МОГИЛА_УП

иначе. Значения коэффициентов kв в этих расчетах принимаются по специальным номограммам, приведенным в приложении ПТР для различных значений плотности воздуха , определяемой по формуле

Hбар

0,35 tн.в 273 ,

где Hбар – атмосферное давление, гПа (1 мм рт. ст. = 1,33 гПа); tнв –

температура наружного воздуха, С.

Номограммы в ПТР построены для значений плотности воздуха от

1,0 до 1,6 кг/м3 [8].

Обращают внимание весьма значительные воздействия сильного ветра на величину сопротивления движению поездов. Так, при скорости движения поезда 20 км/ч, плотности воздуха 1,2 кг/м3 и скорости ветра от 14 до 30 м/с, основное удельное сопротивление (с учетом ветра) возрастает в 1,5–3,0 раза, а при скорости поезда 60 км/ч – в 1,3–2,4 раза.

Такой прирост сопротивления при сильном ветре требует оперативной корректировки как массы поездов, так и времени их хода. При этом время хода увеличивается в большей степени, чем сокращается масса поезда. Степень снижения нормы массы для разных погодных условий определяется величинами kв и kнт , вводимыми к основному удельному

ми расчетами для скорректированной нормы массы. Если значение участковой нормы, скорректированной на погодные условия массы, окажется больше, чем унифицированная норма массы, то корректировке подлежит только ходовая скорость.

Условия трогания с места и разгона поездов после их остановки на раздельных пунктах, а также на трудных подъемах или непосредственно перед ними значительно отличаются от условий движения поезда с равномерной скоростью по расчетному подъему. Если на расчетный подъем поезд входит с определенным запасом кинетической энергии, а сила тяги локомотива затрачивается только на преодоление сил основного сопротивления и приведенного подъема, то при трогании с места и разгоне на трудном подъеме локомотив, кроме названных двух сил, должен преодолеть дополнительное сопротивление троганию с места и дополнительное сопротивление, связанное с увеличением кинетической энергии (сопротивление инерционных сил поступательного движения). Сила тяги локомотива в таких случаях также отличается от величины, принятой для расчетной скорости.

Под трудными подъемами здесь понимаются подъемы, близкие по величине к расчетному, расположенные непосредственно за выходными стрелками станций.

121

Особенно сложные условия трогания поезда с места и его разгона до расчетной скорости возникают в тех случаях, когда приемоотправочные пути раздельных пунктов расположены на уклонах достаточно большой крутизны, а за пределами станции сразу начинается трудный (или расчетный) подъем. Так, согласно СНиП Ц-01-95 «Нормы проектирования и строительства станций», наибольший уклон станций, разъездов и обгонных пунктов в трудных топографических условиях может достигать 10 ‰. Такие случаи характерны для железнодорожных линий, построенных в гористой местности, и в частности для дорог Восточной Сибири, Забайкалья и Дальнего Востока.

В связи с изложенным в ПТР рекомендуется производить проверку массы поезда, выбранной для расчетного подъема, по двум условиям:

трогания поезда с места на трудном подъеме; увеличения скорости на трудном подъеме (разгон).

Проверка массы состава по условиям трогания поезда с места на раздельных пунктах и на трудных подъемах перегонов выполняется по формуле

где Q – масса поезда, рассчитанная по условию движения с равномерной скоростью на расчетном подъеме; Qтр – масса поезда, которая мо-

жет быть реализована по условию трогания с места; Fктр – сила тяги ло-

комотива при трогании с места (для различных типов локомотивов см. в табл. 2 и 3 приложения); тр – удельное сопротивление троганию с мес-

та (определяется по формуле (4.29)); iтр – приведенный уклон пути под

трогающимся с места поездом; Мл – масса локомотива; g – ускорение

свободного падения.

Проводить проверку расчетной массы по условию трогания с места на технических станциях нет необходимости, так как уклон станционных путей на них всегда значительно меньше величин расчетных подъемов, а сила тяги локомотивов при трогании на 30–50 % больше, чем при расчетной скорости. Разность же величин удельного сопротивления троганию с места и основного удельного сопротивления движению составляет всего около 20 % и перекрывается избытком силы тяги локомотива.

Если проверка расчетной массы на трогание с места на промежу-

точных станциях, разъездах и обгонных пунктах покажет, что Qтр Q

(вероятность чего очень мала), то расчетную массу не следует уменьшать, а в графике движения должен быть предусмотрен безостановочный пропуск таких поездов через раздельный пункт.

122

Не следует корректировать расчетную массу и в случаях, когда при ее проверке на трогание с места на трудном подъеме перегона окажется, что сила тяги локомотива для этого недостаточна. Так как случаи остановок поездов на таких подъемах относительно редки, то их последствия устраняются в оперативном порядке в соответствии с требованиями Инструкции по движению поездов на железных дорогах Российской Федерации.

Следовательно, какими бы ни были результаты проверки расчетной массы поезда на трогание с места, они не оказывают влияния на норму массы поезда для графика движения, но должны быть известны диспетчерскому аппарату центров управления перевозками для принятия оперативных решений непосредственно в процессе эксплуатационной работы.

Согласно ПТР [8] и справочнику по тяговым расчетам [12] производится также проверка расчетной массы поезда по условию увеличения

скорости (т. е. его разгона) на трудном подъеме для электричес-

кой тяги по формуле

где Fкраз – касательная сила тяги электровоза при разгоне поезда после остановки на раздельных пунктах, за которыми расположены трудные

да – от момента трогания до момента достижения расчетной скорости – для заданного типа локомотива, т. е. до момента выхода силы тяги на автоматическую характеристику тяги двигателей, нанесенную жирной линией.

Согласно ПТР сила тяги для электровозов Fкраз в таких случаях при-

нимается по штриховым линиям, нанесенным на тяговые характеристики локомотивов, ниже ограничения силы тяги по сцеплению или по току

(см. рис. 4.4, а).

Если в результате проверки окажется, что Qраз Q , то возможны три

варианта принятия решения:

организация пропуска поездов через раздельный пункт без остановки, при этом расчетная норма массы не корректируется;

организация подталкивания поездов на трудном подъеме без изменения расчетной массы поезда. Использование трехсекционных локомотивов вместо двухсекционных,а также другие меры повышения силы тяги;

ограничение расчетной нормы массы до величины Qраз (как исключительная мера).

123

Выбор одного из этих вариантов производится в процессе установления унифицированных норм массы для графика движения на основе тонно-километровой диаграммы.

Для тепловозов такая проверка не производится, так как отношение силы тяги при трогании с места при расчетной скорости у тепловозов больше, чем у электровозов. Тепловозы имеют больший запас удельной силы тяги для разгона до расчетной скорости чем электровозы. К тому же скорость разгона (а она должна быть не менее расчетной) у тепловозов примерно в два раза ниже, чем у электровозов, что обеспечивает короткие дистанции разгона (в основном в пределах длины станционных площадок).

Следует отметить, что методика проверки массы по условию увеличения скорости на трудном подъеме по формуле (5.9), рекомендуемая ПТР, имеет ряд существенных недостатков, которые в конечном итоге могут привести к принятию неправильного решения. К таким недостаткам можно отнести следующие:

ПТР не приводят четкого разграничения понятий трудный и нетрудный подъем, что не позволяет исполнителю принимать решение в каких случаях следует пользоваться «жирной» характеристикой силы тяги по сцеплению при разгоне поезда, а при каких подъемах переходить к использованию характеристик, нанесенных пунктирными линиями;

формулой не учитывается длина трудного подъема; не принимается во внимание возможное наличие кривых малого

радиуса, их длина и расположение на таких подъемах, которые снижают силу тяги по сцеплению колес локомотива с рельсами;

упускается из виду появление в таких случаях довольно значительной величины сопротивления, связанного с увеличением кинетической энергии поезда. Это инерционные силы, противодействующие ускорению поступательного движения поезда и ускорению вращения колесных пар. Удельная величина этого сопротивления может достигать численных значений трудного (или расчетного) подъема, на котором происходит разгон поезда;

не принимается во внимание максимально допустимое время разгона поезда на подъеме из условий обеспечения необходимого уровня пропускной способности и ограничения времени работы тяговых двигателей с максимальными токами.

Расчетная масса поезда может быть ограничена также предельно допустимыми нормами нагрева генераторов тепловозов и тяговых двигателей как тепловозов, так и электровозов.

124

Как генератор, так и тяговые двигатели локомотивов в процессе работы нагреваются за счет электрических потерь. Чем больше мощность, выдаваемая генератором или потребляемая тяговыми двигателями, и чем продолжительнее время их работы, тем больше будет температура роторов и статоров этих электрических машин. Высокие температуры нагрева разрушают изоляцию электрических машин и выводят их из строя. В настоящее время для эксплуатирующихся электрических машин локомотивов используются три класса изоляции: В, Е, Н, которые допускают для класса изоляции В нагревание обмоток якоря до 120 и обмоток полюсов до 130 С; для класса изоляции Е – соответственно 140 и 145 С и для изоляции класса Н – 160 и 180 С.

