Учебно-методический комплекс по дисциплине «Электрические железные дороги»




НазваниеУчебно-методический комплекс по дисциплине «Электрические железные дороги»
страница6/14
Дата конвертации13.01.2013
Размер1.75 Mb.
ТипУчебно-методический комплекс
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14



Окончание таблицы 4.I


Основные характеристики
Электропоезда







ЭР1

ЭР2

ЭР2Р

ЭР22

ЭР9П

ЭР9М

ЭР200

Год начала выпуска

1957

1962

1982

1964

1961

1975

1973

Род тока

Постоянный

Переменный

Постоянный

Мощность поезда (номинальная), кВт

4000

4000

4500

3520

3600

3640

10320

Скорость конструкционная, км/ч

130

130

130

130

130

130

200

Электрическое торможение

Нет

Нет

Рекуперативно- реостатное -

Нет

Нет

Реостатное




В конце 2002 г. МПС РФ утвердило новый типаж электровозов для железных дорог страны. Основные параметры включенных в него электровозов приведены в табл. 4.2. В основу типажа положен принцип специализации локомотивов по видам службы на пассажирские, скоростные и грузовые.

Предполагается, что в пассажирском движении электровозы ЭП2, ЭП3, ЭП100 заменят электровозы ЧС2, ЧС2Т, ЧС4, ЧС4Т, ЧС200 производства компании Skoda (Чехия); в грузовом движении электровозы Э2 и ЭС4 заменят электровозы ВЛ10 и ВЛ11 производства Новочеркасского (НЭВЗ) и Тбилисского (ТЭВЗ) электровозостроительных заводов, а электровозы Э3 и ЭС5 — электровозы ВЛ80 (всех серий) производства НЭВЗ.

Наиболее рационально эти цели могут быть достигнуты при применении на перспективных электровозах, как это и предусмотрено типажом, асинхронного тягового привода. Таким образом, подведена черта под длительными дискуссиями о типе привода перспективных электровозов, которые три последних десятилетия вели ученые и специалисты железнодорожного транспорта и смежных отраслей.


Таблица 4.2


Номинальное напряжение, В

25000

Частота, Гц

50

Нагрузка от оси на рельсы, кН (тс)

235 (24,0)

Мощность часового режима на валах тяговых двигателей, кВт, не менее

6560

Сила тяги часового режима, кН (тс), не менее

464(47,3)

Скорость часового режима, км/ч, не менее

49,9

Мощность продолжительного режима на валах тяговых двигателей, кВт, не менее

6120

Сила тяги продолжительного режима, кН, (тс), не менее

423(43,1)

Скорость продолжительного режима, км/ч не менее

51,0

Максимальная скорость в эксплуатации, км/ч

110

Коэффициент мощности в продолжительном режиме, не менее

0,9

КПД в продолжительном режиме, не менее

0,85

Масса электровоза с 0,67 запаса песка, т

192

Электрическое торможение

рекуперативное

Тормозные усилия, развиваемые электровозом при скорости:
50 км/ч, кН (тс), не менее
80 км/ч, кН (тс), не менее
90 км/ч, кН (тс), не менее


450 (45,9)
300 (30,6)
250 (25,5)

Номинальная длина электровоза по осям автосцепок, мм

35004



Номинальная мощность асинхронного тягового двигателя (осевая мощность) по сравнению с двигателем постоянного (пульсирующего) тока больше в 1,5 – 2 раза. Эта мощность может быть использована во всем диапазоне скоростей, что делает электровоз с асинхронным приводом универсальным. Опыт железных дорог ФРГ показывает, что за счет этого численность парка электровозов может быть уменьшена на 10 %, а суточные пробеги увеличены на 35 – 50 %.

