ПЗ (Тяговые расчёты для новых схем формирования поездов)

ABSTRACT

The diploma project is dedicated to issues and problems that arose and arise as the heavy traffic of trains develops. In particular, studies were carried out of various schemes for the formation of heavy-weight trains, on a site with a complex mountainous relief of Nakhodka ‒ Smolyaninovo.

In the "Universal Mechanism" software package, a simulation of longitudinal-dynamic forces on couplers was made, resulting in conclusions about the possibility of operating a specific heavy-weight train scheme.

A calculation was also made of the economic feasibility of raising the mass of heavy trains to 7,100 tons in the study area.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Железные дороги, являются основной транспортной системой России, поэтому перед ними ставятся все более масштабные задачи в освоении растущих объёмов грузовых перевозок

ОАО «Российские железные дороги» реализуют целый ряд программ инновационного развития железнодорожной отрасли и проводят последовательные мероприятия по увеличению веса грузовых поездов. Организация движения тяжеловесных поездов рассматривается как эффективный инструмент для роста провозной и пропускной способности железных дорог.

Организация тяжеловесного движения с технической стороны – это создание взаимоувязанной согласованной системы железной дороги или приближение к таковой, которая приводит к росту оздоровления путей и инфраструктуры

С экономической точки зрения – это увеличение провозной и пропускной способностей грузонапряженных участков железных дорог в результате которого происходит снижение уровня эксплуатационных расходов, снижение себестоимости перевозки груза, рост грузооборота.

Введение регулярного обращения тяжеловесных поездов на конкретном участке требует соответствующей подготовки и оздоровления инфраструктуры, подвижного состава и пути. Также требуется совершенствование технологии вождения тяжеловесов, чтобы избежать превышения допустимых продольных сил на автосцепках, как при трогании и торможении, так и при движении по сложному участку пути.

В рамках дипломного проекта рассматривается участок Дальневосточной железной дороги, для тяжеловесного движения Смоляниново ‒ Находка, который включает в себя проблемный перегон Анисимовка – Тигровый, где s-образные кривые малого радиуса до 190 м. и уклоны достигают 27 тысячных. Этот перегон самый сложный по профилю и плану не только на дороге, но и на всей сети.

Классические тяговые расчеты не предназначены для тяжеловесного и длинноставного движения, так как такие поезда занимают в каждый момент времени несколько элементов профиля пути, а расчеты методом дифференциальных уравнений довольно сложны. Поэтому для расчетов и моделирования в данном дипломном проекте используется программный комплекс «Универсальный механизм», имеющий большой функционал и множество возможностей как в области расчета продольной динамики, так и в других областях расчетов, применяемых к железнодорожному транспорту и инфраструктуре.

Заключительным этапом дипломного проекта будет расчет экономической эффективности от повышения массы поездов с 6300 тонн до 7100 тонн в направлении Смоляниново ‒ Находка.

1 ОБЗОР МЕТОДИК ТЯГОВЫХ РАСЧЁТОВ

Наука о тяге поездов изучает комплекс вопросов, связанных с теорией механического движения поезда, рационального использования локомотивов и экономного расходования электрической энергии и топлива.

Основы теории электрической и тепловозной тяги позволяют решать широкий круг практических вопросов эффективной эксплуатации железных дорог, рассчитывать основные параметры проектируемых линий, участков, переводимых на новые виды тяги, намечать основные требования к вновь разрабатываемым локомотивам – электровозам и тепловозам, моторвагонному подвижному составу, а также к вагонам. С их помощью определяются силы, действующие на поезд, оцениваются их влияние на характер движения, определяют оптимальную массу состава. Теория тяги позволяет рассчитывать скорости движения в любой точке пути с учётом безопасности движения поездов и времени хода по каждому перегону и участку, определять расход электрической энергии или топлива и проверять использование мощности локомотива.

На действующих линиях теория тяги позволяет найти рациональные режимы вождения поездов на различных участках и наиболее экономичные условия эксплуатации локомотивов. На основании токов, потребляемых электроподвижным составом в различных точках пути, рассчитывают систему энергоснабжения. На основании теории тяговых расчётов находятся скрытые резервы при электрификации линий, развитии провозной и пропускной способности действующих дорог, эффективнее использовать локомотивы на каждом участке экономно расходуя электрическую энергию и топливо.

Основные задачи, которые решаются с помощью тяговых расчётов, следующие:

- выбор типа локомотива и его основных характеристик;

- расчёт массы состава;

- расчёт скорости и времени хода по перегону;

- тормозные расчёты;

- определение расхода дизельного топлива тепловозами и электрической энергии электровозам;

- определение механической работы локомотивов;

- определение температуры нагрева тяговых электрических машин [1].

Полученные с помощью тяговых расчётов данные служат основой решения следующих задач:

- составления графиков движения поездов;

- разработки рациональных режимов вождения поездов;

- нормирования расхода топлива и электрической энергии на тягу поездов;

- составления графика оборота локомотивов;

- расчёта пропускной и провозной способности;

- расстановки сигналов на перегонах и раздельных пунктах для обеспечения безопасной остановки перед ними;

- проектирования новых и реконструкции существующих железных дорог.

1.1 История развития теории тяги и тяговых расчётов

Теория тяги поездов начала развиваться 19 веке. Профессором Н.П. Петровым были проведены исследования сопротивления движению подвижного состава, непрерывных тормозных систем и разработана гидродинамическая теория трения, сохранившая своё значение до наших дней эти исследования он подтвердил опытной проверкой и показал пути уменьшения вредных сопротивлений движению на железнодорожном транспорте. В то же время другой русский учёный – профессор А.П. Бородин создал первую лабораторию для опытных исследований работы паровозов. В начале двадцатого века профессор Ю.В. Ломоносов начал разработку теории тяги поездов. В дальнейшем теоретические и экспериментальные исследования в тяге поездов проводили профессора В.Ф. Егорченко, А.М. Бабичков и другие учёные [2].

Профессор А.В. Вульф, А.Б. Лебедев, В.А. Шевалин и другие разработали основы теории электрической тяги, методы расчёта узлов электроподвижного состава, системы энергоснабжения и ряд вопросов, связанных с электрификацией дорог.

Разработкой теории тепловозной тяги занимались профессор В. И. Гриневецкий, Я. М. Гаккель, А. И. Шелест и другие. В 1924 году был построен первый магистральный тепловоз с электрической передачей конструкции профессора Я.М. Гаккеля [3].

В 1918 году в России был создан Научно-экспериментальный институт путей сообщения (впоследствии его преобразовали во Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ), учёные и специалисты которого занимаются исследованием вопросов тяги поездов, испытывают новые серии локомотивов, изучают сопротивление движению подвижного состава, совершенствуют тормозные средства поездов.

К более современным русским учёным, посвятившим себя изучению вопросов тяги и тяговых расчётов относятся В.В. Деев, Г. А. Ильин, С.И. Осипов и другие. Огромный вклад в развитие тяжеловесного движения в России внес Мугинштейн Л. А – заведующий отделением ВНИИЖТа, доктор технических наук, профессор, получивший звание «Почетный железнодорожник» за руководство опытной поездкой с поезда весом 42 000 тонны и длиной 7 км [4].