Мин истерство строи тел ьства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Фсдерации

Федеральное автономное учреждение «Федеральный центр нормирования, стандартизации н оценки соответствия в строительстве»

Методическое пособие

Москва 2016

Методическое пособие (к СП 37.13330.2012 «СНиП 2.05.07-91* Промышленный транспорт») разработано Проектно-изыскательским и научно-исследовательским институтом ЗАО «ПРОМТРАНСНИИПРОЕКТ».

Авторский коллектив: РАТ В.А. Сидяков (руководитель темы), д.т.н. Л.А. Андреева, к.т.н. А.Г. Колчанов, инженеры И.П. Потапов, Н.И. Карганова, А.В. Ватинов, В.Е.Сидяков, И.Т. Демченко, В.П. Глухман.

Методическое пособие представляет переработанные и дополненные Правила тяговых расчетов для поездной работы электровозов, тяговых агрегатов и локомотивов на промышленном транспорте, разработанные ЗАО «ПРОМТРАНСНИИПРОЕКТ» в 1977 г.

Настоящие Правила тяговых расчетов включают теоретические и экспериментальные исследования по совершенствованию методов расчета локомотивной и тормозной тяги, расхода топлива и электроэнергии для колен 1520 мм и 750 мм.

Методическое пособие рекомендуется использовать в расчетах при проектировании и строительстве железных дорог промышленного транспорта.

2

2.22    Рекуперативное торможение: Электрическое торможение тягового

подвижного    состава,    осуществляемое    электродинамическим    тормозом,    при

котором высвобождаемая при переводе тяговых электродвигателей в генераторный режим электрическая энергия передается в контактную сеть.

2.23    Реостатное торможение:    Электрическое    торможение тягового

подвижного    состава,    осуществляемое    электродинамическим    тормозом,    при

котором высвобождаемая при переводе тяговых электродвигателей в генераторный режим электрическая энергия    рассеивается в тормозных

резисторах, установленных на тяговом железнодорожном подвижном составе.

2.24    Руководящий спуск: Наибольший по крутизне спуск протяжением не менее тормозного пути, рассчитываемого с учетом сопротивления в кривых при их наличии.

2.25    Руководящий уклон (расчетный подъем): Наибольший затяжной подъем, по значению которого устанавливается норма массы поезда при одиночной тяге и расчетной минимальной равномерной скорости движения.

2.26 Сила продольная динамическая: Сила ударного характера, возникающая при переходных режимах движения, действующая в течение короткого промежутка времени и содержащая один или несколько пиков нагрузки.

2.27    Сила тяги: Создаваемая двигателем локомотива во взаимодействии с рельсом управляемая внешняя сила, приложенная к движущим колесам локомотива в направлении его движения. Различают силы тяги: касательную, по сцеплению, на сцепке, динамометрическую.

2.28    Сила тяги динамометрическая: Действительная сила измеряемая динамометром на сцепном приборе первого вагона. При ускоренном движении эта сила меньше силы тяги на сцепке, так как часть ее расходуется на повышение кинетической энергии самого локомотива и не передается составу.

2.29    Сила тяги касательная: Действительная сила тяги, приложенная к ободу движущих колес локомотива.

2.30    Сила тяги на сцепке: Сила тяги, приложенная к автосцепке между

локомотивом и первым вагоном. При равномерном движении измеряется

непосредственно и равняется динамометрической, при неравномерном движении

11

определяется прибавлением или вычитанием силы, требующейся на ускорение или замедление локомотива.

2.31    Сила тяги по сцеплению:    Касательная сила тяги, которая

ограничивается сцеплением колес с рельсами.

2.32    Скорость конструкционная:    Скорость движения, на которую

рассчитываются прочность конструкции и ходовые качества единицы подвижного состава.

2.33    Скорость равновесная:    Установившаяся равномерная скорость

движения поезда под действием равных ускоряющих и замедляющих сил.

2.34    Служебная (учетная) масса локомотива:    Масса снаряженного

(готового к работе) локомотива, учитываемая в тяговых расчетах. Массу тепловоза (дизельной секции, моторного вагона с дизельными двигателями) учитывают с 1/3 или 2/3 запаса топлива и песка, электровоза (моторного вагона с электрическими двигателями) - с 1/3 или 2/3 запаса песка. Служебная масса локомотива в определенных случаях может изменяться за счет его пригрузки (см. сцепной вес локомотива).