Тормозная система — рычажная с двусторонним нажатием чугунных тормозных колодок и приводом от индивидуального тормозного цилиндра на каждое колесо На электровозе применены следующие системы безопасности:

  • комплексная локомотивная система безопасности КЛУБ-У;

  • телеметрическая система контроля бдительности машиниста ТСКБМ;

  • комплекс технических средств унифицированной автоматической системы пожаротушения КТС-УАСП;

  • система автоматического управления торможением САУТ-ЦМ/85.

Электрическая схема обеспечивает плавное четырехзонное регулирование напряжения тяговых электродвигателей и работу электровоза в режиме тяги и электрического (рекуперативного) торможения с управлением из любой кабины управления головной или хвостовой секции.

Микропроцессорная система управления, обеспечивающая:

- ручное и автоматическое управление движением;

- режимы автоведения поезда;

- диагностику параметров движения и работы оборудования электровоза.

Современные системы безопасности движения (КЛУБ-У, САУТ-ЦМ/485, ТСКБМ).

Новая кабина управления с улучшенными условиями труда локомотивной бригады. Экологически безопасные термоэлектрические кондиционеры холодопроизводительностью 4кВт. Вместо печного отопления - панельные нагреватели, размещенные по всей поверхности стен и пола кабины. 

Усовершенствованная система вентиляции позволила в два раза сократить количество вентиляторов и затраты мощности на охлаждение тягового оборудования. Применена система регулирования производительности вентиляторов в зависимости от нагрузки оборудования и окружающей температуры. Электровозы оборудованы холодильником и сантехническим оборудованием (умывальник, туалет).

Новое блочное пневматическое оборудование с уменьшенными затратами на его обслуживание и ремонт.

5. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ПОЕЗД

5.1. Общие положения

Поезд является механической системой, движущейся по рельсам под действием различных сил. Такими силами являются сила тяги , развиваемая локомотивом, сила сопротивления движению W и тормозная сила Вт, возникающая при включении тормозов.

В зависимости от действия тех или иных сил различают три режима движения поезда: тяга, выбег, торможение. Для каждого режима рассчитывается результирующая сила, которую называют ускоряющей Fу.

При тяге двигатели локомотива подключены к питающему напряжению, что приводит к появлению силы тяги . На поезд действует также сила сопротивления движению W. Тогда ускоряющая сила будет равна: Fу = - W

При выбеге двигатели отключены и потому ускоряющая сила Fу = - W.

Режим торможения используется для снижения скорости поезда при движении по участку (подтормаживание) или при остановке поезда на станции. При торможении результирующая сила Fу = - WВт. Она отрицательна, поэтому её называют замедляющей.

Рассмотрим образование сил, действующих на поезд: силы тяги Fк, сил сопротивления W и тормозной силы Вт.

5.2. Сила тяги

Сила тяги образуется при работе тяговых двигателей электроподвижного состава. На электрифицированных железных дорогах эксплуатируются двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. Они получают питание либо непосредственно из тяговой сети на железной дороге постоянного тока, либо через выпрямители, имеющиеся на подвижном составе железных дорог переменного тока. При протекании тока в цепи тягового двигателя на его якорь действует вращающий момент, который через зубчатую передачу передаётся на колёсную пару. Если пренебречь трением в подшипниках и передаче, то вращающий момент, действующий на колёсную пару будет равен , где - передаточное отношение зубчатой передачи. На рис. 5.1 показано колесо, к которому приложен вращающий момент Мк, действующий по часовой стрелке. Имеется ещё сила Ро, которая составляет часть веса локомотива. Эта сила уравновешивается реакцией опоры R (рельсы) в точке А и не создаёт поступательного движения




Рис.5.1.


Момент Мк можно представить парой сил F1 = F2, одна из которых приложена к центру колеса, а вторая к точке А касания колеса с рельсом. При отсутствии опоры силы F1 и F2 вращали бы колесо и поступательное движение отсутствовало. Только благодаря опоре колеса на рельсы в точке касания А создаётся сила реакции рельса F, которая уравновешивает силу F2. Точка А становится мгновенным центром вращения колеса, т. е. колесо поворачивается относительно неё, не проскальзывая. Затем мгновенным центром вращения становится новая точка А1, расположенная справа от А и т. д., т. е. происходит перемещение колеса слева направо, а центр колеса приобретает поступательное движение со скоростью v.

