Сравнение основных показателей тепловозной и электрической тяги

Московский государственный университет путей сообщения

(МИИТ)

Институт транспортной техники и организации производства

(ИТТОП)

Кафедра “ Локомотивы и локомотивное хозяйство “

Курсовая работа

По дисциплине «Локомотивы. Общий курс»

Тема: «Сравнение основных показателей тепловозной и электрической тяги»

Выполнил: ст. гр. ТЛТ – 212

                                                                        Кизимов А.С.

                                                      Принял:

                                                                                    ассистент Маношин А.В.

Москва-2009

ОГЛАВЛЕНИЕ

            ВВЕДЕНИЕ  .……………………………………………………………....………………………… 3

1.      ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ТЯГИ ………….…..............................................................5

2.      ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ И ВРЕМЕНИ ХОДА ПОЕЗДА ПО УЧАСТКУ ...…………………......................................................10

3.      ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАСАТЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ЛОКОМОТИВОВ …………..12

4.      ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ ТЯГИ …………………………………....................................................................14

5.      СРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОЗНОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГИ ……………………….16

6.      ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ ……………………………………………………………19

7.      ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………………………………24

8.      СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ..………………………………………….25

9.      ПРИЛОЖЕНИЯ ………………………………………………………...............................26

Введение

Роль транспорта в развитии экономики огромна. Железнодорожный транспорт является нашей главной или, пожалуй, одной из главнейших баз всей нашей экономики.

В транспортной системе России ведущее место занимают железные дороги, выполняющие около половины грузооборота всех видов транспорта. Составляя лишь восьмую часть общей протяженности, стальные магистрали мира осуществляют более половины мирового грузооборота.

Интенсификация использования технических средств, высокая грузонапряжённость, в несколько раз превышающая грузонапряжённость железных дорог Европы и США, привели на ряде важнейших направлений сети к исчерпанию провозных способностей. Для дальнейшего поступательного развития экономики нашей страны и освоения новых обширных районов важное значение имеет опережающее наращивание провозных способностей транспортных систем.

Прогресс железных дорог неразрывно связан с состоянием локомотивной тяги, проблема которой находится в центре внимания конструкторов и эксплуатационников. По мере увеличения массы поездов, скорости и частоты их движения, роста грузонапряжённости железнодорожных линий возрастают требования к локомотивам и локомотивному хозяйству. Дальнейшее увеличение объема перевозок непосредственно зависит от повышения массы, скорости поездов, а следовательно, от мощности и силы тяги локомотивов, их надежности и экономичности.

На сети дорог широко применяют вождение поездов массы от 6000 до 9000 т и более, полностью реализуя технические возможности серийных локомотивов. Это требует не только большого мастерства локомотивных бригад, но и организационно-технических мероприятий, обеспечивающих безопасное и безостановочное движение на участках значительной протяжённости. В условиях использования локомотивов без резерва мощности и силы тяги осложняется эксплуатационная работа дорог; так, единичные отказы или вынужденные остановки при малых интервалах между движущимися поездами нарушают движение на значительном полигоне или целом направлении. В связи с этим возрастают требования к конструкции, эксплуатации и техническому содержанию локомотивов. Для вождения поездов повышенной массы и длины в последнее время вынуждены применять многосекционные локомотивы. Однако применение такого способа сокращает полезную длину поезда, увеличивает число локомотивов в рабочем парке и их стоимость, объёмы и стоимость технического обслуживания и ремонта, численность эксплуатационного и ремонтного персонала. Более предпочтительным является наращивание единичной мощности локомотивов, но это связано с поисками новых или совершенствованием известных методов проектирования, эксплуатации, ТО и ТР тяговых средств. В силу того, что увеличение осевой мощности и силы тяги ограничено сцеплением колёс с рельсами, возникает необходимость в повышении нагрузок от колёсных пар на рельсы, что связано с усилением воздействия на путь или внесением в конструкцию новых элементов, которые по возможности способствовали бы сохранению действующих норм взаимодействия пути и подвижного состава. Так проблема развития тяги приобрела общетранспортное комплексное звучание.

Цель работы: рассчитать основное сопротивление движению поезда при различных видах тяги, среднюю скорость движению и время хода поезда по участку, касательную мощность локомотивов, расход энергоресурсов различными видами тяги, провести сравнение тепловозной и электрической тяги, выполнить индивидуальное задание.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ПОЕЗДА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ТЯГИ

1.1. Определение основного удельного сопротивления движению локомотивов

Неуправляемые внешние силы, направленные в сторону противоположную направлению движения поезда и следовательно, препятствующие его движению, называются действительными силами сопротивления движению.

Определение основного удельного сопротивлению движению локомотивов производится по следующей эмпирической зависимости

      [Н/кН]       (1), где

v – скорость движения локомотива, км/ч.

Расчёты основного удельного сопротивления движению локомотивов проведём раздельно по видам тяги:

а) для тепловоза 3ТЭ 10В:

Н/кН

Н/кН

б) для электровоза ВЛ 85:

Н/кН

Н/кН

1.2. Определение основного удельного сопротивления движению состава поезда (вагонов)

Основное удельное сопротивление движению грузового состава поезда, состоящего из четырёх- и шестиосных вагонов, определяется по следующей формуле

     [Н/кН]       (2), где

- доля веса четырёх- и шестиосных вагонов в составе поезда, соответственно (из задания);

- основное удельное сопротивление четырёхосных вагонов на роликовых подшипниках, Н/кН;

- основное удельное сопротивление движению шестиосных вагонов, Н/кН.

Основное удельное сопротивление движению четырёхосных вагонов на роликовых подшипниках по звеньевому пути:

гружёных вагонов при кН

       [Н/кН]       (3), где

qo4 – нагрузка на ось четырёхосного вагона, кН; определяется делением веса четырёхосного вагона q4 на число осей, т.е. qo4=q4:4;

v – скорость движения, км/ч.

qo4=500:4=125 кН

Основное удельное сопротивление движению шестиосных вагонов по звеньевому пути:

гружёных вагонов при кН

        [Н/кН]       (4), где

qo6 – нагрузка на ось шестиосного вагона, кН; определяется делением веса шестиосного вагона q6 на число осей, т.е. qo6=q6:6

qo6=900:6=150 кН

а) для тепловоза 3ТЭ 10В:

Н/кН

Н/кН

Н/кН

Н/кН

Н/кН

Н/кН

б) для электровоза ВЛ 85:

Н/кН

Н/кН

Н/кН

Н/кН

Н/кН

Н/кН

1.3. Определение общего полного сопротивления движению поезда

              Величина общего полного сопротивления движению поезда Wk определяется по формуле:

        [Н]       (9), где

              - основное удельное сопротивление движению локомотива,                                            Н/кН; 

              - основное удельное сопротивление движению состава   поезда,  Н/кН;

              Р – сцепной вес локомотива, кН;

              Q – вес состава поезда, кН (из задания);

              ip – крутизна расчётного уклона (подъёма), 0/00 (из задания).

              а) для тепловоза 3ТЭ 10В:

Н

Н

              б) для электровоза ВЛ 85:

Н

Н

Таблица 1

Результаты расчёта величины общего полного сопротивления движению поезда Wk

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ И ВРЕМЕНИ ХОДА ПОЕЗДА ПО УЧАСТКУ

2.1. Определение средней скорости движения поезда по участку при использовании различных режимов тяги

Определение средней скорости движения по участку графическим методом сводится к определению точек пересечения тяговой характеристики Fk=f(v) заданной серии локомотива и кривой общего полного сопротивления движению поезда Wk=f(v),ведомого этим локомотивом (см. приложение 1,2).

