Оценка тяговой характеристики локомотива по скоростным характеристикам на участке железных дорог (1225871)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

АННОТАЦИЯ

Дипломный проект направлен на разработку методики идентификации неисправности локомотива по фактическим скоростным характеристикам. При разработке дипломного проекта использовались результаты испытаний тепловоза 2ТЭ70. Выполнен тяговый расчет с целью теоретического обоснования методики. Произведена проверка методики на реальных кривых скорости. Данная методика позволит идентифицировать неисправность локомотива при сравнении полученной тяговой характеристики с заводской.

ABSTRACT

The diploma project aims to develop techniques for the identification of the fault actual locomotive speed characteristics. When designing the graduation project used the results of the test locomotive 2ТE70. Traction calculation made for the purpose of theoretical justification of methods. Perform this test method on the real rate curve. This technique will identify the problem by comparing the locomotive traction characteristics obtained from the factory.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Закономерное старение тягового подвижного состава, повсеместное снижение требований к соблюдению технологической дисциплины при технических осмотрах (ТО) и ремонтах (ТР), длительное отсутствие концепции и стратегии эксплуатации и формирования ТО, ТР и КР по состоянию создали критическую ситуацию в локомотивном хозяйстве. В настоящее время состояние локомотивного парка является неудовлетворительным.

Неудовлетворительное состояние тяговых свойств локомотивов негативно сказывается на объемах перевозок, повышает их себестоимость и приводит к неустойчивой работе локомотивов в затяжных подъемах, что в свою очередь приводит к боксованию и разрушению верхнего строения пути. Оценить тягово-сцепные свойства локомотива без выполнения ряда процедур и расчетов в настоящее время не представляется возможным.

В рамках данного дипломного проекта предлагается использовать методику обратных построений, которая позволит оценить тяговые свойства локомотива в пути его следования и идентифицировать тяговую характеристику локомотива. Использование данной методики позволит предупредить неблагоприятное влияние снижения тяговых свойств локомотива на процесс эксплуатации.

1 АНАЛИЗ ТЯГОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛОКОМОТИВОВ

Тяговой характеристикой локомотива называют графическую зависимость касательной силы тяги от установившейся скорости движения при различных режимах работы энергосиловой установки в пределах ограничений по надежности, устойчивости и безопасности движения [1].

Сила тяги является управляющим воздействием поезда (входом), скорость движения – регулируемой величиной (выходом), сопротивление движению – возмущающим воздействием (входом).

Тяговые характеристики локомотивов являются статистическими потому, что получены экспериментально при равновесном взаимодействии управляющих и возмущающих воздействий и движении с равномерной скоростью. Если расчет скорости движения поездов производится с использованием тяговых характеристик, то переходные процессы не учитываются.

В эксплуатации преобладают динамические процессы тяги, при которых переменные состояния поезда и локомотива изменяются во времени. Однако динамические процессы определяются местными условиями движения: профилем пути, массой и ходовыми свойствами поезда, организацией движения поездов и т.д. Построить динамическую тяговую характеристику с учетом всех эксплуатационных факторов невозможно, поэтому использование статических характеристик в тяговых расчетах является упрощающим допущением [1].

Тяговые характеристики тепловозов и электроподвижного состава имеют принципиальные различия. Тепловозы имеют автономный источник энергии – дизель, мощность которого ограничена, и поэтому возникает ограничение силы тяги по дизелю. Мощности дизеля и внешней нагрузки соизмеримы, и поэтому переменные состояния поезда в процессе движения оказывают существенное влияние на режим, параметры и энергетическую эффективность работы тепловоза.

Для повышения провозной и пропускной способности дорог при ограниченной мощности генератора энергии необходимо иметь гиперболическую тяговую характеристику тепловозов. В таком случае мощность дизеля используется более полно при различных скоростях движения. В качестве примера графического отображения тяговой характеристики тепловоза на рисунке 1.1 представлена тяговая характеристика ТЭМ7.

Рисунок 1.1 – Тяговая характеристика тепловоза ТЭМ7

У электровозов нет ограничения в получаемой энергии, а переменная внешняя нагрузка не оказывает влияния на режим и параметры генераторов энергии – электростанций. В качестве примера графического отображения тяговой характеристики электровоза на рисунке 1.2 представлена тяговая характеристика ВЛ10.

Рисунок 1.1 – Тяговая характеристика электровоза ВЛ10

Регулирование скорости и силы тяги изменением возбуждения тяговых двигателей у тепловозов производится автоматически, а у большинства электровозов – изменением позиции контроллера при скоростях, установленных нормативами ПТР [1].

Таким образом, тяговые характеристики локомотивов имеют ограничения по ресурсам и по надежности работы: у тепловозов – по дизелю, по тяговой передаче, по сцеплению и конструкционной скорости; у электровозов – по тяговым двигателям, по сцеплению и по конструкционной скорости.

Рассмотрим возможные ограничения силы тяги в тяговых характеристиках на примере электровоза переменного тока (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 Обобщенный вид тяговой характеристики с указанием возможных ограничений

Условно тяговую характеристику можно поделить на четыре области:

1. I область:

   1. для всех локомотивов сила тяги не должна превышать предельного значения, установленного по прочности автосцепок. «Для предупреждения разрыва поездов наибольшая суммарная сила тяги локомотивов, находящихся в голове поезда, при трогании поезда с места определяется исходя из максимально допустимого продольного усилия на автосцепке, равного 950 кН, а наибольшая суммарная сила тяги при разгоне и движении по труднейшему подъем, определяется исходя из максимально допустимого продольного усилия на автосцепке, равного 1300 кН» [ПТР];

   2. для ЭПС с коллекторным ТЭД ток двигателя (якоря ) не должен превышать некоторого наибольшего значения . При превышении тока возможно искрение и образование кругового огня на коллекторе ТЭД (нарушение нормальной коммутации). В целях недопущения этого, при переходе с одной позиции на другую на ТЭД подают ток, который меняется скачкообразно от минимального (кроме маневровых позиций) до максимального значения. Для упрощения выполнения тяговых расчетов на тяговых характеристиках ЭПС показывают силу тяги для среднедопустимого пускового тока электродвигателя . В ПТР данное ограничение называют ограничением «по току»;

   3. для тепловозов с электрической передачей на базе коллекторных ТЭД:

      • ограничение силы тяги может быть вызвано указанными выше последствиями, но не на коллекторе ТЭД, а на коллекторе тягового генератора. На тяговой характеристике данное ограничение соответствует среднедопустимому току коммутации тягового генератора (в ПТР – «ограничение по току коммутации»);

      • ограничение силы тяги может быть вызвано значительным нагревом обмоток электрических машин при больших значениях силы тока. На тяговой характеристике данное ограничение соответствует среднедопустимому пусковому току генератора или якоря электродвигателя (в ПТР – «ограничение по пусковому току»);

2. II область – практически для всех видов подвижного состава сила тяги ограничивается условиями сцепления колес с рельсами. На тяговой характеристике данное ограничение соответствует расчетному коэффициенту сцепления (в ПТР – «ограничение по сцеплению»);

3. III область – для ЭПС с коллекторными ТЭД сила тяги ограничивается условиями нормальной коммутации на коллекторе электродвигателя. На тяговой характеристике данное ограничение соответствует среднедопустимому пусковому току электродвигателя (в ПТР – «по току», «ограничение по току», «ограничение по коммутации» или «ограничение по »);

4. IV область – для всех видов подвижного состава сила тяги ограничивается конструкционной скоростью локомотивов .

Для тепловозов характерны следующие сочетания ограничений:

• по току (I область) и сцеплению (II область) – ТЭП 10;

• по току (I область) – ТЭ3, ТЭ7;

• по сцеплению (III область) – ТЭ2, 2ТЭ10, 2ТЭ116, ТЭ70, ТЭП70, М62, 2ТЭ25К, ТЭМ18, ЧМЭ3, ТГ16.

У ряда тепловозов и дизель поездов отсутствуют какие-либо ограничения по реализации возможной силы тяги – ТЭП60, Д₁, ДР­₁.

На реализацию силы тяги влияют многочисленные факторы [2]:

1. механические свойства материала бандажа колес и рельс (твердость упругость, пластичность);

2. состояние поверхностей колес и рельсов. Для увеличения сцепления колес с рельсами самым эффективным средством оказался кварцевый песок;

3. равномерность нагрузок от колесных пар на рельсы. Наибольшую силу тяги локомотива можно получить при равномерном распределении веса локомотива между движущими колесными парами, чтобы каждая из них развивала наибольшую силу тяги. В действительности достичь равномерных нагрузок от колесных пар на рельсы трудно. Если в статическом состоянии это можно сделать за счет регулирования рессорного подвешивания, то при реализации силы тяги (движении локомотива) возникает неизбежное перераспределение нагрузок за счет возникающего опрокидывающего момента;

4. колебания надрессоренной части локомотива. Колебания надрессоренной части вызываются в основном прогибом рельсового пути и периодическими ударами колес на стыках рельс. При колебаниях кузова и тележек локомотива каждая колесная пара то разгружается, то перегружается вследствие прогиба рессор и пружин рессорного подвешивания. В момент разгрузки колесная пара может потерять сцепление с рельсом, а при перегрузке - восстановить его. Наступает так называемое прерывистое (перемежающееся) боксование. В том случае, когда сцепление не восстанавливается, начинается разносное боксование со значительным увеличением частоты вращения колесной пары. Колебания локомотива, а, следовательно, и степень разгрузки колесных пар зависят от конструкции его экипажной части, жесткости рессорного подвешивания и характеристик гасителей колебаний, жесткости пути и наличия на нем неровностей (стыков), а также от скорости движения. С увеличением скорости движения локомотива возрастает амплитуда колебаний, вызывающих снижение сцепления;

5. расхождение характеристик тяговых электродвигателей и диаметров колесных пар. За счет расхождения характеристик тяговых электродвигателей различные движущие колесные пары развивают разные силы тяги. При прочих равных условиях колесная пара, которая развивает большую силу тяги, раньше потеряет сцепление с рельсами и начнет боксовать. Увеличение диаметра колес увеличивает поверхность опорной площадки колеса на рельс и, как следствие, сцепление. Увеличение диаметра колес тепловозов с 1050 до 1250 мм может повысить силу сцепления на 10 %. Напротив, прокат бандажей уменьшает площадь контакта, повышает давление в его зоне и снижает сцепление. Если быстроходный тяговый двигатель будет установлен на колесную пару с наибольшим диаметром колес, то на ее ободах будет развиваться наибольшая сила тяги по сравнению с остальными, и она первой будет терять сцепление. Неравномерность в реализуемых силах тяги разными колесными парами уменьшится, если на колесную пару с меньшим диаметром бандажей устанавливать быстроходные тяговые электродвигатели, а на колесные пары с большим диаметром - электродвигатели, имеющие меньшие частоты вращения;

6. тип тягового привода. При индивидуальном приводе каждое колесо или колесная пара может боксовать независимо друг от друга, при групповом - возможно боксование или юз всех связанных друг с другом колесных пар. Следовательно, вероятность боксования при одной и той же силе тяги при индивидуальном приводе несколько выше, чем при групповом;

7. жесткость характеристик тяговых электродвигателей и схемы включения двигателей. При жестких характеристиках и параллельном включении тяговых электродвигателей возникшее боксование гасится быстрее;

8. проскальзывание колес. Проскальзывания колесных пар возникают вследствие конусности бандажей и при разности диаметров колес одной колесной пары. Наибольшие проскальзывания возникают при качении колесной пары в кривых участках пути, когда по внешнему рельсу она должна пройти больший путь, чем по внутреннему. Здесь конусность бандажа в какой-то мере компенсирует разницу в длине проходимого пути вследствие прижатия колесной пары к внешнему рельсу и качения по нему колеса большим диаметром;

9. скорость движения локомотива. С возрастанием скорости движения локомотива уменьшаются площадь контакта колеса с рельсом, его продолжительность и, как следствие, силы межмолекулярного взаимодействия между ними, увеличиваются колебания всех частей локомотива, что вызывает периодические перегрузки и разгрузки колесных пар. Все это приводит к уменьшению сцепления колес с рельсами.

10. техническое состояние тяговых средств. В частности:

    1. при расхождении параметров обмоток возбуждения ТЭД происходит отклонение от средних значений токов якорей и соответственно вращающих моментов движущих колес;

    2. по данным ВНИИЖТа, расхождение мощностей дизель-генераторных установок тепловозов, измеренных до и после профилактических ремонтов, составляет 4-5 %, а партия эксплуатируемых тепловозов имела либо заниженную на 30-50 %, либо завышенную на 10-15 % мощность;

11. атмосферные условия:

    1. с понижением давления уменьшаются плотность воздуха перед турбокомпрессором и перед впускными устройствами дизеля, уменьшается давление наддува и заряд воздуха в его цилиндрах. При сохранении постоянной цикловой подачи топлива и уменьшении заряда воздуха снижается коэффициент избытка воздуха, ухудшаются смесеобразование и сгорание топлива, снижаются давление рабочего процесса, индикаторная мощность, индикаторный и механический КПД, топливная экономичность. По мере снижения атмосферного давления повышается температура выпускных газов и тепловая напряженность, что может ограничивать нагрузку дизеля и силу тяги тепловоза;

    2. с ростом температуры воздуха уменьшается его плотность, степень повышения давления в турбокомпрессоре и снижается давление наддува. При постоянных частоте вращения коленчатого вала дизеля и цикловой подаче топлива уменьшаются масса и коэффициент избытка воздуха, давление рабочего процесса и индикаторный КПД, возрастают температура рабочего цикла и выпускных газов, потери теплоты.

Тяговые характеристики тепловозов наиболее точно получают по результатам испытаний на опытном кольце ВНИИЖТа и приводят в ПТР.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ВКР