Силы, действующие на поезд

Задача №1

Исходные данные приведены в таблицах №2, 3, 4

Требуется:

1. Определить массу состава поезда.

2. Определить длину поезда.

3. Выбрать стандартную длину приёмоотправочных путей.

4. Описать силы, действующие на поезд.

Масса поезда при условии движения с равномерной скоростью на расчётном подъеме определяется по формуле

(1)

где Fкр – расчетное значение касательной силы тяги локомотива, кгс;

– основное удельное сопротивление движению локомотива, кгс/т;

– расчетный подъем;

– расчетная масса локомотива, т;

– основное удельное сопротивление движению грузовых ваг-ов, кгс/т.

Руководящий уклон принимается по заданию табл.2 = 9, а Fкр = 50600кгс, и = 276т. – по табл.3 в зависимости от заданной серии локомотива (2ТЭ10В).

Основное удельное сопротивление движению локомотива при его движении в режиме тяги под током зависит от скорости движения ( ) и конструкции пути. Основное удельное сопротивление движению для электровозов (в кгс/т) определяется по формулам:

– при движении на звеньевом пути

= 1,9 + 0,01 +0,0003 ; (2)

– при движении по бесстыковому пути

= 1,9 + 0,008 +0,00025 ; (3)

Для расчетов принимается как расчетная скорость заданного локомотива в режиме движения на расчетном подъеме без перегрева двигателя (табл.3).

Основное удельное сопротивление движению грузовых вагонов (в кгс/т) в составе поезда также зависит от конструкции пути и при средней массе состава, приходящейся на одну ось колесной пары , определяется по формуле

где – масса, приходящаяся на ось колесной пары, т

где – число осей;

– коэффициент использования грузоподъемности вагона (0,85-0,95);

– соответственно грузоподъемность и тара вагона;

a, b, c – коэффициенты, принимаемые по табл.3.

При наличии в составе поезда разнотипных вагонов удельное сопротивление движению состава определяется как средневзвешенная величина. Так, при условии, что 60% четырехосных вагонов на роликовых подшипниках, для четырехосных вагонов

= , (6)

По формуле (4) определяют и и, подставляя найденные значения в формулу (6), получают средневзвешенное сопротивление .

При известных заданных коэффициентах и , характеризующих соответственно доли четырех- и восмиосных вагонов в составе, основное удельное сопротивление движению

, (7)

Проверка массы поезда при трогании с места

где – расчетное значение силы тяги локомотива при трогании с места, кгс;

– удельное сопротивление состава при трогании с места;

– подъем участка пути принимается равным расчетному подъему проверяемого подхода.

Основное удельное сопротивление состава при трогании с места на площадке определяется по формуле:

– на подшипниках скольжения

– на подшипниках качения

При наличии в составе поезда разнотипных вагонов удельное сопротивление состава при трогании с места определяется как средневзвешенная величина.

Длина грузового поезда определяется по формуле:

где – масса состава, т;

– масса брутто соответственно четырех- и восьмиосных вагонов, т;

– доля соответственно четырех- и восьмиосных вагонов в составе (табл.2);

– длина соответственно четырех- и восьмиосных вагонов, м (табл.2);

– длина локомотива, м (табл.3);

где – грузоподъемность вагона, т (табл.2);

– масса тары, т (табл.2);

Полезная длина приемоотправочных путей определяется округлением рассчитанной длины поезда до большего значения стандартной полезной длины (850, 1050, 1250 м).

Решение

1) Основное удельное сопротивление движению для электровоза (в кгс/т) для бесстыкового пути определяем по формуле (3):

= 1,9 + (0,008×-----) + 0,00025× =

2) Для расчета удельного сопротивления движению четырехосных грузовых вагонов находим массу, приходящуюся на одну ось колесной пары (т) по формуле (5):

3) Основное удельное сопротивление движению четырехосных грузовых вагонов (в кгс/т) в составе поезда для бесстыкового пути при средней массе состава, приходящейся на одну ось колесной пары , определяется по формуле (4):

4) Для расчета удельного сопротивления движению восьмиосных грузовых вагонов находим массу, приходящуюся на одну ось колесной пары (т) по формуле (5):

5) Основное удельное сопротивление движению восьмиосных грузовых вагонов (в кгс/т) в составе поезда для бесстыкового пути при средней массе состава, приходящейся на одну ось колесной пары , определяется по формуле (4):

6) Основное удельное сопротивление движению , при известных заданных коэффициентах и , характеризующих соответственно доли четырех- и восмиосных вагонов в составе:

7) Масса поезда при условии движения с равномерной скоростью на расчётном подъеме определяется по формуле (1):

8) Основное удельное сопротивление состава при трогании с места на подшипниках качения на площадке (тс/т) находим по формуле (10):

9) Проверка массы поезда (т) при трогании с места определяем по формуле (8):

10) Массу брутто четырех- и восьмиосных вагонов (т), определяем по формуле (12):

11) Длина грузового поезда (м) определяется по формуле (11):

12) Принимаем полезную длину приемо-отправочных путей равной 850 метров.

Силы, действующие на поезд

1. На движущийся поезд действуют силы, разнообразные по величине, направлению и времени действия. Для удобства расчетов все внешние силы, оказывающие влияние на движение поезда, объединяют в три группы и обозначают: F – сила тяги, W – силы сопротивления движению, B – тормозные силы.

В тяговых расчетах пользуются либо полным значением этих сил, выраженным в кгс, либо их удельным значением, отнесенным к единице веса поезда (f, w, b).

Сила тяги создается двигателем локомотива во взаимодействии с рельсами и приложена к движущимся колесам. Ее значение регулируется в широких пределах машинистом, ведущим поезд.

