Использование мощности локомотивов по условиям сцепления колес с рельсами и нагреванию электрических машин. Влияние режимов вождения поездов на использование электроэнергии или топлива, страница 12

Полезная механическая работа тяговых электрических приво­дов локомотивов в тяговом режиме затрачивается на преодоление сил сопротивления движению поезда и на изменение его потенци­альной и кинетической энергии. При торможении поезда (электри­ческом — рекуперативном или реостатном и механическом) меха­ническая энергия движущегося поезда преобразуется в электриче­скую или тепловую.

Основное сопротивление движению поезда, обусловленное внут­ренним трением в узлах подвижного состава, силами взаимодей­ствия подвижного состава и пути, естественным сопротивлением воздуха, зависит от конструкции подвижного состава и пути, составности поезда, использования грузоподъемности вагонов. Эта сила возрастает с повышением скорости движения, вызывая уве­личение механической работы тягового электрического привода.

Дополнительное сопротивление движению поезда обусловлено наличием уклонов и кривых, т. е. планом и профилем пути. Меха­ническая работа тяговых электрических приводов, затрачиваемая на преодоление сопротивления движению, обусловленного наличи­ем кривых, зависит от радиуса этих кривых, длины поезда, длины кривой и в общем случае от скорости движения.

Изменение потенциальной энергии поезда определяется про­дольным профилем пути участка. При ускоренном и равномерном движении поезда по подъемам его потенциальная энергия увели­чивается за счет механической работы тягового электрического при­вода, а при замедленном движении поезда и за счет перехода час­ти его кинетической энергии в потенциальную. Движение поезда по спускам сопровождается уменьшением запасенной потенциаль­ной энергии. При этом в зависимости от конкретных условий движения и режимов работы локомотивов потенциальная энергия по­езда может переходить в кинетическую (ускоренное движение), расходоваться на преодоление сил сопротивления движению и га­ситься в электрических или механических тормозах.

Кинетическая энергия поезда пропорциональна квадрату ско­рости движения и его приведенной массе. При ускоренном движе­нии поезда на любых элементах профиля пути она увеличивается за счет механической работы тягового электрического привода, а во время движения по спускам — и за счет перехода потенциаль­ной энергии в кинетическую. При замедленном движении поезда на выбеге его кинетическая энергия расходуется на преодоление сил сопротивления движению. В случае движения на подъемах она мо­жет переходить в потенциальную энергию поезда. При электриче­ском и механическом торможении поезда оставшаяся часть кине­тической энергии гасится в тормозах. Значительная часть механи­ческой работы тягового электрического привода локомотива направлена на приобретение поездом требуемой кинетической энер­гии для поддержания заданной скорости. После прохождения по­ездом участка между двумя остановками его кинетическая энергия равна нулю.

Расход электроэнергии или топлива зависит как от полезной механической работы тягового электрического привода, затрачен­ной на передвижение поезда, так и от потерь энергии при ее преоб­разовании звеньями привода локомотива. Одним из важнейших факторов, влияющих на объем механической работы тягового элек­трического привода, является режим ведения поезда на участке. Поэтому целесообразна оценка влияния элементов режима веде­ния поезда на отдельные составляющие механической работы тя­гового электрического привода локомотива и соответствующие им значения расхода электроэнергии или топлива. Она существенно помогает в отыскании резервов экономии электроэнергии или топ­лива и определении рациональных путей их практического исполь­зования.

7. Влияние режимов вождения поезда на составляющие механической работы

В режим ведения поезда обычно входят следующие элементы:

пуск, включающий разгон поезда до выхода на выбранную хо­довую характеристику локомотива;

движение под током (при включенных тяговых двигателях) на ходовых позициях контроллера машиниста;

выбег — движение при выключенных тяговых двигателях;

регулировочное торможение — подтормаживание поезда на кру­тых спусках для поддержания его скорости на заданном уровне;

торможение для снижения скорости перед предупредительными сигналами и остановками.

Режим ведения поезда можно характеризовать, с одиой сторо­ны, скоростью движения или ее изменением во времени, а с дру­гой— затратами электроэнергии или топлива, которые зависят как от полезной механической работы тягового электрического приво­да, затраченной на движение поезда, так и от потерь энергии при ее преобразовании звеньями привода локомотива.

Элементы режима ведения поезда, связанные с выполнением механической работы тяговым электрическим приводом по передви­жению поезда (пуск, движение под током), в зависимости от со­отношения силы тяги и сопротивления движению направлены на увеличение механической энергии поезда или поддержание ее не­изменной. При движении на выбеге, подтормаживании на крутых спусках и торможении поезда для снижения скорости приобретен­ная поездом механическая энергия частично или полностью теря­ется. Кинетическая энергия поезда в начале и конце участка пути равна нулю. Поэтому результирующую механическую работу тя­гового электрического привода на заданном участке пути можно представить в виде суммы составляющих:

Л и ==Л„э "Т"ЛКр "Т •"о Т" Лтв "Т~ЛТС,

где Лпэ, ЛКр, Л0— механическая работа, затраченная соответствен­но на изменение потенциальной энергии поезда, на преодоление сил сопротивления движению от кривых и сил основного сопротивления движению поезда; Лтв, Лтс — механическая энергия, потерян­ная в тормозах соответственно при регулировочных торможениях на вредных спусках, при торможении поезда для снижения скоро­сти движения и остановки.

Механическая работа Л.пэ, затраченная на изменение потенци­альной энергии поезда, определяется массой поезда и разностью высот над уровнем моря АЯ конца Нк и начала Ян участка пути, т. е. равна разности значений его потенциальной энергии в конце и начале участка. Величину АЯ, м, определяют на основании про­филя пути конкретного участка как алгебраическую сумму измене­ний высоты поезда над уровнем моря при движении по всем п подъемам и k спускам: