Расход электроэнергии на собственные нужды эпс (мотор-вентиляторы, мотор-компрессоры, цепи управления, сигнализации, освещения и отопления) можно определить по формуле, кВт ч:

А_сн=a_снt_д+a_ос t_д, (7.3)

где а_сн – удельный расход электроэнергии на собственные нужды, кВт·ч/мин;

а_ос – удельный расход электроэнергии на освещение, кВт·ч/мин;

t_д –время движения поезда по перегону,мин.

Для электровоза ВЛ10 по [2] а_сн=2,08 кВт·ч/мин.

Определим расход электроэнергии на собственные нужды для первого перегона:

А_сн=2,0833,8/60+0,133,8/60=73,7 кВт.

Данные для других участков посчитаем аналогично и занесем в таблицу. 7.3.

Энергопотребление на собственные нужды можно оценить коэффициентом расхода электроэнергии на собственные нужды:

. (7.4)

7.3 Расчет общего расхода электроэнергии поездом и анализ полученных результатов

Результирующий полный расход электроэнергии на тягу поезда А_э состоит из потребления А_т и возврата А_р энергии тяговыми двигателями электровоза, затрат энергии на собственные нужды электровоза, затрат энергии собственные нужды электровоза и состава вагонов А_с.н и рассчитывается по формуле:

А_э=А_т-А_р+А_с.н. (7.5)

Удельный расход электроэнергии на тягу поезда определяют по формуле, кВт ч/10⁴ (ткм):

(7.6)

где m_с – масса состава вагонов, т;

L – длина участка, км.

Обозначив количество остановок поезда на участке n_о, их влияние на энергетические показатели электрической тяги можно оценить можно оценить средним дополнительным расходом электроэнергии на одну остановку А`₀ и коэффициентом увеличения расхода электроэнергии за счет остановок ₀:

(7.7)

где А_э.о, А_э._б – соответственно результирующий расход электроэнергии при безостановочном движении и с остановками.

Энергетические и другие показатели движения поезда снесем в табл. 7.3.

Таблица 7.3–Энергетические показатели движения поезда

Перегон	ст.Световская-ст.Панкрушиха		ст.Панкрушиха - ст. Урываево		Участок
Вариант	без ост.	с ост.	без ост.	с оста-	без ост.	с ост.
L, км	25,6	25,6	29,7	29,7	55,3	55,3
Т, ч	33,8	36,7	34,4	35,4	68,2	72,1
Vt,км/ч	45,7	41,9	51,8	50,3	48,9	46
Аt,кВт ч	1308,8	1308,8	836,0	1231,6	2193,5	2527,2
Ар,кВт·ч	222,4	222,4	355,1	209,1	577,5	466,3
Ас.н.,кВт·ч	73,7	80,0	75,0	77,2	148,7	157,2
Аэ,кВт·ч	1160,0	1166,4	555,9	1099,7	1764,7	2218,1
aэ,кВт·ч/10тк·м	72,5	72,9	29,9	59,2	51,1	64,2
βр	0,2	0,2	0,4	0,2	0,3	0,2
βс.н.	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
β0	1,0		2,0		1,3
А'о,кВт·ч	6,3		543,8		453,4

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

8.1 Определение продолжительностей режимов и средних скоростей движения поезда

Движение поезда на участке происходит в различных режимах, сочетание которых зависит от профиля пути, скорости движения, массы поезда и т.п. Обозначим суммарные пройденный путь и время движения в режимах: тяги – L_т, Т_т; выбега – L_В, Т_В; пневматического торможения – L_п.т, Т_п.т; электрического торможения – L_р, Т_р. Тогда относительные продолжительности режимов по пути и времени на участке длиной L с временем движения Т характеризуются выражениями:

(8.1)

; ; ; ;

; ; ; ;

Соответственно средние скорости движения по времени в этих режимах и в целом на участке определяются по формулам:

(8.2)

Произведем расчет для перегона:

Для остальных перегонов расчет произведем аналогично, результаты снесем в табл. 8.1.

