background image

 

 

6. OBLICZENIA TRAKCYJNE
 Przejazd teoretyczny
 

Teoretyczny wykres jazdy zespołu trakcyjnego na odcinku 4,1 km o 
profilu 6 i 3 

0

/

00

1 – v = f(s),    2 – t = f(s),    3 - ∑IΔt = f(s)
linie ciągłe – jazda od A do B, linie przerywane – jazda od B do A

background image

 

 

Metody analityczne wykonywania przejazdu opierają się na 
zasadniczych równaniach ruchu pociągu.

k

p

dE

ds

F

ds

dv

v

m

v

m

ds

d

ds

dE

F

k

p





2

2

ds

dv

v

G

ds

vdv

g

G

F

p

127

,

0

6

,

3

1000

2

v

G

W

F

ds

dv

127

,

0

Rozwiązaniem tego równania jest: 

2

1

127

,

0

v

v

W

F

vdv

G

s

background image

 

 

Zależność na dv/ds można zapisać w innej postaci, 
uwzględniającej czas t[sek]

G

W

F

v

ds

dv

127

,

0

G

W

F

dt

ds

ds

dv

127

,

0

6

,

3

G

W

F

dt

dv

3

,

28

Rozwiązaniem tego równania jest:

2

1

3

,

28

v

v

W

F

dv

G

t

background image

 

 

Trudność  w  rozwiązaniu  obu  całek  polega  na  tym,  że 
zależności  parametrów  F,W,v  podane  są  w  postaci 
charakterystyk,  które  trudno  wyrazić  analitycznie.  Można  je 
jednak 

obliczyć 

metodami 

przybliżonymi, 

zastępując 

różniczki  przyrostami  skończonymi,  a  całki  –  sumami. 
Zakłada  się,  że  wartość  siły  przyspieszającej  (F-W)  jest  w 
całym  zakresie  przedziału  od  v  do  v+Δv  stała  i  równa  sile 
odpowiadającej prędkości v+Δv/2

v

W

F

v

v

G

s

v

v

sr

sr

2

1

2

127

,

0

2

1

3

,

28

v

v

sr

sr

W

F

v

G

t

background image

 

 

Tok postępowania przy obliczaniu przejazdu teoretycznego 
wygląda pokrótce następująco.
Dla założonej prędkości średniej w przedziale vśr=vp+Δv/2 
( gdzie vp jest prędkością początkową w przedziale) wyznacza 
się kolejno:

- siłę pociągową F – z charakterystyki trakcyjnej,
- całkowite opory ruchu W – z odpowiedniej zależności,
- siłę przyspieszającą F-W,
- przyspieszenie średnie a,
- czas Δt odpowiadający przyrostowi prędkości Δv,
- sumę przyrostów czasu od chwili ruszenia  ∑Δt,
- drogę Δs odpowiadającą przyrostowi prędkości Δv,
- drogę od chwili ruszenia ∑Δs,
- prąd jednego silnika I,
- iloczyn czasu i prądu pobieranego przez lokomotywę 

nIΔt, gdzie n jest 

  współczynnikiem uwzględniającym liczbę 

silników i ich połączenie,

- sumę przyrostów nIΔt,
- iloczyn I

2

 Δt,

- sumę przyrostów I

2

 Δt.

background image

 

 

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń uzyskuje się 
zależności
 v=f(s) oraz t=f(s).

Sumowanie iloczynów nIΔt służy do obliczenia całkowitego 
zużycia energii, zaś sumowanie iloczynów I

2

Δt do wyznaczenia 

prądu zastępczego.

t

t

I

I

t

z

0

2

t

z

dt

I

t

I

0

2

1

gdzie t jest czasem całego cyklu pracy 
silnika 

background image

 

 

Całkowite zużycie energii trakcyjnej oblicza się na podstawie 
przejazdu teoretycznego z zależności: 

t

I

U

m

A

6

10

6

,

3

[kWh],       I[A], Δt[sek] 

gdzie: U – napięcie przypadające na jeden silnik,
    m=m

r

m

s

                        m

r

  –  liczba  silników  połączonych 

równolegle,   
 

m

s

  –  liczba  silników  połączonych 

szeregowo.