В особо напряженных условиях с большими токами генераторы и двигатели локомотивов работают в период разгона поездов, а также на трудных элементах профиля, когда скорость движения приближается к расчетной или равна ей. Чем больше масса поезда, сложнее профиль пути и продолжительнее время работы локомотива на трудных подъемах участка, тем больше вероятность нагрева генераторов и тяговых двигателей до температуры, превышающей предельную норму. В целях предупреждения возможных случаев выхода из строя названных электрических машин локомотивов правилами тяговых расчетов предусматривается проверка расчетной массы поезда по условиям их нагрева.

Методика проверки изложена в ПТР [8], справочнике [12], учебнике [9] и др. Программой тяговых расчетов «Искра» предусматривается проверка электродвигателей локомотива по условиям нагрева. Наряду с кривой скорости движения поезда вычерчивается кривая температуры двигателей. Она позволяет наглядно проследить изменение температуры в зависимости от скорости и времени движения. Конечной целью расчета является определение максимального значения температуры обмоток электрических машин. При этом следует иметь в виду, что определяется не абсолютное значение температуры, а ее превышение над температурой наружного воздуха. Расчеты выполняются для летнего и зимнего периодов года.

Если расчетные значения температуры электрических машин превышают установленные нормы для соответствующего класса изоляции, то проводятся опытные поездки в целях экспериментальной проверки расчетных данных. В случае подтверждения факта превышения норматива температур предпринимаются прежде всего организационно-тех- нические меры, направленные на исключение возможности перегрева. Задачей таких мероприятий является сокращение времени или величины тока при следовании поезда по элементам профиля, на которых температура электрических машин поднимается выше допустимой.

К таким элементам относятся участки профиля достаточно большой протяженности, на которых полное сопротивление движению достигает наибольших значений. Это, как правило, затяжные подъемы большой

125

протяженности со значениями, близкими к расчетному; подъемы с уклонами, большими, чем расчетный, но короче последних, а также участки разгона поездов с раздельных пунктов, за которыми следуют трудные подъемы. Сокращение времени следования поезда в таких местах может быть достигнуто за счет повышения максимальных уровней скоростей на спусках, расположенных непосредственно перед трудными подъемами. В этих случаях за счет дополнительной кинетической энергии повысится скорость проследования поездом трудного подъема, а время хода соответственно сократится.

Одним из способов уменьшения токовых нагрузок является переход на более низкие ступени ослабления возбуждения, например, для электровоза ВЛ80с (см. рис. 4.4, а) с ОП2 на ОП1, хотя это приводит к некоторому увеличению времени хода.

Если трудный подъем находится за выходными стрелками промежуточной станции, обгонного пункта или разъезда, то предупредить возможность нагрева электрических машин (не снижая нормы массы поезда) можно за счет пропуска поездов рассматриваемого направления через раздельные пункты без остановки, что должно быть предусмотрено нормативным графиком движения.

В тех случаях, когда такие подъемы находятся за выходными стрелками технических станций, целесообразно организовать подталкивание отправляющихся полновесных поездов. (Полносоставные поезда в подталкивании не нуждаются, так как их масса, как правило, значительно ниже расчетной). Поскольку расстояние подталкивания здесь ограничивается всего одним–двумя километрами за пределами станции до выхода поезда на расчетную скорость, то для этих целей может быть использован маневровый локомотив станции.

Меры, направленные на снижение сопротивления движению поезда за счет смягчения кривых, улучшения текущего содержания или усиления мощности верхнего строения пути на трудных подъемах, в ряде случаев могут решить проблему нагрева генераторов и тяговых двигателей локомотивов.

Пониженное напряжение в контактной сети является одной из причин нагрева электрических машин локомотивов на трудных подъемах. Поэтому в таких случаях задача решается с помощью комплекса мер по стабилизации напряжения в сети на уровне не ниже номинального.

Неудовлетворительное состояние эксплуатируемого локомотивного парка и, как следствие, значительные отклонения фактических тяговоэнергетических параметров локомотивов от паспортных данных также может являться одной из причин, вызывающих сверхнормативный нагрев.

Мерами устранения таких причин являются повышение квалификации технического и управленческого персонала локомотивных депо, совершенствование техники, технологии ремонта и технического обслужи-

126

вания локомотивов, широкое использование современной контрольноизмерительной и диагностической аппаратуры.

