列车牵引计算.docx
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列车牵引计算
广州铁路职业技术学院
课程设计说明书
课 程:
《列车牵引计算》
专 业:
电力机车
班 级:
函授大专班
学 号:
13号
姓 名:
王书民
指导教师:
曾青中
2004年12月1日
目 录
第一节 任务书
第二节 牵引重量的计算
第三节 线路纵断面化简
第四节 编制合力计算表和绘制合力曲线图
第五节 绘制列车运行速度曲线
第六节 绘制运行时间曲线
第七节 耗电量的计算
第八节 设计总结
《列车牵引计算》课程设计
任 务 书
广州铁路职业技术学院
2004年11月
第一节 任务书
《牵引计算》课程设计任务书
一、设计题目:
列车牵引计算
二、设计时间:
2004年11月~12月
三、设计班级:
电力机车函授大专班
四、指导教师:
曾老师
五、设计任务:
根据给定的条件计算和确定列车牵引质量、运行速度、运行时间。
1、已知条件
(1)机型:
SS1型机车
(2)线路纵断面(附图一)
A~C区段为复线,全长18km,区段海拔高度均未超过500m,环境温度不高于20℃,无大风。
(3)速度限制
线路允许速度:
100km/h
正线道岔限速:
60km/h
侧线道岔限速:
45km/h
(4)车辆组成
C60型车占80%,自重19吨、载重50吨、换长1.2,GK型制动机。
N12型车占20%,自重20.5吨、载重60吨、换长1.3,K2型制动机。
S10型车1辆,自重18吨,K1型制动机,换长0.8。
(5)车站最短到发线有效长度:
750m
2、求解
(1)计算牵引质量,校验并确定区段牵引质量;计算列车换算制动率和增速时间。
(2)编制合力表,绘制合力曲线。
(3)化简线路纵断面,列车计算表。
(4)绘制列车运行速度线(与合力线共图)。
(5)绘制列车运行时间线(单列图),查被定区间的运行时分,求出平均技术速度。
3、编写计算说明书要求:
说明书全文力争简单明了,整洁清晰、层次分明、词语通畅,计算部分先列公式后代入参数,各参数要说明代表意义和出处。
说明书及图纸发送E-mail:
paulzeng2004@
4、图纸部份
图面整治、字体工整、曲线圆滑,符号及绘图标记应符合铁道部《列车牵引计算规程(TB/T1407-1998)》的规定。
第二节牵引质量的计算
一、求机车以计算速度等速运行的牵引质量G
(一)分析图A~C区段线路纵断面特点,从A~C的下行方向断面看,10‰的坡道最大,并有Ls=2000m的隧道,在这坡道之前的坡度相对小些,离A站较近,故视为限制坡道。
(二)计算A~C区段重载货物列车的牵引质量G
1、求出计算坡道的坡度ix(其中包括隧道),参照《列车牵引计算规程》公式12-2、12-5、12-6:
ix=ih+is=10+
=10+
=10.2‰
其中,v=43km/h,参照《列车牵引计算规程》表5
2、计算牵引质量G
G=
其中,G为牵引质量,t;
Fj=301.2KN,为SS1型机车计算牵引力,参照《列车牵引计算规程》表5;
P=138t,为机车计算重量,参照《列车牵引计算规程》表7;
λy=0.9,为牵引力使用系数,参照《列车牵引计算规程》6.2规定;
w0′=3.66N/KN,为计算速度下的机车单位基本阻力,根据《列车牵引计算规程》公式2-1,w0′=2.25+0.019v+0.00032v2=2.25+0.019×43+0.00032×432≈3.66N/KN;
w
=1.36N/KN,为计算速度下的滚动轴承车辆单位基本阻力,根据《列车牵引计算规程》公式2-19,w
=0.92+0.0048v+0.000125v2=0.92+0.0048×43+0.000125×432≈1.36N/KN
G=
=2226t
根据《列车牵引计算规程》表1的规定,牵引质量取10的整倍数,即G=2230t
(三)核实列车编组情况
据设计任务书中的车列编组情况,确定各型车辆车辆数。
C60型敞车:
nC50=
≈25辆
N12型平车:
