3. Выбор серии и числа секции локомотивов для ведения грузового поезда заданного веса
Необходимая величина силы тяги локомотива для ведения грузового поезда заданного веса по расчетному подъему с расчетной равномерной скоростью может быть определена из следующего выражения, Н:
где Q – вес грузового состава поезда, кН;
iр – крутизна расчетного подъема, ‰;
–отношение
веса состава поезда к весу локомотива
(может быть определено
по графику
,
представленному на рисунке1);
–основное
удельное сопротивление движению поезда,
Н/кН:
где
величины
и
определяются
по формулам, приведенным в табл. 4 для
расчетной скорости
км/ч,
Н/кН.
Для начала определим число вагонов каждого типа в поезде по (12) и общий вес грузового состава поезда по (11):
Рисунок 1 - Определение относительного веса состава q по крутизне расчетного подъема iр
Определим длину грузового состава по (13):
Согласно табл. 4 и (20) рассчитаем основное удельное сопротивление движению поезда:
Согласно (19) рассчитаем минимальную силу тяги:
Минимально необходимая для ведения поезда касательная мощность локомотива, кВт:
Минимально необходимая для ведения поезда с расчетной скоростью суммарная (эффективная) мощность секций тепловоза, кВт:
где
– коэффициент использования мощности
дизеля;
Минимально необходимая для ведения поезда суммарная мощность секций электровоза (мощность на валах тяговых двигателей в продолжительном режиме), кВт:
- постоянного тока
- переменного тока
где
–
к.п.д. тяговых электродвигателей
электровозов;
–к.п.д.
тяговой передачи электровозов;
–к.п.д.
выпрямительной установки электровоза
переменного тока;
0,98
–
к.п.д.
тягового трансформатора электровоза
переменного тока
По величине FKmin или NKmin выбираем по [4] три серии локомотивов с соответствующим числом секций и расчетными параметрами не ниже минимально необходимых. Расчетные параметры выбранных серий локомотивов представлены в табл. 7
Таблица 7 - Расчетные параметры сравниваемых серий локомотивов
|
№ п/п |
Основные параметры локомотивов |
Параметры, полученные расчетом |
Серии локомотивов | ||
|
2ВЛ10У |
2ВЛ80С |
3ТЭ10М | |||
|
1. |
Эффективная мощность (мощность продолжительного режима), кВт |
3236 |
7326 |
7552 |
4622 |
|
2. |
Число секций |
- |
4 |
4 |
3 |
|
3. |
Расчетная сила тяги, Н |
- |
1004000 |
1024000 |
759000 |
|
4. |
Расчетная скорость, км/ч |
- |
45,8 |
43,5 |
23,4 |
|
5. |
Конструкционная скорость, км/ч |
- |
100 |
110 |
100 |
|
6. |
Расчетный вес, кН |
2864,5 |
4000 |
3680 |
4140 |
4. Расчет значений равнодействующих сил, действующих на поезд при его движении
Движение поезда складывается из элементов этого процесса, относящихся к трем основным режимам движения: тяги, холостого хода и полного служебного торможения. В исключительных случаях машинист имеет возможность также применить режим экстренного торможения.
