Определение скорости движения

Скорость движения воздуха в помещениях и в приземном слое атмосферы определяется с помощью анемометров, кататермометров и полупроводниковых термоанемометров.

Анемометры — приборы для определения больших скоростей движения воздуха в пределах от 0,3 до 50 м/с. Существует несколько типов этих приборов.

Анемометр чашечный МС-13 (рис. 6) используется главным образом для метеорологических наблюдений в свободной атмосфере и позволяет измерить скорость ветра в пределах 1-50 м/с. Верхняя его часть состоит из крестовины с четырьмя полыми полушариями, обращенными выпуклостью в одну сторону.

Под влиянием давления на полушарии движущегося воздуха начинает вращаться ось. Каждый оборот передается на зубчатые колеса, оси которых снабжены стрелками и выведены на поверхность коробки. Циферблат прибора имеет три шкалы. На большой шкале нанесено 100 делений, на двух малых— по 10. Один оборот большой стрелки соответствует одному делению левой малой стрелки и соответственно один оборот левой малой стрелки — одному делению правой малой. Большая стрелка анемометра перемещается на одно деление при трех оборотах крестовины. Сбоку циферблата имеется небольшая петля-рычажок (арретир), позволяющая включать или выключать счетчик оборотов стрелок.

Рис. 6. Анемометр

ручной чашечный

МС-13

Перед проведением измерения скорости движения воздуха записывают начальные показания счетчика по всем трем стрелкам на циферблате, начиная со шкалы «1000» (при расположении стрелок между двумя цифрами учитывается меньшая). Анемометр устанавливают вертикально, чтобы циферблат был обращен к наблюдателю. Дают чашечкам вращаться 1-2 мин вхолостую и затем включают счетчик анемометра и секундомер. Наблюдения проводят в течение 10 мин, после чего механизм выключают и записывают конечные показания счетчика. Разница в показаниях между вторым и первым отсчетами покажет число оборотов, пройденных воздушным потоком за период наблюдения. Найденное число оборотов делят на количество секунд работы анемометра, определяя число оборотов в 1 с. Затем по графику, прилагаемому к каждому прибору, находят скорость движения воздуха, м/с.

Анемометр крыльчатый (ручной) типа АСО-3 (рис. 7) отличается большой чувствительностью. Он пригоден для измерения скорости движения воздуха в пределах от 0,3 до 5 м/с. Кроме применения для измерения скорости движения в обычных условиях, он используется при обследовании вентиляции помещений, в этом случае продолжительность наблюдения сокращается до 3-4 мин. В крыльчатом анемометре воспринимающей частью является колесико с легкими алюминиевыми крыльями, заключенными в широкое металлическое кольцо (диффузор).

Рис. 7. Крыльчатый ручной анемометр типа АСО-3:

1 — крыльчатка (ветроприемник); 2 — ушки; 3 — арретир; 4 — шкала.

Передача вращения колесика стрелками циферблата аналогична системе чашечного анемометра. Прибор устанавливают крыльчаткой навстречу потоку ветра. Порядок работы с анемометром такой же, как и с чашечным.

К прибору прилагаются два графика, с помощью которых определяется скорость воздушного потока, м/с. Крыльчатый анемометр не следует использовать для измерения скорости выше 5 м/с.

Кататермометр — прибор для определения малых скоростей движения воздуха внутри помещения (рис. 8). Непосредственно определяет скорость охлаждения прибора, зависящую от температуры, влажности и скорости движения окружающего воздуха. Он позволяет учесть суммарное воздействие температуры, влажности и подвижности воздуха в их различных комбинациях между собой, при которых изменение какого-либо одного фактора может коренным образом изменить величину теплоотдачи.

Прибор представляет собой спиртовой термометр особого устройства с двумя резервуарами, соединенными капиллярной трубкой. Нижний резервуар прибора может быть цилиндрическим (поверхность резервуара 22,6 см2) или шаровидным (поверхность 27,3см2). Нижний резервуар прибора заполнен окрашенным спиртом, верхний — пустой.

Рис. 8. Кататермометры:

а — цилиндрический;

б — шаровой.

Шкала цилиндрического кататермометра градуирована от 35 до 38°, шарового кататермометра — от 33 до 40°. На тыльной стороне каждого кататермометра обозначен его фактор F, который характеризует теплопотери в милликалориях с 1 см2 поверхности спиртового резервуара нагретого прибора при охлаждении его от 38 до 35°. Фактор устанавливается для каждого прибора при изготовлении его на заводе.

Вначале определяют охлаждающую способность воздуха, для чего спиртовой резервуар прибора погружают в горячую воду с температурой 70-75° С и выдерживают до исчезновения разрывов в капилляре и заполнения спиртом резервуара. После этого цилиндрический прибор насухо вытирают и вешают на штативе или держат на вытянутой руке в месте наблюдения. С помощью секундомера определяют время опускания в капилляре спирта от 38 до 35°. Измерения повторяют 2-3 раза и вычисляют среднее значение. Вычисление величины охлаждения кататермометра в милликалориях с 1 см2 поверхности резервуара в секунду проводят по формуле:

где Н — искомая величина охлаждения, млкал (индекс); F — фактор прибора, постоянная величина; t — время в секундах, за которое столбик спирта опустился с 38 до 35°.

Пример. F=567, скорость снижения столбика спирта 80 с. Откуда Н=567/80=7,1 млкал/с.