а) для тепловоза 3ТЭ10В:

Vcp= 75 км/ч

б) для электровоза ВЛ 85:

Vcp= 98 км/ч

2.2. Определение времени хода поезда по участку

              В соответствии с методом равновесных скоростей время хода поезда по участку во главе с локомотивом можно определить по следующей формуле:

(11)   [ мин],    где

              S – длина участка обращения локомотивов, км (из задания);

              vcpT – средняя (равновесная) скорость движения поезда во главе с тепловозом, км/ч;

              vcpЭ – средняя (равновесная) скорость движения поезда во главе с электровозом, км/ч.

мин;

мин.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАСАТЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ЛОКОМОТИВОВ

Касательной мощностью локомотива называют  мощность, развиваемую на его ведущих колёсах и используемую для движения.

              Касательная мощность тепловоза может быть определена из следующего выражения кВт

[кВт ]  (14), где

              vi – текущее значение скорости, км/ч;

              Fki – текущее значение касательной силы тяги, Н.

кВт

              Касательная мощность электровоза:

     [кВт ] (15).

кВт

Таблица 2

Расчёты касательной мощности локомотивов

По данным таблицы 2 строим графики касательных мощностей приложение 3 и приложение 4.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ ТЯГИ

4.1. Определение расхода топлива тепловозом на тягу поездов

              а) определение расхода топлива тепловозом по данным ПТР можно выполнить по следующей зависимости кг

[кг] (16), где

              Gмин – минутный расход топлива одной секцией тепловоза, кг/мин;

              nc – число секций тепловоза;

              tT – время хода поезда во главе с тепловозом, мин.

кг

              б) определение расхода топлива тепловозом по выполненной механической работе

  [кг] (17), где

              - значение силы тяги при движении тепловоза со средней равновесной скоростью движения, Н;

              S – длина эксплуатационного участка, км (из задания);

              - средний КПД тепловозной тяги; можно принять =0,30;

              - удельная теплота сгорания дизельного топлива, кДж/кг; можно принять =42700 кДж/кг.

кг

4.2. Определение расхода электроэнергии электровозом переменного тока

              а) расчёт расхода электроэнергии электровозом переменного тока по данным ПТР можно выполнить по следующей формуле, кВт.ч

  [кВт.ч] (18), где

              Ukc – напряжение в контактной сети, В; 

можно принят Ukc=25000 В;Idacp – среднее значение активного тока электровоза, А;tэ – время хода поезда во главе с электровозом переменного тока, мин.

кВт.ч

              б) определение расхода электроэнергии электровозом по выполненной механической работе, кВт.ч

[кВт.ч] (19), где

              - значение силы тяги при движении электровоза переменного тока со средней (равновесной) скоростью движения, кН; - средняя (равновесная) скорость движения электровоза, м/ч;tЭ – время хода поезда во главе с электровозом переменного тока, с;  - средний КПД электрической тяги; можно принять =0,82

кВт.ч

5. СРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОЗНОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГИ

5.1. Сравнение видов тяги по расходу энергоресурсов

5.1.1. Определение стоимости перевозок при различных видах тяги:

а) стоимость перевозов при тепловозной тяге

  [руб] (21), где

ст – цена одного килограмма дизельного топлива, руб; ст ≈ 17 руб

Еср – средний расход топлива тепловозом

[кг]

кг

руб

б) стоимость перевозок при электрической тяге

[руб]    (22), где

сэ – средняя цена одного киловатт-часа электроэнергии, руб/кВт.ч; сэ=3,05 руб/кВт.ч;

Аср – средний расход электроэнергии электровозами

    [кВт.ч]

кВт.ч

руб.

5.1.2. Оценка эффективности видов тяги по расходу энергоресурсов

(23)

5.2. Сравнение локомотивов по тяговым характеристикам

              Относительная касательная сила тяги локомотива определяется по следующему выражению ( Приложение 7)

(24), где

              Fki – текущее значение силы тяги локомотива, Н;

              - значение касательной силы тяги локомотива при конструкционной скорости, Н.

              Относительная скорость движения локомотива определяется по формуле:

  (25), где

              vi – текущее значение скорости, км/ч;

              vk – конструкционная скорость движения локомотива, км/ч.

