Федеральноеагентство железнодорожного транспорта
Московскийгосударственный университет путей сообщения (МИИТ)
Кафедра:«Локомотивы и локомотивное хозяйство»
Курсоваяработа
По дисциплине:«Локомотивы (общий курс)»
Сравнение основныхпоказателей тепловозной и электрической тяги
Студент группы ТЛТ – 451
Меркулов П.М.
Консультант: Яцков М.А.
Москва 2008
Содержание:
Введение
1.Определение основного удельногосопротивление движению
1.1 Определить основное удельноесопротивление локомотива (тепловоза и электровоза )
1.2 Определение основного удельногосопротивлению движению поезду (вагонов )
1.3 Определение общего полногосопротивления поезда
2 Определение средней скоростидвижения поезда по участку используя различные режимы тяги
3. Определение касательной мощностилокомотива
4. Определение расходовэнергоресурсов различными видами тяги
4.1 Определение расходов топливатепловозом на тягу поездов
4.2 Определение расходовэлектроэнергии электровозом
5. Сравнение электровозной итепловозной тяги
5.1 Сравнение видов тяги по расходуэнергоресурсов
5.2 Сравнение локомотивов по тяговымхарактеристикам
6. Индивидуальное задание
Вывод
Список используемых источников
Введение:
Исходные данные:
1) Серия тепловоза 2М62
2) Число секций тепловоза2
3) Серия электровоза ВЛ11
4) Число секцийэлектровоза 2
5) Вес состава, кН. 30000
6) Длина эксплуатируемогоучастка, км — 450
7) Расчетный подъем, ‰ — 2
8) Характеристика состава
8.1) Масса 4-х осныхвагонов на роликовых подшипниках, т – 50 (40%)
8.2) Масса 6-ти осныхвагонов на роликовых подшипниках, т – 90 (60%)
9) Тема индивидуальногозадания «Провести спрямление пути (профиль № 10)»
Необходимо рассчитать иливыбрать:
1) Удельное и полноесопротивление движение поезда по перегону
2) Определитьсреднюю участковую скорость и время движение поезда по перегону
3) Определить расходэнергоресурсов на тягу поездов
4) Провестисравнение двух видов тяги
5) Выполнитьиндивидуальное задание
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕОСНОВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
ДВИЖЕНИЮ ПОЕЗДА ПРИРАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ТЯГИ
1.1 Определениеосновного удельного сопротивление движению
локомотивов
Неуправляемыевнешние силы, направленные в сторону противоположную направлению движенияпоезда и, следовательно, препятствующие его движению, называютсядействительными силами сопротивления движению.
Сопротивлениемдвижению поезда называют эквивалентную силу, приложенную в зонах (точках)касания колес с рельсами, на преодоление которой затрачивается такая же работа,как на преодоление всех неуправляемых действительных сил препятствующихдвижению.
Классификация сил сопротивления основана на их разделении последующим признакам, с соответствующими обозначениями:
а) по отношению к весу подвижного состава различают:
-полное сопротивление — W, Н;
-удельное сопротивление — w, Н/кН.
б) по условиям эксплуатации:
-основное сопротивление — WO, w0;
-дополнительные сопротивления — Wдоп, wдоп;
-добавочное сопротивление при трогании с места – Wтр,wтр;
-общее сопротивление — WK, wк.
В первом разделе курсовой работы необходимо определить общееудельное сопротивление поезда приложенное в точке касания колеса с рельсом иявляющаяся эквивалентной результирующей всех сил сопротивления WK
Общее сопротивление движению подвижного состава представляет собойалгебраическую сумму основного, дополнительных и добавочного сопротивлений.
Определение основного удельного сопротивления движению локомотивовпроизводится по следующей эмпирической зависимости, Н/кН
/>, (1)
где V – скорость движения локомотива,км/ч
Для тепловоза- определяются два значения основного удельного сопротивления движениюлокомотива wo: при движении с расчетной vp и конструкционной vK скоростями; значениярасчетной vp и конструкционной — vK скоростей движенияпринимаются по данным ПТР
Для тепловоза2М62 vp=20 км/ч
vк=100 км/ч
Поэтому: /> при vp
/> при vк
Для электровозов постоянного тока — расчеты величины wo проводятся для скоростейдвижения: длительного режима v∞ и конструкционной vK; значения скоростидлительного режима v∞ и конструкционной скорости vK движения принимаются поданным ПТР.
Для электровоза 2ВЛ11 v∞=51,2 км/ч
vк=100 км/ч
Поэтому: /> при v∞
/>/> при vк
1.2 Определение основного удельного сопротивления движению составапоезда (вагонов)
Основное удельное сопротивление движению грузового составапоезда, состоящего из четырех- и шестиосных вагонов, определяется по следующейформуле, Н/кН
/> (2)
где α,β- доля веса четырех- и шестиосных вагонов всоставе поезда, соответственно (из задания);
/> — основное удельное сопротивление движениючетырехосных вагонов на роликовых подшипниках, Н/кН; /> – основное удельноесопротивление движению шестиосных вагонов, Н/кН.
Величины /> и /> определяются поэмпирическим формулам в зависимости от загрузки вагонов q0, скорости движения v и типа пути.
/>/>, (3)
/>/>, (4)
Расчеты основного удельного сопротивления движению состава поезда(вагонов) wo’ рекомендуется провести раздельно по видам тяги:
а) для тепловоза — при ведении поезда с расчетной vp и конструкционной vK скоростями движения;
б) для электровоза — при ведении поезда со скоростьюдлительного
режима v∞ и конструкционной скоростью vK движения.
Для тепловоза 2М62:
/> Н/кН при vp
/> Н/кН при vк
/> при vp
/> при vк
/> при vp
/> при vк
Для электровоза 2ВЛ11:
/> Н/кН при v∞
/> Н/кН при vк
/> при v∞
/> при vк
/> при v∞
/> при vк
1.3. Определение общего полного сопротивления движению поезда
Общее полное сопротивление движению поезда WK представляет собоюалгебраическую сумму основного и дополнительного сопротивления от уклонапрофиля пути сопротивлений, Н
Wк = W0+ Wi (5)
где Wo — основное полное сопротивление движению поезда, Н
Wo=w0’P+wo«Q, (6)
где /> – основноеудельное сопротивление движению локомотива, Н/кН; определяется по уравнению(1);
/> – основное удельное сопротивлениедвижению состава поезда, Н/кН; определяется по формуле (2);
Р — сцепной вес локомотива, кН; определяется по данным таблиц 22 и5ПТР[1]; Рт=2380кН; Рэ=1840кН ;
Q — вес состава поезда, кН; (из задания); Q=30000kH
Wj -дополнительное сопротивление движению поезда от уклона профиляпути, Н; определяется по следующей зависимости:
Wi = iр(P+Q), (7)
ip — крутизна расчетного уклона (подъема),‰ (из задания). ip=5‰
Подставив (6) и (7) в уравнение (5), после простейших алгебраическихпреобразований получим, Н
/> (8)
При выполнении курсовой работы величина общего полного сопротивлениядвижению поезда Wk определяется по формуле (8) раздельно по видам тяги дляскоростей движения: а) для тепловоза — при ведении поезда с расчетной vp и конструкционной vK скоростями движения;
б) для электровоза — при ведении поезда со скоростью длительного режимаv∞ и конструкционнойскоростью vK движения:
Для тепловоза 2М62:
/> при vp
/> при vk
Дляэлектровоза 2ВЛ11:
/> при v∞
/> при vk Результаты расчетов величины общего полного сопротивления движениюпоезда WK целесообразно оформить в виде таблицы, аналогичной табл. 1.
Таблица 1
Результаты расчетов величины общего полного сопротивления движениюпоезда WкРасчетная величина Тепловоз Электровоз
Vр, км/ч
VK, км/ч
V∞, км/ч
VK, км/ч
wo,H/kH 2,22 5,9 3,1 5,9
wo4», Н/кН 0,85 1,65 1 1,65
/>,H/kH 0,883 1,417 1,028 1,417
/>H/kH 0,87 1,51 1,02 1,51
WK, кH 96 124 99 119
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ И ВРЕМЕНИ ХОДА ПОЕЗДА ПОУЧАСТКУ
2.1. Определение средней скорости движения поезда по участку прииспользовании различных режимов тяги
Для определения скорости и времени хода поезда по участкупредлагается использовать способ равновесных скоростей, который относится кчислу приближенных методов.