В соответствии с уравнением движения поезда, равнодействующая удельных сил r в зависимости от режима ведения поезда по прямому горизонтальному пути определяется следующими уравнениями, Н/кН:
- режим тяги (ускоряющая сила)
- режим холостого хода (замедляющая сила)
- режим полного служебного торможения (замедляющая сила)
- режим экстренного торможения (замедляющая сила)
Расчеты значений равнодействующих удельных сил, действующих на поезд при его движении, проводятся с помощью [4] и представлены в табл. 8–10
Таблица 8 - Расчет значений удельных равнодействующих сил для электровоза 2ВЛ10У
|
№ п/п |
Расчетный параметр |
Размерность |
Скорость, км/ч | |||||
|
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
45,8 | |||
|
1. |
Сила тяги, Fкр 103 |
Н |
1334,2 |
1118,3 |
1063,4 |
1034 |
1002,6 |
984,9 |
|
2. |
Удельная сила тяги, fK |
Н/кН |
21,77 |
18,25 |
17,35 |
16,87 |
16,36 |
16,07 |
|
3. |
Основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме тяги, w’0 |
Н/кН |
1,90 |
2,03 |
2,22 |
2,47 |
2,78 |
2,99 |
|
4. |
Основное удельное сопротивление движению вагонов, w”0 |
Н/кН |
0,94 |
0,98 |
1,04 |
1,13 |
1,24 |
1,31 |
|
5. |
Основное удельное сопротивление движению поезда, w0 |
Н/кН |
1,00 |
1,05 |
1,12 |
1,22 |
1,34 |
1,42 |
|
6. |
Удельная ускоряющая сила (режим тяги), fK-w0 |
Н/кН |
20,77 |
17,20 |
16,23 |
15,65 |
15,02 |
14,65 |
|
7. |
Основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме холостого хода, w’0X |
Н/кН |
2,40 |
2,55 |
2,76 |
3,05 |
3,40 |
3,64 |
|
8. |
Удельная замедляющая сила (режим холостого хода), - w’0X |
Н/кН |
1,03 |
1,07 |
1,15 |
1,24 |
1,37 |
1,46 |
|
9. |
Удельная тормозная сила, bТ |
Н/кН |
89,10 |
65,34 |
53,46 |
46,33 |
41,58 |
39,49 |
|
10. |
Удельная
замедляющая сила (тормозной режим),
|
Н/кН |
45,58 |
33,74 |
27,88 |
24,41 |
22,16 |
21,20 |
|
11. |
Удельная
замедляющая сила (режим экстренного
торможения),
|
Н/кН |
90,13 |
66,41 |
54,61 |
47,58 |
42,95 |
40,95 |
Продолжение таблицы 8
|
№ п/п |
Расчетный параметр |
Размерность |
Скорость, км/ч | ||||||
|
50 |
56 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 | |||
|
1. |
Сила тяги, Fкр 103 |
Н |
973,2 |
953,6 |
786,8 |
527,8 |
392,4 |
294,3 |
219,7 |
|
2. |
Удельная сила тяги, fK |
Н/кН |
15,88 |
15,56 |
12,84 |
8,61 |
6,40 |
4,80 |
3,58 |
|
3. |
Основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме тяги, w’0 |
Н/кН |
3,15 |
3,40 |
3,58 |
4,07 |
4,62 |
5,23 |
5,90 |
|
4. |
Основное удельное сопротивление движению вагонов, w”0 |
Н/кН |
1,37 |
1,45 |
1,52 |
1,69 |
1,89 |
2,11 |
2,35 |
|
5. |
Основное удельное сопротивление движению поезда, w0 |
Н/кН |
1,48 |
1,58 |
1,65 |
1,85 |
2,07 |
2,31 |
2,58 |
|
6. |
Удельная ускоряющая сила (режим тяги), fK-w0 |
Н/кН |
14,40 |
13,98 |
11,18 |
6,76 |
4,34 |
2,49 |
1,00 |
|
7. |
Основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме холостого хода, w’0X |
