Диагностика сопротивления движению троллейбуса

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра электротехнических комплексов

 

Пояснительная записка

к курсовой работе

по диагностике и надёжности электротехнических систем

Тема: Диагностика сопротивления  движению троллейбуса

 

Преподаватель: 

Калугин М.В.

Факультет:  ФМА

Группа:  ЭМ-96

Студент:  Стрельникова Д.М.

 

 

Дата сдачи:

Отметка о защите:

 

 

 

 

Новосибирск 2012 г.

ВВЕДЕНИЕ

Все троллейбусы, прошедшие плановое техническое обслуживание и ремонт, подвергают испытанию пробегом (обкатке) для приработки механизма сопряжений и оценки правильности выполненных регулировок электросиловой и тормозной системы, определения мест повышенного трения в сопряжениях тяговой передачи и т. д. Кроме субъективной оценки, которую после обкатки дают испытатели, можно получить сравнительную объективную оценку работы сопряжения основных механических узлов замером сопротивления движению эксплуатируемых единиц подвижного состава. Следует также учитывать, что уровень сопротивления движению тесно связан с величиной потребления электроэнергии для движения, так как расход ее во многом зависит от состояния узлов трения.

Сопротивлением  движению называют эквивалентную силу, приведенную к ободу колёс, на преодоление которой затрачивается такая же работа, как и на преодоление всех действительных сил, противодействующих движению.

Сила сопротивления движению направлена против движения электроподвижного  состава, за исключением крутых спусков, когда она может совпадать  с направлением движения. Сопротивление  движению зависит от конструкции  и состояния подвижного состава  и верхнего строения пути, профиля  и плана пути, от скорости движения, скорости и направления ветра. Оно  обусловлено наличием трения в узлах  подвижного состава, трением колёс о путь, деформациями пути и элементов подвижного состава, сопротивлением воздушной среды, а также составляющими силы тяжести на уклонах.

Энергия, затраченная на преодоление сил сопротивления  от трения, невозвратима, так как  расходуется на истирание деталей  подвижного состава и пути и, превращаясь  в тепло, рассеивается в окружающую среду. Энергия, израсходованная на преодоление подъёмов, может быть частично,  а в некоторых случаях и полностью возвращена при движении в обратном направлении и использована для преодоления сопротивления движению.

Сопротивление движению условно  делят на две главные составляющие: одну, зависящую от типа подвижного состава и скорости его движения, и другую, зависящую от плана и профиля пути, а также от особых условий движения.

Первую составляющую называют основным сопротивлением движению; оно представляет собой сопротивление движению на прямолинейном и горизонтальном открытом участке пути при любой скорости движения, в том числе и при скорости, равной нулю. Эта составляющая обусловлена внутренним трением в подвижном составе, сопротивлением, возникающим при взаимодействии подвижного состава и пути, а также сопротивлением воздушной среды (при отсутствии ветра).

Вторую составляющую называют дополнительным сопротивлением движению; оно представляет собой сопротивление от уклонов и кривых. Считают, что дополнительное сопротивление не зависит от скорости движения и определяется только планом и профилем пути. Различают ещё дополнительное сопротивление от ветра, при движении в тоннелях, при температурах ниже 25°С.

Эксплуатационные предприятия  следят за состоянием пути и дорог  и принимают действенные меры по устранению выявленных неисправностей, а также контролируют соответствие техническим требованиям состояния  шин колес троллейбуса в целях  экономии расхода электроэнергии на движение и запасных частей на ремонт. Сопротивление воздушной среды  во многом зависит от аэродинамических качеств подвижного состава, поэтому  оценка и прогнозирование этих параметров в процессе проектирования предшествуют окончательному конструктивному решению.

1. Анализ составляющих сопротивления движению.

Основное  сопротивление движению. Установить теоретическим путём значение основного сопротивления движению чрезвычайно сложно, так как оно зависит от многих факторов, меняющихся в процессе движения случайно или по весьма сложным закономерностям.  Поэтому основное сопротивление движению определяют опытным путём при испытаниях подвижного состава на линии. 

