Основы локомотивной тяги. Предмет основы локомотивной тяги изучает движение поезда

1. ПМ.01 Эксплуатация и техническое обслуживание подвижного состава МДК.01.02 Эксплуатация подвижного состава и обеспечение

безопасности движения поездов
Основы локомотивной тяги
Предмет основы локомотивной
тяги изучает движение поезда

2. Введение

Локомотив
Состав - группа сцепленных между собой вагонов.
Поезд - сформированный и сцепленный состав, состоящий
из группы вагонов с действующим локомотивом.
Допущения при анализе движения поезда:
• Поезд рассматривается в виде материальной
точки;
• Учитываются только поступательное и
вращательное движения.

3. Силы, действующие на поезд

P – сила тяжести, Н;
R – сила реакции со стороны рельса, Н;
Fк – сила тяги, Н;
W – сила сопротивления движению
поезда, Н;
B – тормозная сила, Н.

4. Уравнение движения поезда

Fу = Fк – W – B
Режимы движения поезда
Режим тяги
Fу = Fк – W
Режим выбега
Fу = – W
Режим торможения
Fу = – W – B

5. Удельные силы

fу = fк – w – b - уравнение
движения поезда в удельной форме

6. Образование силы тяги

F1=Fк
Fк=Fкд n – сила
тяги электровоза
Fк ≤ Fсц – условие работы локомотива
без боксования

7. Образование силы тяги

Вращающий момент от тягового электродвигателя Мш
передаётся на колесо, образуется момент на колесе Мк.
Момент Мк заменяется парой сил F1 и F2.
Колесо прижато к рельсу силой Рк, и в месте контакта
возникает сила реакции со стороны рельса R.
Если колесо будет прижато к рельсу силой Рк, то колесо
будет пытаться сдвинуть рельс против направления
движения силой F2, в месте касания колеса с рельсом
возникает сила реакции со стороны рельса, получившая
название силы сцепления колеса с рельсом Fсц.
Силы Fсц и R являются силами реакции соответственно
силам F2 и Рк. Они равны, противоположно направлены,
следовательно компенсируют друг друга.
Остаётся сила F1, направленная в сторону движения,
возникшая под действием вращающего момента и
сцепления колеса с рельсом. Она и является силой тяги Fк.

8. Сила сцепления колеса с рельсом

Fсц=1000 ΨРк - для одного колеса
Ψ – коэффициент сцепления;
Рк – сила нажатия колеса на рельс, т;
1000 – перевод кН в Н.
Fсц=1000 ΨР – для локомотива
Сила сцепления колеса с рельсом зависит:
• от массы локомотива;
• от скорости;
• от состояния поверхности колеса и рельса.

9. Боксование колёсных пар

Боксование — это срыв сцепления между колесом и рельсом
при
реализации
тягового
усилия
локомотивом.
Под
боксованием
колеса
понимают
его
вращение
без
поступательного движения.
Причины боксования:
• увлажнение поверхности рельса во время слабого дождя;
• загрязнение поверхности рельса (листья, масло);
• разгрузка первой колёсной пары в каждой тележке;
• наличие на колёсной паре большого проката.
Последствия боксования:
• потеря тяговых свойств;
• усиленный износ бандажей;
• усиленный износ рельсов;
• круговой огонь по коллектору;
• размотка бандажа якоря;
• разрушение механической части.
Методы предотвращения и прекращения боксования:
• подача в зону контакта колеса и рельса песка;
• использование догружающей системы;
• уменьшение силы тяги (сброс позиций контроллера).

10. Электромеханические характеристики тяговых двигателей постоянного тока последовательного возбуждения

11. Электротяговые характеристики

Fк(I); V(I); U=const

12. Тяговые характеристики

Тяговые характеристики образуются из
электротяговых характеристик
Fк(V)

13. Ограничение тяговых характеристик

1 – по сцеплению
колеса с рельсом;
2 – по
конструкционной
скорости;
3 – по току
коммутации.

