Расчет расхода топлива тепловозом выполняют по имеющимся кривым скорости и времени, построенным любым из рассмотренных выше способов. На кривой скорости в процессе ее построения должна быть выполнена разметка режимов работы локомотива, заключающаяся в обозначении участков движения поезда в режиме тяги, холостого хода (выбега), регулировочного или служебного торможения.
Полный расход топлива за поездку определяется выражением
,
где G – мгновенное значение расхода топлива, соответствующее режиму работы, кг/мин;
t – время движения поезда, мин.
Для расчета расхода топлива весь участок разбивают на отдельные отрезки, в пределах которых режим работы локомотива не меняется. Общий расход топлива тепловозом за поездку вычисляют в соответствии с выражением
, (51)
где Gi – расход топлива, соответствующий скорости движения поезда при используемой позиции контроллера машиниста на i -м отрезке пути, кг/мин;
D ti – время движения поезда по i- му отрезку пути, мин;
g x – расход топлива тепловозом на холостом ходу, кг/мин;
t x – время работы дизеля на холостом ходу; мин;
g ст – расход топлива тепловозом на стоянках и при движении по станционным путям, кг/мин;
t ст – время работы дизеля на стоянках и при движении по станционным путям, мин.
 |
Значения D ti и t x определяют по кривой времени с учетом разметки режимов. Значения Gi принимают по расходным характеристикам тепловозов, полученным экспериментально и приведенным в ПТР. Расходная характеристика для тепловозов 2ТЭ10 различных модификаций приведена в качестве примера на рисунке 25.
У современных тепловозов, как это видно из рисунка 25, при неизменной позиции контроллера машиниста расход топлива мало зависит от скорости движения. Значение g x принимают в зависимости от частоты вращения коленчатого вала дизеля по расходным характеристикам для холостого хода (рисунок 26).
При определении расхода топлива на стоянках, если нет специальных распоряжений о режиме работы дизелей, учитывающих специфику местных условий, значение g x принимают по таблице 19, где приведены значения частоты вращения коленчатого вала тепловозных дизелей на холостом ходу и соответствующие им значения расхода топлива. В таблице 19 приведены также значения g ст, принятые в предположении о движении одиночных тепловозов по станционным путям на первой позиции контроллера машиниста со скоростью 10–15 км/ч.
Для того чтобы сравнивать расход топлива при работе локомотивов с разными поездами и на различных направлениях, общий расход топлива относят к измерителю выполненной перевозочной работы, получая удельный расход топлива, 
,
(52)
где Q – масса состава, т;
s – длина участка, км.
Чтобы сравнивать различные виды тяги и разные сорта топлива, введено понятие «условное топливо», под которым понимают топливо с удельной теплотой сгорания 29,3 МДж/кг. Удельная теплота сгорания дизельного топлива 41,9 МДж/кг. Следовательно, чтобы пересчитать расход дизельного топлива в расход условного топлива, введя эквивалент Э = 41,9/29,3 = 1,43, получаем выражение для расчета удельного расхода условного топлива, ,
. (53)
Таблица 19 – Расход топлива на холостом ходу и при маневровой работе
| Серия тепловоза (дизель-поезда) | Холостой ход | Расход топлива при движении по деповским и станционным путям, кг/мин | ||
| Частота вращения коленчатого вала дизеля, об/мин | Расход топлива одним дизелем, кг/мин | Расход топлива тепловозом (дизель-поездом), кг/мин | ||
| ТГМ3А | 0,13 | 0,13 | 0,30 | |
| ЧМЭ2 | 0,14 | 0,14 | 0,30 | |
| ЧМЭ3 | 0,15 | 0,15 | 0,30 | |
| ТЭ1, ТЭМ1 | 0,16 | 0,16 | 0,30 | |
| ТЭ2 | 0,16 | 0,32 | 0,30 | |
| ТЭ10, ТЭП10, ТЭП10Л | 0,38 | 0,38 | 0,50 | |
| 2ТЭ10, 2ТЭ10Л, 2ТЭП10В, 2ТЭ10М | 0,38 | 0,76 | 1,00 | |
| 3ТЭ10М | 0,38 | 1,14 | 1,50 | |
| 2ТЭ10У | 0,27 | 0,54 | 0,80 | |
| ТЭ3, ТЭ7 | 0,35 | 0,70 | 1,20 | |
| ТЭП60 | 0,50 | 0,50 | 1,00 | |
| 2ТЭП60 | 0,50 | 1,00 | 2,00 | |
| ТЭП70 | 0,27 | 0,27 | 2,00 | |
| ТЭМ2 | 0,10 | 0,10 | 0,30 | |
| М62 | 0,42 | 0,42 | 0,30 | |
| 2М62 | 0,42 | 0,84 | 0,60 | |
| 2ТЭ116 | 0,25 | 0,50 | 2,00 | |
| 2ТЭ121 | 0,26 | 0,52 | 2,00 | |
| ДР1 | 0,14 | 0,28 | 0,30 | |
| Д1 | 0,14 | 0,28 | 0,30 | |
| Д | 0,33 | 0,66 | 0,30 |
Пример 10. Определить расход топлива тепловозом 2ТЭ10М при движении с составом массой 5250 т по участку длиной 47,6 км. Поезд разогнался до скорости 15 км/ч за 0,7 мин, после чего двигался в режиме тяги 35,9 мин и в режиме холостого хода, включая торможение при остановке, 12,8 мин.
Решение.Принимаем, что средняя скорость при разгоне поезда v ср = 15/2 = = 7,5 км/ч. По рисунку 25 этой скорости в режиме тяги соответствует расход топлива G = 14,8 кг/мин. Для любой другой скорости движения в интервале от 15 км/ч до 80 км/ч G = 17,1 кг/мин. Для режима холостого хода принимаем из таблицы 19 g х = 0,76 кг/мин. Таким образом, в соответствии с выражением (51) общий расход дизельного топлива за поездку
кг.
Удельный расход дизельного топлива в соответствии с выражением (52)
.
Удельный расход условного топлива определяем по формуле (53)
.
10 Расчет расхода электроэнергии
электровозом
Расход электроэнергии на движение поезда определяется выражением
,
где U кс – напряжение в контактной сети, В;
I э – ток нагрузки электровоза, А.
В качестве I э для электрической тяги на переменном токе принимают действующее значение активного тока, потребляемого на тягу Ida . При рекуперативном торможении I э принимают равным току рекуперации I р, взятому со знаком минус.
Разделяя режимы тяги и рекуперативного торможения, полный расход электроэнергии электровозом, отнесенный к токоприемнику, определяют в соответствии с выражением
, (54)
где A д – расход электроэнергии на движение поезда при отсутствии рекуперации, Вт·ч;
A р – возврат электроэнергии в контактную сеть при рекуперативном торможении, Вт·ч.
Расчет расхода электроэнергии выполняют на основе построенных ранее кривых скорости v (s), времени t (s) и тока, нагрузки электровоза I э(v) [ Ida (v) для электровозов переменного тока или I р(v) при рекуперативном торможении].
Разбивая весь участок на отдельные интервалы, запишем в конечных приращениях расчетные выражения для определения расхода электроэнергии.
Для электровозов постоянного тока, кВт·ч,
,
где U кс = 3000 В;
– среднее на i -м интервале значение тока, А;
D ti – время прохождения i -го интервала, мин.
Для электровозов переменного тока, кВт·ч,
,
где U кс = 25 000 В;
– средняя на i -м интервале величина действующего значения активного тока, потребляемого на тягу, А.
Количество электроэнергии, возвращаемой в контактную сеть при рекуперации, кВт·ч,
,
где U р = 3300 В при постоянном токе и U р = 25 000 В при переменном токе;
– среднее на i -м интервале значение тока рекуперации, А.
Расход электроэнергии на собственные нужды электровоза (вспомогательные машины, отопление, освещение) определяют по средним значениям электроэнергии, потребляемой вспомогательными машинами одного электровоза, приведенными в таблице 20.
Таблица 20 – Средние значения электроэнергии, потребляемой на собственные нужды электровоза
| Серия электровоза | Потребление электроэнергии на собственные нужды, кВт·ч/мин | Ток, потребляемый на собственные нужды, А | Серия электровоза | Потребление электроэнергии на собственные нужды, кВт·ч/мин | Ток, потребляемый на собственные нужды, А |
| ВЛ8 | 1,67 | ВЛ80р | 5,83 | ||
| ВЛ10, ВЛ10у, ВЛ11 | 2,08 | ВЛ82м, ВЛ82 | 4,17 |
Окончание таблицы 20
| Серия электровоза | Потребление электроэнергии на собственные нужды, кВт·ч/мин | Ток, потребляемый на собственные нужды, А | Серия электровоза | Потребление электроэнергии на собственные нужды, кВт·ч/мин | Ток, потребляемый на собственные нужды, А | |||||||
| ВЛ22м | 0,83 | ЧС2 | 1,17 | |||||||||
| ВЛ23 | 1,25 | ЧС2т | 1,33 | |||||||||
| ВЛ60к, ВЛ60р | 3,33 | ЧС3 | 0,83 | |||||||||
| ВЛ60пк | 3,33 | ЧС4 | 2,00 | |||||||||
| ВЛ80к | 4,83 | ЧС4т | 2,33 | |||||||||
| ВЛ80т, ВЛ80с | 5,50 | – | – | – | ||||||||
Правила тяговых расчетов рекомендуют в отопительный сезон учитывать расход электроэнергии на отопление исходя из полного времени работы электровоза и среднего рекомендуемого значения потребления энергии 0,07–0,14 кВт·ч/мин на один электровоз.
Расход электроэнергии на собственные нужды электропоездов, пассажирских и почтово-багажных вагонов определяют исходя из полного времени их работы и значений потребляемой электроэнергии, приведенных в таблице 21.