Однако, чтобы получить представление о физической сущности и порядке значений отдельных составляющих этого сопротивления, рассмотрим его в виде суммы ряда компонент:

• сопротивления от трения в подшипниках подвижного состава (W_б);
• сопротивления от трения качения колёс по дороге (W_к);
• сопротивления от трения скольжения по дороге (W_ск);
• сопротивления от деформации пути, ударов на стыках и неровностях (W_п);
• сопротивления воздушной среды (W_в).

Такое разделение основного  сопротивления условно, так как  в действительности некоторые составляющие зависят друг от друга.

Сопротивление трения в подшипниках является одним из наиболее существенных  в общем сопротивлении движению подвижного состава. Оно зависит от момента сил трения, развивающихся в подшипниках подвижного состава. Потери на трение в буксовых подшипниках зависят, главным образом, от качества смазки, температуры наружного воздуха, скорости движения троллейбуса и удельного нажатия подшипника на шейку оси. В связи с этим представляется эффективным для снижения основного сопротивления движению применять сезонные смазки, соответствующие температуре наружного воздуха, и подогрев осевой смазки при низкой температуре; уменьшать по возможности число остановок и последующих троганий поездов, а также предупреждений об ограничениях скорости; заменять подшипники скольжения в буксах на роликовые.

Ориентировочные значения рассматриваемой  составляющей основного удельного  сопротивления движению подвижного состава с подшипниками трения скольжения равны 0,5 – 1 Н/кН, с подшипниками качения 0,1 – 0,2 Н/кН.

Сопротивление трения качения колёс. При движении колёс по дороге возникают потери от силы трения качения, которая тем больше, чем меньше диаметр колеса и чем мягче поверхности колеса и пути. Поэтому на участках с мощными термически упрочненными рельсами при хорошем состоянии верхнего строения пути сопротивление от трения качения наименьшее. Несколько уменьшается трение качения по мере роста скорости движения.

Качение колеса по дороге сопровождается трением скольжения, которое возникает вследствие конусности профиля поверхности катания колёс, неравенства диаметров колёс одной колесной пары, неправильной сборки экипажной части при ремонте, неравномерного износа и др.

Составляющая основного  удельного сопротивления движению от трения качения равна 0,2 – 0,4 Н/кН.

Поскольку путь не является идеально ровной поверхностью и имеет  упругость, при проходе колёс  неизбежно возникают колебания  подвижного состава, деформации и просадки верхнего строения пути. Действующие  при этом силы, на преодоление которых  затрачивается некоторая энергия, являются сопротивлением от деформации пути и ударов. Они составляют часть основного сопротивления движению.  Чем мощнее  верхнее строение, тем меньше эта составляющая. Теоретическое определение её основывается на рассмотрении условий равновесия эквивалентной схемы пути при действии сосредоточенных нагрузок в местах опоры колёс на путь. Однако практическая ценность решения такой задачи невелика из-за неопределённости коэффициента жестокости пути, зависящего от конструкции и общего состояния пути. Для подвижного состава ориентировочно оценивают составляющую удельного сопротивления движению от деформации пути и ударов в 0,3-0,6 Н/кН. 

При движении троллейбус испытывает сопротивление воздушной среды. На основании аэродинамических исследований движения тела неизменяемой формы в воздухе установлено, что при постоянной скорости  движения сила сопротивления  приблизительно пропорциональна произведению квадрата скорости на площадь поперечного сечения тела.

Исследования показывают, что от формы движущегося тела при одной и той же площади  его поперечного сечения существенно  зависит сопротивление воздушной  среды.  Если, например, это сопротивление  при движении диска навстречу  воздушному потоку условно принять  за 100%, то при движении шара такого же радиуса с той же скоростью  оно не превышает 40-20%, при движении цилиндрического тела такого же радиуса, имеющего основание обтекаемой формы, составляет 5%.  Поэтому для уменьшения сопротивления воздушной среды троллейбусам придают обтекаемую форму. Это оказывается особенно эффективным при движении с высокими скоростями, так как сопротивление воздушной среды такого ЭПС составляет основную долю общего сопротивления движению.

Дополнительное  сопротивление движению. На подвижной состав, находящийся на прямолинейном уклоне, действует дополнительная сила в виде составляющей силы тяжести. Эта сила направлена в сторону спуска. Она представляет собой дополнительное сопротивление движению от уклона.

Уклон профиля пути обозначают через i и выражают в тысячных долях. Он представляет собой умноженное на 1000 значение тангенса угла α наклона профиля пути к горизонту, т.е. i=1000tgα.

Крутизна уклона,‰, измеряется количеством метров изменения высоты, приходящихся на 1 км длины пути.

С ростом скорости повышается дополнительное сопротивление движению в кривых. С увеличением радиуса  кривой уменьшается центробежная сила и дополнительное сопротивление  движению. Кроме того, в кривой из-за неизбежно возникающей разности кругов катания возрастают продольное и поперечное проскальзывания колёс. Сопротивление увеличивается также  за счёт сил трения в ходовых частях подвижного состава при повороте тележек в момент входа и выхода из кривой.

Дополнительное  сопротивление движению возникает и под воздействием ветра. Ветер оказывает большое влияние на сопротивление движению троллейбуса. Когда он направлен по движению троллейбуса, результирующая относительная скорость движения воздуха равна разности скоростей троллейбуса и ветра. Если ветер направлен против движения троллейбуса, относительная скорость воздуха равна сумме скоростей троллейбуса и ветра. Поскольку влияние скорости на сопротивление воздушной среды меньше сказывается в пространстве между кузовом подвижного состава и полотном дороги, скорость ветра учитывают.

На сопротивление движению оказывает влияние температура. Влияние низких температур проявляется  в повышенной плотности наружного  воздуха, вследствие чего возрастает составляющая сопротивления движению, зависящая  от сопротивления воздушной среды, и, как следствие, общее сопротивление  движению. В диапазоне температур от  -30 до -50°С сопротивление при скорости движения 100 км/ч возрастает примерно на 10-15%.

2. Методы измерения сопротивления движению троллейбуса.

Измерение удельного сопротивления  движению можно вести несколькими  методами. Наибольшее распространение  получили метод выбега и метод  установившегося тока, которые с  точностью, достаточной для целей  контроля в эксплуатационных предприятиях, позволяют оценить удельное сопротивление  движению.

В режиме выбега (метод выбега) сопротивление движению равно произведению массы троллейбуса на ускорение; основное удельное сопротивление движению при этом равно: 

 

 

 коэффициент инерции вращающихся  масс подвижного состава;

а - ускорение, полученное подвижным составом перед началом движения в режиме выбега.

Зная коэффициент инерции  вращающихся масс, который можно  принять равным 1,2 для троллейбуса, и величину пути, пройденного троллейбусом в режиме выбега до полной остановки, а также время, затраченное на проследование этого пути, можно  определить основное удельное сопротивление движению:

 

где l – путь выбега, м;  t- время выбега, с.

Получить формулу, удобную  для замера удельного сопротивления  движению методом выбега, можно, преобразовав формулу основного удельного  сопротивления движению: выразить ускорение  через пройденный путь и время, затраченное  на движение по этому пути.

Удельное сопротивление  движению троллейбуса =2400. Современный троллейбус имеет удельное сопротивление движению около 12,012,5 кгс/тс в летнее время и 13,013,5 кгс/тс в зимнее.

Методика замера удельного сопротивления движению троллейбуса.

Для его выполнения необходим  горизонтальный участок дорожного  пути протяженностью до 100 м; выполняют разметку пути с интервалом в 1 м для определения пройденного пути в режиме выбега. Испытания начинают с разгона троллейбуса. Затем по команде испытателя переводят движение в режим выбега. Испытатель включает секундомер и одновременно фиксирует отметку пути начала выбега. При полной остановке испытываемого подвижного состава испытатель выключает секундомер и определяет по разметке длину пройденного пути. Это дает ему возможность по приведенной выше формуле определить удельное сопротивление движению. Обычно возможные варианты пройденного пути и затраты времени, рассчитанные по формулам, сводят в таблицы, которыми пользуются в процессе испытания. Таблицы позволяют, не производя расчетов, получать значение удельного сопротивления движению по установленным значениям пройденного пути и затраченного времени.