14. Регулирование скорости

U – напряжение на ТЭД, В;
I – ток якоря ТЭД, А;
r – сопротивление двигателя, Ом;
Сv – конструкционная постоянная;
Ф – магнитный поток, Вб.
Изменением напряжения
Изменением магнитного потока

15. Регулирование скорости на ЭПС постоянного тока

Перегруппировка
двигателей в силовой
цепи электровоза
производится для
изменения
напряжения
подводимого к
двигателям.
Переключая
двигатели с одного
соединения на
другое, можно
получить на каждом
из них три значения
напряжения. (Эр2,
ЭП2Д, ЭП2ДМ, ВЛ10,
ВЛ11, ВЛ15, 2ЭС4К,
ЧС2, ЧС7, ЭП2К)

16. Регулирование скорости на ЭПС постоянного тока

Импульсное регулирование напряжения
заключается в том, что на тяговые
двигатели
напряжение
подается
импульсами
в
течении
периода.
Напряжение и ток будет принимать
какое-то среднее значение, требуемое
для данного режима движения поезда.
(ЭР2И)

17. Регулирование скорости на ЭПС постоянного тока

На электровозах постоянного тока 2ЭС10 с асинхронным
тяговым приводом для питания трёхфазных асинхронных
тяговых
электродвигателей
применяют
тяговый
преобразователь с инверторами. Тяговый преобразователь
предназначен для преобразования электрической энергии 3 кВ
постоянного тока в трёхфазное переменное напряжение
регулируемой амплитуды и частоты.
A – тяговый
преобразователь;
Q4 – контактор
линии питания;
LC – фильтр;
BST – тормозной
прерыватель;
BWRA - импульсный
инвертор

18. Регулирование скорости на ЭПС постоянного тока

На электровозах 2ЭС6 постоянного тока с тяговыми
электродвигателями
постоянного
тока
независимого
возбуждения
скорость регулируется изменением тока
возбуждения с помощью статических преобразователей
напряжения, входящих в состав ПСН при управлении МПСУ.
При необходимости имеется возможность перехода на
последовательное
возбуждение.
Скорость
регулируется
изменением соединений тяговых двигателей с реостатным
пуском. Все переключения ЛК и РК осуществляет МПСУ и Д
через блок управления контакторами БУК-3.

19. Ослабление возбуждения

Для ослабления возбуждения
параллельно обмотке
возбуждения подключаются
резисторы ослабления тока.
Процент тока, проходящего
по обмотке возбуждения,
называется коэффициентом
возбуждения. На
электровозах применяют до
четырех ступеней
ослабления возбуждения, на
электропоездах (ЭР2Т, ЭТ2Т,
ЭД2Т, ЭД4М) шесть ступеней
ослабления возбуждения.

20. Регулирование скорости на ЭПС переменного тока

• На чехословатских электровозах переменного тока величину
напряжения, подаваемого на тяговые двигатели, изменяют
путём переключения на первичной обмотке тягового
трансформатора. (ЧС4, ЧС4Т, ЧС8)
• На отечественном ЭПС величина напряжения подаваемого на
тяговые
двигатели
изменяется
за
счёт
изменения
коэффициента трансформации силового трансформатора
путём переключения выводов вторичной обмотки силового
трансформатора. (ОР22, ВЛ60к, ВЛ80к, ВЛ80т, ВЛ80с)

21. Регулирование скорости на ЭПС переменного тока

Для увеличения числа ступеней регулирования напряжения
при небольшом числе выводов трансформаторов вторичная
обмотка разделена на две. В каждой вторичной обмотке
имеется нерегулируемая часть и регулируемая.
Вначале регулируемую и нерегулируемую части включают
встречно. Далее последовательно уменьшают число встречно
включенных секций (1-16п ЭКГ-8Ж). Когда все секции
выключены, напряжение, подводимое к тяговым двигателям,
равно напряжению нерегулируемой обмотки (17п).
Для дальнейшего повышения напряжения нерегулируемую и
регулируемую
части
обмотки
включают
согласно,
последовательно подключая к нерегулируемой части одну за
другой секции регулируемой (21-33п).

22. Регулирование скорости на ЭПС переменного тока

Регулирование напряжения управляемым выпрямителем
(выпрямительно-инверторным преобразователем)
основано
на управлении во времени моментом отпирания тиристоров
выпрямителя. (ВЛ80р, ВЛ85, ВЛ65, 2ЭС5К, ЭП1, ЭП1М)

23. Регулирование скорости на ЭПС переменного тока

На электровозах 2ЭС5, 2ЭС7 применена типовая блочная
компоновка силового электрооборудования с четырехкратным
преобразованием энергии. Питание и регулирование каждого
асинхронного тягового электродвигателя осуществляется от
индивидуального автономного инвертора напряжения АИН.
Силовые преобразователи обеспечивают управление частотой
и амплитудой трёхфазного напряжения. ГВ – главный
выключатель;
ТТ – тяговый
трансформатор;
CО – силовая обмотка;
ТО – тяговая обмотка;
C – сглаживающий
фильтр; 4QS –
четырехквадрантный
преобразователь;
AИН - автономный
инвертор напряжения

24. Пуск и разгон подвижного состава

Тяговые электродвигатели в период пуска должны
обеспечить плавное трогание, а затем разгон
электроподвижного
состава.
Изменение
схем
соединения тяговых электродвигателей вызывает
изменение напряжения и тока слишком большими
ступенями и не обеспечивает плавный пуск. Поэтому
на каждом соединении тяговых электродвигателей в
их цепь последовательно включают пусковой
реостат.

25. Регулирование скорости на тепловозах с электрической передачей

Регулирование скорости достигается за счет изменения числа
оборотов коленчатого вала (мощности) дизеля. Для этого
машинист переводит рукоятку контроллера с одной позиции
на другую. При этом ступенчато увеличивается подача
топлива в цилиндры дизеля и увеличивается число оборотов
вала дизеля.

26. Регулирование скорости на тепловозах с электрической передачей

Регулирование скорости движения на основе изменения
схемы соединения тяговых электродвигателей осуществлен
на ряде серий тепловозов старой постройки ТЭМ1, ТЭ2, также
на опытной партии ТЭМ2.

27. Тяговые характеристики при регулировании скорости

28. Тяговые характеристики

Тяговые
характеристики
электровоза
это
зависимость силы тяги электровоза от скорости
движения Fк(V).
Тяговые
характеристики
предназначены
для
определения силы тяги электровоза при различных
скоростях движения поезда.
Тяговые характеристики электровозов постоянного
тока выполняются для различных соединений
тяговых двигателей (С, СП, П) и ослабления
возбуждения.
Тяговые характеристики электровозов переменного
тока
выполняются
для
ходовых
позиций
регулирования (зон регулирования) напряжения и
ослабления возбуждения.
На графике показана линия ограничения тяговых
характеристик по сцеплению колёс с рельсами.

29. Сила сопротивления движению поезда

Wдоп.
W= W0 + Wi +WR + Wэ
W0 – основное сопротивление
Wi –
движению поезда, Н;
сопротивление движению
поезда от уклонов, Н;
WR – сопротивление движению
поезда от кривых, Н;
Wэ – сопротивление движению от
экстремальных случаев, Н.

30. Основное сопротивление движению поезда

Основное сопротивление движению поезда это
сопротивление движению, которое действует на
прямом и горизонтальном участке пути постоянно.
Факторы:
• Сопротивление в подшипниках букс;
• Сопротивление воздушных масс;
• Трение между колесом и рельсом;
• Удары колес на стыках рельс.

31. Основное сопротивление движению поезда

Способы уменьшения
поезда:
• Применение видов
характеристиками;
сопротивления
смазок
с
движению
улучшенными
Характеристика
ЖРО
Буксол
ЛЗ-ЦНИИ(У)
Предел
прочности, Па
350
300-700
700-1000
Диапазон
рабочей
температуры, °С
от -40 до +40
Ресурс работы,
км
• Применение
поезда;
400000
от -60 до +60 от -60 до +100
450000
рациональных
режимов
450000
ведения

32. Основное сопротивление движению поезда

• Выполнение
лобовой
части
локомотива более обтекаемой;
кузова
Электропоезд
Ср3
Эр2
ЭВС1
Конструкционная скорость, км/ч
85
130
250
• Применение без стыкового пути.

33. Продольный профиль и план пути

Проекция железнодорожного пути на вертикальную
плоскость называется продольным профилем пути (вид с
боку).
Он
состоит
из
горизонтальных
участков
(площадок) и уклонов (спусков и подъёмов). Площадки и
уклоны различной крутизны называют элементами
профиля пути. Элемент профиля пути характеризуется
величиной уклона и длиной.
В зависимости от
направления движения поезда уклон может быть
подъёмом или спуском. Наклон пути к горизонтальной
линии, который для поезда, движущегося от низшей
точки к высшей, называется подъёмом, а обратно –
спуском.

34. Продольный профиль и план пути

Проекция пути на горизонтальную плоскость
называется планом пути (вид сверху). В плане путь
состоит из прямых, соединённых кривыми. Кривые
применяют на участках обхода препятствий с целью
уменьшения объёмов земляных работ и стоимости
строительства
искусственных
водопропускных
сооружений.
Кривые характеризуются радиусом и длиной кривой.

35. Продольный профиль и план пути

Поезд на подъёме
Круговая кривая
Сопряжение кривых

36. Продольный профиль и план пути

Крутизну уклонов на железных дорогах измеряют
отношением возвышения одной точки уклона над
другой к горизонтальному расстоянию между ними и
выражают в тысячных дробях (например, 0,005) или
в тысячных (например, 5 ‰ — пять тысячных).