Н/кН |
3,83 |
4,11 |
4,32 |
4,89 |
5,52 |
6,23 |
7,00 |
|
8. |
Удельная замедляющая сила (режим холостого хода), - w’0X |
Н/кН |
1,51 |
1,63 |
1,69 |
1,89 |
2,11 |
2,36 |
2,63 |
|
9. |
Удельная тормозная сила, bТ |
Н/кН |
38,19 |
36,58 |
35,64 |
33,66 |
32,08 |
30,78 |
29,70 |
|
10. |
Удельная
замедляющая сила (тормозной режим),
|
Н/кН |
20,61 |
19,92 |
19,51 |
18,72 |
18,15 |
17,75 |
17,48 |
|
11. |
Удельная
замедляющая сила (режим экстренного
торможения),
|
Н/кН |
39,70 |
38,21 |
37,33 |
35,55 |
34,18 |
33,14 |
32,33 |
Таблица 9 - Расчет значений удельных равнодействующих сил для электровоза 2ВЛ80С
|
№ п/п |
Расчетный параметр |
Размерность |
Скорость, км/ч | ||||||
|
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
43,5 |
50 | |||
|
1. |
Сила тяги, Fкр 103 |
Н |
1357,7 |
1169,4 |
1098,7 |
1051,6 |
1012,4 |
1005 |
984,9 |
|
2. |
Удельная сила тяги, fK |
Н/кН |
22,27 |
19,18 |
18,02 |
17,25 |
16,60 |
16,48 |
16,15 |
|
3. |
Основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме тяги, w’0 |
Н/кН |
1,90 |
2,03 |
2,22 |
2,47 |
2,78 |
2,90 |
3,15 |
|
4. |
Основное удельное сопротивление движению вагонов, w”0 |
Н/кН |
0,94 |
0,98 |
1,04 |
1,13 |
1,24 |
1,28 |
1,37 |
|
5. |
Основное удельное сопротивление движению поезда, w0 |
Н/кН |
1,00 |
1,04 |
1,11 |
1,21 |
1,33 |
1,38 |
1,47 |
|
6. |
Удельная ускоряющая сила (режим тяги), fK-w0 |
Н/кН |
21,27 |
18,14 |
16,91 |
16,04 |
15,28 |
15,11 |
14,68 |
|
7. |
Основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме холостого хода, w’0X |
Н/кН |
2,40 |
2,55 |
2,76 |
3,05 |
3,40 |
3,54 |
3,83 |
|
8. |
Удельная замедляющая сила (режим холостого хода), - w’0X |
Н/кН |
1,03 |
1,07 |
1,15 |
1,24 |
1,37 |
1,42 |
1,51 |
|
9. |
Удельная тормозная сила, bТ |
Н/кН |
89,10 |
65,34 |
53,46 |
46,33 |
41,58 |
40,27 |
38,19 |
|
10. |
Удельная
замедляющая сила (тормозной режим),
|
Н/кН |
45,58 |
33,74 |
27,88 |
24,41 |
22,16 |
21,55 |
20,61 |
|
11. |
Удельная
замедляющая сила (режим экстренного
торможения),
|
Н/кН |
90,13 |
66,41 |
54,61 |
47,58 |
42,95 |
41,69 |
39,70 |
Продолжение таблицы 9
|
№ п/п |
Расчетный параметр |
Размерность |
Скорость, км/ч | ||||||
|
56,5 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
110 | |||
|
1. |
Сила тяги, Fкр 103 |
Н |
953,5 |
847,6 |
592,5 |
435,6 |
339,4 |
268,8 |
211,9 |
|
2. |
Удельная сила тяги, fK |
Н/кН |
15,64 |
13,90 |
9,72 |
7,14 |
5,57 |
4,41 |
3,48 |
|
3. |
Основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме тяги, w’0 |
Н/кН |
3,42 |
3,58 |
4,07 |
4,62 |
5,23 |
5,90 |
6,63 |
|
4. |
Основное удельное сопротивление движению вагонов, w”0 |
Н/кН |
1,46 |
1,52 |
1,69 |
1,89 |
2,11 |
2,35 |
2,61 |
|
5. |
Основное удельное сопротивление движению поезда, w0 |
Н/кН |
1,58 |
1,64 |
1,84 |
2,05 |
2,30 |
2,56 |
2,85 |
|
6. |
Удельная ускоряющая сила (режим тяги), fK-w0 |