Таким образом, возможность перегрева электрических машин должна предупреждаться комплексом организационно-технических мероприятий, и только в крайнем случае проблема может быть устранена уменьшением расчетной массы поезда. Это касается прежде всего тех участков, которые оказывают решающее влияние на выбор унифицированной нормы массы поезда для железнодорожного направления.

Вслучаях, когда применяются мощные 12-осные электровозы ВЛ15 и ВЛ85, трехсекционные локомотивы или кратная тяга, расчетная масса поезда может ограничиваться максимально допустимыми силами в автосцепке на разрыв, а при подталкивании – максимальными силами сжатия. Используемая на современном подвижном составе российских железных дорог автосцепка типа СА-3 проектировалась еще в 1932 г. под паровую тягу. Паровозы того времени развивали максимальную силу на сцепке до 25–27 тс. Перевод всего подвижного состава с винтовой упряжи на автосцепку начался в 1935 и завершился только в 1957 гг.

Смомента создания и до сегодняшнего дня автосцепка совершенствовалась, однако значительных изменений в ее конструктивных характеристиках не произошло. В то же время в связи с переходом на тепловозную и электрическую тягу, а также удлинением станционных путей, масса грузовых поездов возросла в несколько раз и соответственно увеличились силы в автосцепке, которые в ряде случаев могут превышать допустимые по условию ее разрыва.

Вцелях предупреждения разрыва поездов ПТР устанавливают, что при трогании поезда с места максимальное допустимое продольное усилие на автосцепке не должно превышать 95 тс (932 кН), а при разгоне и движении по труднейшему подъему это усилие ограничивается величиной 130 тс (1277 кН). Так как определенная доля силы тяги затрачивается на преодоление сопротивления движению самого локомотива и не передается на автосцепку головного вагона, то наибольшая суммарная сила тяги локомотивов, кН, находящихся в голове поезда, при его трогании и увеличении скорости до 10 км/ч ограничивается величиной

при разгоне и движении по труднейшим подъемам – величиной

Таким образом, при проверке расчетной массы поезда по условиям трогания с места, разгона и следования по труднейшим подъемам в случаях, когда в голове поездов находятся мощные 12-осные электрово-

127

зы, трехсекционные локомотивы или используется кратная тяга, расчетная сила тяги, определенная по тяговым характеристикам локомотивов, в ряде случаев может быть ограничена величинами, рассчитанными по формулам (5.10) и (5.11).

В целях обеспечения устойчивости вагонов в поезде от выжимания продольными силами при подталкивании или при электрическом торможении локомотивами, находящимися в голове поезда, наибольшие значения сил тяги подталкивающих локомотивов и сил электрического торможения определяются исходя из максимально допустимых продольных сжимающих сил. Они зависят от количества, типа и степени загрузки вагонов, находящихся в поезде, с учетом сопротивления движению локомотивов.

Если в составе имеются четырехосные вагоны, то допустимая продольная сила при нагрузке на ось вагона q'0 ≤ 12 т составляет 50 тс или

490 Н, а при q'0 > 12 т – 100 тс или 980 кН. Для шести- и восьмиосных вагонов эти силы принимаются равными соответственно 980 и 2452 кН. При этом расчетная нагрузка на ось вагона q'0 устанавливается для наименее загруженного вагона, находящегося в составе поезда.

5.3.Выбор альтернативных вариантов унифицированных норм массы поездов

На каждом отдельно взятом железнодорожном участке участковые нормы массы и длины грузовых поездов обеспечивают наилучшее в технико-экономическом отношении использование мощности локомотивов и длины станционных путей, так как определяют наименьшие размеры движения.

Однако использование участковых норм массы в практической эксплуатационной работе железнодорожных направлений и целых полигонов сети дорог в значительной мере усложнило бы работу технических станций в связи с необходимостью увеличения или уменьшения (перелома) массы и длины поездов на каждой из них.

Главными причинами этого являются различия в конструктивных параметрах участков, разное их техническое оснащение и условия организации перевозочного процесса. Основными факторами, определяющими перечень станций и объем работы, связанный с переломом массы поездов, являются:

длина станционных путей на участках; величина расчетного подъема; вид тяги и серия поездного локомотива;

характер грузопотоков, определяемых погонными нагрузками;

128

размещение основных и оборотных депо, пунктов экипировки локомотивов и пунктов смены локомотивных бригад;

размещение пунктов технического обслуживания вагонов; соотношение объемов грузовых и пассажирских перевозок, а также

уровень использования наличной пропускной способности.