37. Сила сопротивления движению поезда от уклона

- уклон

38. Сила сопротивления движению поезда от уклона

39. Спрямление продольного профиля пути

Спрямление профиля пути заключается в
объединении смежных элементов одинакового
знака. Площадку можно объединять либо со
спуском либо с подъёмом.

40. Спрямление продольного профиля пути

Не спрямляются элементы:
• с разными знаками;
• со станциями;
• с ограничением скорости;
• расчетный подъём;
• не прошедшие проверку

41. Спрямление продольного профиля пути

Проверка производится для каждого элемента
действительного профиля пути, входящего в
спрямлённый участок.
Если проверка не выполняется хотя бы для одного
элемента, то необходимо выбрать другой вариант
объединения элементов.

42. Приведение пути в плане

Если на участке пути
имеется кривая, то
сопротивление
движению от кривой
заменяем фиктивным
подъёмом (0/00).

43. Приведение пути в плане

44. Расчет массы состава

Масса состава рассчитывается исходя из условия
движения поезда по расчетному
подъёму с
установившейся скоростью.
, [т]

45. Работа локомотивов по системе многих единиц

СМЕ (СМЕТ) — способ управления подвижным составом, при
котором в один поезд сцепляется несколько локомотивов или
секций, а управление ведётся из одной кабины управления
одной локомотивной бригадой. Соединение локомотивов по
системе многих единиц позволяет увеличить массу поездов и
повысить провозную способность линий.
Фактически по системе многих единиц работают почти все
многосекционные локомотивы. Формально многосекционный
локомотив считается единым.
ВЛ80с
2ЭС6
3ЭС5К
4ТЭ130

46. Проверки массы состава

• на трогание с места на остановочных
пунктах

47. Проверки массы состава

• по длине приемоотправочных путей

48. Весовые нормы, т (без условий)

Напр.
iр
ВЛ10 2ЭС6
Челябинск-Каменск Ур.
Чет.
6,3
5300
5600
Челябинск-Карталы
Неч.
6,9
5000
5500
Карталы-Челябинск
Чет.
7,7
4700
5100
Челябинск-Курган
Чет.
7,0
4800
5500
Челябинск-Златоуст
Неч.
10,5
3300
3500
Челябинск-Златоуст СМЕТ
Неч.
10,5
6000
6000
Участок

49. Тормозная сила

Тормозная В сила применяется когда необходимо существенно
снизить скорость движения поезда или остановить его.
Тормозная сила создается с помощью специальных устройств
(автотормозов) путем прижатия тормозных колодок к
бандажам колесных пар.
Классификация тормозов:
По способу создания тормозной силы
• механические (пневматические, ЭПТ),
• электрические (рекуперативное, реостатное);
По интенсивности действия
• служебное,
• экстренное.
Вт - тормозная сила при механическом торможении;
Вк - тормозная сила при электрическом торможении.

50. Тормозная сила

Вт=1000 Кφк
К - сила нажатия тормозных
колодок на колёсную пару,
кН;
φк - коэффициент трения
колодок о бандаж.
ϑр - расчетный тормозной
коэффициент.
Bт ≤ Bсц – условие работы локомотива
без юза

51. Образование тормозной силы при механическом торможении

При нажатии колодки с силой К на колесо между колодкой
и колесом возникает сила трения Втк, противодействующая
колесу.
Эта сила передаётся в место контакта колеса с рельсом.
Если колесо будет прижато к рельсу силой Рк, то вместе
контакта возникает сила, пытающаяся сдвинуть рельс по
направлению движения. Эта сила получила название силы
сцепления колеса с рельсом Всц.
Все это вызовет реакцию со стороны рельса Вт – это и есть
тормозная сила.

52. Электрическое торможение

В1=Вк
Bк ≤ Bсц – условие работы локомотива
без юза

53. Образование тормозной силы при электрическом торможении

Тормозной момент от тягового электродвигателя Мш
передаётся на колесо, образуется момент на колесе Мт.
Момент Мт заменяется парой сил В1 и В2.
Колесо прижато к рельсу силой Рк, и в месте контакта
возникает сила реакции со стороны рельса R.
Если колесо будет прижато к рельсу силой Рк, то колесо
будет пытаться сдвинуть рельс по направлению движения
силой В2, в месте касания колеса с рельсом возникает сила
реакции со стороны рельса, получившая название силы
сцепления колеса с рельсом Всц.
Силы Всц и R являются силами реакции соответственно
силам В2 и Рк. Они равны, противоположно направлены,
следовательно компенсируют друг друга.
Остаётся сила В1, направленная против направления
движения, возникшая под действием тормозного момента и
сцепления колеса с рельсом. Она и является тормозной
силой Вк.

