорости при движении в режиме тяги

Дальнейшие построения следует производить из точки D с учетом нового полюса построения, соответствующего крутизне уклона нового элемента.

Пример 11.2

Необходимо построить кривую скорости из точки А для элемента профиля пути крутизной –1,5 ‰ и длиной 2000 м (см. рисунок 11.4). Предположим, что при движении в режиме тяги поезд достиг предельно допустимой скорости v_доп = 80 км/ч в точке А.

Дальнейшее движение в режиме тяги приведет к увеличению скорости выше ограничения (т.к. равновесная скорость для режима тяги, соответствующая скорости в точке N, более 80 км/ч), что недопустимо. Следовательно, нужно определить режим ведения поезда.

Сначала следует оценить возможность движения в режиме холостого хода. В нашем случае равновесная скорость для режима холостого хода составляет v_равн = 48 км/ч. Так как равновесная скорость ниже ограничения, то движение в режиме холостого хода возможно. Построим кривую скорости для режима холостого хода. В точке А указываем изменение режима движения (отключаем контроллер, т.е. записываем – КО).

В соответствии с алгоритмом построения кривой скорости определяем полюс построения. Он находится в точке Р, расположенной на оси удельных сил на интервале 15 Н/т вправо (т.к. уклон отрицательный) от начала координат.

Рисунок 11.4 – Пример построения кривой скорости при движении в режиме холостого хода

Определяем интервал изменения скоростей, в пределах которого будем строить отрезок кривой скорости. Так как равновесная скорость равна 48 км/ч, можно задаться максимально допустимым интервалом изменения скоростей ∆v = 10 км/ч и строить кривую в пределах скоростей от 80 до 70 км/ч.

Для средней скорости заданного интервала 75 км/ч ставим точку на кривой удельных равнодействующих сил для режима холостого хода (точка М). Через точку М и полюс Р проводим прямую. Из точки А перпендикулярно прямой проводим отрезок в пределах заданного интервала изменения скоростей или до момента изменения профиля (отрезок АВ). Найденный отрезок является искомым отрезком кривой скорости.

Пример 11.3

Надо построить кривую скорости из точки А для элемента профиля пути крутизной –5 ‰ и длиной 2000 м (см. рисунок 11.5). Предположим, что при движении в режиме тяги поезд достиг предельно допустимой скорости v_доп = 80 км/ч в точке А.

Дальнейшее движение в режиме тяги или холостого хода приведет к увеличению скорости выше предельно допустимой, т.к. равновесная скорость для этих режимов выше v_доп (вертикальная прямая, проведенная из полюса Р, не пересекает графики удельных равнодействующих сил, но если мысленно достроить кривые до их пересечения с вертикальной прямой, получим точки, соответствующие равновесным скоростям заданных режимов движения, величина которых превышает предельно допустимую скорость).

Использование режима тяги или холостого хода недопустимо, т.к. приведет к увеличению скорости выше ограничения. В этом случае при построении кривой скорости рекомендуется применять регулировочное торможение.

Рисунок 11.5 – Пример построения кривой скорости при движении в режиме регулировочного торможения

При регулировочном торможении кривая скорости условно изображается в виде горизонтальной линии, проведенной на уровне предельно допустимой скорости (при движении поезда по спуску до 4 ‰) или ниже предельно допустимого значения скорости на величину поправки ∆v (при движении поезда по спуску 4 ‰ и более). Поправки к скорости движения приведены в таблице 11.1.

Таблица 11.1 – Поправки к скорости при движении в режиме регулировочного торможения

Крутизна спуска, ‰	От 4 до 12	От 12 до 14	От 14 до 16	От 16 до 18	От 18
Поправка ∆v, км/ч	4	5	6	7	8

Переход в режим регулировочного торможения обозначается буквами «РТ». В приведенном примере также следует обозначить отключение контроллера (КО), т.к. поезд до этого двигался в режиме тяги. Поскольку в нашем случае величина уклона составляет –5 ‰, то в соответствии с таблицей 11.1 принимаем поправку ∆v = 4 км/ч. Построение кривой скорости прерываем в точке изменения профиля участка (точка В).

Пример 11.4

Необходимо построить кривую скорости для случая остановки поезда на станции, расположенной на элементе длиной 2000 м и крутизной уклона –2 ‰ (т.е достроить кривую скорости, представленную на рисунок 11.6, от точки D до точки A). Предположим, что скорость поезда при подходе к станции не превышает предельно допустимой скорости движения по входным стрелкам станции.

