Сравнение основных показателей тепловозной и электрической тяги

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)

Кафедра: «Локомотивы и локомотивное хозяйство»

Курсовая работа

По дисциплине: «Локомотивы (общий курс)»

Сравнение основных показателей тепловозной и электрической тяги

Студент группы ТЛТ – 451

Меркулов П.М.

Консультант: Яцков М.А.

Москва 2008

Содержание:

Введение

1.Определение основного удельного сопротивление движению

1.1 Определить основное удельное сопротивление локомотива (тепловоза и электровоза )

1.2 Определение основного удельного сопротивлению движению поезду (вагонов )

1.3 Определение общего полного сопротивления поезда

2 Определение средней скорости движения поезда по участку используя различные режимы тяги

3. Определение касательной мощности локомотива

4. Определение расходов энергоресурсов различными видами тяги

4.1 Определение расходов топлива тепловозом на тягу поездов

4.2 Определение расходов электроэнергии электровозом

5. Сравнение электровозной и тепловозной тяги

5.1 Сравнение видов тяги по расходу энергоресурсов

5.2 Сравнение локомотивов по тяговым характеристикам

6. Индивидуальное задание

Вывод

Список используемых источников

Введение:

Исходные данные:

1) Серия тепловоза 2М62

2) Число секций тепловоза 2

3) Серия электровоза ВЛ 11

4) Число секций электровоза 2

5) Вес состава , кН. 30000

6) Длина эксплуатируемого участка, км - 450

7) Расчетный подъем , ‰ - 2

8) Характеристика состава

8.1) Масса 4-х осных вагонов на роликовых подшипниках , т – 50 (40%)

8.2) Масса 6-ти осных вагонов на роликовых подшипниках , т – 90 (60%)

9) Тема индивидуального задания «Провести спрямление пути (профиль № 10)»

Необходимо рассчитать или выбрать:

1. Удельное и полное сопротивление движение поезда по перегону

2. Определить среднюю участковую скорость и время движение поезда по перегону

3. Определить расход энергоресурсов на тягу поездов

4. Провести сравнение двух видов тяги

5. Выполнить индивидуальное задание

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

ДВИЖЕНИЮ ПОЕЗДА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ТЯГИ

1.1 Определение основного удельного сопротивление движению

локомотивов

Неуправляемые внешние силы, направленные в сторону противоположную направлению движения поезда и, следовательно, препятствующие его движению, называются действительными силами сопротивления движению.

Сопротивлением движению поезда называют эквивалентную силу, приложенную в зонах (точках) касания колес с рельсами, на преодоление которой затрачивается такая же работа, как на преодоление всех неуправляемых действительных сил препятствующих движению.

Классификация сил сопротивления основана на их разделении по следующим признакам, с соответствующими обозначениями:

а) по отношению к весу подвижного состава различают:

-полное сопротивление - W, Н;

-удельное сопротивление - w, Н/кН.

б) по условиям эксплуатации:

-основное сопротивление - W_O, w₀;

-дополнительные сопротивления - W_доп, w_доп;

-добавочное сопротивление при трогании с места – W_тр,w_тр;

-общее сопротивление - W_K, w_к.

В первом разделе курсовой работы необходимо определить общее удельное сопротивление поезда приложенное в точке касания колеса с рельсом и являющаяся эквивалентной результирующей всех сил сопротивления W_K

Общее сопротивление движению подвижного состава представляет собой алгебраическую сумму основного, дополнительных и добавочного сопротивлений.

Определение основного удельного сопротивления движению локомотивов производится по следующей эмпирической зависимости, Н/кН

, (1)

где V – скорость движения локомотива , км/ч

Для тепловоза - определяются два значения основного удельного сопротивления движению локомотива w_o: при движении с расчетной v_p и конструкционной v_K скоростями; значения расчетной v_p и конструкционной - v_K скоростей движения принимаются по данным ПТР

Для тепловоза 2М62 v_p=20 км/ч

v_к=100 км/ч

Поэтому: при v_p

при v_к

Для электровозов постоянного тока - расчеты величины w_o проводятся для скоростей движения: длительного режима v_? и конструкционной v_K ; значения скорости длительного режима v_? и конструкционной скорости v_K движения принимаются по данным ПТР.

Для электровоза 2ВЛ11 v_?=51,2 км/ч

v_к=100 км/ч

Поэтому: при v_?

при v_к

1.2 Определение основного удельного сопротивления движению состава поезда (вагонов)

Основное удельное сопротивление движению грузового состава поезда, состоящего из четырех- и шестиосных вагонов,определяется по следующей формуле, Н/кН

(2)

где ?,?- доля веса четырех- и шестиосных вагонов в составе поезда, соответственно (из задания);

- основное удельное сопротивление движению четырехосных вагонов на роликовых подшипниках, Н/кН; - основное удельное сопротивление движению шестиосных вагонов, Н/кН.

Величины и определяются по эмпирическим формулам в зависимости от загрузки вагонов q₀, скорости движения v и типа пути.

, (3)

, (4)

Расчеты основного удельного сопротивления движению состава поезда (вагонов) w_o' рекомендуется провести раздельно по видам тяги:

а) для тепловоза - при ведении поезда с расчетной v_p и конструкционной v_K скоростями движения;

б) для электровоза - при ведении поезда со скоростью длительного

режима v_? и конструкционной скоростью v_K движения.

Для тепловоза 2М62:

Н/кН при v_p

Н/кН при v_к

при v_p

при v_к

при v_p

при v_к

Для электровоза 2ВЛ11:

Н/кН при v_?

Н/кН при v_к

при v_?

при v_к

при v_?

при v_к

1.3. Определение общего полного сопротивления движению поезда

Общее полное сопротивление движению поезда W_K представляет собою алгебраическую сумму основного и дополнительного сопротивления от уклона профиля пути сопротивлений, Н

W_к = W₀ + W_i (5)

где W_o - основное полное сопротивление движению поезда, Н

W_o=w₀'P+ w_o"Q, (6)

где - основное удельное сопротивление движению локомотива, Н/кН; определяется по уравнению (1);

- основное удельное сопротивление движению состава поезда, Н/кН; определяется по формуле (2);

Р - сцепной вес локомотива, кН; определяется по данным таблиц 22 и 5ПТР[1]; Р_т=2380кН ; Р_э=1840кН ;

Q - вес состава поезда, кН; (из задания); Q=30000kH

Wj -дополнительное сопротивление движению поезда от уклона профиля пути, Н; определяется по следующей зависимости:

Wi = i_р(P+Q), (7)

i_p - крутизна расчетного уклона (подъема),‰ (из задания). i_p=5‰

Подставив (6) и (7) в уравнение (5), после простейших алгебраических преобразований получим, Н

(8)

При выполнении курсовой работы величина общего полного сопротивления движению поезда W_k определяется по формуле (8) раздельно по видам тяги для скоростей движения: а) для тепловоза - при ведении поезда с расчетной v_p и конструкционной v_K скоростями движения;

б) для электровоза - при ведении поезда со скоростью длительного режима v_? и конструкционной скоростью v_K движения:

Для тепловоза 2М62:

при v_p

при v_k

Для электровоза 2ВЛ11:

при v_?

при v_k Результаты расчетов величины общего полного сопротивления движению поезда W_K целесообразно оформить в виде таблицы, аналогичной табл. 1.

Таблица 1

Результаты расчетов величины общего полного сопротивления движению поезда W_к

Расчетная величина	Тепловоз	Электровоз
	Vр, км/ч	VK, км/ч	V?,км/ч	VK, км/ч
wo,H/kH	2,22	5,9	3,1	5,9
wo4", Н/кН	0,85	1,65	1	1,65
,H/kH	0,883	1,417	1,028	1,417
H/kH	0,87	1,51	1,02	1,51
WK,кH	96	124	99	119

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ И ВРЕМЕНИ ХОДА ПОЕЗДА ПО УЧАСТКУ

2.1. Определение средней скорости движения поезда по участку при использовании различных режимов тяги

Для определения скорости и времени хода поезда по участку предлагается использовать способ равновесных скоростей, который относится к числу приближенных методов.