nN12=
≈5辆
S10型守车:
nS10=1辆
共计:
31辆
二、牵引质量的校验
1、按A~C区段停车地点最困难起动条件校验牵引质量
C站起动时Iq=0,检查能否起动,根据《列车牵引计算规程》公式11-3:
G≤
其中:
Fq=487.3KN,是机车计算起动牵引力,参照《列车牵引计算规程》表6规定;
λy=0.9,为牵引力使用系数,参照《列车牵引计算规程》6.2规定;
P=138t,为机车计算重量,参照《列车牵引计算规程》表7规定;
wq′=5N/KN,为机车起动单位基本阻力,参照《列车牵引计算规程》2.4.1规定;
iq=ix=10.2‰,是牵引区段内的最大计算坡度。
wq〞=3.5N/KN,为滚动轴承货车起动单位基本阻力,参照《列车牵引计算规程》2.4.2规定;
由此计算:
G=
=3135t
根据《列车牵引计算规程》表1的规定,牵引质量取10的整倍数,即G=3130t,大于计算坡度等速运行的牵引质量2230t,符合最困难起动的条件。
2、长大下坡道制动机及空走时间的校验
列车在长大下坡道的容许速度为83km/h,进行周期制动时控制的速度不得超过该值,为保证列车的制动力,全列车各车辆副风缸的空气压力都必须恢复到规定压力,因此,缓解充风时间tc与制动空走时间tk之和必须小于列车从缓解到上升至最大容许速度的时间tz,即:
tz ≥ tc+tk
为提高运行速度,缓解速度不宜过低,试取Vmin=43,将速度从容许速度至最低缓解速度划分为四个速度间隔,列表如下:
栏序
速度间隔(km/h)
83~73
73~63
63~53
53~43
平均速度(km/h)
78
68
58
48
1
车辆(重货车)单位基本阻力(N/KN)
w0〞=0.92+0.0048v+0.000125v2
2.05
1.83
1.62
1.44
2
车辆总基本阻力(N/KN)
W0l=9.81Gw0〞
44953.61
39911.12
35415.54
31466.87
3
机车惰行单位基本阻力(N)
W0d=2.25+0.0019v+0.00032v2
4.35
3.86
3.44
3.08
4
机车惰行总基本阻力(N)
W0d′=9.81P.W0d
5882.28
5224.07
4652.51
4167.58
5
列车惰行单位合力
W0=
2.19
1.94
1.72
1.53
6
30(v2-v1)
-300
-300
-300
-300
7
ij+w0d
-5.85
-6.34
-6.76
-7.12
8
增速时间tz=
51.24
47.31
44.36
42.13
tz=51.24+47.31+44.36+42.13=185.04(s)
该列车n=31辆,制动机为K2型、GK型混编,由于GK型制动机充风时间长,为安全起见,列车充风时间按GK型制动机充风时间考虑,βb=0.5,减压量r=80kpa,用缓解位充风,tc=60s
根据《列车牵引计算规程》公式4-7,计算货物列车常用制动的空走时间tk:
tk=(3.6+0.00176r.n)(1-0.032ij)
=(3.6+0.00176×80×31)×(1-0.0032×10.2)
≈7.7(s)
其中,r为列车管减压量(kpa),n为牵引辆数,ij为加算坡度(‰)。
tc+tk=60+7.7=67.7(s)
tz>tc+tk
因此,在长大下坡道上,列车增速时间大于制动机充风时间与制动空走时间之和,牵引31辆处于安全范围。
3、校验列车长度受区段内车站到发线有效长度的限制。
列车编组情况:
SS1型电力机车1台,长度20.4m,参照《列车牵引计算规程》表7规定;
C60型敞车25辆,换长=25×1.2=30;
N12型平车5辆,换长=5×1.3=6.5;
S10型车1辆,换长=1×0.8=0.8;
列车长度=20.4+(30+6.5+0.8)×11
=430.7m
A~B区段的车站最短到发线有效长为750m,按《技规》规定附加制动距离为30m,实际使用长度为720m,因此,本区段车站能容纳SS1型电力机车牵引2230吨列车的长度。