Таблица 3

Расчёты относительных параметров тяговых характеристик локомотивов

По данным таблицы 3 строим приложение 6.

Вывод: на данном участке длиной 700 км по тяговым характеристикам выгодно использовать  электровоз ВЛ 85 в количестве 3-х секциях нежили тепловоз ТЭ 10В в количестве 3-х секциях, но по затратам на энергоресурсы использования электровоза будет не  выгодна, потому что стоимость затрат на энергоресурсы электровоза в 1,3 раза превышает тепловоз, поэтому исходя из этого на этом участке всё-таки лучше использовать тепловоз.

6. ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

Классификация и основные типы вагонов

Вагонный парк состоит из пасса­жирских и грузовых вагонов. В вагонах пассажирского парка перевозят людей, багаж, почту; к ним относятся вагоны-рестораны, специальные вагоны (служебные, лаборатории,  клубы и т. п.).

Пассажирские вагоны бывают дальнего, межобластного и приго­родного сообщения. Вагоны дальнего следования подраз­деляют на мягкие и жесткие, а по планировке — на купейные (два или четыре места в купе) и некупейные. В вагонах межобластного сообщения мягкие кресла расположены в общем пассажирском салоне.

Пассажирские вагоны оборудо­ваны устройствами отопления, вентиляции и освещения. Отопление мо­жет быть водяное или электрическое. В вагонах последней постройки при меняется комбинированное водяное отопление, при котором нагрев воды может осуществляться электронагре­вателем и твердым топливом. Вагоны оборудованы приточной принудительной вентиляцией (подогретый и очищенный воздух подается по воздушному желобу во все отделение вагона), а также специальными установками для кондиционирования воздуха. Такие установки приготовляют воздух определенной влажности и температуры с давлением несколько большим атмосферного поэтому   устраняется   возможность попадания наружного воздуха неплотности вагона.

Освещение в пассажирских вагонах дальнего и межобластного следования электрическое. Электричество каждого вагона вырабатывается генераторами, приводимыми в действие от оси колесной пары и от специального вагона-электростанции,  включаемого в поезд. В электропоездах вагоны освещаются от контактной сети через специальные установки, имеющиеся в моторных вагонах. На станциях и при малых скоростях следования питание вагонов электроэнергией происходит от аккумуляторных батарей, заряжаемых во время движения. За последнее время нашло широкое распространение люминесцентное освещение.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   

Парк грузовых вагонов состоит из крытых вагонов, платформ, полувагонов, цистерн, вагонов изотермических и специального назначения.

Крытые   вагоны   предназначены для перевозки разнообразных грузов их сохранности и зашиты от атмосферных воздействий. Эти вагоны, оснащенные соответствующим оборудованием, могут быть использованы и для массовых перевозок людей. Кузов крытого вагона имеет в каждой из боковых стен задвижные двери  и по два люка с металлическими  крышками. Люки  служат для освещения и вентиляции, а также для загрузки вагонов сыпучими грузами. Крытые вагоны последних выпусков имеют металлический кузов, уширенный дверной проем. Грузоподъёмность вагона 68 т, объём кузова 140 кубических метров.

На платформах перевозят длинномерные, громоздкие и тяжеловесные грузы. Платформы строят с невысокими откидными металлическими бортами, приспособлениями для установки стоек,  необходимых при перевозке брёвен, столбов, досок и т. п. Грузоподъёмность платформ последних выпусков 70-72 т. Для перевозки крупнотоннажных контейнеров массой брутто 10, 20 и 30 т выпускаются специальные четырёхосные платформы, оборудованными устройствами для установки и крепления контейнеров.