Частое изменение массы поездов на технических станциях потребовало бы существенного увеличения расходов на их развитие и техническое оснащение.

Участковая система нормирования массы поездов ограничивает также протяженность участков обращения локомотивов без отцепки от поездов, что в большей степени снижает эффективность использования как самих локомотивов, так и локомотивных бригад, увеличивая соответствующие затраты. Серьезные недостатки участковой системы нормирования массы поездов устраняются использованием унифицированной (единой, стандартной) нормы массы и длины поездов на целых железнодорожных направлениях или полигонах сети дорог.

Унифицированные нормы массы и длины поездов для железнодорожного направления выбираются исходя из длины путей на станциях направления, величины расчетных подъемов на участках с наиболее трудным профилем пути, типов локомотивов, участков их обращения и других параметров направления.

Применение унифицированных норм массы и длины поездов позволяет получить экономию на расходах, связанных с дополнительными простоями вагонов и поездов при перецепке групп вагонов, с содержанием маневровых локомотивов и составительских бригад, а также с техническим переоснащением станций. В то же время такие нормы приводят к некоторому увеличению размеров движения поездов на отдельных участках и связанных с этим денежных средств.

Объясняется это тем, что мощность локомотивов реализуется полностью только на одном участке и только на перегоне с расчетным подъемом, а на других участках и перегонах с легким профилем – недоиспользуется. Поэтому унификация норм массы и длины поездов во многих случаях вызывает необходимость организации подталкивания полновесных поездов на одном или нескольких участках. Это требует дополнительных средств на приобретение и содержание подталкивающих локомотивов и расходов по оплате труда локомотивных бригад и на строительство для них жилья в пунктах подталкивания.

Следовательно, задача выбора оптимальных значений унифицированных норм массы и длины поездов заключается в поиске такого варианта, для которого суммарные приведенные расходы, связанные с перемещением и подталкиванием поездов, были бы минимальны.

Альтернативные варианты унифицированной нормы массы поездов изменяются в пределах от минимальной величины, определяемой

129

силой тяги локомотива на участке с наибольшим расчетным подъемом, до максимальной, определяемой длиной станционных путей и максимальной погонной нагрузкой.

Следует подчеркнуть, что в современных условиях, когда имеется довольно широкая возможность использования на тяговых участках одного типа локомотива, но с разным количеством секций, определяющим фактором в установлении нормы массы поездов становится не сила тяги локомотива и величина расчетного подъема, а длина станцион-

ных путей и погонная нагрузка, характеризующая структуру грузопотоков. Поэтому при выборе границ направления или полигона для установления унифицированных норм массы во многих случаях следует руководствоваться прежде всего информацией о фактической длине станционных приемоотправочных путей, а также структурой грузопотоков на участках. Иначе говоря, длину станционных путей в границах железнодорожного направления или полигона желательно иметь одинаковой, а тип и серия локомотивов на участках направления могут быть разными.

Границы направления или полигона обычно устанавливаются по крупным станциям, железнодорожным узлам, между которыми зарождаются и погашаются мощные вагонопотоки, а также по станциям стыкования разных видов тяги и станциям смены локомотивов.

В целях выбора уровней альтернативных вариантов унифицированных норм массы поездов на железнодорожном направлении строится так называемая тонно-километровая диаграмма по перегонам каждого из участков, входящих в состав направления. Она наглядно показывает, какая масса поезда может быть реализована заданным локомотивом на каждом из участков направления или полигона.

Для ее построения на основе анализа спрямленного профиля для каждого перегона устанавливается величина расчетного подъема. Затем в зависимости от силы тяги локомотива, расчетного подъема и длины путей по формулам (5.3) или (5.5) определяется расчетная масса поезда.

Производится проверка расчетной массы по условиям нагрева электрических машин, пониженных температур наружного воздуха, снижения коэффициента сцепления, трогания с места, разгона и др. Полученные значения массы округляются в соответствии с требованием ПТР до целых 50 т. Далее на миллиметровой бумаге по горизонтальной линии откладывается в удобном для исполнителя масштабе протяженность отдельных перегонов, разграниченных вертикальными линиями (осями станций), между которыми внизу в одной строчке записывается длина перегонов, а в другой – величины расчетных подъемов.

Масса состава, полученная для каждого перегона, откладывается в масштабе по вертикали и ограничивается горизонтальной линией в пределах перегона. На диаграмму наносится также линия, характеризующая ограничение массы поезда длиной станционных путей и наибольшей погонной нагрузкой, т. е. наибольшая реально возможная масса по-

130