Компоновка оборудования и его Развеска на тепловозе

Предварительная компоновка состоит в том, что после выбора и определения основных габаритных размеров дизеля, тяговой передачи, вспомогательных механизмов все эти узлы и оборудование увязывают между собой. Окончательная задача компоновки – рациональное размещение оборудования внутри кузова и подкузовных частей тепловоза, чтобы обеспечить примерное равенство нагрузок на тележки или колесные пары нетележечного проектируемого тепловоза.

 Отметим основные закономерности и требования, которые обычно выполняются при проектировании тепловозов:

- наиболее тяжелые узлы (дизель-генератор) размещают в средней части главной рамы тепловоза, чем предопределяется примерно равномерноенагружение тележек локомотива;

- шахту холодильника с главными вентиляторами охлаждения размещают в задней части кузова магистрального тепловоза; главные вентиляторы расположены под крышей кузова.

- высоковольтная камера (и выпрямительная установка) размещается рядом с кабиной машиниста; для односекционных магистральных тепловозов с двумя кабинами передней кабиной (частью) является та, рядом с которой установлена высоковольтная камера;

- топливный бак размещают между тележек в средней части главной рамы, а боковые ниши топливного бака устанавливают аккумуляторную батарею;

- вспомогательные электрические машины (стартер-генератор, возбудитель, вспомогательный генератор) устанавливают сверху на корпусе статора тягового генератора, чем обеспечивается более свободный доступ локомотивной бригаде и ремонтного персонала при обслуживании и ремонте этих электрических машин, при этом упрощается компоновочная схема вспомогательного оборудования тепловоза.

Развеска предназначена для того, чтобы обеспечить одинаковую на все колесные пары тепловоза. Это необходимо, чтобы снизить вероятность развития боксования колесных пар в момент трогания и при движении. Развеска выполняется на основании компоновки тепловоза-прототипа. В практике проектирования тепловозов принят допуск на неравномерность распределения нагрузок по колесным парам тележки равный ± 3%.

Для выполнения развески используется схема (эскиз) первоначального расположения узлов и оборудования, т.е. ранее выполненная компоновка (рис. 3.1.).

Рис. 3.1. Схема расположения основных узлов на магистральном тепловозе

Может быть рекомендована следующая последовательность выполнения развески проектируемого тепловоза:

- вес каждого i -го узла представляется в виде вектора силы тяжести, приложенного в его центре тяжести и обозначается G_i;

- ось моментов z (см. рис. 3.1.) совмещается с осью передней автосцепки тепловоза; ось x – с головками рельсов колеи;

- на схеме компоновки отмечаются расстояния от векторов сил тяжести узлов G_i до оси моментов z и обозначаются l_i;

- составляется весовая ведомость тепловоза, которая представлена в виде таблицы 3.1, с помощью которой определяются вес верхнего строения тепловоза Σ G _i и суммарный момент сил тяжестиΣ M _i;

- определяется координата центра тяжести верхнего строения тепловоза по следующей формуле:

где ∑ M _i – суммарный момент сил тяжести узлов и оборудования, входящих в верхнее строение тепловоза, кН·м;∑ G _i –вес верхнего строения тепловоза, кН;

Для определения нагрузок на тележки используют уравнения статики. Раму тепловоза представляют в виде балки, расположенной на двух мнимых опорах (центры шкворней). Нагрузки на тележки заменяют реакциями Р_А и Р_Б мнимых опор (рис. 3.2.). На схеме также указываются геометрическая середина тепловоза (L_Т /2) и координата Х_цт центра тяжести Σ G_i верхнего строения тепловоза, а также вектор силы тяжести Σ G _I. Для нахождения двух неизвестных величин Р_А и Р_Б составляют два уравнения статики: уравнение проекций всех сил на вертикаль Z (ось ординат) и уравнение моментов этих сил относительно оси Z.

Рис. 3.2. Схема для определения неравномерности распределения нагрузок по тележкам локомотива

Таблица 3.1. – Весовая ведомость проектируемого тепловоза.

№ п/п	Наименование узла или оборудования	Вес Gi, кН	Плечо l i, м	Момент М i, кН·м
1	Дизель-генераторная установка	311.1	10.727	3337,17
2	Главная рама	119.3	11.486	1370,28
3	Кузов	110.2	11.486	1265,76
4	Кабина машиниста	13.9	1	13,9
5	Тормозной компрессор	6.5	7.34	47,71
6	Водомасляный теплообменник	5.8	15.5	89,9
7	Шахта холодильника с вентиляторами	59.2	21.381	1265,76
8	Вспомогательный генератор	6.5	5.5	35,75
9	Вентилятор передней тележки	1.7	4.672	7,94
10	Вентилятор задней тележки	1.7	18.12	30,8
11	Высоковольтная камера	26.8	3.14	84,15
12	Аккумуляторная батарея	16.3	11.486	187,22
13	Топливный бак с 2/3 запасами топлива	59.0	11.486	677,67
	Итого:	738		8414,01

 

 

Определим, равномерно ли распределена нагрузка на колёсные пары и рамы тележек локомотива. Для нагрузок на тележки используют уравнение статики. В соответствии со схемой сил, показанной на схеме для определения неравномерности распределения нагрузок по тележкам локомотива, уравнение проекций всех сил на вертикальную ось Z будет иметь вид:

Уравнение моментов этих относительно точки «О» имеет вид:

Где P_A и P _Б– реакции в мнимых опорах тележек, вызванные действием силы тяжести (веса) ∑ G _i верхнего строения тепловоза, кН; l _А и l _Б – расстояние от оси моментов z до мнимых опор А первой по ходу и Б второй тележек, м.

Совместным решением уравнений (13) и (14) находятся значения реакций Р_А и Р_Б в мнимых опорах тележек. Получаем Р_А = 369,22 кН и Р_Б = 368,78кН.

По нормам, применяемых при проектировании тепловозов, неравномерность распределения нагрузок Δ2П по колесным парам разных тележек не должна превышать величины± 0,03.В этом случае величина Δ2П может быть определена из следующего выражения, кН:

где 2П₁– нагрузка от каждой из колесных пар первой (по ходу) тележки, кН:

2П₂ – нагрузка от каждой из колесных пар второй тележки, кН:

где G _Т –вес тележки тепловоза, G_Т = 246,7 кН; n _о – количество осей в тележке, n _о = 3.

Подставив значения, получим:

2П– нагрузка от колесной пары на рельсы при равномерном распределении нагрузок по колесным парам тепловоза (случай идеальной компоновки, когда Х_цт = L_Т /2), кН:

где Р_сц – сцепной вес локомотива, Р_сц =1380кН; n_oс – число сцепных осей локомотива, n_oс = 6.

На основании полученных данных:

что соответствует требуемому условию Δ2П ≤ 0,03.

   Развеска тепловоза представлена в приложении А.