Сила F, действующая на оба колеса колёсной пары, называется силой тяги движущейся колёсной пары или силой тяги на ободе колеса. Сумма сил F всех движущихся колёсных пар образует касательную силу тяги локомотива Fк.

Таким образом, локомотив перемещается по рельсам под действием силы тяги, которая возникает при сцеплении колёс с рельсами. Увеличивать силу тяги можно только до определённого предела, за которым теряется сцепление колёс с рельсами, они начинают проскальзывать и буксовать. Движение локомотива будет нормальным, если сила тяги не превышает силу сцепления Fк Fсц.

Для одной оси с номером i её максимальное значение

(5.1)
где Ро i – сила нажатия колёс оси i на рельсы,

–коэффициент сцепления.

Следует отметить, что сила сцепления, как и сила трения, является пассивной силой. Они возникают как реакции на активные силы, всегда равны им по модулю и противоположны по направлению.

Если активная сила Fi, вызванная работающим тяговым двигателем, меньше максимально допустимой по сцеплению Fmax i, то и реактивная сила не достигнет предельного значения.

Активная сила Fi не может быть выше Fmax i. Действительно, при попытке создать силу Fi > Poi, колесо начнёт проскальзывать по рельсу, начнётся «буксование», при котором коэффициент сцепления оси с рельсами уменьшается.

Условия работы отдельных осей на электровозе неодинаковы. Они определяются неравномерным распределением веса электровоза по осям, расхождением диаметров колёс и моментов, развиваемых двигателями локомотива. Поэтому как максимальные по сцеплению силы, так и активные силы, развиваемые двигателями Fi, для разных осей будут разными. В связи с этим сила Fi для какой-то одной оси может достичь значения Fmax i, в то время как для других осей они будут ниже своего предельного значения. Поэтому максимально допустимая по сцеплению сила тяги для локомотива в целом будет меньше суммы Fmax i для всех осей, т. е.



где п – число осей электровоза.

Для учета сказанного силу тяги по сцеплению определяют из

Fсц = к Р, (5.2)

где к – некоторый приведённый коэффициент сцепления,

Р – вес локомотива.

Коэффициент сцепления является важным расчётным параметром, поскольку по нему определяют наибольшую силу тяги локомотива. Его значения зависят, как указывалось, от многих факторов. Большое значение имеет состояние поверхности колёс и рельсов. При сухих и чистых поверхностях значение коэффициента наибольшее, а при дожде или наличии загрязнений наименьшее.

Опытные замеры коэффициента сцепления показали существенный разброс значений и снижение их с увеличением скорости движения.

Для определения наибольшей тяги локомотива пользуются расчётными значениями коэффициента, которые указываются в правилах тяговых расчётов для поездной работы ПТР [1] в виде зависимостей от скорости для разных типов локомотивов.

5.3. Силы сопротивления движению поезда.

Под силами сопротивления подразумевают неуправляемые силы разной физической природы. Расчётным считается суммарное значение W, приведенное к ободу колеса. Его разделяют на составляющие: основное сопротивление движению поезда Wо , дополнительное Wдоп и добавочное Wдоб:

W = Wo + Wдоп. + Wдоб.

Силы основного сопротивления направлены против направления движения поезда и обусловлены трением в подшипниках подвижного состава, взаимодействием колёсных пар подвижного состава с рельсами и сопротивлением воздушной среды при отсутствии ветра. Рассчитываются силы Wo при движении поезда по прямолинейному горизонтальному пути.