Таблица 8.1–Показатели режимов безостановочного движения поезда

Перегон	ст.Световская-ст.Панкрушиха	ст.Панкрушиха - ст. Урываево	ст.Световская -
			ст. Урываево
Lт,км	11	15,98	26,98
Lв,км	9,7	8,5	18,2
Lп.т,км	0,2	0,3	0,5
Lр,км	4,63	4,84	9,47
L,км	25,6	29,7	55,3
Tт, мин.	0,27	0,27	0,53
Tв, мин.	0,17	0,17	0,35
Tп.т, мин.	0,01	0,01	0,01
Tр, мин.	0,10	0,13	0,23
T, мин.	0,56	0,57	0,92
αт/τт	0,43	0,54	0,49
αв/τв	0,38	0,29	0,33
αп.т/τп.т	0,01	0,01	0,01
αp/τp	0,18	0,16	0,17
∑α/∑τ	1,00	1,00	1,00
Vtт,км/ч	41,51	60,30	50,91
Vtв,км/ч	56,04	49,04	52,54
Vtп.т,км/ч	40,00	60,00	50,0
Vtр,км/ч	47,90	2,01	2,32
Vt,км/ч	45,44	51,80	60,00

В табл. 8.1 получены следующие результаты: большую долю времени поезд двигался в режиме рекуперативного торможения (51 %), это связано с перевалистым профилем пути. Средняя скорость на участке составила 48,9 км/ч.

8.2 Определение средних значений сил тяги и торможения, тока, мощности и КПД тяговых двигателей электровоза

На каждом j-ом шаге интегрирования, характеризуемым отрезком пути l_j и временем t_j, определим значения касательных сил тяги F_кj и торможения В_кj, тока электровоза I_эj и тягового двигателя I_дj по тяговым, тормозным и токовым характеристикам. Значения механической мощности электровоза в режимах тяги Р_тj на j-ом щаге интегрирования рассчитаем по формулам, кВт:

, . (8.3)

Значения электрической мощности электровоза в режимах тяги Р_э.тj и электрического торможения Р_э.рj на j-ом шаге интегрирования определим по формуле, кВт:

. (8.4)

Средние значения сил тяги F_к.т и торможения В_к.т на участках тяги и электрического торможения можно найти по формулам:

(8.5)

где z_т, z_р – количество шагов интегрирования и режимах тяги и электрического торможения.

Средние значения тока электровоза и тягового двигателя в режимах тяги I_э.т, I_д.т и электрического торможения I_э.р, I_д.р можно определить по формулам:

(8.4)

Средние значения механической и электрической мощности электровоза в режимах Р_т, Р_э.т и электрического торможения Р_р, Р_э.р можно рассчитать пот формулам:

(8.5)

Основным показателем экономичности энергопотребления на тягу является эксплуатационный КПД электровоза в режимах тяги _э.т и рекуперативного торможения _э.р, который без учета расхода энергии на собственные нужды определим по формулам:

(8.6)

Степень использования силы тяги и мощности электровоза в режиме тяги характеризуют соответственно коэффициенты использования силы тяги к_Fт и мощности к_Рт:

(8.7)

где F_к._н, Р_т._н – номинальные касательные сила тяги и полезная мощность электровоза в продолжительном (длительном) режиме тяги, примем по паспортным данным из [2].

F_к=313,92 кН ; V_=51.2 км/ч.

Для первого элемента кривой скорости:

F_к=530 кН; V_ср=5 км/ч; I_Э=600 А;

Р=(5305)/3,6=736,1 кВт;

Р_Э=3,3600=1980 кВт;

.

Для остальных значений расчет произведем аналогично. Результаты снесем в табл. 8.2.

Таблица 8.2 – Средние значения сил тяги и торможения, тока, мощности и КПД тяговых двигателей электровоза

