Оценка расхода электроэнергии на движение поезда по перегону
Учебное пособие
для студентов дневного, вечернего и заочного обучения
Санкт-Петербург
Цель курсового проекта.
Целью курсового проекта является получение навыков расчета массы состава без использования паспортных тяговых характеристик электровоза и оценка расхода электроэнергии на движение поезда по перегону без проведения тяговых расчетов.
Содержание курсового проекта.
1. Спрямление профиля.
2. Определение расчетной массы состава.
3. Проверка массы состава по условиям трогания с места.
4. Проверка массы состава по длине станционных путей.
5. Проверка массы состава по условию равномерного движения на расчетном спуске в режиме рекуперативного торможения.
6. Подготовка данных для расчета расхода электроэнергии.
7. Расчет расхода электроэнергии на движение поезда по перегону.
8. Расчет удельного расхода электроэнергии.
Спрямление профиля.
Учет сопротивления движению от кривых необходимо производить в процессе расчета кривой движения поезда по перегону. Однако, в том случае, если требуется приблизительно оценить расход электроэнергии на движение поезда по участку без выполнения тягового расчета, учет сопротивления движению от кривых возможен в виде фиктивного уклона. Для более точного учета сопротивления движению от кривой элемент профиля, на котором она расположена, разбивается на части: одна или несколько частей элемента профиля, расположенные на прямых участках и часть элемента профиля, содержащая кривую.
В исходных данных курсового проекта параметры кривой заданы радиусом R кр и длиной S кр без привязки к месту расположения на элементе профиля. Поэтому условно считаем, что ось симметрии кривой совпадает с ось симметрии элемента профиля. В этом случае, для учета сопротивления движению от кривой, элемент профиля разбивается на три части (рис.1). Длины частей элемента профиля и их уклоны рассчитываются по следующим формулам:
|
|
| 
| 
|
Рис.1
 ; S 2 = S кр;
i 1 = i 3 = i эл;  .
| (1) |
Здесь S эл – длина элемента профиля, м;
i эл – уклон элемента профиля, на котором расположена кривая, ‰;
k – коэффициент, зависящий от радиуса кривой. Величину коэффициента k следует принимать по условию:
| если R кр ³ 300 м Þ k = 700; если R кр < 300 м Þ k = 430. | (2) |
В дальнейших расчетах исходный элемент профиля следует рассматривать как три отдельных элемента.
В пояснительной записке следует привести исходный и спрямленный профиль в виде таблиц, а так же расчеты спрямленных уклонов. Варианты исходного профиля приведены в приложении 2.
Определение расчетной массы состава.
Расчетная масса состава для электровозов постоянного тока определяется из условий равномерного движения поезда по расчетному подъему при номинальном напряжении на тяговых электродвигателях (ТЭД) и полном возбуждении:
 ,
| (3) |
где F кр – расчетная сила тяги электровоза, Н;
G – расчетная масса электровоза, т;
g – ускорение силы тяжести, м/с2. g = 9,81 м/с2;
– основное удельное сопротивление движению электровоза при расчетной скорости, Н/кН;
i р – величина расчетного подъема, ‰;
– основное удельное сопротивление движению состава при расчетной скорости, Н/кН.
| F кр = 0,367× g × С Фк× I я× k п×4× N c, | (4) |
где С Фк – магнитный поток ТЭД, приведенный к ободу движущего колеса, В×ч/км;
|
|
I я – ток якоря ТЭД, А. Принимается по заданию;
k п – коэффициент, учитывающий механические потери в ТЭД и тяговой передаче, а так же магнитные потери в ТЭД;
N c – количество секции электровоза. Принимается по заданию.
 ,
| (5) |
где С Фн – номинальное значение магнитного потока, приведенное к ободу колеса, В×ч/км;
I в – текущее значение тока возбуждения тягового двигателя, А;
I вн – номинальное значение тока возбуждения тягового двигателя, А. I вн = I дн. Принимается по приложению 1. Функция arctg определяется в радианах.
Поскольку расчетным режимом работы электровоза постоянного тока является параллельное соединение ТЭД при полном возбуждении – I в = I я.
 ,
| (6) |
где hтп – КПД тяговой передачи. Принимается по приложению 1;
hтд – КПД ТЭД. Принимается по приложению 1.
 ,
| (7) |
где U дн – номинальное напряжение ТЭД, В. Принимается по приложению 1;
I дн – номинальный ток тягового двигателя, А. Принимается по приложению 1;
R д – суммарное сопротивление обмоток тягового двигателя, Ом;
V н – номинальная скорость движения, км/ч.
| R д = R я + R дп + R ко + R гп, | (8) |
где R я – сопротивление обмотки якоря, Ом;
R дп – сопротивление обмотки дополнительных полюсов, Ом;
R ко – сопротивление компенсационной обмотки, Ом;
R гп – сопротивление обмотки главных полюсов, Ом.
Величины сопротивлений обмоток ТЭД принимаются по приложению 1.
 ,
| (9) |
где n н – номинальная частота вращения якоря ТЭД, об/мин. Принимается по приложению 1;
D к – диаметр движущего колеса, м. Принимается по приложению 1;
|
|
m – передаточное число редуктора. Принимается по приложению 1.
Величины основного удельного сопротивления движению электровоза и состава вычисляются по следующим формулам:
 ,
| (10) |
где V – скорость движения, км/ч.
 ,
| (11) |
где 
– основное удельное сопротивление движению вагонов i -го типа, Н/кН;
b i – массовая доля вагонов i -го типа в составе.
 ,
| (12) |
где аi, bi, ci, di – коэффициенты, величина которых зависит от типа вагонов. Величины коэффициентов приведены в табл.1.
q о i – нагрузка на ось вагона i -го типа, т. Принимается по заданию.
Таблица 1
| Тип вагона | аi | bi | ci | di | |
| четырехосный полувагон | 0,7 | 0,1 | 0,0025 | ||
| шестиосный полувагон | |||||
| восьмиосный полувагон | 0,038 | 0,0021 | |||
 ,
| (13) | ||||
где a i – процентная доля вагонов i -го типа в составе. Принимается по заданию;
Qi – масса вагонов i -го типа, т.
| Qi = q o i × N o i , | (14) |
где N o i – число осей вагона i -го типа. Принимается по заданию;
Расчет основного удельного сопротивления движению электровоза и вагонов следует вести для скорости расчетного режима V p:
 ,
| (15) |
где U кс – напряжение контактной сети, В. Принимается по заданию.
Величина расчетного подъема определяется из условия:
| i эл i × S эл i = max Þ i p = i эл i, | (16) |
где i эл i – величина уклона i -го элемента профиля, ‰;
S эл i – длина i -го элемента профиля, м.
Для определения расчетного подъема используется исходный профиль без учета сопротивления от кривых. Результаты выбора расчетного подъема в пояснительной записке следует оформить в виде таблицы.
Сила тяги может быть ограничена условиями сцепления колес с рельсами, которое рассчитывается по формуле:
| F сц = 1000× G × g ×Yк, | (17) |
где Yк – коэффициент сцепления колес с рельсами.
 ,
| (18) |
где G 2 – расчетная масса двухсекционного электровоза ВЛ11М, т. Принимается по приложению 1.
 .
| (19) |
Величина Yк рассчитывается для скорости V р.
После вычисления F сц проверяется условие:
| если F кр > F сц Þ F кр = F сц. | (20) |