Se desea dimensionar el equipo de tracción de una locomotora que pesa 90 Tm, para la que se piden las siguientes prestaciones:

Transcripción

1 Se desea dimensionar el equipo de tracción de una locomotora que pesa 9 Tm, para la que se piden las siguientes prestaciones: - Debe ser capaz de arrancar en rampa de milésimas arrastrando un tren de 117 Tm -A la velocidad máxima de km/h arrastrando un tren de 5 Tm en horizontal debe poseer una capacidad de aceleración de,5 m/s -Debe ser capaz de frenar este mismo tren desde la máxima velocidad con una deceleración constante de 1 m/s Para esto se admite completar la capacidad de freno del equipo de tracción mediante freno neumático La locomotora dispondrá de 4 motores de tracción cada uno de los cuales tiene una velocidad de rotación máxima de 4 rpm El diámetro de las ruedas es 1, m La altura de su cdg es 1,4 m La distancia entre centros de bogies es 14 m El empate de bogie es,8 m La altura del enganche es 113 m Se pide; 1Definir la relación de transmisión con la que diseñar el reductor Definir para cada motor la curva Par motor- elocidad del motor y representarla Representar también la curva Fuerza tractora de la locomotora - elocidad 3Suponiendo que la fuerza de freno del equipo de tracción coincide con la curva de tracción, determinar en una frenada desde km/h en horizontal arrastrando un tren de 5 Tm, el reparto de energía de freno absorbida por el equipo de tracción y por el freno neumático 4Representar la curva de esfuerzo en llanta por locomotora y las curvas de resistencia al avance para un tren de 5 Tm en rampas de %, 5 milésimas, 1 milésimas y milésimas Indicando en cada caso la velocidad máxima que es capaz de alcanzar 5 Determinar la adherencia rueda/carril necesaria para que no patine ningún eje en el momento del arranque arrastrando un tren de 117 Tm en rampa de milésimas y qué disposión de diseño será necesaria para no requerirse una adherencia superior Resistencia al avance: R()=(a+b+c)Masa, a=1,15 dan/tm, b=,975 dan/tm/(km/h), c=,875 dan/tm/(km/h) Coef de inercias rotativas: Loc + tren de 117 Tm ξ=1,45 Loc + tren de 5 Tm ξ=1,7 1Definir la relación de transmisión con la que diseñar el reductor 4 π 6 max 1 Para diseño tomamos una velocidad un 1% superior: _dis max 11 _dis = 4113 _dis Una reducción más realista podría ser: 6 = = Consideraremos la reducción teórica = 4113 Definir para cada motor la curva Par motor- elocidad del motor y representarla a 115 dan/tm b 975 dan/tm/(km/h) c 875 dan/tm/(km/h) RA_loc6c( ) a b c Masa Pasamos la fórmula a unidades SI a N/Kg b N/Kg/(m/s) c 875 N/Kg/(m/s) a = 1 b = c = M_loco 9 Debe ser capaz de arrancar en rampa de milésimas un tren de 117 1

2 RA(, Masa) a b c Masa Masa_117 M_loco F_trac_arr RA(, Masa_117) Masa_ F_trac_arr = N Par en el arranque en cada motor: T_arr F_trac_arr 4 T_arr = Nm Fuerza tractora a la máxima velocidad: ξ 17 Masa_5 M_loco 5 1 F_vmax RA( max, Masa_5) ξ Masa_5 5 La potencia máxima de cada motor será: P_motor F_vmax max 4 P_motor = 9483 kw 1 La curva Par - velocidad del motor resulta ω 1, 4 6 π T_motor( ω ) if ω P_motor P_motor, T_arr, T_arr ω T_motor( ω ) 5 Curva Fuerza (kn) elocidad (Km/h): ω T_motor( ω ) ω

3 3Determinar en una frenada desde km/h en horizontal arrastrando un tren de 5 Tm, el reparto de energía de freno absorbida por el equipo de tracción y por el freno neumático Deceleración: 1 Fuerza de freno total: F_freno_total(, Masa) ξ Masa RA(, Masa) Fuerza_eléctrica( ) T_motor 8 f(, Masa) F_freno_total(, Masa) RA(, Masa) ξ Masa Deceleración resultante F_freno_neumatico(, Masa) F_freno_total(, Masa) Fuerza_eléctrica( ), F_freno_total(, Masa_5) Fuerza_eléctrica( ) F_freno_neumatico(, Masa_5) La deceleración es constante Podemos relacionar la velocidad con el espacio: Distancia hasta el punto final de frenado: x Distancia desde el comienzo de frenada: x Diferenciando: dx d E_electrico Fuerza_eléctrica( ) d E_electrico =

4 E_neumatico F_freno_neumatico(, Masa_5) d E_neumatico = E_total F_freno_total(, Masa_5) d E_total = E_total E_electrico E_neumatico = (error numérico) Energía absorbida por la resistencia al avance: E_res_avance RA(, Masa_5) d ( E_total E_res_avance) ξ = Energía cinética de partida: E_cin 1 ξ Masa_5 E_cin = Representar la curva de esfuerzo en llanta por locomotora y las curvas de resistencia al avance para un tren de 5 Tm en rampas de %, 5 milésimas, 1 milésimas y milésimas Indicando en cada caso la velocidad máxima que es capaz de alcanzar Resistencia al avance en pendiente: RA(, Masa, pend) a b c Masa Masa 981 pend Masa_5 M_loco Fuerza_eléctrica( ) RA(, Masa_5, ) 1 5 RA(, Masa_5, 5) RA(, Masa_5, 1) RA(, Masa_5, ) pen Pendiente de 5 milésimas: Pendiente de 1 milésimas: Pendiente de milésimas: root( Fuerza_eléctrica( pen) RA( pen, Masa_5, 5), pen) = 1986 Km/h root( Fuerza_eléctrica( pen) RA( pen, Masa_5, 1), pen) = Km/h root( Fuerza_eléctrica( pen) RA( pen, Masa_5, ), pen) = 1459 Km/h 4

5 5 Determinar la adherencia rueda/carril necesaria en el momento del arranque arrastrando un tren de 117 Tm en rampa de milésimas y qué disposión de diseño será necesaria para no requerirse una adherencia superior 14 sc hg 14 h_eng 113 ξ 145 ariación de la carga vertical sobre cada bogie (la aceleración en este caso es nula): M_loco 981 hg h_eng = sc La menor variación de carga que puede producirse en los ejes es: ΔW_eje Si se produce una variación de carga entre los ejes de un mismo bogie la variación de carga vertical es mayor Si la biela de arrastre pasa por la proyección del centro del bogie sobre el plano de vía, en ese caso la variación de carga que sufrirán los ejes será mínima En este caso la mínima carga por eje es: Wmin ΔW_eje La adherencia exigida en esta situación es: Fuerza_eléctrica( ) 4 Wmin = 311 M_loco 981 hg h_eng = sc La menor variación de carga que puede producirse en los ejes es: ΔW_eje Si se produce una variación de carga entre los ejes de un mismo bogie la variación de carga vertical es mayor Si la biela de arrastre pasa por la proyección del centro del bogie sobre el plano de vía, en ese caso la variación de carga que sufrirán los ejes será mínima En este caso la mínima carga por eje es: Wmin ΔW_eje La adherencia exigida en esta situación es: Fuerza_eléctrica( ) 4 Wmin = 311 5