Trækberegninger

Trækkraftberegninger  er en anvendt del af teorien om togtrækkraft , som overvejer togbevægelsesbetingelserne og løser problemer relateret til bestemmelse af de kræfter, der virker på toget og lovene for togbevægelse under påvirkning af disse kræfter.

Historien om trækkraftberegninger

I 1814, i England, udførte William Gedley og Timothy Gakward de første eksperimenter med den eksperimentelle evaluering af adhæsionskræfterne af hjulene på et damplokomotiv med skinner . I 1818 udførte George Stephenson de første eksperimenter for at bestemme modstandskræfterne mod vognes bevægelser . I 1825-1830. Den tjekkiske ingeniør Frantisek Antonin Gerstner, der byggede en hestetrukket jernbane i Østrig-Ungarn, fastslog, at en hest kan bære syv gange mere last på skinner end på en jordvej.

I 1858 udgav professor ved Instituttet for Korpset for Jernbaneingeniører AG Dobronravov sit arbejde "Den generelle teori om dampmaskiner og teorien om damplokomotiver", hvor han gav ligningen for togbevægelse og overvejede i detaljer styrkernes elementer modstand mod bevægelse. I 1869 udførte professor M.F. Okatov eksperimenter "på glidning", det vil sige, han bestemte størrelsen af ​​trækkraften ved adhæsion. I 1877-1879. designeren af ​​damplokomotiver, ingeniør V. I. Lopushinsky, udførte eksperimenter på forskellige veje for at måle modstanden mod bevægelsen af ​​et damplokomotiv og vogne ved hjælp af dynamometre.

I 1877 udviklede professor L. A. Ermakov i sit arbejde "Determination of Fuel Consumption by Steam Locomotives" videnskabeligt det grundlæggende i trækkraftberegninger for at bestemme togets vægt, rejsetid, togs tilladte hastighed ved bremser, brændstof- og vandforbrug. I 1883 overvejede L. A. Ermakov karakteren af ​​modstand mod bevægelse på et vandret og lige spor, på skråninger og i buede sektioner af banen.

I 1880 skabte ingeniør A.P. Borodin en stand til at teste damplokomotiver i Kievs jernbaneværksteder. Drivhjulsættet på et 1-2-0 damplokomotiv blev adskilt fra det parrede og hævet over skinnerne, en af ​​bandagerne blev drejet under remskiven. Værkstedernes maskinudstyr fungerede som last for damplokomotivet. Ulempen ved stativet var belastningsgrænsen - 65-70 kW ved 100 rpm af drivhjulene, hvilket svarede til en hastighed på 30 km/t.

I 1889 blev arbejdet fra professoren fra St. teoretisk set. I 1892 foreslog han beregningsformler til bestemmelse af modstanden mod bevægelse af rullende materiel.

I 1903-1904. En skøjtebaneteststation blev bygget på Putilov-fabrikken i St. Petersborg. Hver drivaksel i lokomotivet var monteret på en rulle, hvis fælg havde profilen af ​​et skinnehoved, føringen og støttende hjulsæt hvilede på skinnerne. Lokomotivet blev koblet gennem et dynamometer til et massivt stativ. Ved at bremse rullerne blev den nødvendige konstante belastning af lokomotivet skabt.

I 1898 begyndte ingeniør Yu. V. Lomonosov at udføre operationelle test af damplokomotiver som en del af tog på vegne af traktionstjenesten på Kharkov-Nikolaev-jernbanen. Siden 1908 blev der på alle jernbaner udført trækkraft- og varmetekniske test af damplokomotiver efter den af ​​ham foreslåede metode. I 1912, under ministeriet for jernbaner, blev "Kontoret for eksperimenter med typer af damplokomotiver" oprettet, ledet af Yu. V. Lomonosov. Jernbaneministeriet godkendte "Regler for fremstilling af sammenlignende forsøg på typer af damplokomotiver", som er obligatoriske for test af damplokomotiver på statsejede jernbaner. På grundlag af de udførte test blev der oprettet tekniske pas til damplokomotiver af næsten alle serier, der opererede på russiske jernbaner. I 1917 godkendte Jernbaneministeriet de "Foreløbige Regler for Fremstilling af Trækberegninger", oprettet på grundlag af "Forsøgskontorets" arbejde.

