МЕТОДА Практичні роботи ТЯГА_Гребенюк (2)

- початкове перевищення температури обмотки тягового двигуна над температурою зовнішнього середовища, °С.

Коли локомотив рухається без струму (вибіг або механічне гальмування) відбувається природне і примусове охолодження двигуна, температура при якому розраховується за формулою:

(8.2)

При виконанні розрахунків крива часу руху поїзда ділиться на інтервали t ,з необхідною для точності умовою t/Т 0,1, і для кожного інтервалу по кривій струму тягового двигуна знаходяться середні значення струму. Якщо умова точності не виконується розрахунок виконується з меншими інтервалами часу.

Значення параметрів сталої перевищення температури і постійної теплової часу Т приведені у ПТР (рисунки 4.124-4.131) у вигляді графіків залежності цих параметрів від струму двигуна (рисунок 8.1). Розрахунок ведеться за формулами (8.1) і (8.2) залежно від режиму руху поїзда по ділянці.

Рисунок 8.1 – Характеристики теплових параметрів двигуна

Допустимі перевищення температур лімітуючих обмоток тягових електродвигунів приведені у таблиці 8.1.

51

Таблиця 8.1 – Допустимі перевищення температури обмоток ТЕД

	Тип тягового	Лімітуюча	Клас ізоляції	мах. , °С
	двигуна	обмотка
	НБ-406, НБ-412К,	якоря	В	120
	НБ-418К
	ТЛ-2К	головних полюсів	В	130
	ЕД 141У	головних полюсів	F	155
	ДТК-800, ДТК820	головних полюсів	F	155

Якщо у результаті розрахунків температура перегріву перевищує допустиму, треба вжити заходів щодо її зменшення, тобто зменшити масу состава поїзда, передбачити додаткові зупинки для охолодження, вибирати оптимальні режими руху поїзда.

Порядок виконання роботи

В практичній роботі для перевірки тягових двигунів на нагрівання використовується крива Iд(S) для електровозів змінного струму, крива Iе(S) для електровозів постійного струму, крива Iг(S) для тепловозів.

1. Розбиваємо криву струму на інтервали (0-1,1-2, 2-3 і т.д.), що відповідають інтервалам зміни швидкості і часу (рисунок 8.2), тобто обирають струми в двох сусідніх точках, між якими на графіку Iе(S), (Iг(S), Iе(S)) струм змінюється прямолінійно (горизонтальні лінії на рисунку 8.2).

Рисунок 8.2 – Визначення середнього значення струму ТЕД

52

2. Для кожного інтервалу визначаємо струм на початку інтервалу I0 і в кінці інтервалу I1 , а також час проходження струму на цьому інтервалі t з кривої часу t(S). Замінюємо струм інтервалу на незмінний по значенню середній струм Ідср, що протікає по двигуну, який визначають за формулами:

-для електровозів змінного струму та тепловозів:

;

(8.3)

-для електровозів постійного струму:

,

(8.4)

де а – кількість паралельних гілок тягових двигунів (таблиця 7.1) на відповідному з’єднанні.

Дані розрахунків заносимо в таблицю 8.2.

3.Для кожного значення середнього струму двигуна Ідср визначаємо значення сталого перевищення температури з теплових характеристик машини, які наведено в ПТР (деякі в додатку 3).

4.Значення теплової постійної Т визначається з тих же теплових характеристик машини, де воно задається або у вигляді сталої (не залежить від струму), або визначається з графіку залежності від струму двигуна.

5.Значення початкового перевищення температури ТЕД над

температурою навколишнього середовища приймаємо рівним 20 оС.

Для кожної наступної строки розрахунку початкове перевищення

температури беремо як кінцеве значення перевищення температури τ попередньої строки.

При русі без струму = 0 і двигун буде охолоджуватись (формула

8.2).

6.Використовуючи формулу (8.1) для режиму тяги і формулу (8.2) для режиму вибігу або гальмування проводимо розрахунок нагрівання ТЕД у вигляді таблиці 8.2.

Формули (8.1-8.2) можна використовувати за умови, що tТ 0,1. Тому, якщо для будь-якої ділянки ця умова не виконується, її треба розбити

на кілька ділянок з меншими значеннями

t.

Таблиця 8.2 – Розрахунок температури нагрівання обмоток

№ точок

Струм двигуна, А

t

t

на кривій

Iдп

Iдк

Iдср

t, хв

τ ,

С

, С

о 1

, С

, С

Т

струму

Т

0-1

І0

І1

І0-1

∆t0-1

1-2

І1

І2

І1-2

∆t1-2

2-3

І2

І3

І2-3

∆t2-3

і т.д.