Полувагоны — наиболее распространенный вид вагонов грузового парка. Они служат в основном для перевозки массовых навалочных, сы­пучих грузов, таких как уголь, руда, кокс, щебень, гравий и др. В полу кузова вдоль боковых стен предус­мотрены разгрузочные люки, через которые сыпучий груз самотеком раз­гружается по обе стороны полуваго­на. Двери нужны для загрузки полувагона длинномерными грузами или самоходным транспортом. На до­рогах применяют четырех- и восьмиосные полувагоны, а так­же оставшиеся в небольшом коли­честве шестиосные полувагоны грузоподъемностью 94 т с кузовом, имеющим металлическую обшивку боковых стен и торцовых дверей. Выпускаются также полувагоны с глухим кузовом без разгрузочных люков; разгрузка их производится на вагоноопрокидывателях.

Разновидностью полувагонов являются так называемые вагоны-хопперы для перевозки сыпучих и пылевидных грузов (ще­бень, гравий, песок, цемент и др.) грузоподъемностью 50 т. Хоппер имеет высокие боковые стены, а для перевозки цемента — и крышу. Тор­цовые стены его наклонены к сере­дине вагона, где расположены раз­грузочные люки. Хопперы использу­ют в основном для перевозки щебня на замкнутых маршрутах (вертуш­ках)   и для  хозяйственных  нужд.

На внутренних путях крупных металлургических заводов  руду и строительные сыпучие материалы перевозят преимущественно вагонами-самосвалами. Такие вагоны строят четырёхосными с грузоподъемностью 60 т и более с кузовом прямоуголь­ной формы, имеющим пневматическое устройство для разгрузки. При этом кузов наклоняется и одновременно открывается борт с той стороны, куда производится   разгруз­ка.

Жидкие грузы (нефть, керосин, бензин, масло, кислоты и т. п.) пере­возят в цистернах. Цистерна пред­ставляет собой специальный метал­лический сварной резервуар (котел), цилиндрической формы, имеющий в верхней части люки для налива гру­за, а также для очистки и ремонта котла. Разнообразие грузов обуслов­ливает существенные изменения кон­струкций цистерн.

В зависимости от перевозимых грузов цистерны могут быть разделены на две группы:

обшего назначения — для перевозки широкой номенклатуры нефтепродуктов,

специальные — для перевозки отдельных видов грузов.

Цистерны общего назначения в свою очередь могут подразделяться на цистерны для перевозки светлых (бензин, лигроин и т. п.) и темных (нефть, минеральные масла и т. п.) нефтепродуктов. Ввиду повышенной огнеопасности светлых нефтепродуктов   и   ненадежной   герметичности нижних сливных приборов цистерны для перевозки этих грузов оборудуют устройствами верхнего слива (колпа­ками).   В   цистернах  для   темных нефтепродуктов предусмотрены ниж­ние сливные  приборы.  В  нижней части    резервуара    расположёны устройства для слива груза. Внут­ренняя поверхность цистерн, в кото­рых перевозят кислоты, покрыта за­щитным слоем (резиной, свинцом), предохраняющим металл от разрушающего действия кислот. В этих же целях котлы цистерн изготовляют из кислотоупорных металлов — нержавеющей стали, алюминия. Цистерны для перевозки молока делают из нержавеющей стали, покрытой снаружи слоем тепловой изоляции.

Вязкие нефтепродукты перевозят в цистернах, оборудованных паровой рубашкой, что значительно упрощает и ускоряет слив грузов. Цистерны строят четырехосными с объёмом котла 72 кубических метра. Находятся в эксплуатации и восьмиосные цистерны с объёмом котла 134 кубических метров.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   

Скоропортящиеся грузы доставляют в изотермических вагонах. Их используют в летнее время для перевозки скоропортящихся грузов (рыбы, мяса, овощей и др.), а зимой – грузов, теряющих свои качества при замерзании (овощей, фруктов, молока, минеральных вод). Для поддержания внутри вагонов необходимой температуры их оборудуют приборами охлаждения и отопления, а кузовa имеют тепловую изоляцию.

Изотермические вагоны соединяются в рефрижераторные поезда или секции по 21, 12 и 5 единиц, при этом соответственно в трех, двух и одном вагонах размещаются обслу­живающие бригады механиков, ди­зель-электростанция (дизель-генера­торные установки)   и   холодильное оборудование.