I 1932 blev der bygget en "Experimental Railway Ring" med en diameter på 1912 m nær Butovo-stationen, beregnet til at teste rullende materiel. I 1935 blev ringen elektrificeret, hvilket gjorde det muligt at teste de første elektriske lokomotiver i serierne VL19 og S11. Alle nye lokomotivtyper testes på ringen for at bestemme deres trækegenskaber.

Trækberegninger

Der anvendes trækkraftberegninger:

Forenklinger brugt i beregninger

Hvis stien ikke består af lige strækninger, tyr de til at rette stiprofilet ud.

Udretning af sporprofilen og bestemmelse af den estimerede højhastighedsstigning og maksimale nedstigning

For at forbedre nøjagtigheden af ​​resultaterne af trækkraftberegninger samt reducere deres volumen og tid til deres implementering, er det nødvendigt at rette stiprofilen af ​​en given sektion.

Udretningen af ​​sporprofilen er baseret på ligheden mellem mekanisk arbejde på et oprettet profil og på et rigtigt profil.

Profiludretning består i at erstatte to eller flere tilstødende elementer af den langsgående bane med et element, hvis længde s c  er lig med summen af ​​længderne af de udrettede elementer (s 1 , s 2 , . . . . , s n ) dvs.

s С \u003d s 1 + s 2 + .... + s n,

hældning i" c  beregnes ved formlen


For at beregningerne af togets hastighed og bevægelsestid langs strækningen er tilstrækkelig nøjagtige, er det nødvendigt at kontrollere muligheden for at rette

grupper af profilelementer i henhold til formlen:

hvor s i er længden af ​​den udrettede sektion, m;

Δi er den absolutte værdi af forskellen mellem hældningen af ​​den rettede sektion og hældningen af ​​det element, der kontrolleres, 0 / 00 ,

Hvert element i den korrigerbare gruppe er genstand for denne kontrol. Jo kortere elementerne i den korrigerede gruppe er, og jo tættere de er i stejlhed, jo mere sandsynligt er det, at deres test for tilfredsstillelse af tilstanden vil være positiv.

Kurverne på den rettede sektion erstattes af en fiktiv hældning, hvis stejlhed bestemmes af formlen

hvor S kri  og R i er længden og radius af kurven inden for det udrettede afsnit, m.

Stejlheden af ​​den rettede sektion under hensyntagen til den fiktive stigning fra kurven

Vi tager værdierne i ' c  positive for bevægelsen der, og værdierne af den omvendte bevægelse er negative , dvs. opstigning bliver nedstigning.

Du kan ikke rette op på følgende elementer: estimeret stigning, stejl stigning, stejleste nedstigning. Platforme på strækningen mellem elementer af forskellige skilte kan heller ikke indgå i opretningen. En oprettet profil skal bevare alle egenskaberne af en rigtig profil med hensyn til den relative position af de hævede og sænkede punkter.
Efter at have udrettet sporprofilen analyserer vi den for at identificere den beregnede stigning, højhastighedsstigning og den stejleste nedstigning.

Designliften kaldes sådan en lift, hvorpå designhastigheden er indstillet, denne lift er den sværeste sektion. i beregnet = 8,0 ‰.

En kort opstigning med en større stejlhed end den beregnede er en sådan opstigning, hvor i calc <i cr, men dens længde er mindre end den beregnede, og derfor overvinder toget den ret let i cr = 8,0 ‰.

En stejl nedkørsel er den stejleste nedkørsel, hvor toget skal skifte til tomgang og samtidig bruge bremsen i cpu = -6,8 ‰

Beregning af kompositionens masse

Vi beregner massen efter formlen:

hvor F cr er lokomotivets beregnede trækkraft, kgf;

værdien af ​​den beregnede hastighed er lig med V p

i p - stejlheden af ​​den beregnede stigning,

P er den estimerede masse af lokomotivet, m

w, 0 - lokomotivets grundresistivitet, kgf/t

Det afhænger af hastigheden og bestemmes af formlen:

w,, 0 - sammensætningens hovedresistivitet i kgf / t, vi beregner henholdsvis også for designhastigheden i henhold til formlen

hvor alfa, betta og gamma er henholdsvis andelene af 4, 6 og 8 akslede biler i sammensætningen efter vægt angivet

Kontrol af kompositionens masse

Vi tager i betragtning, at før vi overvinder en stejl sektion, er sammensætningen forudgået af lette profilelementer. I dette tilfælde passerer stien, hvis stejlhed er lig med 8,0 0 / 00 , af toget under hensyntagen til den kinetiske energi

hvor V n er hastigheden ved begyndelsen af ​​løftet, der kontrolleres, dvs. dette er den hastighed, der blev udviklet på det forrige element

V til - hastighed ved slutningen af ​​den kontrollerede opstigning

(f k - w k ) cf - specifik kraft, beregner vi for gennemsnitsværdien af ​​hastigheden

Værdien af ​​gennemsnitshastigheden er:

Kontrol af togets masse langs længden af ​​stationens modtage- og afgangsspor

For at kontrollere togets masse langs længden af ​​modtage- og afgangssporet, skal du først bestemme antallet af biler i toget og længden af ​​toget.

Antal biler i toget:

4-akser:

8-akslet:

Find den samlede længde af toget ved hjælp af formlen:

hvor Ll er lokomotivets længde

Beregning og konstruktion af kurver for accelererende og decelererende kræfter

Beregningen af ​​diagrammet over de specifikke resulterende kræfter udføres for tre måder at køre et tog på langs en vandret sektion:

1) til trækfunktion

2) til tomgang

3) for bremsetilstand:

under driftsbremsning

under nødbremsning

Beregningen udføres med hensyn til hastigheder fra 0 til design, samt for de beregnede hastigheder og hastigheden for at nå den automatiske karakteristik

Tvinger, der virker på et tog Trækkraft

Lokomotivets trækkraft afhængig af hastigheden bestemmes af trækegenskaberne, som er bygget til nye dæk i overensstemmelse med egenskaberne for trækmotorerne taget på bænken eller under driftsprøver. Lokomotivets trækkraft kan ikke overstige vedhæftningskræfterne fra lokomotivets drivhjul med skinnerne.

,

hvor F K  er trykkraften;
P er lokomotivets "koblingsvægt" (summen af ​​belastningerne på skinnerne fra alle drivende hjul);
ψ er adhæsionskoefficienten.

Hjulets friktionskoefficient med skinnen er maksimal ved parkeringspladsen og falder i takt med at lokomotivets hastighed øges. Da den faktiske adhæsionskoefficient afhænger af tilfældige faktorer såsom banens tilstand og atmosfæriske forhold, erstattes den af ​​den beregnede friktionskoefficient ψ K , hvis værdi bestemmes af empiriske formler baseret på resultaterne af talrige eksperimenter i virkeligheden operation. I det enkleste tilfælde for lokomotiver:

,

hvor v er bevægelseshastigheden, km/t.

Bevægelsesmodstand

Modstanden mod togets bevægelse kaldes den kraft, der påføres ved hjulens kontaktpunkter med skinnerne, for at overvinde, hvilket det samme arbejde bruges på at overvinde alle ukontrollerede kræfter, der hindrer bevægelse. Resistivitet er modstandskraften for hver enhed af togvægt.

,

hvor w er resistiviteten;
W er den samlede modstand, N;
P er lokomotivets vægt, kN;
Q er vægten af ​​togvogne, kN.

Hovedmodstanden kaldes de kræfter, der forhindrer bevægelse af rullende materiel langs en lige vandret bane i et åbent område under normale vejrforhold ved enhver tilladt hastighed. Hovedmodstanden består af:

  • modstand mod friktion i aksellejer;
  • modstand mod rullende friktion af hjul på skinner;
  • modstand mod glidende friktion af hjul på skinner;
  • energiafledning under samspillet mellem hjul og skinner (tab af energi ved samlinger og sporuregelmæssigheder, elastisk deformation af skinner og sveller);
  • luftmodstand;
  • energiafledning til miljøet under lodrette svingninger af de affjedrede dele af det rullende materiel og ryk langs togets længde.