Примечание - Масса локомотива (дизельной секции, моторного вагона) без снаряжения (в порожнем состоянии) учитывается при транспортировке в составе поезда как нетягового средства (например, в ремонт, при передислокации, поставке заводом). Если тяговое средство транспортируется для работы на другом объекте в снаряженном состоянии, его масса в составе поезда учитывается с 2/3 запаса топлива и песка (при электротяге - песка).

2.35    Служебное торможение: Торможение, обеспечивающее плавное

снижение скорости или остановку подвижного    состава в    заранее

предусмотренном месте путем постепенного увеличения тормозной силы (постепенной разрядки тормозной магистрали). Служебное торможение может быть регулировочное и полное (на более коротком расстоянии).

2.36    Сопротивление движению поезда:    Неуправляемые    силы,

направленные противоположно движению поезда.    Различают    основное

сопротивление¹, действующее постоянно, и дополнительные, появляющиеся в

зависимости от условий движения. Сопротивление, отнесенное к одной тонне массы локомотива, вагонов или поезда, называют удельным.

2.37    Специальный самоходный тяговый подвижной состав: Несъемные самоходные подвижные единицы на железнодорожном ходу, предназначенные для обеспечения строительства и функционирования инфраструктуры железнодорожного транспорта (мотовозы, дрезины, специальные автомотрисы, железнодорожно-строительные машины с автономным двигателем и тяговым приводом).

2.38    Стояночный тормоз подвижного состава: Тормоз подвижного состава с ручным или автоматическим приводом, расположенный на единице подвижного состава и предназначенный для ее закрепления на стоянке от самопроизвольного ухода, а также для принудительной аварийной остановки при наличии ручного и/или автоматического привода внутри единицы подвижного состава.

2.39    Сцепной вес локомотива: Служебная (учетная) масса локомотива, действующая в виде силы на рельсы и обеспечивающая сцепление с ними колес тягового средства, позволяющего преобразовать окружное усилие на ободе движу щих колес в силу тяги. Сцепной вес принимают по служебной (учетной) массе с 1/3 запаса топлива и песка (при электротяге - песка). Сцепной вес маневровых локомотивов, если это конструктивно предусмотрено, может быть увеличен за счет укладки специальных плит, других тяговых средств - за счет массы перевозимого груза.

Примечание - При выполнении тяговых расчетов следует обращать внимание на то, что во многих источниках, в том числе и заводских данных, сцепной вес локомотива (вопреки Правилам тяговых расчетов для поездной работы) представлен при 2/3. а не 1/3 запаса топлива и/или песка, что требует корректировки тяговой характеристики (ограничения по сцеплению), а также изменения длительных или расчетных силы тяги и скорости. Это же относится и к случаям изменения сцепного веса за счет специальных плит или груза.

2.40    Тепловоз: Автономный локомотив, силовой установкой которого является двигатель внутреннего сгорания.

2.41    Тормозной путь:    Расстояние,    проходимое    поездом    за    время от

момента воздействия на приборы и устройства для управления тормозной системой до полной остановки. Длина тормозного пути зависит от вида торможения.

2.42    Труднейший (скоростной) подъем: Подъем, круче расчетного, по которому, исходя из условий безостановочного движения с неравномерной скоростью, определяют расчетную массу поезда с учетом использования его кинетической энергии.

2.43    Тяговый агрегат:    Двух-    или    трехсекционный    промышленный

локомотив, состоящий из электровоза управления (ЭУ) и различных комбинаций дизельной секции (ДС) и моторных думпкаров (МД), например, ЭУ+ДС+МД, ЭУ+ДС+ДС, ЭУ+МД+МД, ЭУ+ДС, ЭУ+МД.

2.44    Уклон:    Элемент продольного профиля железнодорожного пути,

имеющий наклон к горизонтальной линии. Уклон для поезда, движущегося от низшей точки к высшей, называют подъемом, а обратно-спуском.

2.45    Фрикционный тормоз подвижного состава: Тормоз подвижного состава в котором торможение осуществляется прижатием специальных фрикционных элементов к вращающимся поверхностям ходовых частей.

2.46    Экстренное торможение: Торможение, применяемое в случаях, требующих немедленной остановки подвижного состава путем применения максимальной тормозной силы (экстренной разрядки магистрали).

2.47    Электрическое торможение:    Торможение    тягового    подвижного

состава при котором тормозная сила создается при преобразовании кинетической энергии в электрическую энергию путем перевода тяговых электродвигателей в генераторный режим, а получаемая электроэнергия или возвращается в тяговую сеть, или рассеивается в тормозных резисторах.

