Исходные данные для тяговых расчетов

Расчетная сила тяги. Основным параметром ЭПС, характеризующим его эксплуатационные качества, является устойчиво реализуемая им сила тяги по сцеплению, максимальное значение которой, Н,

^кшах n₀q₀ty_K,

где п₀ - число сцепных осей ЭПС;

qo - нагрузка от колесной пары на рельсы, Н; фк - коэффициент сцепления колес с рельсами.

При заданных нагрузках от колесной пары на рельсы и числе сцепных осей ЭПС величины F_K max и ф_к зависят от конструкции экипажной части ЭПС, характеристик тяговых двигателей, схемы их соединения и способа регулирования, а также от целого ряда факторов, характеризующих состояние путевого хозяйства, погодные условия и т. д.

Качество экипажной части ЭПС оценивается коэффициентом использования сцепной массы Цсц, который определяется по наиболее разгруженной оси q_a- -Aq₀ в результате перераспределения нагрузок q₀ в процессе реализации силы тяги через отношение

Т]сц ~ (.Я о А?о)/Я Of

где q₀ определяется массой локомотива т_л, кг, приходящейся на одну ось, qo=m_Rg/n₀ = mog (здесь g - ускорение свободного падения, м/с²), а величина разгрузки Aq₀ в значительной степени зависит от конструкции экипажной части локомотива. На современных типах ЭПС промышленного транспорта экипажную часть выполняют четырехосной и применяют двухосные несочлененные тележки с продольно сбалансированной рессорной системой и расположением тяговых двигателей в тележке опорными подвесками в сторону центра кузова. В этом случае разгрузка колесных пар передней по ходу тележки (рис. 2.1) при реализации силы тяги F_K = F_KOn₀ зависит только от базы экипажа L (расстояние между серединами тележек) и высоты оси автосцепки Н над головкой рельса, которая нормируется стандартом, т. е.

где /•'„о - сила тяги, развиваемая одной колесной парой (^_Ко=^о^к). Тогда

где К=2НЦ- коэффициент разгрузки.

При работе на больших уклонах (і_Р^=40°/оо) необходимо учитывать также действие дополнительной разгрузки (Aq,) передней по ходу тележки, вызванной смещением оси центра тяжести ЦТ от середины базы экипажа:

АЯі - З^о/рАцт/Т, т]_сц =1 2 (/1 + ?*рЛц_Т) ф_к/Т,

где А_цт - высота центра тяжести тяговой единицы ЭПС.

Ограничения по сцеплению, наносимые на тяговые характеристики ЭПС, определяются не только разгрузками колесных пар при тяге и коэффициентом использования сцепного веса. Они в значительной степени зависят от схемы соединения тяговых двигателей, жесткости их характеристик и способа регулирования скорости, а также, от идентичности колесо-моторных блоков. Для обеспечения идентичности характеристик всех колесо-моторных блоков ЭПС необходимо, чтобы они имели равные произведения диаметра ходового колеса на частоту вращения тягового двигателя при нагрузке, соответствующей расчетным силе ТЯГИ Рр И скорости движения Вр, которые будут рассмотрены ниже. Выполнение этого требования полностью зависит от уровня технологии производства, качества изготовления и ремонта колесо-моторных блоков.

Рис. 2.1. Схема разгрузки колесных пар при движении ЭПС

Тяговые двигатели с более жесткой характеристикой позволяют реализовать большие силы тяги по сцеплению, так как при срыве сцепления сила тяги у этих двигателей снижается значительно интенсивнее, благодаря чему она быстрее приходит в равновесие с силой сцепления, а ее среднее значение почти не уменьшается. У двигателей с мягкой характеристикой срыв сцепления может привести к разносному боксованию.

Существенное влияние на реализуемые коэффициенты сцепления г);„ и соответственно силы тяги по сцеплению /⁷к оказывает схема соединения тяговых двигателей. При параллельном соединении двигателей достигается значительное увеличение жесткости их групповой характеристики, благодаря чему боксование одной колесной пары практически не приводит к уменьшению нагрузок остальных двигателей, общая сила тяги ЭПС снижается несущественно, а восстановление сцепления у боксующей колесной пары происходит значительно быстрее, чем при последовательном соединении тяговых двигателей.

На основании проведенных испытаний в различных климатических условиях и на различных карьерах установлены следующие зависимости коэффициентов сцепления от скорости движения V (км/ч) на постоянных путях выездных траншей:

для ЭПС с последовательным соединением двигателей

для ЭПС с параллельным соединением двигателей

(2.1)

(2.2)

Полученные значения ф_к Для условий карьерного транспорта ниже рекомендуемых ПТР для магистральных железных дорог, так как карьерные пути имеют значительно большие неровности и просадки пути, зазоры в рельсовых стыках, отклонения от номинальных размеров в прямых и кривых участках пути, повышенную загрязненность рельсов и т. п.

