FORMULACIJA VUČNIH ZAHTEVA I PRORAČUN VUČE

Predavač: Prof.dr Željko DespotovićEL.VUČA -VISER-studijski program NET

UVOD

Želimo da imamo konstantnu snagu(uslovljeno samim vučnim motorom)Želimo da imamo što širi opseg radnih brzinaOva dva zahteva su opozitnaNajkritičniji je polazak kompozicijeMomenat (vučna sila) pri polasku idu i do 3 puta veće vrednosti u odnosu na nominalnePogonska karakteristika vučnog motora jeveoma bitna sa stanovišta pomenutih zahteva

PRIKAZ VUČNIH ZAHTEVA NA F-vDIJAGRAMU

UGAONA BRZINA MOTORA→TRANSLATORNA BRZINA VOZILA

OBRTNI MOMENAT MOTORA→VUČNA SILA

Pik na karakteristici je prouzrokovanpotrebom da se savlada suvo trenje inatezanje kvačila, pri polasku. U suštini se radi o tzv. statičkom trenju

VEOMA BITAN UTICAJ IMA I POLOŽAJ KVAČILA PRI POLASKU(POKRETANJU) VOZA!!!

DISPOZICIJA KVAČILA NA VOZU

KVAČILO

•Položaj kvačila prilikom polaska kompozicije utiče dosta na vrednost potrebnogpolaznog momenta•Moguća su tri položaja kvačila:

-pri razvoju pozitivne vučne sile-pri kočenju-pri relaksaciji

MOGUĆI POLOŽAJI KVAČILA

RAZVOJ POZITIVNE VUČNE SILE

POLOŽAJ KVAČILA PRI KOČENJU

RELAKSIRANO (NENATEGNUTO) KVAČILO

-NE PRENOSI VUČNU SILU

ZAHTEV ZA KONSTANTNOM SNAGOM-PRIRODNI ZAHTEV

Ako su kvačila pri polasku relaksiranaonda lokomotiva savladava suva trenjajednog po jednog vagona.

Ako su kvačila bila nategnuta, lokomotivapri polasku mora da savlada sva suva trenja odjednom. Tada se zahteva vučna sila bar dva puta veća odnazivne.

Slično važi i za kretanje unazad. Da bi se smanjilo početno opterećenje lokomotivepri polasku, ako su kvačila bila nategnutavrši se njihovo relaksiranje malimkretanjem unazad.

Problemi mogu da nastanu i pripogrešnom kočenju. To se vidi na primerukretanja lokomotive unapred, a koči se poslednjim vagonom.

•U osnovi svih vučnih pogona postoji ograničenje po snazi. Snaga primarnog izvora napajanja je ograničena, motori i pretvarači su za određenu snagu. Stoga bi vučni zahtevmogao da se formuliše kao zahtev za konstantnom snagom. •Prirodni zahtev je zahtev za konstantnom snagom. Na većim uzbrdicama i sa teretompotrebno je ostvariti veću vučnu silu i istovremeno smanjiti brzinu.

KARAKTERISTIKA SUS MOTORA

Rad po obrtaju jekonstantan i definisanje veličinom cilindra. Moment je približnokonstantanFunkcija konstantnesnage se postižepomoću varijabilnogprenosnika –menjačaJednačine za vučnusilu i brzinu su:

M≈const

ZAVISNOST VUČNE SILE OD BRZINE KOD SUS MOTORA

Modifikovana zavisnost vučnesile od brzine vozila kojepokreće SUS motor. Ovakva zavisnost se dobijapravilnim projektovanjemmenjača, odnosno reduktorasa varijabilnim prenosnimodnosomU električnoj vuči menjač se ne ugrađuje u vozilaOvde se teži tome dapretvarač i motor obezbede u širokom opsegu režim sakonstantnom snagom (režimslabljenja polja).