…

…

…

…

53

7. На підставі розрахунку в колонці «τ, оС» таблиці 8.2 знаходять найбільше значення перевищення температури обмотки max . Розрахована в практичній роботі № 3 маса поїзда і прийняті при побудові кривих руху режими ведення поїзда вважаються прийнятними, якщо виконується умова

max

доп ,

(8.5)

де доп - допустиме перевищення температури обмоток ТЕД з

таблиці 8.1.

8. Висновок

Якщо в результаті розрахунку виявиться, що max перевищує допустиму величину це означає що двигуни перегріваються. Тоді необхідно надати рекомендації щодо вжиття заходів, які б знижували нагрівання двигунів в реальних умовах експлуатації, при веденні поїзда по вашому заданому профілю колії.

Практична робота № 9

ТЕМА: Визначення витрат електроенергії (палива) на тягу поїздів

МЕТА роботи:
-	закріпити знання з енергетики руху поїзда;
-	визначити	витрати електричної енергії на тягу поїздів

графоаналітичним методом;

-визначити витрати палива тепловозом на тягу поїздів;

-творчо сприймати навчальний матеріал і його осмислювати.

Короткі теоретичні відомості

Під час руху поїзда по ділянці режими роботи локомотива змінюються залежно від профілю колії й умов руху.

В режимі тяги, електроенергія, споживана електровозом з контактної мережі, витрачається на створення сили тяги і на роботу електричного устаткування електровоза. При роботі ЕРС у режимі вибігу, стоянки чи пневматичного гальмування, електроенергія витрачається тільки на роботу електроустаткування локомотива.

Як відомо з законів фізики, робота, виконувана електричним струмом, визначається добутком величин напруги, струму і часу дії струму. Для електричної тяги напруга на струмоприймачі електровоза постійного струму 3000 В, змінного струму - 25000 В. Величина струму для створення сили тяги і час його протікання виражені кривими струму і часу під час руху поїзда по ділянці, причому величина струму з часом змінюється. Тому для розрахунку

54

витрат електроенергії графоаналітичним методом необхідно час прямування поїзда в режимі тяги поділити на невеликі інтервали t і по кривих струму визначити середньоарифметичні значення струму Iср для цих інтервалів. Графоаналітичний метод дає найбільш точні результати розрахунку.

Тоді витрати електроенергії у кВт·год для руху поїзда визначаться за формулою:

(9.1)

де Uм- напруга в контактній мережі, В;

t – п р и й н я ти й інтервал часу, хв;

Іср- середнє значення струму електровозу в інтервалі часу Δt, А.

Повні витрати електроенергії на тягу поїздів складаються з затрат на рух (тягу) поїзда Ат, на власні потреби електровозу Авп, опалення пасажирських вагонів Аот, рух по деповським коліях та маневрову роботу Ам.

В практичній роботі повні витрати електроенергії на тягу поїздів по ділянці А-В враховують тільки затрати електроенергії на допоміжні потреби електровоза (живлення апаратів, допоміжних машин, електроопалення та ін.), тобто:

А = Ат+ Авп

(9.2)

Споживання електроенергії на допоміжні потреби (таблиця 1-2), на рух при маневровій роботі для різних серій електровозів, витрати енергії пасажирськими вагонами визначаються ПТР.

Питомими витратами електроенергії на тягу поїздів називають,

витрати електроенергії, віднесені до одиниці перевізної роботи - тоннокілометра, тобто до 1 т маси состава і пройденої відстані в 1 км. Їх визначають за формулою (Вт·год/т·км):

aT	1000		АТ	,	(9.3)
		mc	L

де АТ – витрати електроенергії на тягу поїзда, кВт·год; mc – маса состава, т;

L – довжина дільниці, км.

Аналогічно визначають питомі витрати і з урахуванням власних потреб електровоза або повних витрат на тягу поїзда, додавши в формулу відповідну суму витрат електроенергії разом з АТ.

Якщо використовується загальновживаний вимірник кВт·год на 104 ткм, то користуються перевідним коефіцієнтом:

55

10	кВт год
	104 т км .	(9.4)

При роботі тепловоза енергія дизельного палива витрачається на здійснення роботи по подоланню сил основного і додаткового опорів, на покриття втрат в гальмах, дизель-генераторній установці і передачі (створення сили тяги) і на власні потреби.

При розрахунках окремо виділяють витрату палива на стоянках з включеним дизелем і на пересування по станційних і деповських коліях.

Масу палива, що витрачається на рух потягу з урахуванням власних потреб, визначають експериментально для кожної серії тепловозів виходячи з часу роботи дизеля в режимі тяги на різних положеннях рукоятки контролера машиніста із споживанням різної кількості палива і часу роботи дизеля на холостому ходу і відображають на спеціальних кривих (рисунок 9.1).

