ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Омский государственный университет путей сообщения»

(ОмГУПС (ОмИИТ))

Кафедра «Подвижной состав электрических железных дорог»

ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ НА ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОМ УЧАСТКЕ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ

Курсовая работа по дисциплине: «Теория тяги поездов»

Выполнил:

студент гр. 47С Лехнер В.А.

________

Проверил:

к.т.н. доцент кафедры«ЭПС»

________ Истомин С. Г.

Омск 2021

Реферат

УДК 621.436

Курсовой проект содержит 59 страниц, 7 рисунков, 28 таблицы, 2 источника.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОВОЗА, ПРОФИЛЬ И ПЛАН ПУТИ, УДЕЛЬНЫЕ УСКОРЯЮЩИЕ И ЗАМЕДЛЯЮЩИЕ СИЛЫ, РАСХОД И РЕКУПЕРАЦИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, КРИВЫЕ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА.

Объектом исследования служит электрическая тяга электровоза, рельсовый путь и путевое хозяйство.

Цель работы – тяговый расчет и его построение применительно к заданным условиям курсового проектирования.

В процессе работы проводилось графоаналитическое построение и расчет кривых движения заданного электровоза по данному участку пути «Световская-Урываево»

В результате проектирования была построена кривая скорости на заданном участке пути и проведен анализ средневзвешенных энергетических и других значений этого построения.

Достигнутые технико-эксплуатационные показатели: достаточно высокая скорость движения по перегонам и участку в целом, возможно низкое потребление электроэнергии электровозом ВЛ10у.

Данный расчет и алгоритм расчета может найти применение в тяговых расчетах и расчетах другими методами, в том числе численными на основе интегрирования дифференциального уравнения движения поезда.

Содержание

Введение 3

1 Подготовка характеристик электровоза и тягового двигателя 4

1.1 Общие положения 5

1.2 Пересчет характеристик для заданного напряжения на токоприемнике электровоза 5

2 Подготовка профиля и плана пути 20

2.1 Спрямление профиля пути и проверка возможности спрямления 20

2.2 Расчет фиктивных подъёмов от кривых 20

2.3 Расчет приведенных элементов профиля пути 21

3 Выбор расчётного подъёма, определение массы и длины поезда 23

3.1 Выбор расчетного подъёма, определение расчётных силы тяги и скорости движения электровоза 23

3.2 Определение удельного основного сопротивления движению электровоза и состава при расчётной скорости 23

3.3 Расчёт массы состава вагонов и проверка её на трогание 23

3.4 Определение количества вагонов и длины поезда, проверка по длине приёмоотправочных путей станции 24

4 Расчёт удельных ускоряющих и замедляющих сил поезда, решение тормозной задачи 26

4.1 Определение удельного основного сопротивления движению электровоза, состава вагонов и поезда при разных скоростях и режимах движения 26

4.2 Расчет удельных ускоряющих сил поезда в режиме тяги 26

4.3 Расчет удельных замедляющих сил поезда в режиме выбега и пневматического торможения 29

4.4 Расчет удельных замедляющих сил поезда в режиме электрического торможения 32

4.5 Решение тормозной задачи 36

5 Построение кривых движения поезда 38

5.1 Построение спрямленного и приведенного профиля пути участка. 38

5.2 Построение кривых скорости и времени движения поезда 38

5.3 Построение кривых тока электровоза и тягового двигателя 39

6 Проверка нагревания тяговых электродвигателей 40

7 Расчет расхода электроэнергии на тягу 43

7.1 Расчет потребления и возврата электроэнергии тяговыми двигателями электровоза 43

7.2.Расчет расхода электроэнергии на собственные нужды 48

7.3 Расчет общего расхода электроэнергии поездом и анализ полученных результатов. 48

8 Определение относительных и средних параметров движения поезда и тягово-энергетических показателей электровоза 50

9 Тяговый расчет на ЭВМ 56

10 Сравнение и анализ различных вариантов тягового расчета 57

Заключение 58

Библиографический список 59

Введение

Дисциплина «Теория электрической тяги» рассматривает вопросы, связанные с теорией механического движения поезда, рационального использования локомотивов и экономичного расходования электрической энергии, в частности.