Равновесной скоростью называют скорость установившегося равномерногодвижения на уклоне известной крутизны (например, на расчетном подъеме) продольногопрофиля пути.
Скорость равномерного движения поезда v^, на уклоне крутизной ip находят решениемуравнения движения поезда из условия равновесия силы тяги локомотива FK и общего полногосопротивления движения поезда WK. Таким образом можно записать
FK=WK. (9)
При выполнении курсовой работы предлагается использоватьграфический метод определения равновесных скоростей для различных видов тяги.
Определение средней (равновесной) скорости движения по участкуграфическим методом сводится к определению точек пересечения тяговойхарактеристики FK=f(v)заданной серии локомотива и кривой общего полного сопротивлениядвижению поезда WK=^v), ведомого этим локомотивом.
В результате получаем для тепловоза 2М62 vcp=44 км/ч
для электровоза 2ВЛ11 vcp=98 км/ч
2.2 Определениевремени хода поезда по участку
Время хода поезда поучастку во главе с локомотивом данного типа можно определить по следующейформуле :
/> (10)
где S — длина участка обращения локомотивов, км S=450;
Vcpi- средняя (равновесная) скорость движения поезда во главе слокомотивом i-ro типа, км/ч.: vср2ВЛ11=98; vср2М62=44 ;
Для тепловоза 2М62: />
Для электровоза 2ВЛ11: />
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАСАТЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ЛОКОМОТИВОВ
Касательной мощностью локомотива называют мощность, развиваемую наего ведущих колесах и используемую для движения поезда.
Касательную мощность (на ободе колес) локомотива целесообразноопределять по параметрам тяговой характеристики тепловоза или электровоза.
Так, касательная мощность тепловоза NK может быть определена изследующего выражения, кВт
/> (11)
Где vi-текущее значение скорости, км/ч; Fki-текущее значениекасательной силы тяги, Н; определяется по тяговой характеристике FK=f(v) локомотива с учетомчисла секций. Касательная мощность электровоза Рк, кВт
/> (12)
Расчеты касательной мощности NK=fl[v) и PK=f(v) локомотивов нужнопровести раздельно по видам тяги: для тепловоза по формуле (11), для электровоза- по (12) с учетом числа секций.
Результатырасчетов характеристик NK=fl[v) и PK=f(v) целесообразно оформить в табличной форме, аналогичной табл. 2
Таблица 2v, км/ч 10 12 20 30 40 50 60 70 80 90 100
/> 720 600 610 400 280 210 170 150 105 100 90 80
/> 1667 2033 2222 2333 2333 2361 2500 2041 2222 2250 2222
/> 600 530 520 500 480 465 455 400 265 200 145 110
/> 1472 1734 2778 4000 5167 6319 6667 5153 4444 3625 3056
По даннымтаблицы 2 необходимо в произвольном масштабе построить графические зависимости:/>-для тепловоза и PK=f(v) -для электровоза.
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ
РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ ТЯГИ
4.1. Определение расхода топлива тепловозом на тягу поездов
Расход топлива тепловозом можно определить двумя способами: поданным ПТР[1] и выполненной тепловозом механической работы:
а) определение расхода топлива тепловозом Е по данным ПТР можновыполнить по следующей зависимости, кг
/> (13)
где Gмин — минутный расход топлива одной секцией тепловоза, кг/мин;определяется следующим образом: нужно по данным ПТР [1] построить в масштабе кривуюGмин=f(v) для максимальной позициирукоятки контроллера машиниста, затем по кривой Gмин =f(v) для скорости vcp определить величину GMHH; />
nc — число секций тепловоза; nc=2: tT — время хода поезда воглаве с тепловозом, мин.tT=613мин
/>
б)определение расхода топлива тепловозом Емех по выполненноймеханической работе, кг
/> (14)
где /> -значение силытяги при движении тепловоза со средней (равновесной) скоростью движения vcpi H; определяется по тяговой
характеристике тепловоза FK=f(v)./>
S — длина эксплуатационного участка, км (из задания); S=450 км
/> — средний кпд. тепловозной тяги; можнопринять 0,3-0,32;
/> – удельная теплота сгорания дизельного топлива,кДж/кг;
можно принять />=42700кДж/кг.