Рисунок 9.1 – Криві витрат палива в режимі тяги тепловозом

З рисунку 9.1 видно, що витрата палива на кожному положенні рукоятки контролера в широкому діапазоні швидкостей змінюється в невеликих межах. Із зміною положення рукоятки контролера, а отже, і частоти обертання колінчастого валу дизеля змінюється і витрата палива.

По відомих витратах палива в одну хвилину визначають витрату палива тепловозом

Е	G1	t1	G2	t2 ...	gx tx	Gi	ti	gx tx	(9.5)
де	Е — маса палива, що витрачається на пересування поїзда, кг;
G1,G2, Gі		— маса		палива,	що	витрачається		при	середній
швидкості руху на 15			позиції контролера машиніста в одну хвилину,						кг/хв;
∆t1 , ∆t2, ∆ti— час роботи дизеля на даній середній швидкості, хв;
gx — маса палива, що витрачається						тепловозом		на холостому
ході в одну хвилину, кг/хв;
56

tx — час ходу по ділянці на холостому ходу і час стоянок, мін. Масу палива, що витрачається за 1 хв на холостому ходу, для кожного

типу дизеля беруть з графіків залежності від частоти обертання валу дизеля (рисунок 9.2).

Режими роботи дизелів на стоянках, що враховують специфіку місцевих умов, встановлюють розпорядженням по залізниці. Якщо таких розпоряджень немає, то витрату палива беруть за даними таблиці 9.1.

Рисунок 9.2 – Витрати палива одним дизелем на холостому ході тепловозів 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л

Таблиця 9.1 – Питомі витрати палива тепловозом на холостому ході

	Серія	Частота обертання	Питомі витрати палива при роботі на
			холостому ходу , кг / хв
		колінчатого валу,
	тепловоза
		об/хв	Одним дизелем	Тепловозом
	2ТЕ10В, 2ТЕ10Л	400	0,38	0,76
	2ТЕ116	350	0,25	0,5
	М62	400	0,42	0,42
	ТЕЗ, ТЕМ7	400	0,35	0,7
	ТЕП70	400	0,5	0,5
	ЧМЕЗ	350	0,15	0,15

Витрату палива при проходженні одиночних тепловозів по станційних і деповських коліях в режимі тяги визначають для руху на першій ходовій позиції контролера машиніста по нормам встановленими ПТР.

Використовуючи приведені дані, формули, таблиці і криві, визначають сумарну витрату палива для тепловоза при роботі на лінії.

Для порівняння витрати палива різними тепловозами використовують питому витрату палива на вимірювач виконаної перевізної роботи 104 т·км

57

	e	E		104
		m C	L
				(9.6)

де е — питома витрата палива, кг/104 т·км; Е — витрата палива на переміщення поїзда, кг; тс — маса складу, т;

L — довжина ділянки, км.

При перерахунку витрати натурного палива на умовне паливо використовують тепловий еквівалент Е, рівний відношенню питомої кількості теплоти горіння натурного і умовного палива. Для дизельного палива питома кількість теплоти горіння дорівнює 41,9 МДж/кг.

Звідси Е = 41,9/29,3 = 1,43.

Отже, питома витрата умовного палива, кг/(104 т-км)

еУ = е·Е

(9.7)

Порядок виконання роботи

1. Витрати електроенергії електровозом постійного струму 1.1. Витрати електроенергії на тягу при постійному струмі залежать від

напруги на струмоприймачі UКМ, струму електровоза Iе та часу знаходження під цим струмом t.

1.2.Розрахунок витрат проводимо для варіанту руху без зупинок на проміжній станції.

1.3.Замінимо струм, що змінюється на відрізку, наприклад 0-1, кривої

струму Іе(S) в інтервалі часу t0-1 середньоарифметичним значенням Icp1-2. Аналогічні операції виконаємо і для інших відрізків кривої струму (дивись практичну роботу №8, рисунок 8.1), результати занесемо в таблицю 9.2, де виконаємо інші операції у відповідних графах.

