Определение массы поезда и его проверки

Масса состава - один из важнейших показателей работы железнодорожного транспорта. Увеличение массы состава позволяет повысить провозную способность железнодорожных линий, уменьшить расход топлива и электрической энергии, снизить себестоимость перевозок. Поэтому массу грузового состава определяют исходя из полного использования тяговых и мощностных качеств локомотива, эксплуатационных условий.

Современные электровозы и тепловозы имеют большую мощность и высокую конструкционную скорость. Массу состава определяют исходя из условий полного использования мощности и тяговых качеств локомотивов, а также кинетической энергии поезда в соответствии с нормами, приведенными в действующих ПТР. В целях повышения провозной способности линий, ликвидации перелома весовых норм поездов предусматриваются применение кратной тяги и подталкивания на лимитирующих перегонах, безостановочный пропуск поездов по станциям, за которыми расположены крутые подъемы, и т. д. Расчет массы состава выполняют по следующим условиям безостановочного движения:

а) по расчетному подъему с равномерной скоростью;

б) по труднейшим подъемам с учетом использования кинетической энергии поезда.

На тех участках дорог, где климатические условия значительно изменяются в зависимости от времени года, расчетную массу состава определяют особо для летнего и зимнего периодов. Выполненный расчет массы состава должен быть проверен в опытных поездках с динамометрическим вагоном в соответствии с действующими для этой цели инструктивными указаниями.

Расчетный подъем принимают исходя из анализа труднейших элементов продольного профиля, уровня допустимой скорости движения поездов по состоянию пути, расположения остановочных пунктов.

Предположив, что запаса кинетической энергии поезда будет недостаточно для преодоления такого подъема, определяют максимально возможную массу состава по формуле:

, т (2.1)

где - расчетная сила тяги локомотива, Н;

i_р - крутизна расчетного подъёма, ‰;

ускорение свободного падения,

Величины и определяются для расчетной скорости по формулам, приведенным с таблицы 2.

При формировании поезда из разных вагоном определяют с учетом процентного распределения вагонов по формуле

, (2.2)

где - доли соответственно четырехосных, шестиосных и восьмиосных вагонов в составе.

Вычисленную по формуле (2.1) массу состава следует в соответствии с ПТР округлить до 50 или 100 тонн.

Таблица 2.

Формулы для определения основного удельного сопротивления локомотива и вагонов, в Н/кН

Тип подвижного состава и режим работы	Тип пути
стыковой	бесстыковой
Тепловозы, электровозы в режиме тяги Тепловозы, электровозы на холостом ходу
Грузовые вагоны груженные q > 6т
4-осных на подшипниках скольжения и 6-осные на подшипниках качания
4-осных на подшипниках качения и рефрижераторов
8-осные на подшипниках качения
Пассажирские вагоны (для скорости до 160 км/ч)
Цельнометаллические вагоны на подшипниках качения

Примечание. В этих формулах q₀ - нагрузка от оси на рельсы для данной группы вагонов (по заданию)

Значения расчетной силы тяги локомотива и основных удельных сопротивлений движению определяют для расчетной скорости локомотива, установленной действующими ПТР. Выбор расчетной скорости локомотивов осуществляется следующим образом:

а) для электровозов расчетную скорость принимают в точке пересечения линии ограничения силы тяги по сцеплению (или максимальным током) и одной из автоматических характеристик;

б) для тепловозов — по условиям работы электродвигателя в продолжительном режиме.

Расчетные характеристики для определения массы составов основных серий локомотивов приведены в ПТР.

Серия локомотива - ВЛ80 с тяговым электродвигателем

Расчет:

Род тока - переменный

Количество осей - 8

Расчетная скорость, V - 44,2 км/ч

Сила тяги, F - 49000 Н

Сила тяги при трогании с места, F - 662000 Н

Конструкционная скорость - 110 км/ч

Масса электровоза, Р – 192 т

i =11‰

, q =q/m=70/4=17,5т/ось

, q =q/m=100/6=16,67т/ось

т

W_i = 11(3636+192)*10=421080

Проверка возможности трогания с места.Проверка рассчитанной массы состава на трогание с места на раздельных пунктах заданного участка выполняется по формуле:

, т (2.7)

где – сила тяги локомотива при трогании с места, Н (табл. 5);

i – крутизна наиболее трудного элемента на раздельных пунктах заданного участка, ‰ ;

– удельное сопротивление поезда при трогании с места, Н/кН;

Удельное сопротивление при трогании с места для различных видов вагонов определяется по формулам:

для вагонов на подшипниках качения

, Н/кН (2.8)

для вагонов на подшипниках скольжения

, Н/кН (2.9)

где – масса, приходящая на одну колесную пару для данной группы вагонов, вычислена ранее.

Масса состава , полученная по условиям трогания с места, должна быть не менее массы состава , определенной по расчетному подъему, т.е. должно выдерживаться условие . Так как для проверки массы состава на трогание с места была выбрана станция, расположенная на наиболее трудном элементе, то в этом случае делается вывод о том, что трогание с места и разгон поезда обеспечивается на всех раздельных пунктах участка.

