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 |
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 (М 1, М 2, М 3). Через точку М 1 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 | L 1 | t 1 | Т 1 |
| Б – В | L 2 | t 2 | Т 2 |
| По участку | L= L 1+ L 2 | t г= t 1 +t 2 | t гдп= Т 1 +Т 2 |
Значения времени хода t 1 и t 2 берутся по кривой времени с точностью до 0,1 мин, а для графика движения поездов принимаются времена Т 1и Т 2, равные значениям t 1 и t 2, 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 | |
| t т1 | – | |
| – | t x1 | |
| t т2 | – | |
| . . . | . . . | . . . |
| i | t т i | – |
| j | – | t x j |
| Итого | t т = Σ t т i | t x = Σ t x j |
Весь участок разбивают на отдельные отрезки tij, 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.
Значения G, g х принимают по расходным характеристикам тепловозов, полученным экспериментально и приведенным в ПТР. В курсовом проекте для расчета следует принимать значения, приведенные в таблице 13.2 [6].
Таблица 13.2 – Удельный расход дизельного топлива тепловозами
| Тепловоз | Удельный расход дизельного топлива, кг/мин | |
| на режиме тяги | на режиме холостого хода и торможения | |
| 2ТЭ116 | 15,7 | 0,50 |
| М62 | 5,8 | 0,42 |
| 2М62 | 11,6 | 0,84 |
| 2ТЭ10М | 16,8 | 0,76 |
| 3ТЭ10М | 25,2 | 1,14 |
| ТЭ3 | 11,4 | 0,70 |
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 e т, кг/(104 т·км), определяемый по формуле
(13.2)
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, следует ввести эквивалент. Удельный расход условного топлива, кг у. т./(104 т·км), определяется по формуле
(13.3)
где Э – эквивалент дизельного топлива; Э = 41,9/29,3 = 1,43.
14 Определение расхода электроэнергии электровозом
Полный расход электроэнергии электровозом за поездку определяется по формуле
(14.1)
где А д – расход электроэнергии на движение поезда, кВт·ч;
А сн – расход электроэнергии на собственные нужды электровоза, кВт·ч;
А р – количество энергии, возвращенной в сеть при рекуперативном торможении, кВт·ч; в курсовом проекте принимать А р = 0.
Расход электроэнергии на движение электровозами постоянного тока (ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11, ВЛ82) определяется по формуле
(14.2)
где U э – номинальное напряжение контактной сети, В; U э = 3000 В;
I эср i – средний ток электровоза за время ∆ ti, А;
∆ ti – время, в течение которого величина тока принимается постоянной, мин.
Расход электроэнергии на движение электровозами переменного тока (ВЛ60к, ВЛ80р) определяется по формуле
(14.3)
где U э – номинальное напряжение контактной сети, В; U э = 25000 В;
Ida ср i – среднее действующее значение активного тока электровоза за время ∆ ti, А;
∆ ti – время, в течение которого величина тока принимается постоянной, мин.
Расчеты по определению расхода электроэнергии следует свести в таблицу следующей формы:
Таблица 14.1 – Расчет расхода электроэнергии электровозом
| Номер отрезка кривой скорости, в пределах которого ток принимается постоянным | Ток электровоза I ср, А | Время ∆ t, мин | I ср·∆ t, А·мин |
| I ср1 | ∆ t 1 | I ср1·∆ t 1 | |
| I ср2 | ∆ t 2 | I ср2·∆ t 2 | |
| . . . | . . . | . . . | . . . |
| i | I ср i | ∆ ti | I ср i ·∆ ti |
| Итого | 
| 
|
Предварительно строится кривая тока I = f (s), потребляемого электровозом на тягу из контактной сети (см. раздел 11).
Определенное в таблице 14.1 значение 
подставляют в формулу (14.2) или (14.3), определяя значение расхода электроэнергии на движение поезда.
Расход электроэнергии на собственные нужды электровоза определяют по формуле
(14.4)
где k сн – средний расход электроэнергии на собственные нужды электровоза в единицу времени, кВт·ч/мин;
t – полное время работы электровоза на заданном участке, мин;
Средние значения расходов электроэнергии на собственные нужды электровозов представлены в таблице 14.2 [1].