Перегон,	Режим	Vср,	Δl,	Δt,	Fk,	Iд,	Iэ,	P,	Pэ,	КПД	kFт	kрт
участок		км/ч	км	мин	кН	А	А	кВт	кВт
1	Т(огр)	5	0,04	0,48	511	670	670	709,7	2211	0,32	1,60	0,16
2	Т(огр)	15	0,1	0,4	482	622	635	2008,3	2095,5	0,96	1,51	0,44
3	Т(огр)	25	0,22	0,53	480	608	2432	3333,3	8025,6	0,42	1,51	0,74
4	Т(огр)	35	0,38	0,65	470	595	2380	4569,4	7854	0,58	1,48	1,01
5	Т(огр)	45	0,46	0,61	450	575	2300	5625,0	7590	0,74	1,41	1,24
6	Пт2	40	0,2	0,3	0	0	0	0,0	0	0,00	0,00	0,00
7	Т(СП-ОП4)	35	0,21	0,36	420	550	1100	4083,3	3630	0,99	1,32	0,90
8	Т(СП-ОП4)	45	0,3	0,4	250	450	900	3125,0	2970	0,99	0,78	0,69
9	Т(П-ПП)	55	0,45	0,49	354	560	2240	5408,3	7392	0,73	1,11	1,19
10	Т(П-ОП1)	65	0,6	0,55	240	500	2000	4333,3	6600	0,66	0,75	0,96
11	Т(П-ОП2)	75	0,9	0,75	250	450	1800	5208,3	5940	0,88	0,78	1,15
12	Т(П-ОП3)	75	0,78	0,62	310	390	1560	6458,3	5148	0,99	0,97	1,43
13	В	75	1,06	0,84	0	0	0	0,0	0	0,00	0,00	0,00
14	В	75	1,1	0,89	0	0	0	0,0	0	0,00	0,00	0,00
15	В	75	2,1	1,73	0	0	0	0,0	0	0,00	0,00	0,00
16	В	75	0,41	0,35	0	0	0	0,0	0	0,00	0,00	0,00
17	Т(П-ОП1)	75	1,12	0,89	190	495	2360	3958,3	7788	0,51	0,60	0,87
18	Р(П7)	75	1,98	1,61	410	350	1400	8541,7	4620	0,99	1,29	1,88
19	Т(П-ОП4)	75	0,5	0,4	300	475	1900	6250,0	6270	0,99	0,94	1,38
20	Р(П7)	75	0,35	0,29	405	348	1392	8437,5	4593,6	0,99	1,27	1,86
21	Т(П-ОП4)	75	0,5	0,41	290	475	1900	6041,7	6270	0,96	0,91	1,33
22	Т(П-ОП4)	75	0,7	0,56	288	475	1900	6000,0	6270	0,96	0,90	1,32
23	В	75	2,15	1,77	0	0	0	0,0	0	0,00	0,00	0,00

Продолжение таблицы 8.2.