54. Диаграмма удельных ускоряющих и замедляющих сил

fу(V)
Диаграмма удельных ускоряющих и замедляющих сил
это зависимость удельных ускоряющих и замедляющих
сил
от
скорости
движения
без
учета
сил
дополнительного сопротивления движению поезда (в
ПР mfу=12мм/1Н/кН)

55. Диаграмма удельных ускоряющих и замедляющих сил

Диаграмма является удобным средством для анализа
движения поезда:
1. С помощью диаграммы можно определить скорость
установившегося режима движения поезда.
2. Можно определить характер движения поезда на любом
участке пути.
3. В результате решения уравнения движения поезда
определяют скорость движения поезда и путь пройденный
поездом за любой промежуток времени.

56. Расчет и построение диаграмм удельных ускоряющих и замедляющих сил

В практической работе необходимо рассчитать удельные
силы, действующие на поезд, для диапазона скоростей от 0 до
100 через 10 км/ч. Для этого с начала рассчитываются силы
сопротивления движению поезда. Далее рассчитываются
удельные ускоряющие силы для различных режимов.
Для расчета удельной силы тяги силу тяги берём с тяговых
характеристик,
построенных
в
первой
работе
на
миллиметровке (будьте внимательны с единицами измерения
1кгс=10Н, 1кН=1000Н). Расчет ведем по максимальной силе
тяги:
при разгоне от 0 до расчетной скорости силу тяги
находим по ограничению тяговых характеристик (см. пример
на рисунке – красные точки);
на полном возбуждении ПВ (ПП) силу тяги берём на
тяговой характеристике параллельного соединения ТЭД (для
электровозов переменного тока на тяговой характеристике НП
33 позиции; для ВЛ80Р, ВЛ85, 2ЭС5К на тяговой
характеристике максимальной зоны регулирования) (см.
пример на рисунке – синие точки);

57. Расчет и построение диаграммы удельных ускоряющих и замедляющих сил

58. Расчет и построение диаграммы удельных ускоряющих и замедляющих сил

на
ослаблении
возбуждения ОВ (ОП) силу
тяги
брать
с
тяговых
характеристик
ОВ1,
ОВ2,
ОВ3, ОВ4 (см. пример на
рисунке – зеленые точки);
(для
построения
брать
масштабы mv=2мм/1км/ч,
mfу=12мм/1Н/кН)

59. Тяговые расчёты

Назначение тяговых расчётов – расчёт величин,
характеризующих движение поезда, определение
зависимости
между
ними
и
получение
эксплуатационных и энергетических показателей
ЭПС.

60. Тяговые расчеты

В тяговые расчёты входит:
1. Спрямление профиля пути;
2. Расчёт массы состава mc;
3. Построение диаграммы ускоряющих и
замедляющих сил fу(V);
4. Расчёт скорости и построение кривой
скорости V(S);
5. Расчёт времени хода и построение кривой
времени t(S);
6. Построение кривых тока Iэ(S), Iд(S);
7. Расчёт
нагревания
тяговых
электродвигателей;
8. Расчёт расхода электроэнергии;
9. Тормозная задача

61. Определение скорости

При движении поезда ускоряющая сила изменяется в связи с
изменением режима работы локомотива и
изменением
профиля пути. Поэтому наиболее общим случаем является
ускоренное или замедленное движение поезда.
Для определения скорости движения поезда необходимо
решить уравнение движения поезда.
На практике уравнение решают приближенными методами, при
условии, что они дают достаточную для практики точность
расчетов. Приближенные методы основаны на замене
действительных,
изменяющихся
в
каком-то
интервале
скоростей удельных ускоряющих или замедляющих сил
неизменными средними значениями.
Для построения кривой скорости необходимо наличие
диаграммы fу(V):
-весь диапазон скоростей диаграммы удельных сил разбиваем
на некоторое число интервалов (интервалы установлены в
ПТР);
-в каждом из этих интервалов
действительную кривую
заменяем определенным постоянным значением ускоряющей
силы взятой при средней скорости в каждом интервале.