第三节线路纵断面化简
一、进行化简分组
A~C区段共有12个单元,根据化简分组原则,化简后尽量保持原来特点,因而:
1、2、3、4、7、8、9、12作为独立单元,5、6合并为一个单元,10、11合并为一个单元。
二、计算化简坡度ih
5~6号化简坡段:
H1=350.5,H2=366
Lh=500+1500=2000m
ih=
×1000=
×1000=7.75‰
由于合并单元有两段曲线:
ir=
=
≈0.24‰
ihj=ih+ir=7.75‰+0.24‰=7.99‰
10~11号化简坡段:
H1=333.4,H2=329.0
Lh=750+1000=1750m
ih=
×1000=
×1000=-2.5‰
由于合并单元有两段曲线:
ir=
=
=0.24‰
ihj=ih+ir=-2.5‰+0.24‰=-2.26‰
三、进行化简检查
没有进行化简的坡道不需要化简检查。
5~6、10~11坡道化简检查如下:
∣7.99-7∣×500=495<2000
∣7.99-8∣×1500=15<2000
∣-2.26-(-3.6)∣×750=1005<2000
∣-2.26-(-1.7)∣×1000=560<2000
检查结果,所有实测均符合化简要求。
四、计算各坡道内附加阻力的折算坡度
4号坡道:
is=
=
≈0.20
9号坡道:
ir=
.
=
×
≈0.05
五、求化简坡段的化简加算坡度
1号坡道:
ir=0,is=0,ij=ih=0
4号坡道:
ir=0,is=0.20‰,ih=10‰
ihj=ir+is+ih=0+0.2‰+10‰=10.2‰
5号坡道:
ir=0.24‰,is=0,ih=7.75‰
ihj=ir+is+ih=0.24‰+0+7.75‰=7.99‰
同法,计算其它化简坡道的加算坡度,将计算结果填入下表:
线路纵断面化简计算表
站名
实测线路纵断面
变坡点
标高
(米)
坡道编号
坡道
长度
Li
(米)
坡道
坡度i(‰)
曲 线
隧道
长度
Ls(米)
R
(米)
α
(°)
Lr
(米)
1
750
0
312.1
2
800
-2
310.5
3
1000
3
313.5
4
3700
10
2000
350.5
5
500
7
700
15°
354.5
6
1500
8
30°
400
366
7
1500
0
366
8
1250
2
368.5
9
4500
-7.8
1000
400
333.4
10
750
-3.6
700
20°
330.7
11
1000
-1.7
800
20°
450
329
12
750
0
变坡点
标高
(米)
化简线路纵断面
附加阻力
折算坡度
i,is(‰)
化简加算坡度
坡道
编号
坡长
Lh
(米)
坡度
ih(‰)
化简检查
△i.li≤2000
下行
ihj
(‰)
上行
ihj
(‰)
1
750
0
0
0
0
312.1
2
800
-2
0
-2
2
310.5
3
1000
3
0
3
-3
313.5
4
3700
10
is=0.2
10.2
-9.8
350.5
5
2000
7.75
∣7.99-7∣×500
=495<2000
ir=0.24
7.99
-7.51
354.5
∣7.99-8∣×1500
=15<2000
366
6
1500
0
0
0
0
366
7
1250
2
0
2
-2
368.5
8
4500
7.78
ir=0.05
-7.75
7.85
333.4
9
1750
-2.5
∣-2.26-(-3.6)∣×750=1005<2000
ir=0.24
-2.26
2.74
330.7
∣-2.26-(-1.7)∣×1000=560<2000
329
10
750
0
0
0
0
线路纵断面示意图
A站 B站 C站
≯ ≮≯ ≮
K00+500 K8+500 K9+500 K17+500
化简纵断面编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
化简纵断面
0
2
800
3
1000
10.2