Перегон, участок	Режим	Vср, км/ч	Δl, км	Δt, мин	Fk, кН	Iд, А	Iэ, А	P, кВт	Pэ, кВт	КПД	kFт	kрт
24	В	75	0,8	0,67	0	0	0	0,0	0	0,00	0,00	0,00
25	Т(П-ОП4)	75	1	0,8	292	475	1900	6083,3	6270	0,97	0,92	1,34
26	Р(П7)	75	0,9	0,74	405	348	1392	8437,5	4593,6	0,99	1,27	1,86
27	Т(П-ОП3)	75	0,6	0,5	315	380	1520	6562,5	5016	0,99	0,99	1,45
28	Т(П-ОП4)	75	0,7	0,58	288	475	1900	6000,0	6270	0,96	0,90	1,32
29	Т(П-ОП3)	75	1,4	1,12	320	380	1560	6666,7	5148	0,99	1,00	1,47
30	В	75	0,7	0,58	325	0	0	6770,8	0	0,00	1,02	1,49
31	Р(П7)	75	0,4	0,33	410	340	1380	8541,7	4554	0,99	1,29	1,88
32	В	75	0,8	0,68	255	0	0	5312,5	0	0,00	0,80	1,17
33	В	75	1	0,88	265	0	0	5520,8	0	0,00	0,83	1,22
34	Т(П-ОП4)	75	1,1	0,94	295	475	1900	6145,8	6270	0,98	0,93	1,36
35	Т(П-ОП4)	75	0,47	0,39	292	475	1900	6083,3	6270	0,97	0,92	1,34
36	Т(П-ОП4)	75	0,56	0,46	290	475	1900	6041,7	6270	0,96	0,91	1,33
37	Т(П-ОП4)	75	1,2	0,96	288	475	1900	6000,0	6270	0,96	0,90	1,32
38	В	75	0,6	0,49	0	0	0	0,0	0	0,00	0,00	0,00
39	Р(П7)	75	0,2	0,16	400	340	1392	8333,3	4593,6	0,99	1,26	1,84
40	Р(П7)	75	0,2	0,16	410	340	1392	8541,7	4593,6	0,99	1,29	1,88
41	В	75	0,71	0,6	175	0	0	3645,8	0	0,00	0,55	0,80
42	Т(П-ОП4)	75	0,4	0,33	290	475	1920	6041,7	6336	0,95	0,91	1,33
43	Т(П-ОП4)	75	1,2	0,97	289	475	1900	6020,8	6270	0,96	0,91	1,33
44	Т(П-ОП1)	75	0,2	0,16	288	495	1980	6000,0	6534	0,92	0,90	1,32
45	Р(П7)	75	0,44	0,35	410	340	1392	8541,7	4593,6	0,99	1,29	1,88
46	Р(П7)	75	0,31	0,26	405	340	1392	8437,5	4593,6	0,99	1,27	1,86
47	В	75	0,55	0,46	176	0	0	3666,7	0	0,00	0,55	0,81
48	Т(П-ОП1)	75	1,49	1,19	190	495	1980	3958,3	6534	0,61	0,60	0,87
49	Р(П7)	75	0,69	0,55	395	340	1392	8229,2	4593,6	0,99	1,24	1,82
50	Р(П7)	75	1,42	1,16	405	340	1392	8437,5	4593,6	0,99	1,27	1,86
51	Р(П7)	75	0,5	0,42	410	340	1392	8541,7	4593,6	0,99	1,29	1,88
52	Р(П7)	75	1	0,84	415	340	1392	8645,8	4593,6	0,99	1,30	1,91
53	В	75	0,6	0,51	273	0	0	5687,5	0	0,00	0,86	1,26
54	Т(П-ОП2)	75	0,9	0,76	255	440	1800	5312,5	5940	0,89	0,80	1,17
55	Т(П-ОП2)	75	0,3	0,25	245	440	1800	5104,2	5940	0,86	0,77	1,13
56	Т(П-ОП2)	75	0,5	0,41	235	440	1800	4895,8	5940	0,82	0,74	1,08
57	Т(П-ОП2)	75	0,88	0,7	220	440	1800	4583,3	5940	0,77	0,69	1,01
58	В	75	0,82	0,66	2	0	0	41,7	0	0,00	0,01	0,01
59	В	75	0,5	0,41	241	0	0	5020,8	0	0,00	0,76	1,11
60	В	75	0,6	0,51	0	0	0	0,0	0	0,00	0,00	0,00
61	Т(П-ОП2)	75	1,1	0,93	255	440	1800	5312,5	5940	0,89	0,80	1,17
62	Т(П-ОП2)	75	0,9	0,75	245	440	1800	5104,2	5940	0,86	0,77	1,13
63	Т(П-ОП2)	75	2,21	1,82	235	440	1800	4895,8	5940	0,82	0,74	1,08
64	Т(П-ОП2)	75	0,59	0,47	220	440	1800	4583,3	5940	0,77	0,69	1,01
Окончание таблицы 8.2.
67	Т(П-ОП2)	75	1,1	0,92	245	440	1800	5104,2	5940	0,86	0,77	1,13
68	Т(П-ОП3)	75	0,7	0,56	290	380	1560	6041,7	5148	0,99	0,91	1,33
69	В	75	0,5	0,42	0	0	0	0,0	0	0,00	0,00	0,00
70	В	65	1,55	1,43	0	0	0	0,0	0	0,00	0,00	0,00
71	ПТ1	45	0,2	0,27	0	0	0	0,0	0	0,00	0,00	0,00
72	ПТ2	25	0,02	0,04	0	0	0	0,0	0	0,00	0,00	0,00
67	Т(П-ОП2)	75	1,1	0,92	245	440	1800	5104,2	5940	0,86	0,77	1,13
68	Т(П-ОП3)	75	0,7	0,56	290	380	1560	6041,7	5148	0,99	0,91	1,33

По данным табл. 8.2 можно определить самый высокий КПД на перегоне 20. Он составляет 99%. Это значение обусловлено загрузкой электровоза по мощности выше номинальной (в режиме рекуперации Р(П7)).