Равновесной скоростью называют скорость установившегося равномерного движения на уклоне известной крутизны (например, на расчетном подъеме) продольного профиля пути.

Скорость равномерного движения поезда v^, на уклоне крутизной ip находят решением уравнения движения поезда из условия равновесия силы тяги локомотива F_K и общего полного сопротивления движения поезда W_K. Таким образом можно записать

F_K=W_K. (9)

При выполнении курсовой работы предлагается использовать графический метод определения равновесных скоростей для различных видов тяги.

Определение средней (равновесной) скорости движения по участку графическим методом сводится к определению точек пересечения тяговой характеристики F_K=f(v) заданной серии локомотива и кривой общего полного сопротивления движению поезда W_K=^v), ведомого этим локомотивом.

В результате получаем для тепловоза 2М62 v_cp=44 км/ч

для электровоза 2ВЛ11 v_cp=98 км/ч

2.2 Определение времени хода поезда по участку

Время хода поезда по участку во главе с локомотивом данного типа можно определить по следующей формуле :

(10)

где S - длина участка обращения локомотивов, км S=450;

Vcpi- средняя (равновесная) скорость движения поезда во главе с локомотивом i-ro типа, км/ч.: v_ср2ВЛ11=98 ; v_ср2М62=44 ;

Для тепловоза 2М62 :

Для электровоза 2ВЛ11 :

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАСАТЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ЛОКОМОТИВОВ

Касательной мощностью локомотива называют мощность, развиваемую на его ведущих колесах и используемую для движения поезда.

Касательную мощность (на ободе колес) локомотива целесообразно определять по параметрам тяговой характеристики тепловоза или электровоза.

Так, касательная мощность тепловоза N_K может быть определена из следующего выражения, кВт

(11)

Где v_i-текущее значение скорости, км/ч; F_ki-текущее значение касательной силы тяги, Н; определяется по тяговой характеристике F_K=f(v) локомотива с учетом числа секций. Касательная мощность электровоза Р_к, кВт

(12)

Расчеты касательной мощности N_K=fl[v) и P_K=f(v) локомотивов нужно провести раздельно по видам тяги: для тепловоза по формуле (11), для электровоза - по (12) с учетом числа секций.

Результаты расчетов характеристик N_K=fl[v) и P_K=f(v) целесообразно оформить в табличной форме, аналогичной табл. 2

Таблица 2

v,км/ч	0	10	12	20	30	40	50	60	70	80	90	100
	720	600	610	400	280	210	170	150	105	100	90	80
	0	1667	2033	2222	2333	2333	2361	2500	2041	2222	2250	2222
	600	530	520	500	480	465	455	400	265	200	145	110
	0	1472	1734	2778	4000	5167	6319	6667	5153	4444	3625	3056

По данным таблицы 2 необходимо в произвольном масштабе построить графические зависимости: -для тепловоза и P_K=f(v) -для электровоза.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ

РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ ТЯГИ

4.1. Определение расхода топлива тепловозом на тягу поездов

Расход топлива тепловозом можно определить двумя способами: по данным ПТР[1] и выполненной тепловозом механической работы:

а) определение расхода топлива тепловозом Е по данным ПТР можно выполнить по следующей зависимости, кг

(13)

где G_мин- минутный расход топлива одной секцией тепловоза, кг/мин; определяется следующим образом: нужно по данным ПТР [1] построить в масштабе кривую G_мин=f(v) для максимальной позиции рукоятки контроллера машиниста, затем по кривой G_мин =f(v) для скорости v_cp определить величину G_MHH;

n_c - число секций тепловоза; n_c=2 : t_T- время хода поезда во главе с тепловозом, мин.t_T=613мин

б)определение расхода топлива тепловозом Е_мех по выполненной механической работе, кг

(14)

где -значение силы тяги при движении тепловоза со средней (равновесной) скоростью движения v_cpi H; определяется по тяговой

характеристике тепловоза F_K=f(v).