ČETIRI STEPENA PRENOSA: I, II, III i IV

ULAZNI PODACI ZA VUČNE PRORAČUNE

Vučna sila lokomotiveKočna sila voza Zaustavni put vozaVučna karakteristika lokomotivei-V dijagram lokomotive Q-V dijagram

VUČNA SILA LOKOMOTIVE

Vučna sila za električne i dizel-električne seračuna pomoću obrasca:

napon napajanja motora u [V]struja motora u [A]brzina voza u [km/h]stepen iskorišćenja vučnog motora stepen iskorišćenja mehaničkog prenosa

pmm

v vIUF ηη ⋅⋅⋅

⋅= 36.0 u [daN]

mU

Iv

mη

pη

Ukupna vrednost vučne sile lokomotive koja ima Mn motora je:

1vMv FnF ⋅= [daN]

KOČIONA SILA VOZA

Kočenje vozova se postiže pomoću athezionih i neathezionih kočnica. Za athezione kočnice je uslov athezija i načini realizacije sile kočenja. U athezione kočnice spadaju:

-pneumatske (mehaničke) kočnice; direktne i indirektne-električne (reostatske i rekupeartivne)-solenoid disk kočnice-ručne mehaničke kočnice

U neathezione kočnice spadaju:-elektromagnetske šinske kočnice-kočnice sa fukoovim strujama koje dejstvuju na šinu

STVARANJE KOČNE SILE KOD MEHANIČKOG KOČENJA

Mehaničko kočenje se ostvaruje pritiskanjemkočnih papučica na bandaže točkovaU tom slučaju se između papuča i bandaža točka stvara sila trenja koja stvara kočioni momenat suprotan smeru obrtanja točkaSlika pokazuje stvaranje kočne sile prilikom mehaničkog kočenja

Sila trenja se dobija iz relacije:

B- sila trenja između kočnepapuče i bandaže točka

P- sila pritiska kočne papuče na točak

kfPB ⋅=

kf koeficijent trenja klizanja između papuče i bandaže točka

USLOV ZA NORMALNO KOČENJE

Ako se posmatra samo jedna osovina za koju se izračunava sila kočenja, tada je veličina kočne sile ograničena silom athezije točkova sa šinamaAko je kočna sila veća od athezije :

točkovi će da klizaju po šinama. Zbog toga je za normalno kočenje potrebno ispuniti uslov:Iz prethodne jednačine sledi da je:

aak fGfP ⋅>⋅Σ

aak fGfP ⋅≤⋅Σρ==

Σ

k

a

a ff

GP

ρ koeficijent pritiska kočnih papuča na osovinu

2.0=af5.0...4.0=kf

6.0...4.0≈ρ

PRITISAK KOČNIH PAPUČA NA BANDAŽE

Pritisak kočnih papuča na bandaže zavisi od athezionemase po osovini, tj. o veličine pritiska točka na šinu. Stoga se u vožnji razlikuju dva režima kočenja: za pune vagone i vozoveVeličina pritiska kočnih papuča na bandaže iznosi:

pipNpdP ηπ⋅⋅⋅=Σ

4

2[N]

d-prečnik kočionog cilindra u [m]p-pritisak vazduha u kočnom cilindru u [N/m2]Np-prenosni odnos polužnog prenosnika sistema kočenjaηpi -koeficijent korisnog dejstva polužnog prenosnika (za četvoroosovinske lokomotive i vagone 0.95 a za šestoosovinske lokomotive i vagone 0.85)

SILA PRITISKA KOČNIH PAPUČA JEDNE OSOVINE

Sila pritiska kočnih papuča jedne osovine, odnosno kočna sila voza, računa se jednačinom:

Za sve osovine sa istim pritiskom i istim kočnimmaterijalom:

np- broj osovinaKod vučnog proračuna kada je sasatav voza

homogen,specifična kočna sila (sila po jedinici tone) određuje se pomoću obrasca:

kk fPB ⋅Σ⋅= 1000

pKkn nBB ⋅= u [daN]

u [daN]

vak

va

kvk GG

PfGG

Bb+Σ

⋅⋅=+

= 1000 u [daN/t]

ZAUSTAVNI PUT VOZASamo kočenje voza se sastoji od vremenskog intervala pripreme kočenja i vremenskog intervala kočenja voza:U ovim intervalima voz prelazi određeni put koji je dat relacijom:Predkočioni put se određuje pomoću izraza:

Put koji se prelazi sa pritisnutim papučama na bandažama točkova (put sa dejstvom kočenja), u intervalu brzina do može se odrediti iz izraza:

kzkpk ttt +=

kzkpk SSS +=

kpkpkp tvtvS ⋅⋅=⋅⋅= 278.036001000

iFbvvSotk

kz ++−

⋅=22

2113.4

u [m]

Skz -put kočenja (zaustavni put) u [m]v1 -početna brzina kočenja u [km/h]V2 -brzina na kraju kočenja u [km/h]bk -specifična kočna sila u [daN/t]Fot -specifični stalni otpor voza u [daN/t]i -nagib (uspon) u [‰]