Napięcie U zależy od układu połączeń silników. Jeżeli do 
wzoru na energię wprowadzić stałe napięcie sieci U

s

uzyska się: 

 

10

6

,

3

10

6

,

3

10

6

,

3

6

6

6

t

I

m

U

t

I

U

m

t

I

m

U

m

A

r

s

s

r

s

s

background image

 

 

Jednostkowe zużycie energii trakcyjnej 

Bilans energii według jej ostatecznego przeznaczenia (dotyczy 

trakcji prądu stałego z silnikami prądu stałego i rozruchem 
oporowym): 

1. praca użyteczna silników idąca na pokonanie oporów:

a)   zasadniczych
b)   krzywizn
c)   wzniesień,

2. straty przy przyhamowywaniu na większych spadkach,
3. straty w oporach rozruchowych,
4. straty dodatkowe w silnikach spowodowane ich pracą przy 

obniżonym                    napięciu (połączenie szeregowe),

5. straty przy hamowaniu na stacjach,
6. straty normalne silników w połączeniu zasadniczym.

background image

 

 

Jednostkowe zużycie energii na pokonanie zasadniczych 
oporów ruchu wynosi: 

w

j

 725

,

2

1

[Wh/tkm]

ds

v

k

w

s

ds

w

s

j

s

s



0

2

0

0

1

10

1

725

,

2

725

,

2

Do  rozwiązania  całki  potrzebna  jest  znajomość  przebiegu 
v=f(s).  Dla  uproszczenia  przyjmuje  się,  że  istnieje  pewna 
prędkość  zastępcza,  z  którą  pociąg  przebywa  większą  część 
drogi,  której  kwadrat  jest  proporcjonalny  do  iloczynu 
prędkości  technicznej  v

t

  i  prędkości  maksymalnej  v

m

.  W  ten 

sposób 

jednostkowe 

zużycie 

energii 

na 

pokonanie 

zasadniczych oporów ruchu wyraża się wzorem: 

k

v

v

w

j

m

t

100

725

,

2

0

1

[Wh/tkm]

background image

 

 

Łuki na trasie powodują wzrost jednostkowego zużycia 
energii o składnik: 

ksr

w

j

 725

,

2

2

[Wh/tkm
]

gdzie w

ksr

 – średnie jednostkowe opory krzywizn 

dla całej trasy. 

Jednostkowe zużycie energii na pokonanie 
wzniesień to: 

0

3

725

,

2

725

,

2

i

s

h

j

[Wh/tkm]

gdzie:    h [m]– różnica poziomów miedzy stacją końcową 
a początkową,

s [km] – odległość między stacją początkową i 

końcową.

background image

 

 

Na linii o długości s średnie dodatkowe opory wywołane 
przyhamowywaniem wynoszą: 

i

i

w

sp

s

w

i

s

i

1

gdzie:  i

>w

 – spadek przekraczający opory ruchu przy 

prędkości 

dopuszczalnej,

w

i

 – opory ruchu pociągu przy prędkości 

dopuszczalnej,

Δs

i

 – droga przyhamowywania.

Jednostkowe zużycie energii na pokrycie przyhamowań na 
spadkach wynosi:

sp

i

j

 725

,

2

4

[Wh/tkm]

background image

 

 

Jednostkowa energia kinetyczna pociągu o prędkości początku 
hamowania      v

H

 [km/h] liczona na kołach pociągu jest 

proporcjonalna do wielkości:

2

'

10

54

,

2

H

v

h

[m]

zaś praca użyteczna na drodze hamowania, idąca na 
pokonanie oporów ruchu, obliczona na jednostkę masy 
pociągu, jest proporcjonalna do wielkości: 

2

''

10

54

,

2

H

H

Hsr

v

f

w

h

gdzie: f

H

 – jednostkowa siła hamująca,

          w

Hsr

 – średnie jednostkowe opory ruchu na drodze 

hamowania. 

Jeżeli zatrzymanie pociągu odbywa jednorazowo na odległości 
międzyprzystankowej  L[km],  to  jednostkowe  zużycie  energii 
trakcyjnej  (mierzone  na  kołach)  traconej  przy  hamowaniu 
będzie wyrażać się zależnością: 

[m]

L

h

h

j

''

'

5

725

,

2

background image

 

 

2

'

2

2

2

''

'

10

54

,

2

1

10

54

,

2

10

54

,

2

10

54

,

2





H

H

Hsr

H

H

H

Hsr

H

v

f

w

v

v

f

w

v

h

h





H

Hsr

f

w

1

'

2

0

10

2

1

H

Hsr

v

k

w

w

Zatem jednostkowe zużycie energii traconej przy 
hamowaniu będzie wyrażać się zależnością:

2

'

5

10

54

,

2

725

,

2

H

v

L

j

background image

 

 

Analizując moc i straty występujące podczas rozruchu pojazdu 
oraz czasy trwania rozruchu przy poszczególnych połączeniach 
silników można dowieść, że stosunek strat w oporach do energii 
pobranej z sieci w czasie rozruchu wynosi:

- dla pojazdu 4-
silnikowego 

- dla pojazdu 6-
silnikowego 

k

1

1

2

1

k

k

1

1

3

1

gdzie k oznacza stosunek 
strat w miedzi silników w 
końcowej fazie rozruchu 
do mocy lokomotywy 
mierzonej na zaciskach 
silników.

Jednostkowa energia kinetyczna pociągu o prędkości końca 
rozruchu v

R

[km/h] liczona na kołach pociągu jest 

proporcjonalna do:

2

'

10

54

,

2

R

v

h

[m]

background image

 

 

Praca użyteczna na drodze rozruchu, idąca na pokonanie 
oporów ruchu, obliczona na jednostkę masy pociągu, jest 
proporcjonalna do wielkości:

2

''

10

54

,

2

R

R

Rsr

v

f

w

h

[m]

gdzie:  f

R

 – jednostkowa siła rozruchowa,

   w

Rsr

 – średnie jednostkowe opory ruchu na drodze rozruchu.

Jednostkowe zużycie energii, mierzone na kołach, na jeden 
rozruch przypadający na odległości międzyprzystankowej 
L[km] wynosi: 

L

h

h

j

R

''

'

725

,

2

2

''

2

2

''

'

10

54

,

2

10

54

,

2

10

54

,

2

R

R

R

Rsr

R

v

v

f

w

v

h

h

gdzie
:





R

Rsr

f

w

1

''

2

0

10

2

1

R

Rsr

v

k

w

w

background image

 

 

2

''

10

54

,

2

725

,

2

R

R

v

L

j

To zużycie energii zostało już uwzględnione w bilansie w 
innych składnikach: jednostkowym zużyciu energii na 
pokonanie oporów ruchu na całej drodze L i jednostkowym 
zużyciu energii traconym w hamulcach.

Straty w oporach rozruchowych wynoszą: 

A

A

'

gdzie  A  –  energia  pobrana  z 
sieci.

Zatem jednostkowe zużycie energii na pokrycie strat w oporach 
rozruchowych, liczone na kołach lokomotywy, określa 
zależność:

2

''

6

10

54

,

2

725

,

2

R

v

L

j



przy założeniu, że sprawność silników przy rozruchu jest 
równa ogólnej sprawności silników η.

background image

 

 

Całkowite jednostkowe zużycie energii mierzone na obwodzie 
kół napędnych jest sumą wszystkich podanych składników 

6

5

4

3

2

1

j

j

j

j

j

j

j

Całkowite jednostkowe zużycie energii mierzone na zaciskach 
silników określa zależność:

2

''

2

'

0

0

0

10

54

,

2

10

54

,

2

100

725

,

2

R

H

t

M

sp

k

z

v

L

v

L

k

v

v

i

i

w

w

j





[Wh/tkm]

gdzie:





H

Hsr

f

w

1

'





R

Rsr

f

w

1

''

Dla ułatwienia obliczeń, przyjmuje się, że w 
przeciętnych warunkach:
μ

BB 

≈ 0,55 oraz μ

CC

 ≈ 0,40. 

background image

 

 

Przykładowe wartości jednostkowego zużycia energii dla różnego 
rodzaju pociągów są następujące:

rodz. poc.           m[t]         L[km]         v

M

         v

t

        v

H

       v

R

          

 j

0

 [Wh/tkm]

pospieszny         600            35            120        95        80       45      
         17,8
osobowy            450              6            100        70        70       45       
        24,4
towarowy         1800           45              70        55         45      45       
        10,2
zespół trakc.      160              3,5           90        65         70      35      
         33,5

Na podstawie danej prędkości handlowej pociągu V[km/h] i jego 
masy M[t] można, znając jednostkowe zużycie energii, określić 
średnią moc czerpaną przez pociąg z sieci:

1000

0

VM

j

N

sr

oraz średni prąd silników 
lokomotywy:

mU

VM

j

I

sr

0

gdzie:  U  [V]  –  napięcie  na  zaciskach 
silników,

  m – liczba silników.

[A]

[kW]


Document Outline