Силы добавочного сопротивления Wдоб включают в себя сопротивление от ветра, сопротивление при движении в тоннелях и сопротивление при температурах ниже 25ºС. В дальнейшем силы для упрощения расчетов добавочное сопротивление учитывать не будем.

Силы дополнительного сопротивления Wдоп обусловлены наличием уклонов (подъёмов, спусков) и кривых. Результирующие значение Wдоп может быть противоположно направлению движения поезда, если он движется по подъёму или некрутому спуску. Если поезд идёт по крутому спуску, то сила будет направлена в сторону его движения.

Учитывая многообразие факторов, действующих на формирование основного сопротивления движению поезда и трудность их теоретического определения, расчётные значения Wо получены из опыта путём обработки достаточно большого статистического материала. Они приведены в ПТР в виде зависимости от скорости поезда для разных типов локомотивов и вагонов с учётом движения по стыковому или бесстыковому пути. С увеличением скорости основное сопротивление движению увеличивается. Для поезда значение Wo представляют в виде суммы основных сопротивлений движению локомотива Wo´ и вагонов Wo". При расчёте учитывается также режим работы локомотива: под током или с отключёнными тяговыми двигателями. Например, для режима тяги будем иметь:

Wo = Wo´ + Wo".

Значение Wo´ при движении под током меньше аналогичной величины при выбеге Wх´ за счёт того, что в первом случае механические потери в тяговых двигателях, моторноосевых подшипниках и тяговой передаче учтены в характеристиках локомотива.

Все силы, действующие на поезд пропорциональны его весу. Поэтому для удобства выполнения расчётов основное сопротивление движению так же, как и другие действующие силы, выражают в удельных единицах, Н/кН.

Удельное основное сопротивление локомотива:



где mл – масса локомотива, т;

g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2.

Удельное основное сопротивление состава:



где mс – масса состава, т.


Для поезда удельное основное сопротивление определяют как средневзвешенную величину.

(5.3)

.

Расчёт при отключённых тяговых двигателях (холостой ход) делается аналогично, только в приведённых формулах значение заменяется на Wх´, а на .

Дополнительное сопротивление движению поезда Wдоп, как отмечалось, является суммой сил. Остановимся на основных его составляющих: дополнительном сопротивлении от уклонов Wi и дополнительном сопротивлении от кривых Wr. Расчёт остальных составляющих можно посмотреть в [2].




Сила дополнительного сопротивления от уклона Wi является составляющей силы тяжести поезда. Это активная сила. На подъёме она направлена против движения поезда, а на спуске – в сторону его движения. Допустим по подъему АВ (рис. 5.2) движется поезд.

Крутизну подъема или спуска характеризуют уклоном. Уклон профиля пути равен отношению высоты подъема h к длине участка s. На железной дороге принято уклон определять синусом угла подъема пути. Если измерять высоту h в метрах, а отрезок пути s в км, то



Уклон выражают, следовательно, в тысячных долях (промилях, обозначают по аналогии с процентами знаком ‰). Значение уклона показывает количество метров изменения высоты, приходящихся на 1 км пути.

Для поезда, движущегося по уклону, его вес G = mg можно разложить на две составляющие: G и G.

Сила G направлена перпендикулярно к рельсам и не оказывает влияния на движение поезда, а сила G направлена против движения, если поезд идёт на подъёме и по направлению движения, если поезд находится на спуске. Сила G и является силой дополнительного сопротивления от уклона:



или

.

Удельная сила дополнительного сопротивления от подъёма, Н/кН

. (5.4)

При движении поезда на спуске wi = - i.

Дополнительное сопротивление движению по кривым участкам пути связано с особенностями перемещения поезда. В этом случае возникает центробежная сила, которая прижимает гребни колёс к наружному рельсу, вследствие чего увеличивается сила трения. Эту силу приводят к ободам колёсных пар и называют силой дополнительного сопротивления от кривизны пути Wr. Сила Wr увеличивается с уменьшением радиуса кривой, зависит от скорости поезда, состояния пути и т. д. Из-за сложности учёта всего многообразия факторов силу Wr рассчитывают по эмпирической формуле в зависимости от радиуса кривой R. Удельное значение силы, если длина кривой больше длины поезда ln,

, (5.5)

в противном случае

.