Таблица 14.2 – Средний расход электроэнергии на собственные нужды электровоза
| Серия электровоза | Средний расход электроэнергии на собственные нужды k сн, кВт·ч/мин |
| ВЛ8 | 1,67 |
| ВЛ82 | 4,17 |
| ВЛ10 | 2,08 |
| ВЛ11 | 3,12 |
| ВЛ60к | 3,33 |
| ВЛ80р | 5,83 |
Удельный расход электроэнергии, кВт·ч/(104 т·км), рассчитывают по формуле
(14.5)
Чтобы пересчитать расход электрической энергии в расход условного топлива, учитывая, что 1 кВт·ч эквивалентен 0,123 кг условного топлива, используют выражение
(14.6)
15 Пример тяговых расчетов для тепловозной тяги
Выбор исходных данных. По таблице А.1 приложения А выбираем исходные данные (исходные данные принимаются по последним двум цифрам шифра). Выбранные исходные данные представлены в таблице 15.1. Для тепловоза ТЭ3 по таблице А.2 приложения А выбираем основные технические характеристики локомотива, представленные в таблице 15.2.
Таблица 15.1 – Исходные данные
| Наименование данных | Значение |
| Локомотив | Тепловоз ТЭ3 |
| Состав поезда в % по массе: 4-осных вагонов 6-осных ٬٬ 8-осных ٬٬ | |
| Масса вагона брутто, т: 4-осного вагона 6-осного ٬٬ 8-осного ٬٬ | |
| Тормозных осей в состава, % | |
| Длина приемоотправочных путей, м | |
| Тормозные колодки | Композиционные |
Таблица 15.2 – Технические характеристики тепловоза ТЭ3
| Наименование данных | Значение |
| Расчетная сила тяги, Н | |
| Расчетная скорость, км/ч | 20,5 |
| Расчетная масса, т | |
| Конструкционная скорость, км/ч | |
| Сила тяги при трогании с места, Н | |
| Длина локомотива, м | |
| Число движущих колесных пар |
По таблице Б.6 приложения Б выбираем профиль участка (принимается по таблицам Б.1–Б.5 по последней цифре шифра). Профиль участка представлен в таблице 15.3.
Таблица 15.3 – Профиль участка
| Номер элемента | Крутизна уклона, ‰ | Длина элемента, м | Радиус и длина кривых, м | Станция участка |
| А | ||||
| –2 | ||||
| –4 | R = 1200, s кр = 600 | |||
| R = 800, s кр = 400 | ||||
| +11 | ||||
| +8 | ||||
| +2 | ||||
| +1,5 | Б | |||
| –5 | R = 1500, s кр = 850 | |||
| –4 | ||||
| R = 700, s кр = 500 |
Окончание таблицы 15.3
| Номер элемента | Крутизна уклона, ‰ | Длина элемента, м | Радиус и длина кривых, м | Станция участка |
| –10 | ||||
| R = 900, s кр = 550 | ||||
| +2,5 | R = 1500, s кр = 700 | |||
| –7 | ||||
| –4 | ||||
| –1 | В |
В приложении В выбираем тяговую характеристику для заданного локомотива. В нашем случае для тепловоза ТЭ3 тяговая характеристика представлена на рисунке В.1 приложения В. В курсовом проекте тяговая характеристика тепловоза ТЭ3 представлена на рисунке 15.1 (тяговая характеристика тепловоза оформляется на листе миллиметровой бумаги формата А4 в произвольном масштабе).
Рисунок 15.1 – Тяговая характеристика тепловоза ТЭ3
Анализ профиля пути и выбор расчётного подъёма. Проведем анализ профиля участка, приведенного в таблице 15.3. На участке имеется два подъема большой крутизны уклона (5-й и 6-й элементы профиля). 6-й элемент профиля имеет не максимальную крутизну уклона (i = 8 ‰), но большую протяженность (s = 5500 м). Крутизна уклона 5-го элемента максимальна (i = 11 ‰), но протяженность его мала (s = 1400 м).