Важную часть дисциплины составляют тяговые расчеты, основной задачей которых является определение для заданных участка «Световская-Урываево» и типа ЭПС: массы поезда, допустимых скоростей его движения, и других тягово-энергетических показателей ЭПС с учетом возможно полного использования мощности ЭПС, потенциальной и кинетический энергии поезда.

Результаты тяговых расчетов могут быть использованы для составления графика движения и расписания движения поездов и решения других практических задач.

Данный курсовой проект является неотъемлемой частью данной дисциплины, содержит основные части тягового расчета для реальных перегонов, что будет рассмотрено ниже.

1 Подготовка характеристик электровоза и тягового двигателя

1.1 Общие положения

Для тягового расчета необходимо иметь тяговые F_к(V) и тормозные В_к(V) характеристики электровоза, токовые характеристики электровоза I_э(V) и тягового двигателя I_д(V) в режимах тяги и электрического торможения, тепловые характеристики двигателя τ_∞(Iд).

1.2 Пересчет характеристик для заданного напряжения на токоприемнике электровоза

При изменении напряжения на токоприемнике меняется скорость движения электровоза. Характеристики электровоза и ТД для номинального напряжения в контактной сети приведены в [2]. При напряжении, отличающемся от номинального, и неизменной силе тяги (торможения) и токе электровоза и ТД скорость движения найдем по приближенной формуле:

(1.1)

где V, V_н – скорости движения при заданном и номинальном напряжении в сети, км/ч;

U_Э, U_ЭН – заданный и номинальный уровень напряжения на токоприемнике электровоза, В.

Так как единицей измерения силы является кгс, то для перевода в кН необходимо умножать значения на следующий коэффициент (9,81/1000).

Произведем перерасчет тяговых характеристик электровоза.

При U=3000В V=10 км/ч; Fк=50800 кгс.

F_к=50800(9,81/1000)= 498,34 кН

При U=3300В V=11 км/ч; F_к=498,34 кН.

Для остальных значений расчет произведем аналогично, результаты снесем в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Тяговые характеристики электровоза при повышенном напряжении в контактной сети

V	С					СП					П
	ПП	ОП1	ОП2	ОП3	ОП4	ПП	ОП1	ОП2	ОП3	ОП4	ПП	ОП1	ОП2	ОП3	ОП4
Км/ч	кН					кН					кН
11	498,348
12,1	364,932	476,766
13,75	238,383	323,73	413,982	558,189
15,4	167,751	237,402	317,844	400,248	490,5
16,5	149,112	193,257	264,87	346,293	428,697
19,25	109,872	141,264	192,276	263,889	321,768
22	82,404	105,948	145,188	196,2	241,326
24,2	63,765	86,328	117,72	156,96	196,2	497,367
27,5						318,825	443,412	587,619
30,25						241,326	321,768	441,45	518,949
33						180,504	234,459	321,768	422,811	498,348
38,5						119,682	154,017	213,858	270,756	322,749
44						84,366	107,91	153,036	199,143	249,174
49,5						63,765	83,385	117,72	156,96	196,2	529,74
55											354,141	447,336	588,6
60,5											251,136	323,73	419,868	513,063
66											184,428	248,193	314,901	393,381	463,032
71,5											146,169	198,162	257,022	316,863	365,913
77											118,701	163,827	215,82	263,889	303,129
82,5											100,062	140,283	182,466	226,611	259,965
88											86,328	118,701	156,96	196,2	227,592
99											68,67	88,29	114,777	147,15	176,58
110											58,86	74,556	89,271	109,872	134,397