S - длина эксплуатационного участка, км (из задания); S=450 км

- средний кпд. тепловозной тяги; можно принять 0,3-0,32;

- удельная теплота сгорания дизельного топлива, кДж/кг;

можно принять =42700 кДж/кг.

4.2 Определение расхода электроэнергии электровозом постоянного тока

Расход электроэнергии электровозом определяется двумя способами:

а) Расчет расхода электроэнергии электровозом постоянного тока по данным ПТР можно выполнить по следующей зависимости, кВт·ч

(15)

где U_кс-напряжение в контактной сети постоянного тока, В; можно принять U_KC=3000B;

t_э- время хода поезда во главе с электровозом, мин; t_э=275мин

I_эср- среднее значение силы тока электровоза, А; определяется следующим образом: нужно по данным ПТР построить в масштабе кривую , затем по кривой ,для скорости v_cp определить величину I_эср. I_эср=1300А

б) Определение расхода электроэнергии электровозом по выполненной

механической работе, кВт·ч:

(16)

где - значение силы тяги при движении электровоза постоянного тока со средней (равновесной) скоростью движения v_ср , H; определяется по тяговой характеристике электровоза F_K=f(v); =200000 Н

v_ср- средняя (равновесная) скорость движения электровоза, v_ср=98 км/ч;

t_э - время хода поезда во главе с электровозом постоянного тока,t_э=275 мин;

- средний к.п.д. электрической тяги; можно принять 0,24.

5. СРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОЗНОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГИ

5.1. Сравнение видов тяги по расходу энергоресурсов

5.1.1. Определение стоимости перевозок при различных видах тяги:

а) стоимость перевозок при тепловозной тяге, руб

C_m=c_m·E_cp (17)

где с_т -цена одного килограмма дизельного топлива, руб; по данным ОАО «РЖД» отпускная цена дизельного топлива в среднем по сети железных дорог на 1 ноября 2004 года составила 7592 рубля за 1 тонну дизельного топлива;

Е_ср- средний расход топлива тепловозом, кг

(18)

б)стоимость перевозок при электрической тяге, руб

(19)

где с_э - средняя цена одного киловатт -часа электроэнергии, руб./ кВт·ч; по данным ОАО «РЖД» тариф на электроэнергию в среднем по сети железных дорог на 1 ноября 2004 года составил 0.853 руб./ кВт·ч

A_СР - средний расход электроэнергии электровозами, кВт·ч

(20)

Оценку эффективности тепловозной и электрической тяги по расходу энергоресурсов можно выполнить по следующей формуле

(21)

5.2. Сравнение локомотивов по тяговым характеристикам

Сравнение тепловоза и электровоза заданных серий целесообразно произвести по безразмерным величинам касательной силы F_K и скорости движения V .

Относительная касательная сила тяги F_K локомотива определяется по следующему выражению

(22)

где - текущее значение касательной силы тяги локомотива, Н; определяется по его тяговой характеристике F_K=f(v) для текущих значений скорости.

- значение касательной силы тяги локомотива при конструкционной скорости, Н; определяется по его тяговой характеристике F_K=f(v) .

Относительная скорость движения локомотива определяется по формуле

(23)

где v_i текущее значение скорости, км/ч; при расчетах можно принять шаг изменения скорости ?v=10 км/ч; в расчеты желательно включить скорости: порогового режима v*, расчетную для тепловозов и длительного режима для электровозов;

v_k- конструкционная скорость движения локомотива, км/ч. Результаты расчетов относительных параметров движения

локомотивов F_K и V целесообразно свести в таблицу, аналогичную таблице 2.

Таблица 3

	0	10	20	30	40	50	51,2	60	70	80	90	100
	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,51	0,6	0,7	0,8	0,9	1
	720	600	400	280	210	200	170	150	105	100	90	80
	9	7,5	5	3,5	2,625	2,5	2,125	1,875	1,31	1,25	1,125	1
	600	530	500	480	465	455	450	400	265	200	145	110
	8,6	4,8	4,5	4,3	4,2	4,1	4,0	3,6	2,4	1,8	1,3	1

По данным таблицы 3 нужно построить совмещенный график F_K=f(v) для тепловоза и электровоза и произвести качественное сравнение двух локомотивов по тяговым характеристикам.