ZAUSTAVNI PUTEVI-DOMAĆI PROPISI

Tehnički propisi u Železnicama Srbije određuju dužine zaustavnih puteva:

-1000m za glavne pruge sa brzinama do 120km/h-700m za glavne pruge- 400m za sporedne pruge

VUČNA KARAKTERISTIKA LOKOMOTIVE

Vučne karakteristike su najvažniji pokazatelji vučnih osobina lokomotiva. Osnovna vučna karakteristika lokomotiva je karakteristika vučne silePored ove najbitnije karakteristike obično se određuju jošdve a to su: karakteristika uspona za različite vučne terete (i-V dijagram) i karakteristika vučnih teretaza različite uspone (Q-v dijagram) Vučna karakteristika lokomotive kod nas se naziva često i vučni pasoš lokomotive

)(vfFv =

)(1 vfi =)(2 vfG =

ZAVISNOSTI VUČNE SILE OD BRZINE

Obzirom da je snaga jednaka moguće su dve zavisnosti vučne sile od brzine:

Vučna vozila (a posebno lokomotive) uglavnom rade prema karakteristici konstantne snage. Inače se na vučnoj karakteristici lokomotive izdvajaju tri oblasti:

vFP v ⋅=

KARAKTERISTIČNE OBLASTI NA VUČNOJ KARAKTERISTICI LOKOMOTIVE

Karakteristika granice athezijeKarakteristika konstantne snageNajveća ostvariva brzina vožnjePočetni deo karakteristike vučne sile lokomotive može biti ograničen ili granicom athezije ili graničnim mogućnostima prenosnika snageNajveća brzina vonžnje koju je moguće postići je određena konstruktivnim mogućnostima lokomotive i najvišim naponom napajanja vučnih motora.

DIJAGRAM VUČNE SILE I OTPORI KRETANJA

Ako se pored dijagrama vučne sile nacrtaju karakteristike otpora kretanju voza

i otpora pruge dijagram se može podeliti na tri oblasti:

)(vfFot =Σ

)(vfFk =

Gornja površina, odnosno ordinata Fa u njoj znači otpor ubrzanja , odnosno rezervnu vučnu silu za ubrzanje voza

ODREĐIVANJE I-v DIJAGRAMAKarakteristika lokomotive za razne vrednosti vučnih tereta predstavlja dijagramLokomotiva sa vučnom silom prema izrazu:

)(1 vfi = vGVi −

)()( akioutlvakioutlav FFFFGFFFFGF +++++++⋅=

Na pruzi sa usponom i[‰]uspostavlja ravnotežno stanje pri brzini vožnje

ivPošto u tom slučaju lokomotiva nema nikakve rezerve vučne sile kojom bi se mogla koristiti za ubrzanje izraz za silu dobija oblik:

)()( iFGiFGF outvvoutlav +++⋅=

va

otvvotlav

GGFGFGFi

+⋅+⋅−

=)(

TIPIČNI I-V DIJAGRAM Kod izrade i-V dijagrama prema izrazu:

se pretpostavlja da je za svakubrzinu vožnje poznato:

va

otvvotlav

GGFGFGFi

+⋅+⋅−

=)(

vF otlF otvF

aG

i-V dijagram za tri mase vučenog tereta

321 vvv GGG >>

masa lokomotive:

sile:

ODREĐIVANJE Q-v DIJAGRAMQ-V dijagram daje karakteristiku za razne uspone pruge i[‰]. Na železnici se masa vučenog tereta obično označava sa Q pa je u ovom slučaju formalnoPretpostavlja se da lokomotiva pri brzini vožnje ne raspolaže sa rezervom vučne sile, pa izraz za izradu Q-V dijagrama dobija oblik:

)(2 vfQ =

vGQGv =

iv

otli

iaotlav

FFFGFGFQ

+⋅+⋅−

=)(

TIPIČNI Q-v DIJAGRAMPrema izrazu

se pretpostavlja da su za svaku brzinuvožnje poznati sile:masa lokomotive :

Q-V dijagram odnosno karakteristiku vučne sile )(2 vfQ =

za tri različita uspona 321 iii >>

otli

iaotlav

FFFGFGFQ

+⋅+⋅−

=)(

vF otlF otvF

aG