Так как на характеристику ограничения по сцеплению напряжение на токоприемнике не влияет, то пересчет производить не надо. Ограничение по сцеплению приведено в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Ограничение по сцепления

V, км/ч км/ч	0	5	10	15	20	30	40	45,8	49,5	53	56	59,5
Fk, кН кН	587,03	511,93	492,07	480,11	470,78	455,15	441,19	433,45	428,59	424,05	420,18	408,72
Fk р., кН кН	667,1	548,4	519,9	504,2	491,5	474,8	459,1	454,2	-	-	-	-

Произведем пересчет для ограничения по ослаблению поля, результаты снесем в таблице 1.3.

Таблица 1.3 – Ограничение по ослаблению поля

V, км/ч	61,6	66	71,5	77	82,5	88	99
Fk, кН	477,7	393,4	316,9	263,9	226,6	196,2	147,2

По данным таблиц 1.1, 1.2 и 1.3 построим тяговые характеристики электровоза на рисунке 1.1.

V

Fк

Км/ч

кН

Рисунок 1.1 – Тяговые характеристики электровоза

Произведем перерасчет токовых характеристик электровоза в режиме тяги по формуле 1.1.

Результаты сведем в таблицы 1.4, 1.5 и 1.6. По данным этих таблиц построим токовые характеристики электровоза в режиме тяги на рисунке 1.2.

Таблица 1.4 – Токовые характеристики электровоза при повышенном напряжении в контактной сет

Ток
Соед.	С					СП					П
Км/ч	Ампер					Ампер					Ампер
V	ПП	ОП1	ОП2	ОП3	ОП4	ПП	ОП1	ОП2	ОП3	ОП4	ПП	ОП1	ОП2	ОП3	ОП4
10	610	660
12			700
13				700
15	270	360	460	550	700
20					460
22	140	200	270	340	410	1400
23							1400
26								1400
29									1400
30						540	700	960	1240
31										1400
35										1120
45						300	400	550	700	820
46											2300	2590
48											2100
51												2170	2890
55													2410	2940
58														2580	3050
70											840	1140	1500	1840	2120
100											560	760	990	1190	1400

Таблица 1.5 – Ограничение по сцеплению

V, км/ч	0	5	10	10	15	21,5	21,5	30	40	45,8	49,5	53	56
Iэ, А	735	670	635	1270	1244	1216	2432	2380	2320	2300	2400	2580	2740

Таблица 1.6 – Ограничение по ослаблению поля

V, км/ч	56	60	65	70	80	90	100
Iэ, А	2740	2420	2090	1870	1575	1360	1210

V

Iэ

Рисунок 1.2 – Токовые характеристики электровоза в режиме тяги

Токовые характеристики ТД в режиме тяги рассчитаем на основе токовых характеристик электровоза, учитывая соответствующее количество параллельных ветвей ТД.

Токовые характеристики ТД в режиме тяги приведены в таблице 1.7, 1.8 и 1.9.

Ток
Соед.	С					СП					П
Км/ч	Ампер					Ампер					Ампер
V	ПП	ОП1	ОП2	ОП3	ОП4	ПП	ОП1	ОП2	ОП3	ОП4	ПП	ОП1	ОП2	ОП3	ОП4
10	610	660
12			700
13				700
15	270	360	460	550	700
20					460
22	140	200	270	340	410	700
23							700
26								700
29									700
30						270	350	480	620
31										700
35										560
45						150	200	275	350	410
46											575	647,5
48											525
51												542,5	722,5
55													602,5	735
58														645	762,5
70											210	285	375	460	530
100											140	190	247,5	297,5	350

Таблица 1.7 – Токовые характеристики тягового двигателя в режиме тяги

Таблица 1.8 – Ограничение по сцеплению

V, км/ч	0	5	10	10	15	21,5	21,5	30	40	45,8	49,5	53	56
Iд, А	735	670	635	635	622	608	608	595	580	575	600	645	685

Таблица 2.12 – Ограничение по ослаблению поля

V, км/ч	56	60	65	70	80	90	100
Iд, А	685	605	522,5	467,5	393,75	340	302,5

П о данным этих таблиц построим токовые характеристики ТД в режиме тяги на рисунке 1.3.