Зная индекс кататермометра (Н) и температуру окружающей среды в момент исследования, находят величину Q — разница между средней температурой крайних показаний кататермометра (38 + 35)/2=36,5°С и температурой окружающей среды в момент исследования.

Пример. Средняя температура кататермометра 36,5°С, температура окружающего воздуха 18,5° С. Отсюда

18,50С = 36,5°- 18 5°= 18°С.

Далее находим частное от деления

0,39

Определив величину от деления Р на Q по таблице 9, находят скорость движения воздуха в метрах в секунду. Из таблицы видно, что величине 0,39 соответствует скорость движения воздуха по цилиндрическому кататермометру 0,226 м/с.

Порядок работы с шаровым кататермометром такой же. Этот прибор применяется в более широком диапазоне температур. При определении им скорости движения воздуха наблюдение за охлаждением следует проводить в пределах тех интервалов температур, сумма которых, разделенная на 2, давала бы частное 36,5° С. Например, можно брать следующие интервалы: от 40 до 33, от 39 до 34, от 38 до 35° С. Если наблюдения за охлаждением ведут от 38 до 35° С, то для вычисления охлаждающей способности воздуха пользуются приведенной выше формулой для цилиндрического кататермометра. При наблюдении за падением спиртового столба от 40 до 33° или от 39 до 34° вычисления проводят по формуле:

где Ф — константа кататермометра, мкал/см2/°С (Ф=F/3); Т₁ — Т₂ — показания температуры, при которой определяют время охлаждения (от 40 до 33°С и от 39 до 35°С); а — время падения спиртового столба, с.

Пример. Фактор прибора F — 645. Константа Ф = 645/3 = 215. Скорость падения спиртового столба от 40 до 33 — 220 с. Отсюда

6,85 мкал/с.

Время охлаждения в одной точке определяют не менее 3-5 раз, первое измерение отбрасывают, а из последующих вычисляют среднее значение.

Скорость движения воздуха по шаровому кататермометру также можно определить по специальной таблице для этого прибора по величине отношения H/Q. Скорость движения воздуха можно определить с помощью эмпирических формул. При этом нужно знать величину охлаждающей способности воздуха и разность между средней температурой прибора и температурой исследуемого воздуха. Если частное от деления H/Q меньше цифры 0,6, расчет ведется по первой формуле (скорость

Если H/Q равно или больше 0,6, расчет ведется по второй формуле (скорость >1 м/с):

где V — искомая скорость движения воздуха, м/с; Н — индекс кататермометра (охлаждающая способность воздуха); Q — разность между средней температурой прибора и температурой исследуемого воздуха; 0,20; 0,40; 0,13; 0,47 — эмпирические коэффициенты.

Охлаждающую способность воздуха определяют в тех же точках и зонах, в то же время, что и температуру воздуха.

Нормативы скорости движения воздуха в животноводческих помещениях даны в таблицах 1-6.

Таблица 9

studopedia.ru

8.2. Скорость движения и методы её определения

Для оценки транспортно-эксплуатационного состояния дороги определяют фактически обеспеченную максимальную скорость одиночного легкового автомобиля, средние скорости свободного движения и транспортного потока.

На дорогах IV и V категорий, а также на значительной части III категории средние скорости свободного движения и транспортного потока практически совпадают из-за малой плотности движения.

Среднюю скорость свободного движения по результатам измерения при невысокой интенсивности транспортного потока определяют по формуле

где (8.1)

V_i- мгновенная скоростьi-ого автомобиля на данном участке, км/ч;п- число автомобилей, для которых измерены скорости.

С увеличением интенсивности движения скорость транспортного потока снижается, причем тем больше, чем больше в потоке грузовых автомобилей, автобусов и автомобильных поездов. Как показывают исследования [11,12], все значения скоростей связаны между собой одной зависимостью (рис. 8.1). Так, средняя скорость свободного движения может быть вычислена по формуле

где (8.2)

V_ф_._max- максимально возможная или максимально безопасная, обеспеченная скорость движения одиночного легкового автомобиля на данном участке дороги при фактическом её состоянии;

t- функция доверительной вероятности или гарантийный коэффициент;

- среднее квадратическое отклонение скорости движения свободного транспортного потока.

Рис. 8.1. Связь между максимальной и средней скоростями: а - границы доверительного интервала; б - кривые распределения скоростей одиночных автомобилей и транспортного потока; 1, 2 - доля значений скорости, лежащей ниже и выше границ доверительного интервала; 3, 4 - кривые распределения скоростей одиночных автомобилей и транспортного потока; а₁,а₂- нижняя и верхняя границы доверительного интервала;I_- доверительный интервал

Значения tпринимают в зависимости от доверительной вероятности при одностороннем ограничении:

доверительная вероятность, % 85 90 95 99,85

расчётное значение t1,04 1,28 1,64 3,0

Средняя скорость транспортного потока в данном сечении дороги при данном состоянии:

где (8.3)

V=··N- снижение скорости автомобилей под воздействием интенсивности и состава транспортного потока, км/ч;

 - коэффициент, учитывающий влияние интенсивности движения;

 - коэффициент, учитывающий состав транспортного потока (численно равен доле грузовых автомобилей, автобусов и автопоездов, движущихся по полосе);

N- интенсивность движения, авт/сут (для автомобильных магистралей принимается по каждому направлению отдельно).