3700
7.99
2000
0
2
1250
7.75
4500
2.25
1750
0
750
1500
750
轨面标高
实际纵断面编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
实际纵断面
0
2
800
3
1000
10
3700
7
500
8
1500
0
2
1250
7.8
4500
3.6
750
1.7
1000
0
750
1500
750
曲线隧道
a=15°
Lr=400
R=700
a=30°
R=1000
Lr=400
Ls=2000
R=700
a=20°
R=800
Lr=400
公里标
1
2
3
4、5、6
7
8
9
10
11
12~15
16
17
18
第四节编制合力计算表和绘制合力曲线图
一、根据SS1型电力机车牵引G=2230t重载货物列车,计算出制动率
h
∑Kh=∑Kh′+∑Kh〞=7000×1+250×25+160×5+90=7840KN
h=
=
=0.34
常用制动系数βb:
取βb=0.5
计算列车不同工况合速度的单位合力,填入下表中。
合力计算表各栏数值取法如下:
速度V:
由0开始,每隔10km/h取一速度列入计算表,直到机车最大速度(或其他允许速度,此处取货车的最高速度80km/h)。
在机车牵引特性曲线上各转折点所对应的速度也应列入计算,例如表中41.2、43、57.4分别列为最高级位满磁场与粘着限制线,持续电流限制牵引力曲线,电阻制动力曲线Ⅰ、Ⅱ级的峰值速度为37.7,这些点均应列入表中以计算有关各项。
牵引力:
按照表中各速度,依据机车的牵引特性,由限制条件的牵引力曲线查取,速度低于10km/h的牵引力,按10km/h取值,填表如下。
二、绘制合力曲线图
以合力比例尺k=6㎜为1N/KN,速度比例尺1㎜代表1km/h,把合力表中不同工况速度的合力点,在直角坐标中分别标出来,连成圆滑的曲线,即成附图。
图中,上面的曲线根据表4-1中的第8栏各速度数值绘制的主手柄的牵引运动力合力曲线C=F-W0=F(v),中间的曲线根据第12栏各速度数值绘制的列车惰力运行合力曲线C=-W0d=F(v),下面的曲线是根据第16栏各速度合力绘制的常用制动合力曲线C=0.56+W0=F(v)。
第五节绘制列车运行速度曲线
一、计算列车通过最大下坡道ihj=-7.75的坡道限制速度
1.根据列车组成和风管压力500Kpa,由《牵算》表3-10查出机车车辆的换算闸瓦压力如下:
SS1型机车Kh=700KN
C50型车(GK型)Kh=250KNNn(K2)Kh=160守车Kh=90KN
2.计算列车闸瓦总压力∑Km
∑Km=∑Km′+∑Km″=700×1+250×25+160×5+90×1=7840KN
二、求坡道限制速度Vx
设此车每百吨重量闸瓦压力为X:
则:
(138+2230)﹕7840=100﹕X
得X=331.08KN
查《牵算》P104,知:
Vx=83Km/h
三、长大下坡道调速制动最高允许速度的计算
Vhmax=Vx-atx
式中:
Vx —— 制动限制速度Km/h
a —— 列车加速度Km/h
a=
C=
×(-wod′-ij)
-wod′—— 列车在V=83Km/h时的惰行单位阻力N/KN,计算得:
wod′=6.03N/KNwod〞=2.18N/KNWod′=8103NWod〞=46407N
C=
=
≈2.40N/KN
内插法知:
V=83Km/hwod=2.40N/KNtz=204.8s
Vmax=83-
×〔-2.4-(-7.75)〕×204.8=83-37≈46·5Km/h
本计算取 Vmax=45Km/H,偏于安全。
第六节绘制运行时间曲线
采用第一套比例尺:
距离y=20mm代表1公里;固定长度△=30mm;时间比例尺X=10mm代表1分钟。
在时间座标t-s的左侧放置辅助座标,纵座标为速度Vmax,横座标取固定长度△=OM=30mm,使OM与S轴位于同一水平线上。
