Тяговый расчет железнодорожного транспорта

Задание:
Номер варианта 26
Схема путей спиральная трасса ж/д пути
Откаточный горизонт 2
Плотность породы, т/м3 1,8
Производительность карьера, млн.т/год 140
Длина забойных путей, км1,7
Уклон пути по забою, ‰ 2,5
Высота рабочего уступа, м25
Уклон траншеи, ‰ 30
Длина пути до пункта перегрузки, км2,5
Длина пути до пункта складирования, км3,3/2,0
Уклон пути по поверхности, ‰ 2,3
Емкость ковша экскаватора, м3 17
Схема подъезда автотранспорта Подъезд с тупиковым разворотом
Схема отвалообразованияБульдозерное отвалообразование


Расчет железнодорожного транспорта.
1.1Тяговый расчет железнодорожного транспорта
Тяговый расчет производиться с целью определения массы поезда, условий и результатов торможения, установления времени и скорости движения по отдельным участкам пути, степени нагрева тяговых двигателей, расхода энергии на транспортирование.
Весовая норма поезда Q’, кН, из условия равномерного движения по руководящему подъему и Q’’, кН, по условию трогания на приведенном уклоне. При этом первоначально примем локомотив ПЭ-3Т с технической характеристикой, приведенной в табл. 1.1 и думпкар ВС-180 (табл. 1.2).
Таблица 1.1
Технические характеристики электровозов
Основные показатели ПЭ-3Т
Ширина колеи, мм1520
Номинальное напряжение, кВ 3,0/1,5
Состав локомотива ЭУ + ДС+ МД
Осевая формула 3(2о + 2о)
Сцепная масса, т372
Сцепной вес, кН 3648
Грузоподъемность моторного думпкара, т44
Нагрузка от оси на рельсы, кН 310
Часовой режим: Мощность, кВТ6480
Сила тяги, кН 662
Скорость, км/ч 30/24
15 мин. режим; Мощность, кВТ6780/3280
Сила тяги, кН 961,4
Скорость, км/ч 29,5
Наибольшая скорость, км/ч 65
Длина по осям автосцепок, мм51306
Лыжи бокового токоприемника 4500-5300
Наименьший радиус кривой, м80
Мощн, автономн. ист. пит., кВт 1471
Ток, А: часовой 395
длительный 300
Вместимость песочниц, м0,72
Вместимость топливного бака, л3500
Расчетный коэффициент сцепления ψ/ψтр0,265/0,315
Поставщик ДЭВЗ
Вес прицепной части поезда определяется по формулам:
Q'=Рсц(1000ψ-wo'-wip)wo''+wip, кН; Q"=Рсц(1000ψтр-wo'-wiпp-wтp-108∙α)wo''+wiпp+wпp+108∙α, кН; где Рсц- сцепной вес локомотива, кН (табл. 1.1);
ψ, ψтр- коэффициенты сцепления приводных колес локомотива с рельсами соответственно при равномерном движении и трогании с места;
wo' и wo''- основное удельное сопротивление движению локомотива и вагона, Н/кН (принимаем ω’0, ω’’0 для стационарных путей ω’0=4 Н/кН, ω’’0=5 Н/кН);
ωiр - удельное сопротивление от уклона, Н/кН, ωiр=[ip]=30 Н/кН;
ωтр - удельное сопротивление при трогании поезда с места, ωтр = [iтр] = 30 Н/кН.
α – ускорение поезда при трогании, α=0,025 м/с2;
ωiпр- удельное сопротивление от приведенного уклона, Н/кН
ωiпр = ωiтр + ωR, Н/кН,
где ωiтр – удельное сопротивление при трогании, ωiтр= 30 Н/кН
ωR – удельное сопротивление от кривизны пути (при R>300, ωR=2,1 Н/кН).
ωiпр = 30+2,1 = 32,1 Н/кН;
Q'=36481000*0,265-4-305+30=24076,8 кН; Q"=3648(10000,315-4-32,1-30-108∙0,025)5+32,1+30+108∙0,025=13266,4 кН; Таблица 1.2
Основные параметры думпкара
Основные параметры ВС-180
Грузоподъемность, т180
Вместимость кузова, м3 58
Масса тары вагона, т78
Коэффициент тары 0,38
Число осей 8
Основные размеры, ммШирина 3460
Высота от головки рельса 3285
Изготовитель Калининградский вагоностроительный завод
Число вагонов в составе поезда находим по формуле:
nваг=Qmгр+mвагg, где mваг- собственная масса вагона, т.
g – ускорение силы тяжести, м/с2;
mгр – масса груза в вагоне, т
mгр = N *E * kн * γp , т ,
где E – емкость ковша экскаватора, м3;
N – количество полных ковшей, загруженных экскаватором в думпкар, шт.;
kн – коэффициент наполнения ковша, kн=0,9.