Расчётная часовая интенсивность

N_ч=·N_cy_т, где (8.4)

 - коэффициент пересчёта суточной интенсивности в часовую, принимается равным 0,076-0,10.

Значения Vв зависимости от интенсивности и состава движения приведены на рис. 8.2. Таким образом, общая зависимость, связывающая между собой значения скоростей движения автомобилей на дороге:

(8.5)

или

где (8.6)

К_рс- коэффициент обеспеченности расчетной скорости.

Рис. 8.2. Влияние интенсивности и состава движения на снижение средней скорости: а - на двухполосных дорогах; б - на четырёхполосных автомобильных магистралях с разделительной полосой

На существующих дорогах эти скорости могут быть получены на основании непосредственных измерений скорости движения автомобилей. При этом могут быть применены различные способы:

а) измеряют скорости движения одиночных легковых автомобилей наиболее распространённых типов при свободных условиях движения или скорости легковых автомобилей, идущих во главе группы автомобилей при частично связанных условиях движения. Для получения объективных данных необходимо сделать не менее 30 замеров в каждом створе. На основе измерений строят кумулятивные кривые распределения скоростей, а за фактическую максимальную скорость принимают скорость легкового автомобиля 85 %-ной обеспеченности (рис. 8.3);

б) измеряют скорости движения всех автомобилей (легковых и грузовых) и строят кумулятивные кривые распределения скоростей транспортного потока, а за фактическую максимальную принимают скорость 95 %-ной обеспеченности;

в) для предварительной и ориентировочной оценки допускается определить максимальную скорость методом следования за лидером. При этом скорость на каждом километре и на каждом характерном участке определяют по спидометру легкового автомобиля, который движется за одиночным или головным легковым автомобилем. На каждом участке производят не менее 3-4 проездов, по которым определяют среднюю скорость. Фактическую максимальную скорость принимают на 10-20 % выше средней из этих замеров.

Рис. 8.3. Кумулятивные кривые распределения скоростей по уровню обеспеченности: 1 - грузовые автомобили; 2 - транспортный поток; 3 - легковые автомобили

Среднеквадратическое отклонение в км/ч определяют по формулам:

при п> 30

(8.7)

при п< 30

где (8.8)

х- измеренная скорость, км/ч;

- среднеарифметическая скорость из всех измеренных значений;

п- количество измерений.

При отсутствии данных непосредственных измерений максимальная скорость движения на каждом характерном участке может быть определена аналитическим путём исходя из схем расчёта требований к геометрическим параметрам и транспортно-эксплуатационным характеристикам. Основной задачей при этом является обязательный учёт влияния метеорологических факторов на состояние дороги, взаимодействия автомобиля с дорогой и восприятия водителем условий движения. В этом случае необходимые для определения средней скорости транспортного потока значения среднеквадратического отклонения определяют по формуле

(8.9)

Значения а_оиbприведены в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Характеристика дорог	Расчётные значения коэффициентов а_о и b при определении величины среднеквадратического отклонения
	_max		_cp		_min
	а_о	b	а_о	b	а_о	b
Двухполосные дороги	3,5	0,001	3,0	0,0008	2,5	0,0006
Автомагистрали с разделительной полосой	0	0,00068	0	0,00056	0	0,00041

Максимальные значения _фпринимают для двухполосных дорог, если в потоке более 70 % грузовых автомобилей, автобусов и автомобилей с прицепами; минимальные - при их числе менее 40 %. Для автомагистралей максимальные значения принимают для правой крайней полосы, а минимальные - для левой.

При определении средней скорости транспортного потока на стадии проектирования за минимально возможную может быть принята расчётная скорость для дороги данной категории с учётом рельефа местности.

На скорость движения автомобилей помимо транспортно-эксплуатационного состояния дороги существенное влияние оказывает интенсивность и состав транспортного потока (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Зависимость скорости от интенсивности движения: I, II, III - зоны свободного, связанного и насыщенного потока;V_расч,V_ср,V_д.ср- расчётная, средняя и допустимая средняя скорость движения;- влияние размаха скоростей в свободном потоке;V=··N- влияние интенсивности и состава движения на среднюю скорость

В упрощённом виде можно выделить несколько характерных зон влияния интенсивности на среднюю скорость движения. Более детально это деление приводится в п. 8.4.

При свободном транспортном потоке каждый автомобиль имеет возможность наиболее полно реализовать желаемую скорость движения с учётом реальной дорожной обстановки. При этом интенсивность движения практически не оказывает влияния на выбор этой скорости. Максимальная скорость в наибольшей степени зависит от дорожных условий, водителя и динамических качеств автомобиля, а средняя скорость зависит от разницы между скоростями отдельных автомобилей.

С увеличением интенсивности образуется связанный поток, в котором заметно ощущаются взаимные помехи автомобилей, не позволяющие водителям большей части автомобилей реализовать желаемую скорость, вследствие чего снижается средняя скорость движения транспортного потока. При этом возникающие взаимные помехи автомобилей могут превышать влияние дорожных условий. Дальнейшее увеличение интенсивности приводит к образованию плотного или насыщенного потока и еще большему снижению средней скорости движения, главной причиной которого являются взаимные помехи автомобилей, не позволяющие водителям реализовать желаемые скорости, возможные по транспортно-эксплуатационному состоянию дороги. Если интенсивность движения превышает пропускную способность данной дороги, то заторы и пробки неизбежны даже при самом высоком уровне её содержания.

Кардинально изменить положение в этой ситуации может снижение интенсивности и выравнивание транспортного потока по каждой полосе проезжей части, т.е. реконструкция дороги с переводом её в более высокую категорию или увеличение числа полос движения.

Наличие объективной функциональной зависимости между максимально возможной безопасной скоростью отдельного автомобиля, обеспеченной дорожными условиями, средней скоростью свободного движения автомобилей и средней скоростью транспортного потока позволяет обоснованно выбрать критерий оценки транспортно-эксплуатационного состояния дорог по его влиянию на скорость движения. Таким критерием следует считать максимальную возможную безопасную скорость в реальных дорожных условиях. Этот критерий наиболее объективно позволяет оценить все достоинства и недостатки дороги с позиций их истинного влияния на потребительские свойства дороги. Средняя скорость транспортного потока не может служить объективным критерием оценки состояния дороги, поскольку она во многом зависит от интенсивности и состава транспортного потока. Это критерий оценки функционирования системы «дорожные условия - транспортные потоки». Тем не менее, учитывая решающее влияние средней скорости транспортного потока на технико-экономические показатели работы автомобильного транспорта, в ряде стран нормируется минимальная величина средней скорости, которая должна быть обеспечена дорогой при соответствующей интенсивности движения. Если средняя скорость опускается ниже этого предела, дорога признается не соответствующей требованиям движения и подлежит реконструкции.

Определение среднегодовой скорости движения транспортного потока. В большинстве технико-экономических расчётов необходимо знать среднегодовую среднюю скорость движения транспортного потока.

На каждом характерном участке (прямой, кривая в плане и профиле, спуск-подъём и т.д.) её определяют по формуле

где (8.10)

и т.д. - скорость движения транспортного потока в одном направлении движения при соответствующем состоянии поверхности покрытия. Определяется по формулам8.5и8.6;

Т_сух,Т_ми т.д. - продолжительность различных состояний поверхности покрытия.

Вычислив среднюю среднегодовую скорость на каждом участке, определяют среднегодовую средневзвешенную скорость движения транспортного потока по всей дороге:

где (8.11)

l_i- длина каждого характерного участка, км;

L- общая длина дороги, км.

Полный учёт влияния климата и уровня содержания дороги позволяет получить фактические технико-экономические показатели работы автомобильного транспорта на эксплуатируемой дороге. В практической деятельности для приблизительных расчётов можно воспользоваться некоторыми ориентировочными соотношениями скоростей движения автомобилей. По данным наблюдений среднюю скорость транспортного потока можно принять по соотношению

Меньшие значения принимают при V_ф_._max= 100 км/ч и выше или при доле грузовых автомобилей 50 % и более.

Средняя скорость грузовых автомобилей

средняя скорость легковых автомобилей

StudFiles.ru

Определение средней скорости движения и времени хода поезда по участку

7.1. Определение средней скорости движения поезда по участку

Для определения скорости и времени хода поезда по участку рекомендуется использовать способ равновесных скоростей, который относится к числу приближенных методов.

Равновесной скоростью называют скорость установившегося равномерного движения на уклоне известной крутизны (например, на расчетном подъеме) продольного профиля пути.

Скорость равномерного движения поезда v_ср на уклоне крутизной i_р находят решением уравнения движения поезда из условия равновесия силы тяги локомотива F_к и общего полного сопротивления движения поезда W_к. Таким образом, можно записать:

F_к=W_к . (50)

При выполнении курсового проекта предлагается использовать графический метод определения равновесных скоростей движения поезда.

Определение средней (равновесной) скорости движения по участку графическим методом сводится к определению точек пересечения тяговой характеристики F_к=f(v) проектного тепловоза и кривой общего полного сопротивления движению поезда W_к=f(v), ведомого этим локомотивом.

При определении средней скорости движения тепловоза графическим методом нужно руководствоваться следующим:

- необходимо построить в произвольном масштабе тяговую характеристику F_к=f(v) проектного тепловоза;

- по результатам расчета полного основного сопротивления движению поезда (данные табл. 5) нужно в масштабе построить графическую зависимость W_к=f(v); при построении кривой W_к=f(v) необходимо руководствоваться следующим:

а) масштабы, выбранные при построении графиков F_к=f(v) и W_к=f(v), должны быть одинаковые;

б) средняя v_ср (равновесная) скорость движения поезда во главе с проектным тепловозом по участку определяется точкой пересечения кривых F_к=f(v) и W_к=f(v).

В качестве примера на рис. 8 показано определение средней (равновесной) скорости движения пассажирского поезда, состоящего из 30 вагонов, во главе с тепловозом ТЭП80.

Рис.8. Совмещение тяговой характеристики пассажирского тепловоза ТЭП80 и зависимости W_к = f(v) пассажирского поезда

7.2. Определение времени хода поезда по участку

В соответствии с методом равновесных скоростей время хода поезда по участку t_i во главе с проектным тепловозом можно определить по следующей формуле, мин:

, (51)

где S - длина участка обращения локомотивов, км (из задания);

v_ср_i- средняя (равновесная) скорость движения поезда , км/ч.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА ТЕПЛОВОЗОМ НА ТЯГУ ПОЕЗДОВ

В общем случае полный расход топлива тепловозом за поездку E_т определяется выражением, кг:

E_т =_,

где G_мин - мгновенное значение минутного расхода топлива дизелем, кг/мин;

t - время движения поезда, мин.

В курсовом проекте определение расхода топлива проектным тепловозом на тягу поездов рекомендуется произвести с использованием средней (равновесной скорости) v и времени хода поезда по участку t.

В этом случае расход топлива тепловозом можно определить двумя способами: по данным ПТР[8] и выполненной тепловозом механической работы:

а) определение расхода топлива тепловозом по данным ПТР можно выполнить по следующей зависимости, кг:

Е_птр=, (52)

где G_мин- минутный расход топлива одной секцией тепловоза, кг/мин; определяется следующим образом: нужно по данным ПТР [8] построить в масштабе кривую G_мин =f(v) для максимальной позиции рукоятки контроллера машиниста, затем по кривой G_мин =f(v) для скорости vопределить величину G_мин;

n_c – число секций тепловоза;

t- время хода поезда во главе с тепловозом, мин.

б) определение расхода топлива тепловозом по выполненной механической работе, кг:

, (53)

где -значение силы тяги при движении тепловоза со средней (равновесной) скоростью движенияv, Н; определяется по тяговой характеристике тепловоза F_к=f(v).

S - длина эксплуатационного участка , км (из задания);

- средний к.п.д. тепловозной тяги; можно принять =0,3-0,32;

Q- удельная теплота сгорания дизельного топлива, кДж/кг; можно принять Q=42700 кДж/кг.

ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ ВПИСЫВАНИЕ ТЕПЛОВОЗА В КРИВУЮ ЗАДАННОГО РАДИУСА

Основное назначение операции графического вписывания тепловоза - проверить возможность прохождения локомотивом кривую заданного радиуса без заклинивания и подреза гребней бандажей колесных пар или разрушения рельсовой колеи, т.е. теоретическим способом определить условия безопасного движения проектируемого тепловоза по кривым участкам пути.

На железных дорогах России согласно действующим «Правилам технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации» (ПТЭ) формирование колесных пар осуществляется таким образом, чтобы при установке колесной пары строго по оси пути между гребнями колес и внутренними гранями головок рельсов должны быть зазоры ₁ и ₂ (рис. 9)

Минимальная величина суммарного зазора 2 составляет (см. рис. 9) 2=(1520-4)-(1440+3)-2·33=7 мм; без учета погрешностей при формировании колесных пар и укладки пути - 2=1520-1440-2·33 = 14 мм. Необходимо отметить, что приведенные значения 2 относятся к локомотивам, имеющим конструкционную скорость до 120 км/ч.

Наличие зазоров 2 предупреждает заклинивание колесных пар в колее и приводит к произвольным поперечным перемещениям колесных пар и тележек относительно пути из-за конусности рабочих поверхностей бандажей, что в целом уменьшает силы сопротивления движению подвижного состава.

При движении локомотива в кривой радиусом R со скоростью v на него, по сравнению с движением по прямому пути, дополнительно действует центробежная сила , в результате чего тележки поворачиваются относительно оси кузова (рамы тепловоза), а гребни бандажей первой (по ходу) оси каждой тележки прижимаются к внутренней боковой грани наружного рельса.

Для облегчения прохождения подвижным составом (локомотивов и вагонов) кривых участков пути ширину рельсовой колеи дополнительно увеличивают на величину =15 мм в кривых радиусом до 300 м, а в кривых радиусом 300-350 м - на величину=10 мм. Таким образом, наличие в кривых зазора 2+=29 мм должно обеспечивать свободное и безопасное прохождение тележек локомотива кривых участков пути.

Рис. 9. Установка колесной пары в рельсовой колее

Рис. 9. Центральное (по оси пути) положение колесной пары в рельсовой колее

В целом, ширина колеи должна соответствовать следующим требованиям:

-не допускать заклинивания и подреза бандажей, а также взбегания колеса на рельс;

- обеспечивать наименьшие величины сопротивления движению подвижного состава и, соответственно, рациональное расходование энергоресурсов на тягу поездов и оптимизацию расходов на содержание экипажной части подвижного состава и рельсовой колеи.

Различают геометрическое (статическое) и динамическое вписывание локомотива в кривую. Геометрическое вписывание локомотива в кривую заданного радиуса является наиболее простым способом, позволяющим оценить лишь саму возможность вписывания тепловоза при движении с малыми скоростями, например, по кривым малого радиуса, которые имеют место на путях тяговых территорий локомотивных депо.

Наиболее часто для геометрического вписывания применяется метод параболической диаграммы, который и рекомендуется для использования при выполнении пункта 9 задания.

Последовательность проведения геометрического вписывания методом параболической диаграммы:

На листе миллиметровой бумаги в масштабе m_x необходимо вычертить в упрощенном виде схему экипажной части, включающую следующие элементы экипажа одной секции тепловоза: раму тепловоза, рамы тележек, колесные пары и центры поворота тележек (шкворневые узлы) с указанием основных размеров. Ось х совмещается с головкой рельсовой колеи (рис. 10).

Рекомендуемые масштабы m_x для графических построений:

-для четырех- и трехосных экипажей m_x=1:100;

-для двухосных тележек m_x=1:50.

2. Задаемся направлением движения локомотива – вектором скорости v. Обозначаем все колесные пары по ходу движения тепловоза. В качестве примера на рис. 10 показано упрощенное изображение схемы экипажной части секции тепловоза 2ТЭ121.

3. Под схемой экипажной части проводим горизонтальную ось абсцисс х, в середине этой оси отмечаем начало координат О, от которого вниз направляется вертикальная ось ординат у. Обе оси х и у разбиваются на равные отрезки по 10 мм. Длина оси x может быть примерно равна длине тепловоза в масштабе m_x.

4. Рассчитываются координаты (х, у) точек кривой, отображающей ветви параболы наружного рельса по уравнению, мм:

, (54)

где х, у – координаты точек ветвей параболы, изображающей положение наружного рельса в кривой, мм; при расчетах шаг изменения координаты х можно принять равным 10 мм;

R- радиус кривой, м;

m_x- масштаб по оси х; его величина принимается в зависимости от осности тележек;

m_у - поперечный масштаб; принимается равным: для двухосных тележек m_у=1:2; для четырех- и трехосных экипажей - m_у=1:1.

Результаты расчета координат точек ветвей параболы наружного рельса целесообразно представить в табличной форме, аналогичной табл. 6.

Таблица 6

Расчет координат точек ветвей параболы наружного рельса

x, мм	0	10	20		L_Т/2
y, мм

Рис. 10. Геометрическое вписывание тепловоза в кривую методом параболической диаграммы

5. Из точки О (начало координат) по данным таблицы 6 строятся обе ветви параболы наружного рельса. В качестве примера на рис. 10 показано построение параболы наружного рельса «Н» для кривой радиусом R = 100 м.

6. Изображение внутреннего рельса В получается при смещении координаты точек наружного рельса по вертикали параллельно самим себе в направлении оси ординат «у» на величину (2+)m_y. Соответственно, величина (2+)m_y при поперечном масштабе m_у=1:1 будет равна 29 мм (при R) и 14,5 мм - при масштабе m_у=1:2. На рис.10 показано построение ветвей парабол наружного и внутреннего рельсов при R = 100 м, m_x=1:100 и m_у = 1:1.

7. На параболической диаграмме в зазорах между рельсами строятся линии, изображающие положение рам тележек тепловоза в кривой.

При этом необходимо руководствоваться следующим:

- тележки изображаются в так называемом положении наибольшего перекоса, когда передняя колесная пара тележки гребнем упирается во внутреннюю грань наружного рельса Н, а последняя колесная пара тележки- во внутренний рельс В; в этом положении зазор между гребнем бандажа и соответствующим рельсом (2+) будет равен нулю;

- точки, показывающие на схеме экипажа положение крайний колесных пар тележки по оси х, проектируются вертикально (по оси у) на параболы, изображающие соответствующие рельсы (точки 1,3,4 и 6 на рис. 10); при этом надо иметь в виду, что первая по ходу колесная пара упирается в наружный рельс;

- точки, показывающие положение крайних колесных пар в кривой на параболах, соединяются отрезками попарно для каждой тележки (например, отрезки 1-3 и 4-6 на рис. 10); на эти отрезки проектируются точки 2 и 5, соответствующие положению средних колесных пар тележек локомотива по оси х; в результате получаем положение всех осей тележек локомотива при прохождении кривой заданного радиуса;

- на оси тележек проектируются положение их шкворней , т.е. точки Ш1 и Ш2 (см. рис. 10); соединив точки Ш1 и Ш2 прямой линией, получим положение, которое займет ось рамы (кузова) тепловоза при прохождении кривой. Следует отметить, что у тепловозов 2ТЭ10В, 2ТЭ10М , 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭП70БС, 2ТЭ70, 2ТЭ121 центр шкворня несколько сдвинут от середины тележки к центру тепловоза;

- определяются углы поворота тележек _пи _з относительно оси рамы кузова тепловоза (см. рис. 10); при определении величин _пи _з не надо забывать ,что на параболической диаграмме изображение тележек искажено из-за разных масштабов по осям х и у; соответственно при масштабе m_x=1:100 отрезок по оси х надо увеличить в 100 раз.

Геометрическое вписывание проектного тепловоза в кривую заданного радиуса позволяет ответить на ряд важных вопросов.

Может ли проектируемый локомотив с выбранными параметрами экипажной части вписаться в кривую известного радиуса?

Каковы значения углов поворота тележек относительно рамы тепловоза и с помощью каких опорно- возвращающих устройств реализуется возврат тележек в соосное с рамой тепловоза положение после прохождения кривого участка пути?

Ответ на первый вопрос содержат графические построения. Если точки отрезка, показывающего положение рамы тележки, оказались вне кривой, т.е. вне параболы, то такая тележка и тепловоз, соответственно, не вписываются в кривую, и эксплуатация локомотива с экипажной частью по кривым такого радиуса невозможна. Например, при геометрическом вписывании тепловоза 2ТЭ121 в кривую радиусом 100 м (см. рис. 10) колесная пара 2 первой тележки вышла за пределы зазора между рельсами, т.е. колеи. В этом случае в конструкцию экипажа должны быть внесены изменения. Например, возможно применение колесных пар с уменьшенной толщиной гребня бандажа или безгребневых колес на центральной колесной паре (например, как на тепловозе ТГМ23В); устройств поперечных разбегов колесных пар (наиболее распространено на тепловозах), изменение базы тележек, применение тележек с радиальной установкой колесных пар в кривой и других.

Итак, если одна из колесных пар выходит за пределы параболы внутреннего рельса, студент в пояснительной записке должен предложить конструктивные мероприятия, позволяющие обеспечить безопасную эксплуатацию проектируемого тепловоза в кривой заданного радиуса.

StudFiles.ru

4. Определение скорости движения воздуха

Определение скорости движения воздуха, превышающей 1 м/c, производят с помощью анемометров.

Малые скорости движения воздуха (до 1 м/с) определяют с помощью кататермометров и электроанемометров.

В производственных помещениях допустимая скорость движения воздуха 0,5 - 1 м/с, в жилых – 0,1 - 0,3м/с.

Чашечный анемометр (рис. 6).

Прибор используют при метеорологических наблюдениях в свободной атмосфере для определения движения воздуха от 1 до 50 м/с. В верхней части его имеется четыре полых полушария, закрепленных на крестовине, которая с помощью оси контактирует посредством зубчатой передачи со счетчиком оборотов. Под влиянием давления на полушария движущегося воздуха начинает вращаться ось. Каждый оборот передается на зубчатые колеса, оси которых снабжены стрелками и выведены на поверхность коробки. Большая стрелка движется по циферблату, разделенному на 100 частей. Каждая маленькая стрелка движется по циферблату, разделенному на 10 частей, и показывает величины, в 10 раз большей предшествующей. Каждое деление циферблата первой маленькой стрелки соответствует 100, второй – 1000, третьей – 10000 и т.д.

Для включения или выключения счетчика оборотов сбоку циферблата имеется небольшая петля-рычажок.

Перед наблюдением большую стрелку устанавливают на нуле и записывают показания стрелок. Затем поворачивают прибор циферблатом к исследователю, дают чашечкам вращаться вхолостую 1-2 минуты и включают счетчик оборотов. Наблюдения производят в течение 10 минут, после чего счетчик выключают и записывают показания. Разницу в показаниях прибора делят на количество секунд работы анемометра и умножают на поправку, указанную в прилагаемом к прибору паспорте, или пересчитывают на тарировочной кривой анемометра.

Рис. 6. Чашечный анемометр

Ручной крыльчатый анемометр (рис. 7).

Прибор более чувствителен и пригоден для определения скорости движения воздуха в пределах от 0,3 до 5 м/с. В крыльчатом анемометре вместо полушарий имеются легкие алюминиевые крылья, заключенные в широкое металлическое кольцо.

Перед определением скорости движения воздуха записывают начальное показание счетчика, устанавливают анемометр в воздушном потоке и через 10-15 секунд включают одновременно механизм прибора и секундомер. Определение скорости движения воздуха в течение 1-2 минут. Среднее количество делений, приходящихся на одну секунду, находят делением разности конечного и начального показаний счетчика на время измерения в секундах.

К прибору прилагается два графика, с помощью которых определяют скорость воздушного потока в метрах в секунду.

Ручной крыльчатый анемометр не следует использовать для измерения скорости движения воздуха выше 5 м/с.

Рис. 7. Ручной крыльчатый анемометр

Анемометр цифровой переносной АП1М(рис. 8).

Предназначен для измерения средней скорости направленного воздушного потока и средней скорости ветра. Область применения – метеорология, строительство, пищевая промышленность, а также промсанитария.

Анемометр соответствует исполнению УХЛ категории 4 по ГОСТ 15150, но для работы при температуре воздуха:

- Для первичных измерительных преобразователей: от минус 10 до плюс 50 °С в диапазоне 0,3 - 5 м/с и от минус 30 до плюс 50 °С в диапазоне 1 – 20 м/с.

- Для пульта измерительного цифрового: от минус 10 до плюс 50 °С.

Относительная влажность воздуха 45-80% при температуре (25±10) °С. Время непрерывной работы анемометра при отрицательных температурах до минус 30 °С не более 1 часа.

Питание анемометра осуществляется от аккумуляторной батареи напряжением 5-1В. Потребляемая мощность 0,1 ВА.

Анемометр состоит из пульта измерительного цифрового АП1М, первичного измерительного преобразователя АП1М1 (далее ПИП 1) и блока питания.

Технические характеристики анемометра представлены в таблице 3.

Таблица 3

Технические характеристики анемометра АП1М1

Наименование характеристики	Един. измер.	При работе
Наименование характеристики	Един. измер.	ПИП1
Диапазон измерения средней скорости направленного воздушного потока, средней скорости воздушного потока, средней скорости ветра	м/с	0,3-5
Чувствительность, не более Основная погрешность Время измерения Время индикации	м/с с	0,2 ±(0,1+0,05V) 5 3

Примечание: V – измеряемая средняя скорость в м/с

Устройство и принцип работы. Анемометр цифровой переносной АП1М состоит из следующих составных частей: ПИП1; пульт измерительный цифровой АП1М; блок питания (рис. 8).

Рис. 8. Анемометр цифровой переносной АП1М

ПИП1 имеет крыльчатый ветроприемник, размещенный на полой оси и вращающийся на струне. Принцип работы чувствительного элемента анемометра заключается в преобразовании скорости воздушного потока, вращающегося ветроприемник, в число импульсов и индикации скорости в м/с на пульте АП1М.