På grund af påvirkningen af ​​adskillige faktorer er det praktisk talt umuligt at etablere analytiske afhængigheder til beregning af hovedresistiviteten; dens værdi opnås udelukkende eksperimentelt. Som et resultat af bearbejdning af eksperimentelle data opnås empiriske formler eller grafer. For eksempel for en fireakslet vogn på rullelejer, der bevæger sig langs et ledspor

,

hvor q 0  er belastningen fra hjulsættet på skinnerne.

Yderligere modstande kaldes midlertidige kræfter, der opstår under specifikke driftsforhold for det rullende materiel:

  • fra hældningen af ​​sporprofilen;
  • fra stiens krumning;
  • fra vinden;
  • fra lav temperatur;
  • fra tunneler;
  • fra undervognsgeneratorer til personbiler.

Yderligere specifik modstand mod bevægelse fra skråningen tages lig med værdien af ​​hældningen i ppm.

.

Yderligere specifik modstand mod bevægelse i buede sektioner af sporet opstår af følgende årsager:

  • hjulene på det samme hjulsæt kører en anden vej langs de ydre og indre skinner (dækkets tilspidsning reducerer denne forskel), hvilket fører til en stigning i hjulslip;
  • på grund af centrifugalkraftens påvirkning presses hjulryggene mod den indvendige sideflade af den ydre skinne, hvilket øger den glidende friktionskraft;
  • rullende materiel bogier roterer i forhold til kroppens akse, som et resultat af hvilke glidende friktionskræfter opstår i understøtningerne, drejeanordningerne og akselkasserne.

Yderligere specifik modstand mod bevægelse fra kurven beregnes ved hjælp af empiriske formler, når toglængden er længere end kurvens længde

,

hvor R er kurvens radius;
s KP  er længden af ​​kurven;
l P  er længden af ​​toget.

Når toglængden er mindre end eller lig med kurvens længde

.

Ved udførelse af beregninger, der kræver øget nøjagtighed, tages der også hensyn til togets hastighed og højden af ​​yderskinnen.

Yderligere specifik modstand mod bevægelse forårsaget af påvirkningen af ​​en frontal eller sidevind bestemmes i brøkdele af den primære specifikke modstand ved hjælp af koefficienten KB .

.

Koefficienten KB bestemmes ud fra tabeller eller nomogrammer og afhænger af vindhastighed, rullende materielhastighed og lufttæthed. Listen over lokaliteter, hvor korrektionen for vind og vindhastighed anvendes for hver periode, er etableret på baggrund af resultaterne af langsigtede meteorologiske observationer.

Ved lave temperaturer på udeluften øges dens tæthed, hvilket øger den aerodynamiske modstand mod bevægelse, viskositeten af ​​smøremidlet i akslen og motoraksiale lejer øges, hvilket øger friktionskræfterne i dem. Yderligere specifik køremodstand på grund af lav udetemperatur tages i betragtning ved temperaturer under -25 °C ved hjælp af koefficienten K HT

.

Koefficienten K HT bestemmes ud fra tabellerne afhængig af togets hastighed og udetemperaturen.

Yderligere specifik modstand fra bevægelse i tunneler opstår på grund af stigningen i luftmodstand, sjældenhedseffekten i togets haleafsnit og forekomsten af ​​turbulens mellem tunnelens vægge og toget.

.

Koefficienten K T afhænger af togets hastighed og antallet af spor i tunnelen. I en dobbeltsporet tunnel er modstanden mod luftens bevægelse meget mindre end i en enkeltsporet tunnel.

Yderligere modstand fra undervognsgeneratorer til personbiler tages i betragtning ved hastigheder på 20 km/t og derover.

,

hvor P' er den gennemsnitlige nominelle effekt af undervognsgeneratoren.

Der er ingen undervognsgeneratorer i højhastighedstog, der har en centraliseret strømforsyning fra et lokomotiv eller kraftværksvogn.