62. Определение скорости

63. Построение кривых движения поезда способом МПС (графический способ)

Подготовка
заданного участка
с действительным
и спрямленным
профилем пути и
осями V, t, I.
Масштабы
скорости и пути:
mv=2мм/1км/ч,
ms= 40мм/1км
Нанести
ограничение
скорости

64. Условные обозначения на профиле пути

65. Построение кривой скорости

Порядок построения кривой V(S):
а) совместить спрямленный профиль пути и диаграмму
удельных сил так, чтобы ось пути совпала с удельной осью
диаграммы, оси скорости зависимостей V(S) и fу(V) должны
быть параллельны;
б) выбрать критерий ведения поезда;
в) задать интервал скорости 10 км/ч на кривой удельных сил,
выбранного режима ведения поезда. (В ПТР установлены
наибольшие интервалы скорости для различных режимов
движения поезда: для режима тяги при разгоне – 10 км/ч, для
режима тяги при ПВ и ОВ – 5 км/ч, для режима выбега – 10
км/ч, для режима торможения - 5 км/ч);
г) найти среднее значение скорости в данном интервале
(действительная
кривая
удельных
сил
заменяется
определённым постоянным значением ускоряющей силы,
взятой при средней скорости в данном интервале);
д) уклон учесть смещением нулевой точки диаграммы
удельных сил влево – подъём, вправо – спуск;

66. Построение кривой скорости

е) через точку средней скорости и точку на оси удельных сил,
соответствующую уклону элемента профиля пути провести луч,
затем
из
точки
начала
профиля
пути
восстановить
перпендикуляр к лучу, довести его до горизонтальной линии на
уровне 10 км/ч (до конца выбранного интервала скорости).
Полученный отрезок представляет собой первый участок
кривой скорости;
ж) аналогично строить для последующих интервалов скорости,
конец предыдущего отрезка является началом для следующего
отрезка кривой скорости;
з) если при очередном интервале скорости, кривая скорости
выходит за пределы элемента профиля пути, брать меньший
интервал скорости, а отрезок кривой скорости провести только
до границы элемента;
и) в случае излома линии удельных ускоряющих сил брать
интервалы скорости до точки излома и после неё;
к) при переходе с режима тяги на режим выбега или
торможения переходить на соответствующие кривые удельных
сил начиная с той скорости с какой поменяли режим движения;

67. Построение кривой скорости на площадке в режиме тяги

fу(V)
V(S)

68. Построение кривой скорости на спуске в режиме выбега

fу(V)
V(S)

69. Построение кривой скорости

л) если скорость растёт, то интервалы на диаграмме удельных
сил брать вверх, если скорость падает, интервалы брать в низ;
м) при движении по затяжному спуску желательно
поддерживать скорость постоянной, близкой к максимальной,
используя выбег и торможение;
н) при торможении перед остановками или местами с
ограничением скорости, когда известна точка, к которой
необходимо подойти с заданной скоростью выполняют
обратное построение кривой скорости;
О) все точки излома кривой скорости должны
быть
пронумерованы арабскими цифрами по порядку;
П) после разгона все отрезки кривой скорости должны быть
подписаны (указать режим ведения поезда: ПВ, ОВ1, ОВ2, ОВ3,
ОВ4, выбег, торможение).

70. Построение кривой скорости в режиме торможения на станции

fу(V)
V(S)

71. Построение кривой времени

Порядок построения кривой t(S):
а) кривая t(S) строится на графике с кривой V(S), на котором
параллельно оси V изобразить ось времени (mt=10мм/1мин);
б) на расстоянии 30 мм от оси скорости построить
вспомогательную ось (в нашем случае она совпадает с
масштабной осью времени);
в) середину каждого отрезка кривой скорости спроецировать на
ось времени;
г) через точку проекции и начало координат (точку начала
профиля пути) провести луч, затем из точки начала профиля
пути восстановить перпендикуляр к лучу, довести его до
перпендикуляра, опущенного из первой точки кривой скорости.
Этот отрезок представляет собой фрагмент кривой времени,
соответствующий изменению скорости движения поезда;
д) аналогично строить для последующих отрезков кривой
скорости, конец предыдущего отрезка является началом для
следующего отрезка кривой времени;
е) для уменьшения размеров графика разрешается кривую
времени строить со сбросами на ноль через 15 мин.