В общем случае удельное дополнительное сопротивление от уклонов и кривых будет равно

.

Удельное сопротивление движению с учётом всех составляющих

.

Для расчётов профиль пути задается в виде элементов с указанием их длины, уклона, а также с отметкой наличия кривой и её радиуса. Чтобы уменьшить объём дальнейших расчётов, информацию о профиле пути преобразуют, сокращая количество элементов. Имеются программы для выполнения операций спрямления и приведения профиля пути на ЭВМ, сущность которых заключается в замене нескольких элементов с различными уклонами и кривизной пути одним приведённым элементом.

При спрямлении профиля пути несколько элементов с разными уклонами ij и длинами sj заменяют одним, имеющим суммарную длину и , исходя из равенства работ, выполненных локомотивом при движении по действительным и спрямленному элементам [2]:

. (5.6)

При выводе выражения для принимаются допущения об одинаковых скоростях движения поезда на спрямляемых элементах пути. Во избежание ошибок в расчётах кривых движения υ(s), t(s), I(s)допускается спрямлять близкие по значению и одинаковые по знаку уклона элементы. Проверку делают по эмпирической формуле:

,

где - абсолютная разница между уклонами спрямленного участка и проверяемого элемента j.

Наличие кривой в спрямлённом элементе пути учитывается введением фиктивного подъёма . Если значение кривой sкр меньше длины элемента sc меньше длины элемента sc, то фиктивный подъём

. (5.7)

Расчётный уклон спрямлённого элемента, в котором учтено наличие кривой, называется приведённым уклоном

.

Профиль пути изображают (рис. 5.3) в виде отрезков прямых в определённом масштабе.


Номер элемента

1

2

3

Уклон, 0/00

Длина, м

0

500

-6,0

700

4,1

600


Рис.5.3 Профиль пути


Наличие подъёма, спуска или площадки отмечается направлением прямой, разделяющей значение уклона i и длины элемента s. Так, например, на первом элементе имеется площадка i1=0, на втором элементе – спуск i2 = - 6,00/00, на третьем – подъём i3 = 4,100/00, а длины элементов равны, соответственно 500, 700 и 600 м.

Уклоны на равнинных линиях обычно не превышают 6 0/00, на горных участках достигает до 30- 350/00.

5.4. Тормозные силы


Используются для уменьшения скорости движения поезда или для остановки на станции. Существуют два вида торможения: механическое и электрическое. При механическом торможении тормозная сила образуется от трения колодок о бандажи колёс поезда. Во втором случае тормозная сила возникает при работе электрических машин локомотива в генераторном режиме, при котором кинетическая энергия движущегося поезда преобразуется в электрическую.




Рис. 5.4. Схема образования тормозной силы В при механическом торможении


Рассмотрим формирование тормозной силы Вт при механическом торможении. Допустим, поезд движется со скоростью υ (рис. 5.4) и колёса вращаются по часовой стрелке.

При нажатии колодки на бандаж колеса в месте контакта возникает трение, которое уменьшает скорость вращения, что равносильно наличию тормозного момента Мт, направленного против часовой стрелки. Его можно представить силами В1 и В2 (В1 – сила трения, В2 – реакция буксы) или эквивалентными силами В3 и В4. Сила В4 уравновешивается силой реакции рельса на колесо – В. Сила В3 оказывается неуравновешенной и, передаваясь через буксу на раму, вызывает торможение. Рассмотренные силы по модулю равны. Существование силы В3 возможно только при наличии силы реакции рельса, приложенной к ободу колеса в точке А, т. е. силы В или тормозной силы. Она равна силе нажатия K, умноженной на коэффициент трения скольжения между колодкой и бандажом .