Processen med at bevæge sig væk fra det rullende materiel efter lange stop (20 minutter eller mere) sker under forhold med halvtør og tør friktion. Under parkeringstiden ødelægges oliekilen mellem aksellejets gnidningsdele, temperaturen falder, og smøremidlets viskositet stiger. Parkering er ledsaget af en betydelig knusning af metallet i området af kontaktområdet, hvilket øger tabene fra rullende friktion langs skinnerne. Ekstra startmodstand for rullende materiel på rullelejer

. Bremsekraft

Togets bremsekraft er defineret som summen af ​​produkterne af de faktiske trykkræfter af bremseklodserne K og de faktiske friktionskoefficienter for klodserne φ K eller som produktet af summen af ​​de beregnede (reducerede) trykkræfter K P og den beregnede friktionskoefficient for puderne φ KP .

.

Med en stigning i hastigheden og den specifikke presning af puderne øges mængden af ​​varme, der genereres under friktion af puden mod hjulet, temperaturen af ​​metallet i hjulet og puden stiger, overfladelaget bliver mere plastisk, som et resultat hvoraf friktionskoefficienten falder. Friktionskoefficienten beregnes ved hjælp af empiriske formler, for eksempel for standard støbejerns bremseklodser

.

Den faktiske trykkraft bestemmes af lufttrykket i bremsecylinderen (bremsecylindre har huller til tilslutning af en trykmåler), stempelareal, frigørelsesfjederkraft, bremsegrebsforhold, antal klodser, der virker fra en cylinder, cylinderens effektivitet og gearing. For at forenkle beregningerne anvendes den beregnede trykkraft og den beregnede friktionskoefficient. Formlen til bestemmelse af den beregnede friktionskoefficient for støbejernspuder er

.

De beregnede pressekræfter bestemmes i henhold til de standarder, der er fastsat for hver lokomotivtype, vogn og dens last. For at forhindre udskridning må bremsekraften, der genereres af bremsemidlerne for hvert hjulpar, ikke overstige hjulparrets adhæsionskraft til skinnerne.

Den beregnede bremsekoefficient er forholdet mellem summen af ​​de beregnede trykkræfter og togets vægt

.

Ved beregninger, hvor brugen af ​​nødbremsning tages i betragtning, tages den beregnede bremsekoefficient lig med dens fulde værdi, og ved fuld driftsbremsning tages den beregnede bremsekoefficient lig med 0,8 af dens fulde værdi. For kontrolbremsning bestemmes værdien af ​​den beregnede bremsekoefficient, afhængigt af bremsetrinnet, ud fra tabellerne.

Beregning af kompositionens vægt

Togets vægt og togets hastighed bestemmes ud fra betingelsen om fuld udnyttelse af lokomotivets kraft og togets kinetiske energi. Togets vægt bestemmes ud fra tilstanden af ​​bevægelse langs den beregnede (styrende) stigning med ensartet hastighed og langs den sværeste stigning ved ujævn hastighed ved hjælp af togets kinetiske energi. Togets vægt under bevægelsesbetingelser med ensartet hastighed på den beregnede stigning bestemmes ud fra betingelsen om lighed mellem trækkræfterne og modstanden mod togets bevægelse i henhold til formlen

,

hvor w' 0  er lokomotivets hovedresistivitet;
w'' 0  er vognenes hovedresistivitet.

Vægten af ​​sammensætningen til passage af den sværeste stigning ved hjælp af kinetisk energi bestemmes af udvælgelsesmetoden. For at gøre dette bestemmes vægten af ​​sammensætningen for det beregnede løft, og muligheden for at passere det sværeste løft kontrolleres. Hvis hastigheden i slutningen af ​​det kontrollerede element er mindre end den beregnede (minimum tilladt), reduceres vægten af ​​sammensætningen, og beregningen gentages.

Togets vægt kontrolleres også for tilstanden til at starte på stigning, mens den resulterende accelerationskraft skal være større end nul.

Løsning af bremseproblemer

Bremseopgaver er opgaverne med at bestemme de bremsemidler, der giver en reduktion af hastigheden eller et fuldstændigt standsning af toget i den nødvendige afstand og opgaverne med at bestemme den afstand, hvormed et tog med kendte bremsemidler kan standse eller reducere hastigheden til en givet værdi. På grund af bremsesystemets inerti sker stigningen i bremsekraften i forskellige biler ikke samtidigt. For at forenkle beregningerne antages det, at bremsekraften øges øjeblikkeligt til en stabil værdi efter et vist tidsrum t p , som kaldes tiden for klargøring af bremserne til handling. Tiden til at forberede bremserne til handling øges med en stigning i længden af ​​sammensætningen, og korrektioner for hældningen og størrelsen af ​​bremsekraften bruges også i beregningerne.