Для обеспечения эффективной и производительной работы экскаватора машинист должен загружать в каждый вагон целое число ковшей. Таким образом, в зависимости от плотности груза, вагон загружается по объему или по грузоподъемности.
Для первого случая (по предельной грузоподъемности), когда qVваг>γp, число ковшей загружаемых в думпкар
N=qγp∙kн∙E,где q - паспортная грузоподъемность думпкара, т;
γp = γ/kp - насыпная плотность груза, т/м3;
kp- коэффициент разрыхления принимают обычно 1,1-1,2;
kн - коэффициент наполнения ковша kн = 0,9 – 1,1.
γp=1,81,1=1,6тм3.N=1801,6∙0,9∙17=7 шт.mгр =5*17*0,9*1,6=171,36 т ,nваг=13266,4171,4+78∙9,8=5 шт. Окончательный вес, кН, прицепной части груженого поезда и порожнего соответственно
Qгр=nвагmгр+mваг∙g=5∙171,4+78∙9,8=12220,6 кН.Qпор=nваг∙mваг∙g=5∙78∙9,8=3822 кН.Тяговый расчет предусматривает далее определение скорости времени движения поезда.
При тяговых расчетах карьерного транспорта часто используется приближенный метод установившихся скоростей, основанный на предположении, что в пределах каждого элемента профиля пути поезд движется равномерно с установившейся скоростью.
Для определения установившейся скорости движения воспользуемся тяговыми или электромеханическими характеристиками локомотива. Сила тяги F, Н, локомотива при равномерном движении по каждому участку пути будет определяться
F=P×wo'±ii+Q×wo''+iуч, Нгде P – вес локомотива, P=Pсц,, кН;
iуч – уклон участка пути, ‰; Q – вес прицепной части поезда ( в грузовом или порожняковом направлениях), кН.
Сила тяги локомотива по забою в грузовом состоянии
F=3648×4+2,5+12220,6×5+2,5=115366,5 НСила тяги локомотива по траншее в грузовом состоянии
F=3648×4+30+12220,6×5+30=551753 НСила тяги локомотива по поверхности в грузовом состоянии
F=3648×4+2,3+12220,6×5+2,3=112192,8 НСила тяги локомотива по забою в порожняковом состоянии
F=3648×4-2,5+3822×5+2,5=34137 НСила тяги локомотива по траншее в порожняковом состоянии
F=3648×4-30+3822×5+30=38922 НСила тяги локомотива по поверхности в порожняковом состоянии
F=3648×4-30+3822×5+30=34102,2 НПо тяговой характеристике определяются скорость движения. При этом стремимся к движению с максимальной скоростью, но не превышая скорости, ограниченного условиями безопасности движения по торможению или состоянию пути.

Рис. 1. Тяговая и токовая характеристика тягового агрегата ПЭ3Т
1 – ограничение по сцеплению; 2 – токовая характеристика двигателя; 3 – ограничение по конструктивной скорости; 4-9 – тяговые характеристики при напряжении в контактной сети 1500 В и частоте переключения соответственно: 625, 500, 375, 250, 125, и 62,5 Гц; 10,11 – точки соответственно расчетного и часового режимов движения.
Тормозной путь при колодочном торможении
Lт=Lп+Lд, м,где Ln – подготовительный путь торможения, м, на участках с уклоном i<20‰
Lп=0,278*Vн*t0, м,i20‰
Lп=0,278*Vн*t0+4,62*10-3*±iуч-ωо*to2, м,где Vн=30 км/ч – начальная скорость движения, км/ч;
t0=7 с – время предварительного торможения.
Действительный путь Lд, м, торможения
Lд=4,17*Vн21000*ν*ψк+ωо+iуч, м,где ωо=P×wo'+Q×wo''*(P+Q)-1,- основное удельное сопротивление поезда в целом, Н/кН;
ν=КP+КQP+Q, м,- тормозной коэффициент поезда;
КP=КP*nол и КQ=КQ*nод - суммарная сила нажатия тормозных колодок на оси локомотива и думпкара соответственно, кН;
nол – число осей локомотива:
nод – число осей прицепной части поезда;
ψк – коэффициент трения колодки о колесо, ψк=0,15.
Основное удельное сопротивление груженого поезда
ωо=3648×4+12220,6×5*(3648+12220,6)-1=4,8 Н/кН.Основное удельное сопротивление порожнего поезда
ωо=3648×4+3822×5*(3648+3822)-1=4,5 Н/кН.КP=172*4=688 кН;КQ=142*8=1136 кН.Тормозной коэффициент груженого поезда
ν=688+11363648+12220,6=0,12.Тормозной коэффициент порожнего поезда
ν=688+11363648+3822=0,24.Подготовительный путь торможения по забою и по поверхности
Lп=0,278*30*7=58,4 м.Подготовительный путь торможения по траншее в грузовом направлении
Lп=0,278*30*7+4,62*10-3*30-4,8*72=64,1 м.Подготовительный путь торможения по траншее в порожняковом направлении
Lп=0,278*30*7+4,62*10-3*-30-4,5*72=50,6 м.Действительный путь торможения по забою в грузовом направлении
Lд=4,17*3021000*0,12*0,15+4,8+2,5=148,3 м.Действительный путь торможения по траншее в груженом состоянии
Lд=4,17*3021000*0,12*0,15+4,8+30=71,1 м.Действительный путь торможения по поверхности в грузовом состоянии
Lд=4,17*3021000*0,12*0,15+4,8+2,3=149,5 м.Действительный путь торможения по забою в порожняковом состоянии
Lд=4,17*3021000*0,24*0,15+4,5+2,5=87,3 м.Действительный путь торможения по траншее в порожняковом состоянии
Lд=4,17*3021000*0,24*0,15+4,5+30=53,2 м.Действительный путь торможения по поверхности в порожняковом направлении
Lд=4,17*3021000*0,24*0,15+4,5+2,3=87,7 м.Тормозной путь при колодочном торможении по забою в грузовом направлении
Lт=58,4+148,3=206,7 м.Тормозной путь при колодочном торможении по траншее в грузовом состоянии
Lт=64,1+71,1=135,2 м.Тормозной путь при колодочном торможении по поверхности в грузовом состоянии
Lт=58,4+149,5=207,9 м.Тормозной путь при колодочном торможении по забою в порожняковом состоянии
Lт=58,4+87,3=145,7 м.Тормозной путь при колодочном торможении по траншее в порожняковом состоянии
Lт=50,6+53,2=103,8 м.Тормозной путь при колодочном торможении по поверхности в порожняковом состоянии
Lт=58,4+87,7=146,1 м.Длина съездных траншей определяется по зависимости
lсъез_тр=nгорHi=53,2 м.где nгор – номер горизонта, с которого производиться откатка горной массы;
Н – высота рабочего уступа карьера, м;
i =0,067 – руководящий уклон капитального съезда, тыс.
lсъез_тр=2250,067=746,3 м.
Таблица 1.3
Результаты тягового расчета
№ п/пУчасток пути Сопро-тивление движению 0+i, Н/кН Вес поезда P+Q, кН Сила тяги F, кН Скорость движения V, км/ч Тормозной путь Lm, м Время движе-ния, мин
1 По забою в грузовом состоянии 7,3 15868,6 115366,5 24 206,7 4,3
2 По траншее в грузовом состоянии 34,8 15868,6 551753,0 15 135,2 3,0
3 По поверхности в грузовом состоянии 7,1 15868,6 112192,8 32 207,9 4,7
4 По забою в порожняковом состоянии 7 7470 34137,0 38 145,7 2,7
5 По траншее порожняковом состоянии34,5 7470 38922,0 30 103,8 1,5
6 По поверхности в порожняковом состоянии 6,8 7470 34102,2 38 146,1 3,9
Общее время движения
tдв=tгр+tпор+tр.з.где tгр и tпор- общее время движения в грузовом и порожняковом направлениях, мин.;
tр.з. - поправка, вводимая в случаях остановок поезда на раздельных пунктах, составляет 2 мин на каждый разгон и 1 мин на замедление.
tдв=4,3+3+4,7+2,7+1,5+3,9+2+1=23,1 мин.1.2.Проверка двигтеля электровоза на нагрев и определение расхода электроэнергии
При электровозной тяге производиться проверка тяговых двигателей на нагрев, чтобы убедиться, что мощность двигателей принятого локомотива достаточна для условий эксплуатации. Степень нагрева, определяемая значением тока и длительность его протекания по обмоткам, зависит в итоге от характера профиля и протяженности пути.
Нагрев тяговых электродвигателей определяем путем сравнения эффективного тока (среднеквадратическому) Iэф с длительным током Iдл, известным из токовой характеристики
Iэф=αIi2*tTр, А,где Ii – ток двигателя на отдельных участках пути, определяемый по характеристике двигателя, взятый из тягового расчета, А;
t – время движения по участку пути данного профиля, мин;
ТР – время рейса подвижного состава, мин;
α=1,05 – коэффициент, учитывающий нагревание двигателя в процессе погрузки и разгрузки составов.