Н/кН |
14,06 |
12,26 |
7,88 |
5,09 |
3,27 |
1,85 |
0,62 |
|
7. |
Основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме холостого хода, w’0X |
Н/кН |
4,14 |
4,32 |
4,89 |
5,52 |
6,23 |
7,00 |
7,85 |
|
8. |
Удельная замедляющая сила (режим холостого хода), - w’0X |
Н/кН |
1,62 |
1,69 |
1,89 |
2,11 |
2,36 |
2,63 |
2,93 |
|
9. |
Удельная тормозная сила, bТ |
Н/кН |
36,46 |
35,64 |
33,66 |
32,08 |
30,78 |
29,70 |
28,79 |
|
10. |
Удельная
замедляющая сила (тормозной режим),
|
Н/кН |
19,85 |
19,51 |
18,72 |
18,15 |
17,75 |
17,48 |
17,32 |
|
11. |
Удельная
замедляющая сила (режим экстренного
торможения),
|
Н/кН |
38,08 |
37,33 |
35,55 |
34,18 |
33,14 |
32,33 |
31,71 |
Таблица 10 - Расчет значений удельных равнодействующих сил для тепловоза 3ТЭ10М
|
№ п/п |
Расчетный параметр |
Размерность |
Скорость, км/ч | |||||
|
0 |
10 |
20 |
23.4 |
30 |
36 | |||
|
1. |
Сила тяги, Fкр 103 |
Н |
1196,35 |
1000,6 |
850,55 |
744,6 |
598,4 |
491,5 |
|
2. |
Удельная сила тяги, fK |
Н/кН |
19,48 |
16,29 |
13,85 |
12,12 |
9,74 |
8,00 |
|
3. |
Основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме тяги, w’0 |
Н/кН |
1,90 |
2,03 |
2,22 |
2,30 |
2,47 |
2,65 |
|
4. |
Основное удельное сопротивление движению вагонов, w”0 |
Н/кН |
0,94 |
0,98 |
1,04 |
1,07 |
1,13 |
1,19 |
|
5. |
Основное удельное сопротивление движению поезда, w0 |
Н/кН |
1,00 |
1,05 |
1,12 |
1,15 |
1,22 |
1,29 |
|
6. |
Удельная ускоряющая сила (режим тяги), fK-w0 |
Н/кН |
18,47 |
15,24 |
12,72 |
10,97 |
8,52 |
6,71 |
|
7. |
Основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме холостого хода, w’0X |
Н/кН |
2,40 |
2,55 |
2,76 |
2,85 |
3,05 |
3,25 |
|
8. |
Удельная замедляющая сила (режим холостого хода), - w’0X |
Н/кН |
1,03 |
1,07 |
1,15 |
1,19 |
1,24 |
1,33 |
|
9. |
Удельная тормозная сила, bТ |
Н/кН |
89,10 |
65,34 |
53,46 |
50,67 |
46,33 |
43,28 |
|
10. |
Удельная
замедляющая сила (тормозной режим),
|
Н/кН |
45,58 |
33,74 |
27,88 |
26,52 |
24,41 |
22,97 |
|
11. |
Удельная
замедляющая сила (режим экстренного
торможения),
|
Н/кН |
90,13 |
66,41 |
54,61 |
51,86 |
47,58 |
44,61 |
Продолжение таблицы 10
|
№ п/п |
Расчетный параметр |
Размерность |
Скорость, км/ч | ||||||
|
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 | |||
|
1. |
Сила тяги, Fкр 103 |
Н |
478,75 |
367,9 |
298,2 |
264,85 |
229,55 |
206 |
179,5 |
|
2. |
Удельная сила тяги, fK |
Н/кН |
7,79 |
5,99 |
4,85 |
4,31 |
3,74 |
3,35 |
2,92 |
|
3. |
Основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме тяги, w’0 |
Н/кН |
2,78 |
3,15 |
3,58 |
4,07 |
4,62 |
5,23 |
5,90 |
|
4. |
Основное удельное сопротивление движению вагонов, w”0 |
Н/кН |
1,24 |
1,37 |
1,52 |
1,69 |
1,89 |
2,11 |
2,35 |
|
5. |
Основное удельное сопротивление движению поезда, w0 |
Н/кН |
1,34 |
1,49 |
1,66 |
1,85 |
2,07 |
2,32 |
2,59 |
|
6. |
Удельная ускоряющая сила (режим тяги), fK-w0 |