Таблица 21 – Средние значения электроэнергии, потребляемой на собственные нужды электропоездов пассажирских и почтово-багажных вагонов
| Состав электропоезда или тип вагона | Вспомогательные машины | Отопление | Освещение | |||
| Потребление электроэнергии, кВт·ч/мин | Средний ток, А | Потребление электроэнергии, кВт·ч/мин | Средний ток, А | Потребление электроэнергии, кВт·ч/мин | Средний ток, А | |
| ЭР1, ЭР2 (10 вагонов) | 0,58 | 2,92 | 0,30 | |||
| ЭР9 всех индексов (10 вагонов) | 1,08 | 2,92 | 0,30 | |||
| ЭР22, ЭР22В (8 вагонов) | 1,25 | 3,20 | 0,37 | |||
| Пассажирский вагон | – | – | 0,80 | 16/2* | – | – |
| Почтово-багажный вагон | – | – | 0,40 | 8/1* | – | – |
| * В числителе указан ток при напряжении в контактной сети U кс = 3000 В, а в знаменателе при U кс = 25 000 В. |
Удельный расход электроэнергии определяют по формуле
Вт·ч/ткм
или
кВт·ч/104ткм
Значение удельного расхода электроэнергии, как и топлива, изменяется в широких пределах в зависимости от осевой нагрузки, массы состава и др. В грузовом движении удельный расход наименьший 10–20 Вт·ч/ткм. В пассажирском движении a = 20…30 Вт·ч/ткм. В пригородном движении a = 30…40 Вт·ч/ткм. Самые большие значения удельного расхода электроэнергии в скоростном движении – a = 60 Вт·ч/ткм и более.
Чтобы пересчитать расход электрической энергии в расход условного топлива, учитывая, что 1кВт·ч эквивалентен 0,123 кг условного топлива, используют выражение
(53)
для приведения удельного расхода электроэнергии в кВт·ч/104ткм к расходу условного топлива в 
.
Если удельный расход электроэнергии получен в Вт·ч/ткм, то
. (53′)
| Много лет размышлял я над жизнью земной. Непонятного нет для меня под луной. Мне известно, что мне ничего не известно, – Вот последняя правда, открытая мной. Омар Хайям |
Заключение
Автор надеется, что читатель, который, разбирая примеры и выполняя курсовую работу, прочитал пособие и добрался до этой страницы, приобрел необходимые знания и навыки для того, чтобы применять их в будущем в своей профессиональной деятельности.
Многое из того, что есть в литературе по тяговым расчетам, не вошло в данное пособие. Теория локомотивной тяги развивается, появляются новые методы, приемы и инструменты тяговых расчетов. Поэтому для успешной работы необходимо постоянно учиться, пополняя свои знания и умения. Все известные методы тяговых расчетов не могут вместиться в рамках одного пособия или одного учебника. Специалисту, заботящемуся о своем профессиональном росте, следует пополнять свои знания информацией и из других источников – учебников, статей в профессиональных журналах и сборниках научных трудов, материалов научных конференций. Желаю успехов в этой нелегкой, но увлекательной работе.
Список использованной литературы
1 Правила тяговых расчетов для поездной работы. – М.: Транспорт, 1985. – 287 с.
2 Гребенюк, П. Т. Тяговые расчеты: справочник / П. Т. Гребенюк, А. Н. Долганов, А. И. Скворцова; под ред. П. Т. Гребенюка. – М.: Транспорт, 1987. – 272 с.
3 Бабичков, А. М. Тяга поездов и тяговые расчеты / А. М. Бабичков, П. А. Гурский, А. П. Новиков. – М.: Транспорт, 1971. – 280 с.
4 Инструкция по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог. – М.: Трансинфо, 2002. – 160 с.
5 Тормозное оборудование железнодорожного подвижного состава: справочник / В. И. Крылов [и др.]. – М.: Транспорт, 1989. – 487 с.
7 Осипов, С. И. Основы тяги поездов / С. И. Осипов, С. С. Осипов. – М.: УМК МПС России, 2000. – 592 с.
8 Розенфельд, В. В. Теория электрической тяги / В. В. Розенфельд [и др.]; под ред. И. П. Исаева. – М.: Транспорт, 1995. – 294 с.
9 Кузьмич, В. Д. Теория локомотивной тяги: учебник для вузов ж.-д. транспорта / В. Д. Кузьмич, В. С. Руднев, С. Я. Френкель; под ред. В. Д. Кузьмича. – М.: Изд-во «Маршрут», 2005. – 448 с.
10 Рациональные режимы вождения поездов и испытания локомотивов / под ред. С. И. Осипова. – М.: Транспорт, 1984. – 280 с.
11 Пособие теплоэнергетику железнодорожного транспорта / под ред. В. С. Молярчука. – М.: Транспорт, 1973. – 392 с.
12 Деев, В. В. Тяга поездов / В. В. Деев, Г. А. Ильин, Г. С. Афонин. – М.: Транспорт, 1987. – 264 с.
Учебное издание
Френкель Семен Яковлевич