П

Рисунок 1.3 – Токовые характеристики тягового двигателя ТЛ-2К1

Пересчет тормозных характеристик электровоза производить не будем, так как соответствующие характеристики приведены для U=3000В.

Тормозные характеристики электровоза приведены в таблицах 1.9, 1.10, 1.11. По данным этих таблиц построим тормозные характеристики электровоза на рисунке 1.4.

Таблица 1.9– Ограничение по сцепления

С	V, км/ч	17,82	18,37	19,25	20,35	21,45	23,1	26,95
	В, кН	399,267	398,286	397,305	396,324	394,362	393,381	387,495
СП	V, км/ч	33,88	34,43	35,2	36,08	38,06	40,7	44,88	55
	В, кН	379,647	378,666	378,666	376,704	374,742	372,78	367,875	355,122
П	V, км/ч	64,9	66,88	68,42	69,63	72,6	75,57	80,08	85,91	99
	В, кН	348,255	344,331	343,35	341,388	340,407	336,483	333,54	327,654	315,882

Таблица 1.10 – Тормозные характеристики

	C									СП									П
v	15	13	11	9	7	5	3	1	v	15	13	11	9	7	5	3	1	v	15	13	11	9	7	5	3	1
13	0								27	0								55	0
14		0							28		0							58	294,3
15	196,2		0	0					29			0						59	377		0
16									30		346,24	98,1	0					60		0		0
17	444,393	294,3			0				31		412,02							61		294,3
18			294,3	196,2					32	360,7				0				62		375
19			435			0			33	411								64					0
20		436,5			173,1				35						0			65			294,3
26				424					36			405						67			372
28							0		40				366,4					69						0
30						138,5			44				392,4					70				294,3
34					294,3				46							0		76				360
35									50					282,76				78							0
40						150,04	37,5		60								0	80					244,4
41								0	65					294,3				90					315	204,9	80,8
45								8,7	70						187,5	72,1	17,3	94								0
50							46,2	14,4	72						190,4			99								20,2
									73							80,8	23,1	100						225,05	118,3	28,9

Таблица 1.11 – Ограничение по Iд/Iв

При С	V, км/ч	30,7	31,9	34,1	37,3	41	51,4
	В, кН	413,56	360,64	272,44	204,82	145,04	87,22
При СП	V, км/ч	54	59	65,2	66,7	73,4
	В, кН	382,2	344,96	292,04	231,28	176,4
При П	V, км/ч	87,8	90	94,4	100
	В, кН	345,94	315,56	265,58	219,52

V

B

Рисунок 1.4 – Тормозные характеристики

Токовые характеристики ТД и электровоза в режиме рекуперации приведены соответственно в таблицах 1.12, 1.13, 1.14 и таблицах. 1.15, 1.16, 1.17.

По данным таблицы. 1.12, 1.13, 1.14 построены токовые характеристики ТД в режиме рекуперативного торможения рисунке. 1.5, а по данным таблицы. 1.15, 1.16, 1.17 построены токовые характеристики электровоза в режиме рекуперативного торможения рисунке 1.6.