/>
4.2 Определение расхода электроэнергии электровозом постоянноготока
Расход электроэнергии электровозом определяется двумя способами:
а) Расчет расхода электроэнергии электровозом постоянного тока поданным ПТР можно выполнить по следующей зависимости, кВт·ч
/> (15)
где Uкс-напряжение в контактной сети постоянного тока, В; можно принять UKC=3000B;
tэ — время хода поезда во главе с электровозом, мин; tэ=275мин
Iэср — среднее значение силы тока электровоза, А; определяетсяследующим образом: нужно по данным ПТР построить в масштабе кривую />, затем по кривой />, для скорости vcp определить величину Iэср. Iэср=1300А
/>
б) Определение расхода электроэнергии электровозом по выполненной
механической работе, кВт·ч:
/> (16)
где /> – значение силытяги при движении электровоза постоянного тока со средней (равновесной)скоростью движения vср, H; определяется по тяговой характеристике электровоза FK=f(v); />=200000 Н
vср — средняя (равновесная) скорость движения электровоза, vср=98 км/ч;
tэ — время хода поезда во главе с электровозом постоянного тока,tэ=275 мин;
/> – средний к.п.д. электрической тяги;можно принять 0,24.
/>
5. СРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОЗНОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГИ
5.1. Сравнение видов тяги по расходу энергоресурсов
5.1.1. Определение стоимости перевозок при различных видах тяги:
а) стоимость перевозок при тепловозной тяге, руб
Cm=cm·Ecp (17)
где ст -цена одного килограмма дизельного топлива, руб;по данным ОАО «РЖД» отпускная цена дизельного топлива в среднем по сети железныхдорог на 1 ноября 2004 года составила 7592 рубля за 1 тонну дизельного топлива;
Еср — средний расход топлива тепловозом, кг
/>/> (18)
/>/>
/>
б)стоимость перевозок при электрической тяге, руб
/> (19)
где сэ — средняя цена одного киловатт -часаэлектроэнергии, руб./ кВт·ч; по данным ОАО «РЖД» тариф на электроэнергию всреднем по сети железных дорог на 1 ноября2004 года составил 0.853 руб./ кВт·ч
AСР — средний расход электроэнергии электровозами, кВт·ч
/> (20)
/>
/>
Оценку эффективности тепловозной и электрической тяги по расходуэнергоресурсов можно выполнить по следующей формуле
/> (21)
5.2. Сравнение локомотивов по тяговым характеристикам
Сравнение тепловоза и электровоза заданных серий целесообразнопроизвести по безразмерным величинам касательной силы FK и скорости движения V .
Относительная касательная сила тяги FK локомотива определяетсяпо следующему выражению
/> (22)
где /> — текущеезначение касательной силы тяги локомотива, Н; определяется по его тяговойхарактеристике FK=f(v)для текущих значений скорости.
/> – значение касательной силы тягилокомотива при конструкционной скорости, Н; определяется по его тяговойхарактеристике FK=f(v).
Относительная скорость движения локомотива определяется по формуле
/> (23)
где vi текущее значение скорости, км/ч; при расчетах можно принятьшаг изменения скорости />∆v=10 км/ч; в расчетыжелательно включить скорости: порогового режима v*, расчетную длятепловозов и длительного режима для электровозов;
vk — конструкционная скорость движения локомотива, км/ч.Результаты расчетов относительных параметров движения
локомотивов FK и V целесообразно свести втаблицу, аналогичную таблице 2.
Таблица 3
/> 10 20 30 40 50 51,2 60 70 80 90 100
/> 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,51 0,6 0,7 0,8 0,9 1
/> 720 600 400 280 210 200 170 150 105 100 90 80
/> 9 7,5 5 3,5 2,625 2,5 2,125 1,875 1,31 1,25 1,125 1
/> 600 530 500 480 465 455 450 400 265 200 145 110
/> 8,6 4,8 4,5 4,3 4,2 4,1 4,0 3,6 2,4 1,8 1,3 1
По данным таблицы 3 нужно построить совмещенный график FK=f(v) для тепловоза иэлектровоза и произвести качественное сравнение двух локомотивов по тяговымхарактеристикам.