9 Тяговый расчет на ЭВМ

Тяговый расчет на ЭВМ осуществляется на основа аналитического решения уравнения движения поезда. Дифференциальное уравнение движения поезда можно получить в двух видах:

(9.1)

где  и ` - коэффициенты учитывающие единицы измерения;

(1+) – коэффициент учитывающий увеличение массы поезда за счет вращающихся частей;

f_д – равнодействующая сил действующих на поезд.

а_д=а_л-и_л-ц_дц_ш-ц_кр (9.3)

Для расчета на ЭВМ необходимы следующие данные:

• начальная и конечная станции участка;

• тип локомотива;

• масса состава;

• количество и состав вагонов;

• максимальная ступень ОП;

• температура окружающей среды;

• начальная температура ТД;

• расчетный тормозной коэффициент;

• тип тормозных колодок.

Расчет будем производить для условия наименьшего времени движения поезда по перегону.

После расчета получены следующие данные (табл. 9.1).

Таблица 9.1– Результаты тягового расчета на ЭВМ

Перегон	Время хода, мин	Расход электроэнергии, кВт·ч	Возврат электроэнергии, кВт·ч
ст.Световская-ст.Панкрушиха	30	1423,2	68,1
ст.Панкрушиха– ст.Урываево	32	1038,6	35,4
ст.Световская– ст.Урываево	62	2461,8	103,5

Максимальная температура перегрева тягового электродвигателя ТЛ-2К1 составила 98 ⁰С на 15 км.

10 Сравнение и анализ различных вариантов тягового расчета

С целью сопоставления и анализа сведем в табл. 10.1 результаты тяговых расчетов, выполненных графическим способом и на ПЭВМ.

Из этих вариантов расчетов видно, что при расчете на ПЭВМ меньше затраты времени на движение. При ручном расчете электрическое торможение применялось более эффективно, чем на ПЭВМ. Анализируя полученные данные можно сделать вывод, что используя рекуперативное торможение можно значительно повысить экономию электроэнергии. При расчете на компьютере средняя скорость выше – 53,4 км/ч, а при ручном – 49 км/ч. Меньше время хода по перегонам и по участку в целом.

Из данных расчетов видно, что программное обеспечение позволяет проехать участок с большей технической скоростью. Но, тем не менее, производимые человеком будут наиболее эффективными, т.к. программа не может учесть все факторы, влияющие на поездную работу (снижение скорости при торможении происходит не плавно, а рывками; неполная база локомотивов и т.д.).

Таблица 10.1 – Основные показатели вариантов тягового расчета при безостановочном движении поезда

Перегон, участок	Вариант расчета	L, км	T, ч	Vt, км/ч	At, кВт·ч	Aр, кВт·ч	Aс.н., кВт·ч	Aэ, кВт·ч	аэ, кВт·ч/ 10⁴ ткм	τmax, 0С
ст.Световская-ст.Панкрушиха	ручной	25,6	0,76	45,7	1308,8	222,4	99,6	1186,0	74,10	68
ст.Панкрушиха– ст.Урываево		34,4	0,57	51,8	1401,8	355,1	75,0	1476,8	29,90	79
Участок		55,3	1,14	48,9	2710,6	577,5	148,7	2662,8	51,1	79
ст.Световская-ст.Панкрушиха	ПЭВМ	25,6	0,5	51,2	1423,2	68,1	65,4	1556,7	97,29	78
ст.Панкрушиха– ст.Урываево		29,7	0,53	56	1038,6	35,4	69,3	1143,3	61,59	82
Учачток		55,3	1,03	53,4	2461,8	103,5	134,7	2700	78,12	82

Заключение

В курсовом проекте произведен тяговый расчет электрифицированного участка переменного тока.

На участке «ст.Световская– ст.Урываево» средняя скорость движения при безостановочном движении составила 49 км/ч, при движении с остановками – 46 км/ч. Расход энергии на тягу электровоза составил при безостановочном движении – 1308,8кВт·ч, при движении с остановками – 1401,8 кВт·ч.

Максимальная температура перегрева обмоток тягового двигателя при разгоне в режиме тяги и токе 445 А составила 78 ⁰С.

Библиографический список

1. Теория электрической тяги. Тяговые расчеты / А. А. Бакланов. Омский гос. ун-т путей сообщения, 2015, 39с.

2. Правила тяговых расчетов для поездной работы. М.: Транспорт, 1985. 287с.

5