2. Силами сопротивления называются возникающие при движении поезда внешние силы, направленные в сторону, противоположную движению. Некоторые из них действуют непрерывно во время движения, в частности силы вызываемые трением осей в подшипниках, трением качения и скольжения между колесами и рельсами, ударами в рельсовых стыках, сопротивлением воздушной среды.

Такие силы в совокупности образуют основное сопротивление движению. Другие силы появляются только при определенных условиях движения, а именно на уклонах , на кривых, при трогании с места и др. Эти силы составляют дополнительные сопротивления.

3. Тормозными называются искусственно создаваемые силы, возникающие в процессе торможения подвижного состава. Тормозные силы направлены против движения, управляемы и зависят в определенных пределах от реакции машиниста.

Процесс торможения происходит при нажатии тормозных колодок на колеса или специальные тормозные диски, а также при нажатии тормозных колодок при применении экстренного (реостатного, рекуперативного) торможения.

В практических условиях для ускорения расчетов при экстренном торможении пользуются приведенными в ПТР номограммами длины тормозных путей грузовых и пассажирских поездов в зависимости от расчетного нажатия тормозных колодок на 100тс веса состава поезда при различных ситуациях.

Рельсы

Стандартными и общепринятыми рельсами на дорогах мира являются широкоподошвенные.

Рельсы являются главнейшим элементом верхнего строения пути. Они предназначены:

1. непосредственно воспринимать давление от колес подвижного состава и передавать его нижележащим элементам верхнего строения пути;

2. направлять колеса подвижного состава при движении;

3. на участках с автоблокировкой служить проводником сигнального тока, а при электротяге – обратного силового тока.

Требования к рельсу:

1. для обеспечения безопасности пропуска поездов большой массы и с максимальными скоростями движения рельсы должны быть более тяжелыми. В то же время по условиям экономии металла и удобства смены рельсы должны быть по возможности малогабаритными;

2. для лучшего сопротивлению изгибу под нагрузкой (под составом) рельсы должны быть достаточно жесткими. В то же время во избежание жестких ударов колес о рельсы, которые могут вызвать излом отдельных деталей ходовых частей подвижного состава, а также расплющивание и даже излом рельсов, необходимо, чтобы были достаточно гибкими;

3. для того чтобы рельсы от ударно-динамических воздействий колес подвижного состава не ломались, материал рельсов должен быть достаточно вязким. Ввиду же концентрированной передачи давлений от колес по очень небольшим площадкам в местах контакта колес и рельсов требуется, чтобы металл не истирался, дольше служил и был достаточно твердым;

4. для обеспечения достаточной силы сцепления между рельсами и движущимися колесами локомотивов необходимо, чтобы поверхность катания была шероховатой. Для уменьшения же сопротивления движения остальных колес – вагонов, поддерживающих колес локомотивов – необходимо, чтобы поверхность катания была гладкой;

5. для стандартизации элементов верхнего строения пути, приводящей к простоте и удовлетворению их содержания, необходимо, чтобы число типов рельсов было наименьшее. Из интересов экономии металла немыслимо, чтобы на всех линиях железных дорог независимо от грузонапряженности, скорости движения, осевых нагрузок укладывались рельсы одного типа, следовательно, число типов должно быть максимально возможным.

Наиболее рациональной формой рельса считается двутавровая, которая одновременно выдерживает нагрузки, стремящиеся изогнуть его, и обеспечивает наименьший расход металла.

Основные типы рельсов – Р-75; Р-65; Р-50, буква «Р» обозначает «рельс», а цифры – округленную массу в килограммах одного погонного метра рельса. На второстепенных линиях, подъездных и станционных путях встречаются рельсы более легких типов, например Р-43ю Новые рельсы имеют стандартную длину 25 м, либо укороченную на 80 и 160 мм.

Кроме того, есть рельсы длиной 12,5 м, либо укороченной длиной 12,46; 12,42 и 12,38 м.

Современные рельсы изготавливаются из высокопрочной углеродистой стали.

Основной характеристикой, дающей общее представление о типе и мощности рельса, является его масса, выраженная в килограммах на один погонный метр.

Масса рельсов определяется из следующих условий:

· чем больше нагрузка на ось подвижного состава, скорость поездов и грузонапряженность линий, тем больше должна быть масса рельсов;

· чем больше масса рельса, тем меньше при прочих равных условиях должны быть эксплуатационные расходы на грузонапряженных линиях.

Профессор Г.М. Шахунянц предложил определять массу рельса в зависимости от вида подвижного состава, скорости движения, статической нагрузки, грузонапряженности линии по формуле:

, кг, (2.1)

где, – коэффициент, учитывающий вид подвижного состава (для локомотива для вагонов );

– грузонапряженность, млнт.км/км в год;

– скорость движения на которую рассчитан путь, км/ч;

– статическая нагрузка на ось локомотива, т.с.

кг

По формуле (2.1) определяют минимальную необходимую массу рельса, а затем проверяют полученную массу на соответствие условиям:

, (2.2)

, (2.3)

, (2.4)

где, – коэффициент учета качества рельсов ( – для термических неупрочненных углеродных рельсов, = 1,5÷2,0 – для термически упрочненных рельсов).

2<A<3 (в среднем 2,5);

0,31<B<0,59 (в среднем 0,46);

24<C<31 (в среднем 27,5).

Если хотя бы по одному из параметров A, B, C не удовлетворяются условия, то принимают такое большее значение массы одного погонного метра рельса, при котором будут соблюдаться все условия:

= 2,5 – условие выполняется;

= 0,72 – условие не выполняется,

изменяем значение скорости на 100 км/ч, тогда

= 0,58 – условие выполняется;

= 20,72 – условие выполняется.