72. Построение кривой времени

V(S)
t(S)

73. Построение кривых тока

Кривые тока строятся по точкам на том же графике, где
построены кривые движения. Масштаб тока выбирается в
зависимости от потребляемого тока (mI=10мм/100;200; 400А)
Для
каждой
точки
кривой
скорости
по
токовым
характеристикам электровоза Iэ(V) находится ток, который
потребляется в тяговом режиме или отдается в сеть в режиме
рекуперативного торможения. В точках пути, где режим
работы электровоза изменяется, необходимо определять два
значения тока (до и после изменения режима).
Аналогичным образом с помощью токовой характеристики
двигателя Iд(V) определяется ток двигателя электровозов
переменного тока. Для электровозов постоянного тока кривую
тока двигателя строить, по расчетам. Ток двигателя может
быть легко определен по выражению

74. Токовые характеристики электровоза постоянного тока

Iэ(V)

75. Токовые характеристики электровоза переменного тока

Iэ(V)

76. Токовые характеристики

Токовые
характеристики
электровоза
это
зависимость тока электровоза от скорости движения
Iэ(V).
Их используют для нахождения тока при движении
поезда с различными скоростями для определения
расхода электроэнергии на тягу поезда.
Токовые характеристики электровозов постоянного
тока
выполняются
для
ходовых
позиций
регулирования напряжения различных соединений
тяговых двигателей (С, СП, П) и ослабления
возбуждения.
Токовые характеристики электровозов переменного
тока
выполняются
для
ходовых
позиций
регулирования (зон регулирования) напряжения и
ослабления возбуждения.

77. Токовые характеристики

Расчёт расхода электроэнергии на тягу поезда
электровозов
переменного
тока
производится
производят по активному току электровоза Ida.
Токовые характеристики двигателей электровозов
переменного тока это зависимость тока двигателя от
скорости движения Iд(V).
По току двигателей определяется нагревание
тяговых электродвигателей.
Ограничивающие линии токовых характеристик
соответствуют ограничению тяговых характеристик
по сцеплению колёс с рельсами (току
при
наибольшей силе тяги), из которых берутся
значения тока при пуске и разгоне электровоза.

78. Токовые характеристики

Форма
ограничения
токовых
характеристик
электровозов переменного тока
показывает
плавное регулирование напряжения на тяговых
электродвигателях (скорости).
Ломанная
ограничивающая
линия
токовых
характеристик электровозов постоянного тока
показывает ступенчатое регулирование напряжения
(переходы с С на СП, с СП на П и реостатные
позиции).

79. Токовые характеристики тягового электродвигателя

Iд(V)

80. Построение кривой тока электровоза

Для электровозов
переменного тока
масштаб на оси
тока выбирается
по току тягового
электродвигателя

81. Кривые движения поезда

82. Нагревание и охлаждение электрических машин

Нагревание электрических машин зависит от
потерь мощности. Потери в них зависят от
нагрузки. Чем больший ток проходит через
обмотки, тем сильнее нагреваются части машины.
При малом нагреве изоляции её изоляционные
свойства
сохраняются
долго.
При
высоких
температурах она интенсивно стареет и теряет свои
свойства. Обмотки ТЭД допускают нагрев до
разных температур в зависимости от класса
изоляции. Класс изоляции определяет состав из
чего изготовлена изоляция.
Класс изоляции
А
Е
В
F
H
ОЯ
100
105
120
140
160
ОВ
105
120
130
155
180

83. Расчет нагревания электрических машин

Тепловой расчет является проверкой массы состава
по условию нагревания тяговых электродвигателей.
τ-превышение
температуры
двигателей
температурой окружающей среды, °C;
τ∞-установившееся
превышение
над
температуры
двигателей при работе со средним током за время
Δt, °C; Δt-промежуток времени, мин; Т-постоянная
τₒ
времени,
мин;
-начальное
температуры двигателей, °C.
превышение

84. Расчет нагревания электрических машин

Установившееся
превышение
температуры
над
температурой окружающей среды ∞ находится по
тепловым характеристикам.
Промежуток времени Δt определяется по кривой
времени. Постоянная времени Т берётся с тепловых
характеристик. Условие: Δt/Т ≤ 0,1.
Начальное
превышение
температуры
над
температурой окружающей среды
в начале
движения
поезда
принимается
15°C.
Для
последующих элементов
берётся в конце
предыдущего отрезка.
При
выбеге
и
торможении
установившееся
превышение
температуры
над
температурой
окружающей среды
∞ равно нулю – двигатели
остывают. Но величина превышения температуры
над температурой окружающей среды
должна быть
учтена.
τ
τₒ
τₒ
τ
τ

85. Тепловая характеристика двигателя

Т
Постоянная времени
,
соответствует такому
условному времени при
котором тяговые
двигатели нагрелись бы
до установившейся
температуры при полном
отсутствии теплоотдачи.

86. Расход электрической энергии

Локомотивы совершают механическую работу при
движении поезда. Электроподвижной состав для
этого
расходует
электрическую
энергию.
Механическая работа сопровождается потерями
энергии в тяговых электродвигателях, в тяговых
передачах, преобразовательных установках.
Механическая работа затрачивается на преодоление
сил сопротивления движению поезда, а также на
повышение кинетической и потенциальной энергии
поезда. Сила основного сопротивления движению
поезда возрастает с увеличением скорости. Поэтому
при больших скоростях локомотив совершает
большую работу.

