ВВЕДЕНИЕ. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

РОСЖЕЛДОР

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Ростовский государственный университет путей сообщения»

(ФГБОУ РГУПС)

А.Н Опацких, Р.И. Попов

 

ТЯГОВЫЕ РАСЧЕТЫ

 

Учебно-методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию по дисциплине «Изыскания и проектирование железных дорог»

 

 

Ростов-на-Дону

УДК

Опацких, А.Н., Попов Р.И.

Тяговые расчеты: учебно-методическое пособие к выполнению курсового и дипломного проектирования по дисциплине «Изыскания и проектирование железных дорог». / А.Н. Опацких, Р.И.Попов; Рост. гос. ун-т путей сообщения. — Ростов н/Д, 2011. — 33 с. — Библиогр.: 7 назв.

Рассмотрены вопросы вывода формулы основного средневзвешенного удельного сопротивления движению, определения массы и длины поезда, сил, действующих на поезд при его движении, равнодействующих усилий в различных режимах движения, ограничения скорости движения на спусках, скорости и времени хода поезда.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов всех форм обучения специальности 290900 «Строительство железных дорог, путь и путевое хозяйство»

Рецензент: к-т техн. наук, доц. Г.В. Карпачевский

Ó Ростовский государственный университет

путей сообщения, 2011.

ВВЕДЕНИЕ

Одним из основных разделов курса «Изыскания и проектирование железных дорог» являются тяговые расчеты, раскрывающие законы поступательного движения поезда по рельсовой колее. Тяговые расчеты основываются на общих законах теоретической механики и учитывают сложную взаимосвязь различных факторов при движении поезда, целого комплекса эмпирических зависимостей, выявленных экспериментальным путем. В разделе «Тяговые расчеты» изучаются: силы, действующие на поезд, и зависимость их от главных факторов; связь между силами, действующими на поезд и ускорением поезда, а так же скоростью, пройденным расстоянием и временем; методы решения ряда практических задач, связанных с движением поездов и работой локомотивов; условия наиболее выгодного регулирования и использования локомотивов.

Тяговые расчеты широко применяются для решения целого ряда вопросов, возникающих как при эксплуатации существующих железнодорожных линий, так и при проектировании новых.

 

1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ТЯГОВЫХ РАСЧЕТАХ

Брутто масса – масса состава с грузом, Qбр.

Дополнительное сопротивление движению – сопротивление движению поезда, возникающее в условиях, отличных от основного (на уклонах, в кривых, при ветре, низких температурах, в момент трогания).

Коэффициент использования массы состава – отношение массы нетто к массе брутто.

Коэффициент использования расчетной грузоподъемности – отношение груза в вагоне к грузоподъемности вагона.

Модель поезда – материальная точка, расположенная в центре поезда с массой, равной массе поезда.

Основное сопротивление движению поезда – сопротивление, которое поезд испытывает при движении по горизонтальной площадке и на прямой.

Нетто масса – масса груза в вагонах, Qнт.

Погонная нагрузка – отношение массы брутто к длине состава,

q= , (1.1)

Поезд – состав, сцепленный с локомотивом.

Масса поезда обозначается:

М = P+Q, (1.2)

где P – масса локомотива, т;

Q – масса поезда, т.

Полные силы – силы, приложенные ко всему поезду (F – сила тяги, В – сила торможения, W – сила сопротивления; измеряется ньютонах).

Руководящий подъем – наибольший подъем на данной линии неограниченного протяжения, при движении по которому, поезд, ведомый одним локомотивом достигает расчетной скорости и по сопротивлению от этого подъема определяется масса поезда.

Режим тяги – один из трех режимов движения; его равнодействующая:

R = F+(±W), (1.3)

При R >0 – ускорение движения;

R<;0 – замедление движения;

R= 0 – равномерное движение.

Режим торможения – один из трех режимов движения; его равнодействующая:

R = -B+(±W), (1.4)

где R – всегда больше нуля.

Режим холостого хода – один из трех режимов движения; его равнодействующая:

R = ±W, (1.5)

Сила сопротивления (W), H – результирующая сила, возникающая результате взаимодействия движущегося поезда с окружающей средой (воздух и рельсы).

Сила торможения (В), Н – управляемая сила, направленная в сторону, противоположную движению поезда (всегда отрицательна).

Сила тяги локомотива (F), Н – управляемая сила, вызывающая движение поезда, всегда положительная, направленная в сторону движения поезда, в зависимости от необходимости ее включают или выключают.

Состав (Q), т – ряд сцепленных вагонов.

Средневзвешенное сопротивление вагонного состава – сопротивление для состава с вагонами разных категорий, имеющих разное основное удельное сопротивление при одной и той же скорости.

Удельные силы – силы, отнесенные к единице массы поезда:

- удельные силы тяги:

f= , Н∕кН(1.6)

- удельные силы торможения:

b= , Н∕кН(1.7)

- удельные силы торможения:

w= , Н∕кН(1.8)

 

2 ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И РЕКОМЕНДАЦИИ

 

При проектировании железных дорог часто необходимо знать скорости движения поезда на будущих участках дороги и зависимость изменения скорости от пути V = f(S).

Движение поезда подчиняется второму закону Ньютона:

R = m·a, (2.1)

где R – равнодействующая сила.

В технической литературе на базе этого уравнения выведено дифференциальное уравнение движения поезда.

, (2.3)

где r(V) – удельная равнодействующая сила, Н∕кН,

- ускорение при действии на каждую тонну поезда силы в 1 Н, для грузовых поездов принимают равным 120 км∕ч.

Тогда уравнение (2.3) примет вид:

, (2.4)

Соответственно в режиме тяги:

, (2.5)

В режиме торможения:

, (2.6)

где - коэффициент, показывающий, какая доля от тормозной силы используется.

В режиме холостого хода:

, (2.7)

Решение этих уравнений получаются очень сложными, поэтому на практике используют графические методы определения скорости и времени движения поезда.

Эти методы основаны на том допущении, что равнодействующие силы в небольшом интервале скоростей принимаются постоянными, а следовательно и ускорение поезда будет тоже постоянным.

В этом случае остается задача определения равнодействующих усилий во всем диапазоне рабочих скоростей.

Перед выполнением работы необходимо проработать раздел «Тяговые расчеты» в учебной литературе по курсу «Изыскания и проектирование железных дорог».

Тяговые расчеты рекомендуется производить в следующей последовательности:

- вывести формулу средневзвешенного основного удельного сопротивления вагонного состава в функции скорости и построить график зависимости = f(V);

- определить вес состава и длину поезда для заданного руководящего уклона, произвести проверку веса состава на троганье с места при уклонах i=0, i=iр∕2, i=iр.

- для полученного веса поезда подсчитать и построить диаграмму удельных равнодействующих сил для режима тяги и холостого хода;

- определить тормозной коэффициент вагонного состава и рассчитать удельные тормозные силы при экстренном и служебном торможении;

- произвести спрямление профиля в обоих направлениях;

- произвести проверку ограничения скорости по тормозам при экстренном торможении при трех значениях уклона и составить график допускаемых скоростей движения поезда в зависимости от уклона;

- для заданного направления перегона построить кривые скорости для заданного типа локомотива, на подходе к раздельному пункту нанести тормозную кривую с учетом ограничения скорости при проходе стрелок;

- по кривым скорости определить время хода поезда.