Для перевозки скоропортящихся грузов используются также автономные рефрижераторные вагоны, оборудованные холодильными агре­гатами и дизель-генераторными уста­новками с автоматическим (без обслуживающего персонала) или ручным управлением.

Помимо универсальных изотерми­ческих вагонов, используемых для перевозки массовых скоропортящихся грузов находятся в эксплуатации и специализированные вагоны для транспортировки живой рыбы, молока, молочных продуктов и др.

Вагоны специального назначения предназначаются для грузов, тре­бующих особых условий перевозки. Например, транспортерами перево­зят громоздкие и тяжеловесные машины и оборудование. Транспортёры – это многоосные платформы (12, 16, 20 и более осей) грузоподъёмностью 130, 180, 230 и 300 т. К специальным относятся также вагоны для перевозки скота, живой рыбы, битума, легковых автомобилей и вагоны, предназначенные для технических и бытовых нужд железных дорог: вагоны-мастерские, вагоны восстановительных и пожарных поездов. Оборудование этих вагонов определяется их назначением.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               

Для перевозки различных грузов, том числе штучных изделий, до­машних вещей и др., используют контейнеры — деревянные или ме­таллические — с массой брутто 3, 5, 20 т и более. При пере­возке на платформах или в полува­гонах контейнеры закрепляют соот­ветствующими приспособлениями. Чтобы избежать перегрузки из ваго­нов в автомашины, применяют спе­циальные контейнеры большой грузо­подъемности, приспособленные для подкатки под них автомобильных шасси. Такие контейнеры называют контрейлерами.

7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В данной курсовой работе были произведены и занесены в таблицу 1 подсчёты общего полного сопротивления движения для двух видов локомотивов, для тепловоза 3ТЭ 10В и электровоза ВЛ 85 в количестве 3-х секции. А также построены два графика (см. приложения 1 и 2) зависимости касательной силы тяги от скорости  и общего сопротивления движению от скорости для этих локомотивов.

2. По этим графикам были определены равновесные скорости отдельно для электровоза и тепловоза, а затем были наёдены значения времени движения этих локомотивов по заданному участку пути по этим равновесным скоростям.

3. По данным ПТР были подсчитаны значения касательной мощности для каждого режима работа, и были построены графики (см. приложения 3 и 4) этих мощностей в зависимости от скорости для каждого вида локомотива.

4. По данным ПТР и данным измерения были проведены подсчеты расхода энергоресурсов, для тепловоза расход топлива дизелем, а для электровоза расхода электроэнергии. А также были построены два графика (см. приложение 5) расхода топлива дизелем тепловоза и токовую характеристику электровоза.

5. По данным подсчётов были получены безразмерные величины относительных касательных сил тяги и относительных скоростей, на основе которых были построена их зависимость (см.приложение 6) и проведено таким образом сравнение тепловоза и электровоза по тяговым свойствам, а также был подсчитан коэффициент, который учитывал затраты на энергоресурсов. И оказалось, что по тяги превосходит электровоз, а по затратам на энергоресурсы в 1,3 раза тепловоз дешевле, по этому целесообразно использовать тепловоз на данном участке пути.

6. Проведено изучение индивидуального задания, по классификации и основных типов вагонов.

7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Руднев В. С., Белов В. А. Сравнение основных показателей тепловозной и электрической тяги: Методические указания к курсовому проектированию. – М.: МИИТ, 2004. – 24 с.

2. Гребенюк П. Т., Долганов А. Н., Скворцова А. И. Тяговые расчёты: Справочник./ Под ред. П. Т. Гребенюка. – М.: Транспорт, 1985. – 272 с.

3. Тушканов Б. А., Пушкарёв Н. Г., Позднякова Л. А. ВЛ 85: руководство по эксплуатации/Э45. - М.: Транспорт, 1992. – 480 с.

24