Таблиця 9.2 – Розрахунок витрат електроенергії на тягу при постійному струмі

№п/п	І1, А	І2, А	Icp, A	∆t, хв	Icp ·∆t, A · хв
0-1	І0	І1	Iср0-1	∆t0-1	Iср0-1 ·∆t0-1
1-2	І1	І2	Iср1-2	∆t1-2	Iср1-2· ∆t1-2
2-3	І2	І3	Iср2-3	∆t2-3	Iср2-3· ∆t2-3
і т.д.	і т.д.	і т.д.	і т.д.	і т.д.	і т.д.
Всього				ΣΔt	∑ (Icp · ∆t)

1.2. Витрати електроенергії на тягу поїзда на ділянці А-В знайдемо за формулою (9.1):

,

58

де ∑(Icp·∆t) – алгебраїчна сума всіх розрахунків останнього стовпчика

таблиці 9.2;
UКМ – напруга контактної мережі , UКМ=3000 В.
1.4. Повні	затрати	електроенергії на	тягу поїзда	знаходимо з
урахуванням витрат на власні потреби електровоза згідно варіанту. Тоді:
	А	АТ АВП АТ (PВП	t) ,	(9.8)

де Рвп – споживана допоміжними машинами енергія за 1 хв роботи, обирається для заданого електровозу з таблиці 1 або ПТР, кВт·год/хв;

ΣΔt – час роботи допоміжних машин на ділянці А-В (загальний час руху між станціями А-В), хв.

1.4. Питомі повні затрати енергії на ділянці А-В знаходимо за

формулою, Вт·год/т·км
,	(9.9)

де Q - маса поїзда, т;

s - довжина ділянки, км.

Також у вимірнику кВт·год на 104 ткм:

.

(9.10)

2. Витрати електроенергії електровозом змінного струму 2.1. При русі на змінному струмі, витрати електроенергії на тягу поїзда

визначаються по активній складовій повного струму електровозу Ida, яку визначають з кривої Ida (S), що була побудована в практичній роботі №7.

Розрахунок проводимо для режиму руху без зупинок на проміжній станції Б.

З урахуванням фактичної напруги (при незначних коливаннях) на струмоприймачі UКС=25000 В, витрати енергії на тягу АТ становлять, кВт·год

		,	(9.11)
Де Idaср- середне значення активної складової повного струму
електровоза на відрізку кривої Ida (S).
2.2. Криву Ida (S) поділяємо на відрізки по часу			t, починаючи, з

першого і дані про струми на початку та кінці відрізку заносять в таблицю

9.3.

59

Таблиця 9.3 – Розрахунок витрат електроенергії на тягу на змінному струмі

№п/п	Ida1, A	Ida2, A			, A	∆t, хв	Idacp· ∆t, A хв
1-2	Ida1	Ida2	Ida1-2			∆t1-2	Ida1-2· ∆t1-2
2-3	Ida2	Ida3	Ida2-3			∆t 2-3	Ida2-3· ∆t2-3
і т.д.	і т.д.	і т.д.	і т.д.			і т.д.	і т.д.
Всього						∑∆t	∑ (Idacp ·∆t)

2.3. Знайшовши за формулою (9.11) значення АТ , розраховуємо повні витрати електроенергії, питомі витрати електроенергії на ділянці А-В за формулами (9.8 - 9.10).

3.В залежності від умов руху питомі витрати електроенергії коливаються в широких межах. Зазвичай в вантажному русі вони складають 10-20 Вт·год/т·км, в пасажирському русі, за рахунок більш високих швидкостей, питомі витрати більші – 20-30 Вт·год/т·км.

4.Знаходження затрат палива тепловозом

4.1.Час роботи тепловозу ∆t1 і час слідування на холостому ході tх визначаємо з кривої часу t(S) і відміток про режим роботи тепловозу на кривій швидкості V(S). Для розрахунку використаємо інтервали зміни швидкостей на кривій, тобто 0-1, 1-2 і т.д.

4.2.Під час розгону тепловоза приймемо інтервал зміни швидкості від 0 до 10 км/год і визначимо з тягової характеристики тепловозу, до якої позиції машиніст може вивести рукоятку контролера (приблизно до 10-ї) і для розрахунку приймемо середнє положення (тобто, приблизно 6-те).

4.3.Для середньої швидкості на прийнятому інтервалі - 5 км/год по кривим витрат палива тепловозом з ПТР на прийнятій середній позиції визначаємо витрату палива в кг на тепловоз.

4.4.Для наступного інтервалу від 10 до 20 км/год і середньої швидкості інтервалу 15 км/год по тяговій характеристиці знаходимо можливі положення рукоятки контролера (як правило від 10 до 15-ї) і приймаємо середнє – 13 положення. Для середнього положення, середньої швидкості інтервалу знаходимо витрату палива в кг тепловозом.

4.5.Для швидкостей від 20 до 90 км/год для визначення витрат палива приймати 15 позицію рукоятки контролера машиніста.

Результати розрахунку зводимо в таблицю 9.4.

4.6.Витрати палива під час холостого ходу тепловозу визначаємо з відповідних характеристик ПТР (або з таблиці 9.1).

60