ВЫВОД:При выполнении курсовой работы, я научился определять различные сопротивлениялокомотива (тепловоза и электровоза), сравнивать основные показатели тепловознойи электровозной тяги. Научился строить тяговые характеристики. Определил, чтоэлектровозная тяга намного экономичнее и экологичнее, чем тепловозная. Надо идальше совершенствовать электровозную тягу
6.ИНДИВИДУАЛЬНОЕЗАДАНИЕ
Провести спрямлениеэлементов профиля пути
Профиль №10
Таблица 1.№ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 i,‰ -7 -5 +4 -4 -5 -9 +11 S, м 2000 1200 800 1600 2000 1200 2200 1200 1500 600 1200 № 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 i,‰ +8 -4 +4 +6 +8 +2 +2 S, м 2000 1600 900 1100 750 650 900 2200 1600 1000 1500
Уклон спрямляемогопрофиля определяется по формуле:
/>, (1)
где /> — уклон спрямлённогоэлемента, ‰
/> – уклон каждого спрямляемогоэлемента, ‰
/> — длина спрямляемого элемента, м.
Проверка допустимостиспрямления проводится по следующей эмпирической формуле:
/>, (2)
где /> – абсолютная разность (безучёта знака) спрямлённого и проверяемого профиля.
Проверяется каждыйучасток.
1. Участок состоитиз 17 групп элементов: 1, 2-3, 4, 5, 6, 7-8, 9, 10, 11-12, 13, 14, 15, 16-18, 19,20, 21, 22.
2. Спрямляемэлементы 2-3.
а) по формуле (1):
/> ‰
б) проверяем каждыйэлемент на допустимость спрямления по формуле (2)
Элемент 1:
/>/>
Условие выполняется.
Элемент 2.
/>
Условие выполняется.
3. Спрямляемэлементы 7-8.
а) по формуле (1)
/> ‰
б) проверяем каждыйэлемент на допустимость спрямления по формуле (2)
Элемент 1:
/>/>
Условие выполняется.
Элемент 2.
/>
Условие выполняется.
4. Спрямляемэлементы 11-12.
а) по формуле (1)
/> ‰
б) проверяем каждыйэлемент на допустимость спрямления по формуле (2)
Элемент 1:
/>/>
Условие не выполняется.
Данный участок спрямлениюне подлежит.
5. Спрямляемэлементы 16-18.
а) по формуле (1)
/> ‰
б) проверяем каждыйэлемент на допустимость спрямления по формуле (2)
Элемент 1:
/>/>
Условие выполняется.
Элемент 2.
/>
Условие выполняется.
Элемент 3.
/>
Условие выполняется.
Полученные данные заносимв таблицу 2
Таблица 2№ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 i,‰ -6,2 +4 -4,4 -9 +11 S, м 2000 2000 1600 2000 1200 3400 1500 600 1200 № 10 11 12 13 14 15 16 17 18 i,‰ +8 -4 +6,1 +2 +2 S, м 2000 1600 900 1100 2300 2200 1600 1000 1500
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙЛИТЕРАТУРЫ
1. Правила тяговых расчетовдля поездной работы. М.: Транспорт, 1985 — 287 с.
2. Гребенюк П.Т., ДолгановА.Н., Скворцова А.И. Тяговые расчеты: Справочник. -М: Транспорт, 1987.-272с.
3. ОсиповСИ., Осипов С.С. Основы тяги поездов-М.: УМК МПС России, 2000 «592с.
4. Тепловозы.Под. ред. В.Д. Кузьмича. -М: Транспорт, 1991. -352с.
5. Электрическиепередачи локомотивов. Под. Ред. В.В. Стрекопытова. — М: Маршрут, 2003. — 310с.
6. Локомотивноехозяйство. Под ред. С.Я. Айзинбуда. — М.: Транспорт, 1986.-263с.
7. ИсаевИ.П., Фрайфельд А.В. Беседы об электрической железной дороге. — М: М:Транспорт, 1989. — 359с.
8. Железныедороги. Общий курс. Под ред. ММ. Уздина. — М.: Транспорт, 1991.-295с
9. СидоровН.Н. Как устроен и работает электровоз. М: Транспорт, 1980. — 223с