87. Расход электрической энергии

Полный расход электрической энергии включает в
себя расход электрической энергии тяговыми
двигателями за вычетом возврата электроэнергии в
режиме рекуперации и расход электроэнергии на
собственные нужды.
А = Ат - Ар + Асн,
[кВт ч]

88. Удельный расход электрической энергии

Удельный расход электроэнергии это расход
электроэнергии
приходящийся
на
единицу
перевозочной работы 1 т км (10000 т км).
а – удельный расход электроэнергии,
кВт ч/10 тыс. ткм;
Lуч – длина участка, км.

89. Тормозная задача

Тормозная задача является проверкой массы состава
по условию остановки поезда на заданном
тормозном пути.
Тормозной путь складывается из пути подготовки
тормозов к действию и действительного тормозного
пути.
Sт = Sп + Sд, [м]
Sп- Путь подготовки тормозов к действию это
путь пройденный поездом от момента постановки
ручки крана машиниста в тормозное положение
до момента прижатия колодок к колесу;
Sд- Действительный тормозной путь это путь
пройденный поездом от момента прижатия
колодок к колесу до полной остановки поезда.

90. Тормозная задача

Суть решения тормозной задачи – определение
максимально допустимой скорости движения на
спусках при условии остановки поезда на заданном
тормозном пути.
Тормозная задача решается для уклонов i=0; i= -6;
i= -12‰.
Рассчитывается
действию
путь
подготовки
No≤200
Vн=110км/ч
300≥No˃200
No˃300
тормозов
к

91. Тормозная задача

Для решения задачи строится зависимость fУ(V) для
режима экстренного торможения. По ней строятся
кривые V(SТ). По расчетам строятся зависимости
SП(V). Решением тормозной задачи является
пересечение прямых SП(V) с соответствующими
кривыми V(SТ). (mS=240мм/1км, mfу=2мм/1Н/кН)
fу(V)
Sп(V)
V(S)

92. Тормозная задача

По итогам решения тормозной задачи строится
зависимость допустимой скорости движения от
уклона Vдоп(i) (масштаб произвольный). По ней
можно определить допустимую скорость движения
поезда для любого спуска заданного участка.

93. Управление локомотивом при следовании с составом

• При разгоне поезда поддерживается большая сила
тяги за счет перевода ручки контроллера на более
высокие ступени регулирования (позиции).
• Вследствие переломов профиля пути и изменения
режимов ведения в поезде возникают продольные
динамические силы. Для уменьшения таких сил на
переломных участках машинист должен вести
поезд растянутым или сжатым. Для этого он
регулирует силу тяги и тормозные силы всего
поезда
или
вспомогательного
тормоза
локомотива.

94. Управление локомотивом при следовании с составом

• При движении поезда по подъёму состав держат
растянутым.
• При движении поезда по спускам состав держат
сжатым.

95. Управление локомотивом при следовании с составом

• При движении поезда по участку с перевалистым
профилем пути с чередующимися небольшими
подъёмами и спусками локомотив работает в
режиме тяги.
• Перед
тяжёлым
подъёмом
необходимо
заблаговременно очистить поверхность катания
бандажей локомотива, накопить в поезде
возможно больший запас кинетической энергии
за счет подхода к нему с наибольшей допустимой
скоростью.

96. Управление локомотивом при следовании с составом

• С подъёма на спуск переходят: после въезда трети
поезда на спуск
переходят на более низкие
позиции, выключают ток, когда на спуске
окажется большая часть поезда.
• При переходе поезда со спуска на подъем
машинист на спуске включает тягу, что бы в конце
спуска поезд был растянут. Когда поезд вступит на
подъём, силу тяги локомотива увеличивают.

97. Основная литература

1. Правила тяговых расчетов для поездной работы.
867р. – М.: ОАО «РЖД», 2016.
2. Осипов С.И. Осипов С.С. Основы тяги поездов:
Учебник для техникумов Ж.Д. транспорта. – М.:
Транспорт,2000.-591с.
Дополнительная литература
1. Осипов С.И. Теория электрической тяги: учебник
для студентов вузов ж.-д. транспорта. - М:
Маршрут, 2006.- 436с.
2. Гребенюк П.Т. Тяговые расчеты: Справочник. –
М.: Транспорт, 1987.-279 с.
3. Правила тяговых расчетов для поездной работы.
– М.: Транспорт, 1985.-287с.