ВЫВОД: При выполнении курсовой работы, я научился определять различные сопротивления локомотива (тепловоза и электровоза),сравнивать основные показатели тепловозной и электровозной тяги. Научился строить тяговые характеристики. Определил, что электровозная тяга намного экономичнее и экологичнее, чем тепловозная. Надо и дальше совершенствовать электровозную тягу

6.ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

Провести спрямление элементов профиля пути

Профиль №10

Таблица 1.

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
i,‰	0	-7	-5	0	+4	0	-4	-5	-9	0	+11
S,м	2000	1200	800	1600	2000	1200	2200	1200	1500	600	1200
№	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22
i,‰	+8	0	-4	0	+4	+6	+8	+2	0	+2	0
S,м	2000	1600	900	1100	750	650	900	2200	1600	1000	1500

Уклон спрямляемого профиля определяется по формуле:

, (1)

где - уклон спрямлённого элемента, ‰

- уклон каждого спрямляемого элемента, ‰

- длина спрямляемого элемента , м.

Проверка допустимости спрямления проводится по следующей эмпирической формуле:

, (2)

где - абсолютная разность (без учёта знака) спрямлённого и проверяемого профиля.

Проверяется каждый участок.

1. Участок состоит из 17 групп элементов: 1, 2-3, 4, 5, 6, 7-8, 9, 10, 11-12, 13, 14, 15, 16-18, 19, 20, 21, 22.

2. Спрямляем элементы 2-3.

а) по формуле (1):

‰

б) проверяем каждый элемент на допустимость спрямления по формуле (2)

Элемент 1:

Условие выполняется.

Элемент 2.

Условие выполняется.

1. Спрямляем элементы 7-8.

а) по формуле (1)

‰

б) проверяем каждый элемент на допустимость спрямления по формуле (2)

Элемент 1:

Условие выполняется.

Элемент 2.

Условие выполняется.

1. Спрямляем элементы 11-12.

а) по формуле (1)

‰

б) проверяем каждый элемент на допустимость спрямления по формуле (2)

Элемент 1:

Условие не выполняется.

Данный участок спрямлению не подлежит.

1. Спрямляем элементы 16-18.

а) по формуле (1)

‰

б) проверяем каждый элемент на допустимость спрямления по формуле (2)

Элемент 1:

Условие выполняется.

Элемент 2.

Условие выполняется.

Элемент 3.

Условие выполняется.

Полученные данные заносим в таблицу 2

Таблица 2

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9
i,‰	0	-6,2	0	+4	0	-4,4	-9	0	+11
S,м	2000	2000	1600	2000	1200	3400	1500	600	1200
№	10	11	12	13	14	15	16	17	18
i,‰	+8	0	-4	0	+6,1	+2	0	+2	0
S,м	2000	1600	900	1100	2300	2200	1600	1000	1500

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

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

2. Гребенюк П.Т., Долганов А.Н., Скворцова А.И. Тяговые расчеты: Справочник. -М: Транспорт, 1987.-272с.

3. Осипов СИ., Осипов С.С. Основы тяги поездов-М.:УМК МПС России, 2000 «592с.

4. Тепловозы. Под. ред. В.Д. Кузьмича. -М: Транспорт, 1991. -352с.

5. Электрические передачи локомотивов. Под. Ред. В.В. Стрекопытова. - М: Маршрут, 2003. - 310с.

6. Локомотивное хозяйство. Под ред. С.Я. Айзинбуда. - М.: Транспорт, 1986.-263с.

7. Исаев И.П., Фрайфельд А.В. Беседы об электрической железной дороге. - М: М: Транспорт, 1989. - 359с.

8. Железные дороги. Общий курс. Под ред. ММ. Уздина. - М.: Транспорт, 1991.-295с

9. Сидоров Н.Н. Как устроен и работает электровоз. М: Транспорт, 1980. - 223с