Задача сводится к построению кривой скорости из точки А в направлении к уже построенной кривой скорости до момента их пересечения (построения производятся в обратном направлении для режима служебного торможения).

В соответствии с алгоритмом построения кривой скорости определяем полюс построения. Он находится в точке Р, расположенной на оси удельных сил на интервале 20 Н/т вправо (т.к. уклон отрицательный) от начала координат.

 

Рисунок 11.6 – Пример построения кривой скорости при движении в режиме служебного торможения

Задаемся интервалами изменения скоростей, в пределах которых будем строить отрезки кривой скорости. В нашем случае необходимо построить кривую из точки А до пересечения с построенной ранее кривой, поэтому задаемся тремя интервалами изменения скоростей от 0 до 10, от 10 до 20, от 20 до 30 км/ч.

Для средних скоростей интервалов на графике удельных равнодействующих сил для режима служебного торможения ставим точки (М₁, М₂, М₃). Через точку М₁ и полюс Р проводим луч 1. Из точки А перпендикулярно лучу 1 проводим отрезок в пределах скоростей от 0 до 10 км/ч (отрезок АВ). Аналогично строим из точки В второй отрезок, перпендикулярный лучу 2 (отрезок ВС). Далее из точки С строим отрезок, перпендикулярный лучу 3, до пересечения с построенной ранее кривой скорости (отрезок CD).

Кривая ABCD является искомой кривой скорости для режима служебного торможения. В точке D следует указать изменение режима движения поезда с режима тяги на режим служебного торможения, для чего проставляются буквы «КО» и «ТД».

Подобным образом производятся построения в тех случаях, когда необходимо в какой-нибудь точке участка снизить скорость до определенного значения (например, перед входными стрелками станции) или остановиться.

Построение кривой времени. Кривой времени называют графическую зависимость времени движения поезда от пройденного пути. Кривую t = f (s) строят по имеющейся кривой скорости v = f (s) на том же листе миллиметровой бумаги, с обязательным соблюдением масштаба: 1 мин = 10 мм. Построение кривой времени следует производить способом Лебедева. Для этого слева от оси скорости на расстоянии ∆ = 30 мм проводят вертикальную линию, которая одновременно служит осью времени.

Построение кривой времени производят по следующему  алгоритму:

1 На графике скорости задается интервал скоростей ∆v, соответствующий пройденному пути ∆s (см. рисунок 11.7, а). Заданный интервал скоростей не должен превышать 10 км/ч. Как правило, принимаются интервалы скоростей, в пределах которых кривая скорости представляет собой прямолинейный отрезок (отрезок NK).

Рисунок 11.7 – Построение кривой времени (а) и взаимосвязь кривых скорости и времени от пройденного пути (б)

2 Для средней скорости v_ср выбранного интервала на проведенную ранее вертикальную линию, расположенную на расстоянии 30 мм от оси скорости, проецируется точка (точка М).

3 Через найденную точку и полюс построения, расположенный на расстоянии 30 мм от вертикальной линии и совпадающий с началом оси скорости (точка Р), проводится прямая.

4 Из точки начала отрезка кривой времени (точка А) проводим (с помощью линейки и угольника) перпендикуляр к построенной прямой до конца интервала ∆s. Построенный отрезок является искомым отрезком кривой времени t = f (s) (отрезок AB).

При построении кривой времени важно понимать, что отрезок кривой времени изображается в пределах пути ∆s, который поезд проходит, пока его скорость изменяется на величину ∆v выбранного интервала. Другими словами, пока поезд двигался по выбранному отрезку пути ∆s от точки 1 до точки 2 (см. рисунок 11.7, б), его скорость возросла на ∆v (отрезок NK), а время движения составило ∆t (отрезок AB).

Построение кривой тока. Кривую тока I = f (s) строят по имеющейся кривой скорости v = f (s) и токовой характеристике электровоза I = f (v) в произвольном масштабе на том же листе миллиметровой бумаги, что и кривые скорости и времени.

Построения производят по следующему алгоритму:

1 На кривой скорости v = f (s) задается точка и определяется скорость движения поезда в данной точке.