Расчет:

i =1‰

Н/кН

Н/кН

т

5261>3636т

Проверка массы состава на свободную установку на приемно-отправочных путях.Чтобы выполнить проверку массы состава по длине приемно-отправочных путей, необходимо определить число вагонов в составе, длину поезда и сопоставить эту длину с заданной длиной приемно-отправочных путей станции.

Число вагонов в составе грузового поезда определяется по формулам:

; ; (2.10)

где - доли по массе 4-, 6-, 8-осных вагонов в составе поезда;

q₄, q₆, q₈ - масса вагона.

Полученное количество вагонов необходимо округлить до целых чисел. Длины грузовых вагонов принимаются равными: 4-осные – 15м, 6-осные – 17м, 8-осные – 20м. Длина пассажирских вагонов принимается равной 25 м. Длины локомотивов приведены в ПТР.

Общая длина поезда

(2.11)

Проверку возможной установки поезда на приемно-отправочных путях выполняется по соотношению

(2.12)

где - длина приемно-отправочных путей, м.

Если выполняется условие (2.12), делается вывод о том, что массу состава корректировать не надо. В обратном случае, необходимо уменьшить массу поезда до выполнения этого условия.

Расчет:

L L L

=1500м

739м<1500м

Проверка массы состава на возможность надежного преодоления короткого подъема, величиной больше расчетного. возможность надежного преодоления встречающегося на участке короткого подъема, крутизной больше расчетного, с учетом использования кинетической энергии, накопленной на предшествующих «легких» элементах профиля, выполняется аналитическим способом. При этом используется расчетное соотношение:

, м (2.3)

где – скорость в начале проверяемого подъема, выбирается из условия подхода к проверяемому элементу

– скорость в конце проверяемого подъема.

Удельную равнодействующую силув пределах выбранного интервала изменения скоростей принимают равными их значениям при средней скорости рассматриваемого интервала.

, км/ч (2.4)

Эти удельные силы вычисляются по формулам в Н/кН:

, (2.5)

где - сила тяги локомотива, соответствующая средней скорости движения в i-ом интервале ее измерения, Н; определяется по внешней тяговой характеристике;

и - основное удельное сопротивление движению локомотива и вагонов, соответственно, определенные для значения , Н/кН;

- крутизна проверяемого элемента профиля, ‰.

Если длина проверяемого элемента профиля пути окажется больше расчетной, т.е.

, (2.6)

то за расчетный подъем следует принять крутизну данного проверяемого подъема и вновь по формуле (2.1) определить величину расчетной массы поезда.

Если условие (2.6) выполняется, то на этом проверка заканчивается и делается вывод о том, что при рассчитанной массе состава Q_р поезд надежно преодолевает проверяемый подъем, крутизной больше расчетного, с учетом накопленной к началу элемента кинетической энергии.

Расчет:

V_p =44,2 км/ч; i=11‰

1) V₀=90 км/ч,V₁=80 км/ч, ∆V=10 км/ч

Графа 1. Скорость движения в диапазоне от 85 до v_р , с интервалом 10 км/ ч.

Графа 2. - сила тяги локомотива, соответствующая средней скорости движения в i-ом интервале ее измерения, Н; определяется по внешней тяговой характеристике;

Графа 3,6. и - основное удельное сопротивление движению локомотива и вагонов, соответственно, определенные для значения , Н/кН;

Графа 4,5. Основное удельное сопротивление подвижного состава, определяемое по формулам, приведенным в ПТР.

Графы 7-9. Полное основное сопротивление движению локомотива, состава и поезда, равное соответственно W^/₀ =w^/₀Рg, W^//₀ = w^//₀Qg и W₀=W^/₀+W^//₀.

Графа 10. Равнодействующая сила поезда.

Графа 11. Удельная равнодействующая сил поезда f_p = F_r /(Q+Р)*9,81

Графа 12. Масса состава, определяемая по формуле

Расчеты были произведены в программе Microsoft Excel.

Таблица 3.

Vcr	Fk	Wоср'	W"04	W"06	Wоср"	Wоср'gP	Wоср"gQ	W	Fr	fp	Sпр
		5,23	3,925	2,5625	3,24375	10041,6	117942,8	127984,4	52015,65	13,58821	1886,218
		4,62	3,4	2,3	2,85	8870,4		112496,4	107503,6	28,08349	660,2214
		4,07	2,925	2,0625	2,49375	7814,4	90672,75	98487,15	201512,9	52,64181	233,3947
		3,58	2,5	1,85	2,175	6873,6		85956,6	344043,4	89,8755	76,38702
		3,15	2,125	1,6625	1,89375		68856,75	74904,75	425095,3	111,0489	20,51637
44,2		2,928092	1,93041	1,565205	1,747808	5621,937	63550,28	69172,22	440827,8	115,1588

Расчет массы состава на возможность надежного преодоления короткого подъема

1800<2876,738 т.