Таблица 1.12 – Токовые характеристики в режиме рекуперативного торможения тягового электродвигателя

	C								СП									П
V	15	13	11	9	7	5	3	1	V	15	13	11	9	7	5	3	1	V	15	13	11	9	7	5	3	1
13	0								27	0								55	0
14		0	0						28		0							57		0
15				0					29			0						58	300		0
16	400	400			0				30	300	300		0					59	446,2
17	551,3								31	453,9		300						60		300
19		566,7				0			32					0				61				0
20			543,6	543,6	251,3				34		471,8		300					63		461,5	300		0
21			600	600					35			505,1						66			479,5
27							0		36						0			68						0
30						294,9			40					348,7				70				410,3
34					618				43				597,4					74				507,7
40							110,3	0	46							0		77							0
41						453,9			60						394,9	135,9	0	80					438,5	230,8
46								28,2	64					666				90					541,02		148,7
51							176,9	56,4	65								28,2	93								0
									73						487,2	200	35,9	97								41,1
																		100						410,3	218	53,9

Таблица 1.13 – Ограничение по сцеплению

При С	v	16,7	17,4	18,5	19,6	20,8	22,7	27,1
		552	560	573	585	598	620	675
При СП	v	31	31,8	32,7	33,5	35,8	38,8	43,1	54
		456	466	475	486	512	548	593	722
При П	v	59,2	60,8	62,5	64,2	67,1	70,6	75,8	81,6	87,8
		445	452	460	467	478	489	510	544	573

Таблица 1.14 – Ограничение по Iд/Iв

При С	v	30,7	31,9	34,1	37,3	41	51,4
		718	698	615	525	455	336
При СП	v	54	59	65,5	66,7	73,4
		722	722	645	579	488
При П	v	87,8	90	94,4	100
		573	542	481	426

Рисунок 1.5 – Токовые характеристики в режиме рекуперативного торможения тягового электродвигателя

Таблица 1.15 – Токовые характеристики ВЛ10у в режиме рекуперации

	С								СП									П
V	15	13	11	9	7	5	3	1	V	15	13	11	9	7	5	3	1	V	15	13	11	9	7	5	3	1
13	0								27	0								55	0
14		0	0						28		0							57		0
15				0					29			0						58	1200		0
16	400	400			0				30	600	600		0					59	1784,8
17	551,3								31	907,8		600						60		1200
19		566,7				0			32					0				61				0
20			543,6	543,6	251,3				34		943,6		600					63		1846	1200		0
21			600	600					35			1010,2						66			1918
27							0		36						0			68						0
30						294,9			40					697,4				70				1641,2
34					618				43				1194,8					74				2030,8
40							110,3	0	46							0		77							0
41						453,9			60						789,8	271,8	0	80					1754	923,2
46								28,2	64					1332				90					2164,08		594,8
51							176,9	56,4	65								56,4	93								0
									73						974,4	400	71,8	97								164,4
																		100						1641,2	872	215,6

Таблица 1.16 – Ограничение по сцеплению

При С	v	16,7	17,4	18,5	19,6	20,8	22,7	27,1
		552	560	573	585	598	620	675
При СП	v	31	31,8	32,7	33,5	35,8	38,8	43,1	54
		912	932	950	972	1024	1096	1186	1444
При П	v	59,2	60,8	62,5	64,2	67,1	70,6	75,8	81,6	87,8
		1780	1808	1840	1868	1912	1956	2040	2176	2292

Таблица 1.17 – Ограничение по Iд/Iв

При С	v	30,7	31,9	34,1	37,3	41	51,4
		718	698	615	525	455	336
При СП	v	54	59	65,5	66,7	73,4
		1444	1444	1290	1158	976
При П	v	87,8	90	94,4	100
		2292	2168	1924	1704

Рисунок 1.6 - Токовые характеристики электровоза ВЛ10у в режиме рекуперативного торможения

Тепловые характеристики ТД перенесем в таблицу 1.18 и построим график тепловой характеристики ТД на рисунке 1.7.

Таблица 1.18 – Тепловые характеристики тягового двигателя ВЛ10у

Iд, А	100	200	300	400	500	600	700
τ∞, 0С	16,2	36,2	60	90	138,7	222,5	355

A

Рисунок 1.7 – Тепловые характеристики тягового электродвигателя ТЛ-2К1