2 По токовой характеристике электровоза I = f (v) определяется ток, потребляемый электровозом при данной скорости.

3 Значение тока наносится в масштабе на график в виде точки, расположенной на вертикальной прямой, проходящей через заданную точку кривой скорости.

4 Последовательно на кривой скорости задаются точки, для которых определяется значение тока, точки которого последовательно соединяются отрезками прямых. Получаем ломаную линию кривой тока I = f (s).

5 В местах отключения тока (в точках отключения контроллера – КО) ток I = 0 и кривую изображают в виде вертикального отрезка от действующего значения тока до нуля. Включение тока (в точках включения контроллера – КВ) показывается вертикальным отрезком от нуля до значения тока, соответствующего скорости движения поезда в данной точке пути.

Рассмотрим порядок построения кривой тока для электровозов переменного и постоянного тока на примерах.

Пример 11.5

Надо построить кривую тока для кривой скорости, представленной на рисунке 11.8, а. Токовая характеристика электровоза переменного тока представлена на рисунке 11.8, б.

Рисунок 11.8 – Кривая скорости (а) и токовая характеристика электровоза переменного тока (б)

В соответствии с алгоритмом построения кривой тока определяем скорость в точке 1 кривой скорости (см. рисунок 11.9). Скорость в этой точке равна 0.

По токовой характеристике определяем, что при скорости 0 ток, потребляемый электровозом на тягу, равен 40 А.

На вертикали, проходящей через точку 1, откладываем найденное значение тока (ставим точку 1'). Данная точка является начальной точкой отрезка кривой тока. Конечная точка данного отрезка будет располагаться на вертикальной прямой, проходящей через следующую точку кривой скорости (точка 2).

В точке 2 скорость равна 10 км/ч. По токовой характеристике при данной скорости ток равен 105 А. На графике в масштабе отмечается точка, соответствующая 105 А (точка 2'). Полученные две точки соединяются отрезком прямой, являющейся искомым отрезком кривой тока I = f (s). Дальнейшие расчеты и построения аналогичны:

– в точке 3 скорость 20 км/ч, ток равен 170 А (точка 3');

– в точке 4 скорость 30 км/ч, ток равен 235 А (точка 4');

– в точке 5 скорость около 34 км/ч, ток равен 260 А (точка 5');

– в точке 6 скорость 40 км/ч, ток равен 295 А (точка 6').

В точке 6 происходит смена режима движения локомотива на режим служебного торможения, при этом отключается контроллер (КО) и, следовательно, ток, потребляемый локомотивом на тягу, равен 0. На графике кривая изображается вертикальным отрезком, проведенным от значения тока 295 А до 0. В точке 7 происходит включение контроллера (КВ), что свидетельствует о потреблении тока тяговыми электродвигателями. По аналогии определяем значения тока в точках 7, 8, 9, 10, 11:

– в точке 7 скорость 20 км/ч, ток равен 170 А (точка 7');

– в точке 8 скорость 30 км/ч, ток равен 235 А (точка 8');

– в точке 9 скорость 40 км/ч, ток равен 295 А (точка 9').

– в точке 10 при скорости 46 км/ч, в соответствии с токовой характеристикой электровоза, ток максимален, и при дальнейшем увеличении скорости происходит его снижение. Максимальное значение тока 335 А должно быть отражено на кривой тока (точка 10');

– в точке 11 скорость 50 км/ч, ток равен 305 А (точка 11').

Пример 11.6

Необходимо построить кривую тока для кривой скорости, представленной на рисунке 11.10, а. Токовая характеристика электровоза постоянного тока представлена на рисунке 11.10, б.

Рисунок 11.10 – Отрезок кривой скорости (а) и токовая характеристика электровоза постоянного тока (б)

По аналогии с предыдущим примером определяются значения тока в точках кривой скорости (см. рисунок 11.11). При этом следует обязательно определить и обозначить на кривой ток в характерных точках токовой характеристики (точки «перелома» кривой I = f (v) – точки 4, 9, 12, соответствующие скоростям 22 и 45 км/ч).

Расчеты и построения аналогичны предыдущему примеру:

– в точке 1 скорость равна 0, ток равен 2000 А (точка 1');

– в точке 2 скорость 10 км/ч, ток равен 1825 А (точка 2');

– в точке 3 скорость 20 км/ч, ток равен 1625 А (точка 3');

– в точке 4 скорость 22 км/ч (харак- терная точка токовой характеристики локомотива). При данной скорости два значения тока: ток 1600 А (точка 4') соответствует току до изменения типа соединения тяговых электродвигателей, а ток 3200 А (точка 4'') соответствует току после изменения соединения ТЭД;

– в точке 5 скорость 30 км/ч, ток равен 3150 А (точка 5');

– в точке 6 скорость 34 км/ч, ток равен 3125 А (точка 6');

– в точке 7 скорость 40 км/ч, ток равен 3100 А (точка 7'). В точке 7 происходит смена режима движения локомотива на режим служебного торможения, и ток равен нулю (из точки 7' проводится вертикальный отрезок до 0). Потребление тока на тягу возобновляется в точке 8 при включении контроллера (КВ);

– в точке 8 скорость 20 км/ч, ток равен 1625 А (точка 8');

– в точке 9 скорость 22 км/ч, два значения тока: 1600 А (точка 9') и 3200 А (точка 9'');

– в точке 10 скорость 30 км/ч, ток равен 3150 А (точка 10');

– в точке 11 скорость 40 км/ч, ток равен 3100 А (точка 11');

– в точке 12 скорость 45 км/ч (характерная точка токовой характеристики локомотива), ток равен 3075 А (точка 12');

– в точке 13 скорость 50 км/ч, ток равен 3300 А (точка 13').

При построении кривой тока электровоза рекомендуется использовать рейсшину, последовательное перемещение которой вдоль оси абсцисс через заданные точки кривой скорости будет определять положение точек кривой тока (на соответствующей вертикали). Вспомогательные вертикальные прямые и нумерацию точек строить и обозначать на графиках не следует. Необходимо внимательно отслеживать взаимосвязь точек кривых скорости и тока, учитывать характерные точки токовой характеристики заданного электровоза.

12 Определение времени хода поезда по перегонам и технической скорости движения

Среднюю техническую скорость движения поезда по участку определяют по формуле

                                                                                                         (12.1)

где L – длина участка (расстояние между осями граничных станций заданного участка), км;

t – время хода поезда по заданному участку, мин; в курсовом проекте следует принять t = t_гдп.

Пример оформления результатов расчета представлен в таблице 12.1.

Таблица 12.1 – Пример оформления результатов расчета времени хода поезда по перегонам

Перегон	Длина, км	Время хода, мин
		по расчету	принятое для графика движения
A – Б	L1	t1	Т1
Б – В	L2	t2	Т2
По участку	L = L1+ L2	tг= t1 + t2	tгдп= Т1 +Т2

Значения времени хода t₁ и t₂ берутся по кривой времени с точностью до 0,1 мин, а для графика движения поездов принимаются времена Т₁и Т₂, равные значениям t₁ и t₂, округленным с точностью до 1 мин в большую сторону.

После определения времени движения методом графических построений следует определить относительную погрешность метода равновесных скоростей по формуле

                                                                                       (12.2)

13 Определение расхода
дизельного топлива тепловозом

Полный расход дизельного топлива тепловозом за поездку определяется по формуле

                                                                                               (13.1)

где G – расход дизельного топлива тепловозом в режиме тяги на номинальной мощности, кг/мин;

t_т – суммарное время работы тепловоза на режиме тяги, мин;

g_x – расход топлива тепловозом на холостом ходу (режимы холостого хода и торможения), кг/мин;

t_x – суммарное время движения тепловоза на режиме холостого хода и торможения, мин.

Результаты определения времени работы тепловоза t_т и t_x рекомендуется оформлять по образцу, представленному в таблице 13.1.

Таблица 13.1 – Результаты определения времени работы тепловоза в режиме тяги и холостого хода

Порядковый номер рассматриваемого участка, в пределах которого не менялся режим движения	Время движения по рассматриваемому участку, мин
	в режиме тяги	в режиме холостого хода и торможения
1	tт1	–
2	–	tx1
3	tт2	–
. . .	. . .	. . .
i	tтi	–
j	–	txj
Итого	tт = Σ tтi	tx = Σ txj

Весь участок разбивают на отдельные отрезки t_ij, в пределах которых режим работы локомотива не меняется. Время работы тепловоза на каждом участке, в пределах которого не меняется режим движения, определяется по кривой времени и отметкам об изменении режима работы тепловоза на кривой скорости.