Реализация значений ф_к, приведенных в выражениях (2.1) и (2.2), гарантируется заводом-изготовителем ЭПС. На карьерах, где содержание путевого хозяйства соответствует нормам ПТЭ, фактически реализуемые коэффициенты сцепления могут быть выше.

Для определения расчетной силы тяги ЭПС необходимо учитывать способ регулирования скорости и силы тяги. При ступенчатом пуске набор каждой последующей позиции приводит к скачкообразному росту тока и соответственно силы тяги Fп двигателей. Эти колебания стремятся ограничить возможно узкими пределами от некоторого наименьшего значения F_{n m}i_n до наибольшего F_n max, причем значение F_n шах Не ДОЛЖНО превышать значения F_K max (т. е. FJmai< ^Яо^офк) во всем диапазоне скоростей до выхода на последнюю позицию регулирования. Расчетное значение силы тяги F_p ЭПС равно среднему значению пусковой СИЛЫ ТЯГИ FП ср, т. е.

Fp - F„ _Ср = (F„ _тах + ш1п)/2.

Пусковая диаграмма каждого типа ЭПС характеризуется коэффициентом неравномерности пусковой силы тяги: KnF = &Fn/F_{n ср}, где AF_u = F_{n га}ах-

-Fп ср= (Fп max Fп min)/2.

Отсюда соответственно расчетная сила тяги и коэффициент ее неравномерно

сти при пуске

Для тяговых агрегатов постоянного тока ПЭ2М и переменного тока ELI О, ОПЭ1, имеющих ступенчатое регулирование, значения достаточно велики и составляют 0,08-0,1. Поэтому внедрение планового бесступенчатого регулирования (Kkf = 0) на современных тяговых агрегатах переменного тока ОПЭ2, ОПЭ1А, ОПЭ1Б и постоянного тока ПЭЗТ позволило существенно увеличить F_v и соответственно весовую норму поезда.

Для удобства тяговых расчетов значение г|)_к/(1+Кнг), соответствующее скорости выхода на автоматическую характеристику п_р (п_р - расчетная скорость движения по руководящему подъему), обозначим через гр_р и назовем расчетным коэффициентом сцепления, который на основании выражений (2.1) и (2.2) определяется так:

для ЭПС с последовательным соединением двигателей

тде w^r - удельное сопротивление движению локомотива, Н/кН;

m_Bi - масса локомотива, т;

Wi"-удельное сопротивление движению t-го типа вагона (думпкара), Н/кН;

/ял -масса i-го типа вагона (думпкара), т;

1 "

М -масса поезда, т \ М = т_л +- 2^тв/

Удельное сопротивление движению поезда условно подразделяют на основное Wo и дополнительные Шд сопротивления движению. Основным называют сопротивление движению на прямом и горизонтальном пути, которое зависит от скорости движения и категории путей, где обращается подвижной состав. Ввиду того что иа промышленном транспорте скорости движения ограничены, при выполнении тяговых расчетов принимают значения w₀ по усредненным данным, полученным в результате испытаний на различных категориях пути в груженом и порожнем направлениях с допустимыми скоростями движения (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Усредненные значения удельного основного сопротивления движению поезда w₀, Н/кН

Дополнительные сопротивления движению возникают при прохождении поезда по уклону и в кривых:

= Wi + w_R. (2.9)

Дополнительное удельное сопротивление от уклона численно равно уклону і, °/оо, т. е.

Wi=±i, (2.10)

где знак плюс соответствует движению на подъем, а знак минус - движению по спуску.

Дополнительное удельное сопротивление от кривых иа постоянных путях при радиусах кривых ^?=80-т-300 м рассчитывают по формулам: при длине поезда 1₀ менее или равной длине кривой вв

w_R = 900/(/? + 80); (2.11)

при длине поезда больше длины кривой

(2.12)

То же для радиусов кривых /?>3(Ю м

да* = 70011?. (2.13)

Для передвижных путей величины по_л увеличиваются в 1,5 раза из-за худшего качества укладки и рихтовки путей.

Удельное сопротивление движению поезда на уклоне I с кривой радиусом Я

по = по₀+1 + (2-14)

а полное сопротивление движению поезда массой М

= (р₀ + і + о>д) М?.

(2.15)