Bremselængden er lig med summen af ​​den forberedende bremselængde (den tilbagelagte strækning under forberedelsen af ​​bremserne) og den faktiske bremselængde. Værdien af ​​den faktiske bremselængde bestemmes normalt ved numerisk integration af bevægelsesligningen over hastighedsintervallerne.

Bestemmelse af den maksimalt tilladte hastighed i henhold til det beregnede bremsetryk, afhængigt af hældningens størrelse

Der søges efter den stejleste nedkørsel med givne bremsemidler og den accepterede samlede bremselængde lig med . Løsningsmetoden er grafisk-analytisk. Den samlede stoplængde er:

hvor S p er vejen til at forberede bremserne til handling, hvor togbremserne betinget betragtes som inaktive (fra det øjeblik, førerens kranhåndtag er indstillet til bremseposition, indtil togbremserne aktiveres).

S d er den faktiske bremselængde, som toget kører over med bremserne i fuld kraft

Beregning af rejsetid ved Degtyarevs metode

Til konstruktion er det nødvendigt at lave en skabelon i form af en ligebenet trekant. For vores skala er trekantens dimensioner som følger: basen er 60 mm, højden er 180 mm. Efter at have lavet skabelonen begynder vi byggeriet. Når toget begynder at bevæge sig fra station "A", stiger dets hastighed tilsvarende, tidskurven skal stige, vi anvender bunden af ​​skabelonen, så vinklen på en af ​​dets sider og basen hviler på begyndelsen af ​​station "A" , tegn en linje langs skabelonen fra nul til skæringspunktet med hastigheden. Fra det modtagne punkt tegner vi en linje langs den anden ligebenede side til basen. Dernæst bygger vi den samme trekant, som vi også begrænser til den allerede konstruerede hastighedskurve.

Dernæst fortsætter vi med at bygge trekanter ved siden af ​​hinanden. Som et resultat får vi, at jo højere hastigheden er, jo større er trekanten, og en trekant er lig med et minut. Vi tæller disse trekanter ved at konstruere en tidskurve, for dette projicerer vi abscissen, hvor trekanten er lig med et minut, til abscissen, hvilket svarer til værdien af ​​1 minut, og forbinder punktet, der svarer til dette minut, med det næste. minut. Dermed får vi en kurve med intervaller fra et minut til et andet minut, dvs. fra enden af ​​en trekant til enden af ​​en anden trekant. Man skal huske på, at tidskurven er stigende, derfor, når ordinaten er lig med 10 minutter, afskærer vi kurven og flytter brudpunktet ned. Således afskæres kurven hvert 10. min. I vores tilfælde, baseret på skalaen, er en trekant lig med 0,1 minut.

Plotning af en hastighedskurve

Hastighedskurven er en graf over afhængigheden af ​​et togs hastighed af den tilbagelagte distance. Under abscisseaksen er baneprofilen betinget afbildet. Normalt opbygges en rejsehastighedskurve til sammensætningen af ​​den beregnede vægt ved bestemmelse af den korteste rejsetid for et tog over en given strækning. Beregningen udføres ved hjælp af en grafisk metode, ved hjælp af diagrammer over accelererende og decelererende kræfter, eller ved at integrere togbevægelsesligningen. Resultatet af beregningen anvendes ved udarbejdelsen af ​​togplanen.

Litteratur

  • Astakhov P. N. "Modstand mod bevægelse af rullende jernbanemateriel" Proceedings of the Central Research Institute of the Ministry of Railways. Nummer 311. - Moskva: Transport, 1966. - 178 s.
  • Deev V. V., Ilyin G. A., Afonin G. S. "Traktion af tog" Lærebog. - Moskva: Transport, 1987. - 264 s.
  • Regler for trækkraftberegninger for togarbejde. — M.: Transport, 1985. 287 s.