На полой оси ветроприемника закреплен обтюратор – диск с прорезями, который во время вращения преобразует световой оптронной пары в импульсы прямоугольной формы с частотой, пропорциональной скорости вращения ветроприемника. Импульсы с фотодиода усиливаются микросхемой и поступают через разъем на пульт измерительный цифровой. Элементы преобразователя – транзисторы, фотодиоды, светодиоды, резисторы и микросхема расположены на унифицированной печатной плате, устанавливаемой в ПИП1.

Несущая конструкция ПИП1 состоит из защитного кольца, предохраняющего ветроприемник от механических повреждений и исключающее влияние боковых составляющих скорости воздушного потока. Ось ветроприемника входит в корпус, в котором размещены обтюратор и плата преобразователя скорости воздушного потока в прямоугольные импульсы.

Соединение ПИП1 с измерительным цифровым пультом осуществляется с помощью трехпроводного кабеля в винилхлоридной трубке через разъем. На защитном кольце имеется шпилька с резьбой для установки держателя.

Порядок работы. Измерительный цифровой пульт и первичный измерительный преобразователь ПИП2, соединить друг с другом через разъем. В случае необходимости установить первичный измерительный преобразователь на штангу, проверить равномерность вращения ветроприемника, включить пульт, через 5 с на табло должно появитьсянекоторое значение скорости воздушного потока. После этого анемометр устанавливают вертикально в измеряемом воздушном потоке. Значение скорости воздушного потока индицируется через 5 с в течение 3 с. Первый отсчет показаний анемометра производитьчерез 30 с. При скорости воздушного потока менее 5 м/с измерения производить с помощью ПИП1. Для этого необходимо отсоединить ПИП2 и присоединить ПИП1, соблюдая меры предосторожности. После этого ПИП1установить в воздушном потоке ветроприемником навстречу потоку (осью крыльчатки вдоль направления потока). Значение скорости воздушного потока инициируется через 5 с в течение 3 с.После проведения необходимого числа измерений выключить напряжение питания, разобрать анемометр и уложить его в укладочную коробку.

Термоанемометр ЭА-2М(рис. 9).

С помощью этого прибора можно определить скорость движения воздуха в пределах от 0,3 до 5 м/с, и его температуру от 10 до 60С. Принцип работы прибора основан на охлаждении движущимся воздухом полупроводникового микротермосопротивления.

Перед измерением прибор устанавливают горизонтально, присоединяют к нему датчик и подключают прибор к сети; он может работать и автономно на батареях.

Для измерения скорости движения воздуха переключатель 5 ставят в положение "А", переключатель 6 – в положение "Контроль", переключатель 2 – в положение "НП" (наружный источник питания) или "ВП" (внутренний источник питания). Вращением ручки 7 устанавливают стрелку гальванометра на максимальное деление шкалы, переключатель 6 становят в положение "Измерение". Производят отсчет показаний гальванометра и по графику определяют скорость движения воздуха.

1 – гальванометр; 2 – переключатель питания; 3 – клеммы для включения прибора в сеть; 5 – переключатель для измерения температуры или скорости воздуха; 6 – переключатель "измерение-контроль"; 7 – ручка регулировки напряжения; 8 – датчик (микротермосопротивление); 10 – защитный футляр датчика

Рис. 9. Термоанемометр ЭА-2М

StudFiles.ru

Cпособы теоретического и экспериментального определения скорости движения транспорта

Фактическая скорость автомобилей служит интегральным показателем эксплуатационного состояния дороги, от которого зависит эффективность работы автомобильного транспорта.

Максимальная скорость отдельных автомобилей и транспортного потока может быть определена непосредственным измерением различными способами. С помощью первого способа определяют скорость одиночных легковых автомобилей при свободных условиях движения. Для получения объективных данных необходимо не менее 30 замеров в каждом створе. На основе измерений строят кумулятивные кривые распределения скоростей, а за фактическую максимальную принимают скорость легкового автомобиля 85-процентной обеспеченности. По второму способу измеряют скорость всех автомобилей (легковых и грузовых) и строят кумулятивные кривые распределения скоростей транспортного потока, а за фактическую максимальную принимают скорость 95-процентной обеспеченности.

Мгновенная скорость транспортных средств может быть определена радиолокационными приборами типа «ФАРА» или им подобными.

Наиболее простым является метод, основанный на определении времени прохождения транспортных средств по участку дороги известной длины. Обычно принимают участок длиной от 50 до 100 м. Время движения транспортных средств фиксируют секундомером с точностью 0,2 сек. Интервал между автомобилями во времени определяют как разность последующего и предыдущего значений.

Считая скорость автомобилей постоянной, расстояние между автомобилями получают, умножая данные интервала между автомобилями на скорость предыдущего автомобиля.

Полученные значения скоростей движения распределяют на разряды через 5-10 км/ч.

На основании полученных данных строят кумулятивную кривую распределения скоростей. По кумулятивной кривой определяют значения скоростей 15-,50-,95% обеспеченности.

Значения скоростей 15-процентной обеспеченности показывают скорость движения автомобилей, вынуждающих совершать обгон остальных 85% автомобилей.

Эту скорость принимают как минимальную допустимую при искусственном регулировании движения.

Скорость 50-процентной обеспеченности является средней скоростью движения всех автомобилей в потоке.

Значение скорости 95-процентной обеспеченности представляет собой максимальную скорость движения транспортного потока.

14.Диагностика транспортных потоков: технические средства, способы оценки уровня загрузки дорожным движением.

studopedia.ru

Определение скорости движения