Тормозная сила поезда Вт равна сумме тормозных сил, создаваемых каждым колесом: . Коэффициент трения тормозных колодок зависит от скорости движения, удельного нажатия колодок на колесо и материалов, из которых они изготовлены. Он уменьшается с увеличением скорости и силы нажатия из-за повышения температуры трущихся поверхностей. Для определения расчётных значений применяют эмпирические формулы. Например, для стандартных чугунных колодок



Торможение возможно до тех пор, пока существует сцепление колёс с рельсами. Тормозная сила не должна превышать силы сцепления. В противном случае происходит заклинивание колёсной пары, она перестаёт вращаться и начинает скользить по рельсу. Возникает опасный режим – юз, который может привести к деформации колёс. Для исключения юза должно соблюдаться условие:

,

где - коэффициент сцепления колёсной пары с рельсами;

К – силы нажатия тормозных колодок;

- нагрузка от колёсной пары на рельсы, кН;

- число колодок на колёсную пару.

Расчёт тормозной силы поезда выполняется методом приведения, в котором вместо реальных нажатий тормозных колодок на бандажи колёс отдельных вагонов, отличающихся друг от друга, используются усреднённые значения.

При фиксированном K = 26,5 кН [1] для стандартных чугунных колодок формула для расчёта коэффициента трения упрощается. Расчётное значение коэффициента равно

. (5.8)

Расчётные значения тормозного нажатия Kр, кН для разных типов локомотивов и вагонов даны в ПТР [1]. Тормозная сила поезда Вm, Н с учётом размерностей

,

где - расчетный(приведенный) коэффициент трения;

Кр – расчетные силы нажатия тормозных колодок;

1000 – переводной коэффициент (из кН в Н).

В тяговых расчётах пользуются удельной тормозной силой



или

, (5.9)

где - расчётный тормозной коэффициент.

Для грузовых поездов в соответствии с [1] на спусках до 20‰ тормозную силу электровоза и его вес в расчёт не принимают, тогда

. (5.10)

Расчётный тормозной коэффициент реализуется только при экстренном торможении. Перед станциями и на уклонах используется служебное торможение .

Удельная тормозная сила при служебном торможении

. (5.11)

Использование этой формулы упрощает расчёт удельной тормозной силы при служебном торможении.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

Похожие:

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Электрические железные дороги» iconУчебно-методический комплекс по дисциплине Статистика
Охватывает грузы, которые выданы грузополучателям, переданы на другие виды транспорта, новостройки, линии другой ширины колеи, иностранные...

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Электрические железные дороги» iconУчебно-методический комплекс по дисциплине дс. 02. 1
Учебно-методический комплекс по дисциплине дс. 02 “Экологическая анатомия растений” составлен в соответствии с требованиями Государственного...

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Электрические железные дороги» iconУчебно-методический комплекс по дисциплине ен. Ф. 07. «Геология» как часть образовательной программы является совокупностью учебно-методических материалов, способствующих
Учебно-методический комплекс по дисциплине ен. Ф. 07. «Геология» составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного...

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Электрические железные дороги» iconУчебно-методический комплекс по дисциплине Иностранные языки
...

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Электрические железные дороги» iconУчебно-методический комплекс по дисциплине Строительная механика
...

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Электрические железные дороги» iconУчебно-методический комплекс по дисциплине Инженерная геология
...

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Электрические железные дороги» iconУчебно-методический комплекс по дисциплине История железнодорожного
...

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Электрические железные дороги» iconУчебно-методический комплекс по дисциплине Строительные конструкции
...

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Электрические железные дороги» iconУчебно-методический комплекс по дисциплине Строительная механика
...

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Электрические железные дороги» iconУчебно-методический комплекс по дисциплине Внешнеэкономическая деятельность
...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница