Построение тяговой характеристики локомотива и определение его кпд

Тяговой характеристикой локомотива называется зависимость касательной силы тяги, создаваемой локомотивом, от скорости, т.е. f_k = f (y). Напомним, что идеальная тяговая характеристика, обеспечивающая постоянство касательной мощности во всём диапазоне скоростей, описывается выражением:

где  - касательная мощность тепловоза, кВт;

 - касательная сила тяги, кН.

Реализуемая на ободе колёс, касательная мощность, будет равна:

 кВт

где  - эффективная мощность дизеля, кВт; - кпд электрической передачи;

коэффициент, учитывающий потери мощности на привод вспомогательных агрегатов (определены в разделе 4.3) т.е.

.

Кпд электрической передачи для передачи постоянного тока определяется:

где: -   кпд,  соответственно,  тягового  генератора, тягового электродвигателя, тягового редуктора.

Для ориентировочных расчётов примем:

=0,93...0,95;

= 0,85...0,88;

= 0,975.

 

Определив касательную мощность, строят тяговую характеристику, задаваясь различными скоростями от 5 км/ч до конструкционной с интервалом 5... 10 км/ч. При этом принимаем, что мощность во всем диапазоне скоростей постоянна.

По результатам расчёта строится зависимость F_K = f (v).

На построенную зависимость F_K = f (v) нанесем ограничение по сцеплению F_xaf = f (v).

Согласно основному закону локомотивной тяги F_K < F_KC - сила сцепления колеса с рельсом, определяется по выражению:

 

где - расчётный коэффициент сцепления колеса с рельсом, определяется по формулам:

- для тепловозов ТЭ10 и его модификаций:

Р_СЦ - сцепной вес локомотива, кН. Определяется по результатам расчёта развески:

 

Расчёт F _СЦ производится для скоростей: 0, 5, 10, 20, 30 (до пересечения с тяговой характеристикой). Точка пересечения этих кривых соответствует скорости, при которой начинает использоваться полная мощность локомотива и выход на автоматическую тяговую характеристику (скорость порога).

Если на тяговую характеристику F_K = f (v) нанести зависимость W = f (v), т.е. полного сопротивления состава в функции от скорости, то точка пересечения этих кривых определит равномерную скорость движения поезда для этого профиля пути, для которого рассчитано сопротивление состава.

Эта методика определения равномерных скоростей используется дальше при расчёте пробега тепловоза между наборами топлива.

На рисунке     приведена тяговая характеристика тепловоза с нанесёнными на неё ограничениями по сцеплению и конструктивной скорости.

Основным экономическим показателем тепловоза является его кпд, который представляет собой отношение полезной работы (или мощности) к затраченному теплу, полученному в результате сгорания топлива:

 

где N_K - касательная мощность тепловоза, кВт;

 - удельная теплота сгорания топлива на рабочую массу, кДж/кг

(т.е. количество тепла, выделяемое при сгорании 1 кг топлива). В расчётах можно принять   =42745 кДж/кг;

 - часовой расход топлива:

g_e  = 0,328- удельный эффективный расход топлива для тепловоза 3М62;

N_e = 1470*3, эффективная мощность дизеля тепловоза 3М62.

Кпд тепловоза, в основном, зависит от кпд дизеля и затрат мощности на привод вспомогательного оборудования.

Задаёмся различными значениями скорости и результаты расчёта сводим в таблицу 13.

 

Таблица    

v, км/ч	5	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
	2395	1197	598	399	299	239	199	171	149	133	119
	47,9	23,9	11,9	7,98	5,98	4,78	3,98	3,42	2,98	2,66	2,38
	244,222	122,060	60,979	40,686	30,489	24,371	20,292	17,437	15,193	13,562	12,134

На построенную по этим данным тяговую характеристику (рис.     ), наносим ограничения по сцеплению и конструктивной скорости.

Для построения ограничения по сцеплению, принимаем:

Коэффициент сцепления определяем по формуле:

Задаемся скоростями от 0 до 30 км/ч. Результаты сводим в таблицу    

Таблица    

v, км/ч	0	5	10	20	30
	0,345	0,303	0,274	0,237	0,214
, кН	1555,42	1366,07	1235	1068	964
	31,10	27,32	24,7	21,36	19,28
, кгс·10^3	158,565	139,293	125,934	108,905	98,300

Кпд тепловоза