绘制时间曲线t=f(s)的速度间隔与速度线相同,时间线的起点与速度线一致……A站到发线中心O,时间线的终点必须落在C站到发线中心位置上,即与速度线同一位置。
时间线t=f(s)具有增长特性,在画至图界时(一般为8cm)可断开,从相同位置的零点接续画下去。
计算列车技术速度
查t=f(s)图,运行时间t=8+6.3+4.9=19.2(分)
根据《牵规》规定,作为列车运行图的区间运行时分,货物列车一般取分的整数,故取A-C区间运行的时间t=19分。
A~C区间的距离为18公里,因而列车的技术速度为:
V技=s/t×60=56.84(Km/h)
第七节耗电量的计算
机车从车站到A站用去5分钟,SS1型出入段每小时100KW。
Qt=300×100/3.6=8333.3(W.S)
一、牵引运行耗电量
电力机车牵引运行耗电量Qy,分为最高负荷牵引运行耗电量Qy1和部分负荷牵引运行耗电量Qy2,即
Qy=Qy1+Qy2
1、机车最高负荷牵引运行耗电量Qy1
Qy1=
(KW.h)
式中Vw —— 受电弓处网压,KV(2.5Kv)
Ip1 —— 时间间隔内机车最高负荷的平均有功电流,A
Ipo —— 自用有功电流,A(4轴和6轴机车取6)
t —— 相应工况时间,min
λy —— 牵引使用系数,λy=0.9
2、机车部分负荷牵引运行耗电量Qy2,按下式计算:
Qy2=
(Kw/h)
式中,Ip2 —— 时间间隔内机车部分负荷的平均有功电流,A。
Ip1和Ip2可按电力机车有功电流曲线图或电力机车牵引计算主要数据表查用。
SS1型机车牵引G=2230T A~C区间下行耗电消耗表
化简
坡道
序号
运行
工况
运行速度(Km/h)
牵引运行耗电量Kw.h
惰行制动耗电量
V1
V2
Vp
△t
Ip1
Ip2
Qy
△t
Ipo
Qo
1
起动
0
10
5
0.5
55
55
24.3
牵引33-Ш
10
20
15
0.2
100
100
16.8
牵引33-Ш
20
30
25
0.5
150
150
61.8
牵引33-Ш
30
40
35
0.5
205
205
83.7
牵引33-Ш
40
44.5
42.25
0.3
220
220
53.8
2
牵引33-Ш
44.5
67
55.75
0.8
200
200
130.7
3
牵引33-Ш
67
73
70
1
145
145
117.3
4
牵引33-Ш
73
59
66
4.2
130
130
453.3
5
牵引33-Ш
59
67
63
2
165
165
171.3
6
惰行
67
61
64
1.5
10
6.3
7
牵引33-Ш
61
74
67.5
1.1
135
135
123
8
惰行
74
83
78.5
0.9
10
3.8
制动
83
43
63
0.4
10
1.7
惰行
43
73
58
0.8
10
3.3
9
制动
73
43
58
0.6
10
2.5
惰行
43
46
44.5
1.6
10
6.7
10
制动
46
0
23
1.9
10
7.9
A~C站区间合计 1218
32.2
二、
三、
四、
二、惰行、制动及停车自用电量Qo
Qo=
(Kw.h)
式中 Vw——受电弓处网压,KV
Ipo——自用电有功电流,A
t——相应工况时间,min
惰行、空气制动及停站时,自用电有功电流Ipo取2A,电阻制动时,4轴和6轴车取10A。
本设计取10A。
三、根据公式并计算,填表7-1
得出Q=Qy+Qo+Qt=1218+3.22+8.3=1229.52Kw.h
四、单位耗电量
电力机车每重万吨公里耗电量q按下式计算
q=
=
=306.31[Kw.h/(104t.km)]
式中, L——牵引区段
G——牵引质量
Q——区段耗电量
第八节设计总结
本次《列车牵引计算》课程设计,需要通过不断查阅资料,反复对照
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- 关 键 词:
- 列车 牵引 计算
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