2.48    Ээлектровоз: Неавтономный локомотив, приводимый в движение установленными на нем тяговыми электродвигателями, получающими энергию от энергосистемы через тяговые подстанции, контактную сеть или от собственной аккумуляторной батареи.

2.49    Элекгропневматнческий тормоз подвижного состава:    Тормоз

подвижного состава с электрическим управлением пневматическими тормозами.

2.50 Холостой ход локомотива: Движение или стоянка локомотива, когда его тяговый двигатель не выключен, но не работает в режиме тяги (во время выбега, торможения, остановки).

15

3 Основные положении для расчетов

3.1    Область применения

Настоящие Правила определяют порядок и методику тяговых расчетов, устанавливают основные нормативы, принимаемые в расчетах, а также являются основой для расчета расхода электроэнергии и топлива на тягу поездов.

Правила применяются при тяговых расчетах для поездной работы локомотивов и моторвагонного подвижного состава на эксплуатируемых и проектируемых железных дорогах промышленного железнодорожного транспорта колеи 1520 мм и 750 мм.

3.2    Общие положении

3.2.1    Единицы физических величин, принятые в методическом пособии, соответствуют правилам гяювых расчетов для поездной работы и Международной системе единиц (СИ).

Условные буквенные обозначения, единицы измерения величин, необходимая их точность при выполнении тяговых расчетов приведены в приложении А.

3.2.2    Определение скорости, времени движения и энергозатрат поезда в данном методическом пособии предполагается выполнять в программе Microsoft Office Excel с шагом интегрирования 50 м (основной шаг) и менее (в случае изменения условий движения), на котором поезд представляется материальной точкой,

в которой сосредоточена вся его масса (условно в середине поезда). На начальном участке движения, ввиду возможного быстрого набора скорости поездом и соответственного изменения (уменьшения) силы тяги, шаги интегрирования принимаются длиной 5, 5, 10, 15 и 15 м (или другими, выбранными в зависимости от конкретных условий, составляющими в сумме 50 м).

При назначении шага интегрирования менее 50 м для удобства использования

Содержание

ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................................5

I Нормативные ссылки..........................................................................................................8

2Термины и определения......................................................................................................8

3    Основные положения для расчетов.................................................................................16

3.1    Область применения...................................................................................................16

3.2    Общие положения.......................................................................................................16

3.3    Особенности тяговых расчетов для грузовых поездов на тепловозной и

электрической тяге............................................................................................................20

4    Основное удельное сопротивление движению    поезда...................................................23

5    Дополнительные удельные сопротивления движению поезда.....................................29

6    Полное сопротивление движению поезда.......................................................................34

7    Тормозные силы.................................................................................................................36

8    Сила тяги локомотивов.....................................................................................................43

9    Определение массы состава поезда.................................................................................48

10    Ограничения скорости и решение тормозной задачи...........................................53

II    Подготовка продольного профиля к выполнению расчетов................................56

12    Определение скорости, времени и энергозатрат на движение поезда................58

13    Проверка электродвигателей на перегрев..............................................................63

14    Сопротивление движению и троганию подвижного состава и тормозные

расчеты для поездов узкой колеи.....................................................................................64

15    Тяговые и другие характеристики локомотивов...................................................67

Приложение А

Условные обозначения, единицы измерения величин и их точность.........................72

Приложение Б

Коэффициенты, учитывающие дополнительное удельное сопротивление движению поезда от низкой температу ры наружного воздуха.......................................................76

Приложение В

Коэффициенты, учитывающие дополнительное удельное сопротивление движению поезда от встречного и бокового ветра...........................................................................78

Приложение Г

Пример решения тормозной задачи - определения допустимых скоростей движения ............................................................................................................................................ 87

Приложение Д

Пример тягового расчета..................................................................................................88

з

Приложение Е

Примерный алгоритм тяговых расчетов при использовании вычислительных программных средств........................................................................................................90

Библиография.....................................................................................................................93

4

введение

Тяговые расчеты - важная составная часть науки о тяге поездов, одно из основных мероприятий, проводимых для организации поездной работы и проектирования железнодорожных линий. Методы тяговых расчетов включают комплекс способов и приемов определения массы состава, скорости движения и времени хода по перегону, расхода топлива и электроэнергии на тягу, решение тормозных задач. Проведение тяговых расчетов позволяет определить количество необходимых тяговых мощностей для организации движения определенного количества грузов. От точности проведения тяговых расчетов напрямую зависит экономический эффект предприятий железнодорожного транспорта, эффективность использования локомотивного и вагонного парка.

Разработка настоящего Пособия обусловлена появлением новых моделей локомотивов, изменением нормативно-правовой базы промышленного транспорта (в частности СП 37.13330.2012 «СНиП 2.05.07-91* Промышленный транспорт») и усилением требований, связанных с энергоэффективностыо работы локомотивного парка. В основу разработки положены Правила тяговых расчетов для промышленных электровозов и тяговых агрегатов постоянного тока, разработанные ЗАО «ПРОМТРАНСНИИПРОЕКТ», изданные в 1971-1977 гг., а также правила для поездной работы на общей сети железных дорог, изданные в 1985 г.

Методические материалы предназначены для специалистов и руководителей проектно-изыскательских и строительных организаций, учреждений и служб заказчика (инвестора) и других заинтересованных организаций, с целью обеспечения их организационно-методическими материалами, которые позволяют разрабатывать и применять высокоэффективные технологические процессы проектирования предприятий, зданий и сооружений, обеспечивающие качество и конкурентоспособность этих объектов.

Методические материалы разрабатываются в развитие положений СП 37.13330.2012 «СНиП 2.05.07-91* Промышленный транспорт».

Применение настоящих Методических материалов даст проектировщик) механизм реализации требований, заложенных в строительных нормах и правилах

5

для более грамотного и рационального проектирования в соответствии с положениями, заложенными в нормах.

Применение Методического пособия позволит повысить качество выполняемых проектных работ, сократить сроки и снизить стоимость проектирования за счет использования типовых единых практических подходов к выполнению работ.

В методике дополнительно учитывается:

-    сопротивление от поворота тележек экипажей на кривых, направленных в разные стороны (так называемых S-образных или обратных кривых);

-    сопротивление на стрелочных переводах при движении на боковое направление;

-    зависимость сопротивления от состояния пути или уровня его;

-    снижение силы тяги при температуре наружного воздуха 20 °С и выше, а также при атмосферном давлении ниже 1013 гПа (760 мм рт. ст.)

-    сопротивление движению локомотива в связи с тем, что на промышленном транспорте тяговые расчеты выполняются не только для поездного движения, но и для маневровых передвижений с небольшим количеством вагонов, а также для движения локомотива без вагонов или специального подвижного состава;

-    сопротивление движению от низкой температуры наружного воздуха - аппроксимированы опытные данные для логически обоснованного их учета;

-    сопротивление движению от встречного и бокового ветра аппроксимированы опытные данные для логически обоснованного их учета (в Правилах для промышленного транспорта учитывается значительно заниженным коэффициентом 1,2 без зависимости от скорости поезда, силы ветра и плотности воздуха).

Также в Пособии рекомендовано:

-    учитывать понижающий коэффициент на снижение силы тяги локомотивов с большим сроком службы;

-    включать в длину кривых в плане половину длин переходных кривых.

В Пособии впервые применена методика определения максимально

допустимых скоростей движения по условиям торможения численной интеграцией с 6

помощью программных средств, а также произведен учет дополнительных сопротивлений.

На основе данного пособия возможна разработка особой программы для повышения достоверности тяговых расчетов, устраняющей неточности действующих методик.

7

1 Нормативные ссылки

В настоящей методике использованы ссылки на следующие документы:

СП 37.13330.2012 «СНиП 2.05.07-91* Промышленный транспорт»

СП 119.13330.2012 «СНиП 32-01-95 Железные дороги колеи 1520 мм»

СП 131.13330.2012 «СНиП 23-01-99* Строительная климатология»

ГОСТ Р 51685-2000 Рельсы железнодорожные. Общие технические условия

2 Термины и определения

В настоящем пособии применяются следующие термины с соответствующими определениями:

2.1    Автоматический пневматический тормоз подвижного состава:

Пневматический тормоз подвижного состава, обеспечивающий экстренное торможение при разъединении и/или разрыве тормозной магистрали воздухопровода.

2.2    Автостопное торможение:    Экстренное торможение, вызванное

срабатыванием автостопа на локомотиве, учитывающее время, необходимое для воздействия устройств автоматической локомотивной сигнализации и автостопа на тормозную систему поезда.

2.3    Вредный спуск: Спуск, на котором для поддержания установленной скорости необходимо применять тормоза.