Н/кН |
6,45 |
4,50 |
3,20 |
2,46 |
1,66 |
1,04 |
0,33 |
|
7. |
Основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме холостого хода, w’0X |
Н/кН |
3,40 |
3,83 |
4,32 |
4,89 |
5,52 |
6,23 |
7,00 |
|
8. |
Удельная замедляющая сила (режим холостого хода), - w’0X |
Н/кН |
1,37 |
1,51 |
1,69 |
1,89 |
2,11 |
2,36 |
2,63 |
|
9. |
Удельная тормозная сила, bТ |
Н/кН |
41,58 |
38,19 |
35,64 |
33,66 |
32,08 |
30,78 |
29,70 |
|
10. |
Удельная
замедляющая сила (тормозной режим),
|
Н/кН |
22,16 |
20,61 |
19,51 |
18,72 |
18,15 |
17,75 |
17,48 |
|
11. |
Удельная
замедляющая сила (режим экстренного
торможения),
|
Н/кН |
42,95 |
39,70 |
37,33 |
35,55 |
34,18 |
33,14 |
32,33 |
При выборе серии и числа секций локомотивов расчеты удельной ускоряющей силы, следует провести сравнение для всех вариантов локомотивов. Результаты данного расчета представлены в табл. 11
Таблица 11 - Зависимости удельной ускоряющей силы для трех вариантов сравнения
|
Расчетный параметр |
Вариант сравнения |
Скорость, км/ч | |||||
|
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 | ||
|
Сила тяги Fкр 103 [Н] |
2ВЛ10У (А) |
1334,2 |
1118,3 |
1063,4 |
1034 |
1002,6 |
973,2 |
|
2ВЛ80С (Б) |
1357,7 |
1169,4 |
1098,7 |
1051,6 |
1012,4 |
984,9 | |
|
3ТЭ10М (В) |
1196,35 |
1000,6 |
850,55 |
598,4 |
478,75 |
367,9 | |
|
Удельная сила тяги fK [Н/кН] |
2ВЛ10У (А) |
21,77 |
18,25 |
17,35 |
16,87 |
16,36 |
15,88 |
|
2ВЛ80С (Б) |
22,27 |
19,18 |
18,02 |
17,25 |
16,60 |
16,15 | |
|
3ТЭ10М (В) |
19,48 |
16,29 |
13,85 |
9,74 |
7,79 |
5,99 | |
|
Удельная ускоряющая сила (режим тяги) fK-w0 [Н/кН] |
2ВЛ10У (А) |
20,77 |
17,20 |
16,23 |
15,65 |
15,02 |
14,40 |
|
2ВЛ80С (Б) |
21,27 |
18,14 |
16,91 |
16,04 |
15,28 |
14,68 | |
|
3ТЭ10М (В) |
18,47 |
15,24 |
12,72 |
8,52 |
6,45 |
4,50 | |
Продолжение таблицы 11
|
Расчетный параметр |
Вариант сравнения |
Скорость, км/ч | |||||
|
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
110 | ||
|
Сила тяги Fкр 103 [Н] |
2ВЛ10У (А) |
786,8 |
527,8 |
392,4 |
294,3 |
219,7 |
- |
|
2ВЛ80С (Б) |
847,6 |
592,5 |
435,6 |
339,4 |
268,8 |
211,9 | |
|
3ТЭ10М (В) |
298,2 |
264,85 |
229,55 |
206 |
179,5 |
- | |
|
Удельная сила тяги fK [Н/кН] |
2ВЛ10У (А) |
12,84 |
8,61 |
6,40 |
4,80 |
3,58 |
- |
|
2ВЛ80С (Б) |
13,90 |
9,72 |
7,14 |
5,57 |
4,41 |
3,48 | |
|
3ТЭ10М (В) |
4,85 |
4,31 |
3,74 |
3,35 |
2,92 |
- | |
Продолжение таблицы 11
|
Расчетный параметр |
Вариант сравнения |
Скорость, км/ч | |||||
|
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
110 | ||
|
Удельная ускоряющая сила (режим тяги) fK-w0 [Н/кН] |
2ВЛ10У (А) |
11,18 |
6,76 |
4,34 |
2,49 |
1,00 |
- |
|
2ВЛ80С (Б) |
12,26 |
7,88 |
5,09 |
3,27 |
1,85 |
0,62 | |
|
3ТЭ10М (В) |
3,20 |
2,46 |
1,66 |
1,04 |
0,33 |
- | |
На рисунке 2 приведен общий вид диаграмм удельных равнодействующих сил, действующих на поезд, для трех серий локомотивов