Iэф=1,05××1152×4,3+2902×3+1552×4,7+502×2,7+2302×1,5+502×3,959,4=98 А. Для предварительных расчетов мощность, кВт, тяговых двигателей локомотива может быть определена из выражения
Pл=kр*Mл*Vр0,367*η, кВт,где kp=0,23 - коэффициент мощности;
Мл – масса локомотива, т;
Vр – скорость движения на руководящем уклоне, км/ч;
η=0,9 – КПД тягового двигателя и зубчатой передачи.
Pл=0,23*372*150,367*0,93885,6 кВт.Расход электроэнергии на движение поезда за один оборот локомотива, выраженный через глубину карьера и расстояние транспортирования, определяется по выполненной работе
Aдв=278*10-6*Мл+Мс.гω0L+Hg+Мл+Мс.пω0gL-Lт ,кВт∙ч,
где Mл, Мс.г., Мс.п. – масса соответственно локомотива, груженого и порожнего составов, т;
L – длина транспортирования, км;
Lm – длина участка транспортирования, на котором проводиться торможение;
Н – разность отметок исходного и конечного пунктов откатки (глубина карьера), м
H=i*L1000=2,5*1,7+30*6+2,3*1,81000=11 м.Aдв=278*10-6*372+12474,8*3,3+119,8++372+3904,5*9,83,3-0,135==148 кВт∙чДля оценки общего расхода энергии учитываются потери энергии на собственные нужды электровоза, маневровую работу, в контактной сети, тяговых подстанциях
Aобщ=Aдвkс.нkманηк.сηт.пηэгде kс.н., kман – коэффициенты, учитывающие расход энергии соответственно на собственные нужды kс.н=1,1 и при маневрах – в основном передвижение составов при погрузке и разгрузке kман=1,1;
ηк.с., ηт.п., ηэ – КПД соответственно контактной сети (0,9), тяговой подстанции (0,95), электровоза (0,85).Aобщ=1481,1*1,10,9*0,95*0,85=246,4 кВт*ч.1.3. Эксплуатационный расчет железнодорожного транспорта карьера.
Время рейса (оборота) локомотивосостава Tр=tпог+tдв+tразг+tож, мин,где tпогр – время погрузки состава
tпог=1,1*nд*N*tцик, мин,где tцик=0,5 мин – время цикла экскаватора;
tразг- время разгрузки состава, мин;
tразг=tрд*nд, мин,tрд= 2 мин – время разгрузки вагона, мин;
tдв- суммарное время движения по участкам трассы соответственно груженого и порожнего поездов, мин;
tож=7 мин – время простоя локомотивосостава в ожидании погрузки и остановки на раздельных пунктах, мин.
tпог=1,1*5*7*0,5=19,3 мин,tразг=2*5=10 мин,Tр=19,3+23,1+10+7=59,4 мин.Производительность локомотивосоставов измеряется количеством полезного ископаемого или горной массы, вывезеннюх из карьера в единицу времени (обычно в сутки).
Суточная производительность, т/сут, определяется числом вагонов в составе, емкостью вагонов и временем оборота локомотивосостава по выражению
Qлс = r*nд*mгр, т/сут,где Т – время работы транспорта в сутки, ч;
nд*mгр,- масса груза в составе, т; гр д т n
r – число рейсов, которое может совершить локомотивосостав в сутки
r=TTоб=144059,4=20.Qлс = 20*5*171,4 = 20568 т/сут,
Необходимое количество рейсов всех локомотивосоставов в сутки определяется
R=KнтQкар.сутnд*q,где Kнт = 1,25 – коэффициент неравномерности работы транспорта;
Qкар.сут. – суточная производительность карьера (суточный грузооборот), т/сутQкар.сут=Qк.год*nсмTр, т/сут,где Тр=770 – число рабочих смен работы экскаватора в году;
nсм – число смен в сутки;
Qк.год. – годовая производительность карьера, млн т/год.
Qкар.сут=140000000*3770=545455 т/сут,R=1,255454555*171,4=796.Необходимый рабочий парк электровозов
Nраб=Rr=79624=33.Инвентарный парк локомотивов
Nл.инв=Nраб+Nрем+Nрез+Nхоз,где Nрем – число локомотивов, находящихся в ремонте (Nрем=0,15Nраб)
Nрез=0,1 Nраб – число резервных локомотивов;
Nхоз=2 – локомотивы, находящиеся на хозяйственных работах.
Nрем=0,15*33=5.
Nрез=0,1*33=3.
Nл.инв=33+5+3+2=43.Число рабочих думпкаров
Nд.раб=nд*Nл.раб=5*33=165.Инвентарный парк думпкаров
Nд.инв=Kд*Nд.раб,где Kд=1,25 - коэффициент, учитывающий число думпкаров, находящихся в ремонте и резерве.
Nд.инв=1,25*165=206.