2.4    Временные пути:    Пути,    предназначенные для выполнения

погрузочно- разгрузочных операций, строительных работ и обеспечения производственной деятельности, со сроком эксплуатации, как правило, не более одного года. К временным путям относятся передвижные (персукладывасмые) пути карьеров и отвалов, пути для подачи грузов на строящийся объект, строящиеся пути, используемые до ввода их в постоянную эксплуатацию для доставки строительных грузов, движения построечных машин, а также для временной эксплуатации в производственных целях.

2.5    Выбег: Движение локомотива с вагонами или без вагонов, когда тяговый двигатель локомотива работает на холостом ходу (на спуске, в других

8

случаях снижения скорости движения, на нейтральной вставке при электрической тяге).

2.6    Двойная тяга: Вид кратной тяга, которую применяют для увеличения провозной способности. При этом в голове поезда находятся два действующих локомотива, работающих по системе многих единиц, оборудованных синхронным управлением, или обслуживаемых раздельно двумя локомотивными бригадами.

2.7    Дизельная секция: Секция тягового агрегата с дизель-генераторной установкой, обеспечивающей автономное питание аналогично тепловозу.

2.8    Затяжной спуск: Спуск, соотношение крутизны и протяженности которого установлено в правилах технической эксплуатации железных дорог.

2.9    Кран экстренного торможения: Тормозной кран, служащий для выпуска воздуха из тормозной магистрали подвижного состава и приведения в действие автоматических тормозов в случае необходимости экстренной остановки.

2.10    Кратная тяга: Тяга двумя или несколькими локомотивами на участке уклонов круче расчетного, при которой сохраняется унифицированная масса поезда.

2.11    Локомотив:    Железнодорожный    тяговый    подвижной    состав,

предназначенный для обеспечения передвижения по железнодорожным путям поездов, групп или отдельных вагонов, специального нетягового подвижного состава.

2.12    Магннторе.тьсовый тормоз подвижного состава: Тормоз подвижного состава, создающий тормозное усилие электромагнитным прижатием тормозного башмака к рельсу.

2.13    Маневровый порядок движения: Организация движения на путях промышленных предприятий, при которой прием и отправление маневровых составов осуществляется по маневровым сигналам порядком, установленным в технико-распорядительном акте и инструкции о порядке обслуживания и организации движения.

2.14    Моторный вагон: Вагон, в котором тележки имеют тяговые двигатели (дизельные или электрические) для одновременного выполнения функций локомотива и вагона для перевозки пассажиров или грузов. Тяговое и тормозное усилия передаются посредством механической связи обмоторенной колесной пары

с кузовом. На промышленном транспорте моторный вагон представлен грузовым моторным думпкаром.

2.15    Пневматический тормоз подвижного состава: Тормоз подвижного состава с пневматическим управлением.

2.16    Подталкивающий локомотив: Локомотив в хвосте поезда, назначаемый в помощь ведущему локомотиву на отдельных перегонах или части перегона для освоения унифицированной массы поезда или для сокращения времени хода по лимитирующим перегонам, ограничивающим пропускную способность.

2.17    Поезд: Сформированный и сцепленный состав вагонов с одним или несколькими действующими локомотивами или моторными вагонами, имеющий установленные сигналы, а также отправляемые на перегон и находящиеся на перегоне локомотивы без вагонов и специальный самоходный железнодорожный подвижной состав.

2.18    поездной порядок движения: Организация движения на подъездных и соединительных железнодорожным путях, при которой прием и отправление поездов осуществляются по одному из средств сигнализации и связи при движении поездов, установленным в Правилах технической эксплуатации железнодорожного транспорта.

2.19 полезная длина пути: Часть полной длины пути, на которой устанавливается подвижной состав без нарушения безопасности движения по смежным путям. Полезная длина может ограничиваться выходными или маневровыми светофорами, изолирующими стыками путевого участка рельсовой цепи, предельными столбиками, стрелочными переводами, упорами (началом засыпки балластной призмы упора).

2.20    Противогазная система: Система, предохраняющая колесные пары от повреждения при торможении из-за скольжения, когда сила сцепления колес с рельсами меньше тормозной силы.

2.21    Расчетная масса локомотива: Служебная (учетная) масса локомотива,

учитываемая при расчетах массы поезда, сил сопротивления движению, тормозных

сил. Расчетную массу локомотива принимают с 2/3 запаса топлива и песка

(при электротяге - песка), ю

1

Основное сопротивление движению поезда возникает от: трення в подшипниках букс: качения колес по рельсам: неровности рельсового путн; скольжения колес по рельсам: давления на рельсы подвижного состава: работы поглощающих аппаратов автосцепок н др.

12