Выбор оборудования и его компоновка на тепловозе

 

Общие принципы выбора оборудования

В общем случае проектируемый тепловоз можно представить состоящим из четырех основных частей: дизеля, тяговой передачи, экипажа и вспомогательного оборудования.

Дизель - самый тяжелый по весу и наиболее крупный по габа­ритным размерам узел - обычно устанавливается на главную раму примерно посередине машинного отделения магистральных тепло­возов и в средней части главной рамы тепловозов капотного типа. Тем самым обеспечивается примерно равномерное нагружение те­лежек или колесных пар нетележечных тепловозов.

 

Вспомогательные механизмы тепловоза могут включать в себя следующее оборудование или машины (наиболее крупные узлы):

- тормозной компрессор с приводом,

- шахта холодильника с главным вентилятором охлаждения воды и масла дизеля;

- двухмашинный генератор (или стартер-генератор и вспомогатель­ный генератор);

- передний и задний распределительные редукторы;

- вентиляторы охлаждения ТЭД передней и задней тележек (или вентилятор централизованного воздухоснабжения ЦВС);

- высоковольтная камера;

- аккумуляторная батарея;

- топливный бак с 2/3 запасами топлива.

Вспомогательные механизмы в основном размещаются в ма­шинном отделении тепловоза. Топливный бак с запасом топлива и аккумуляторную батарею, установленную в боковые ниши топливно­го бака, размещают между тележками симметрично центра тяжести кузова тепловоза.

 

Компоновка оборудования на тепловозе

Для определения весогабаритных характеристик основных узлов и оборудования следует ориентироваться на аналогичные параметры тепловоза прототипа. Для выполнения развески проектируемого тепловоза в курсовой работе достаточно выбрать 8-10 основных узлов, образующих верхнее строение тепловоза, и тележки с элементами тягового привода. Развеска позволяет определить положение центра тяжести верхнего строения тепловоза и распределение нагрузок по его тележкам и колёсным парам.

Экипажная

Главная рама

Тележки

Кузов

Кабина машиниста

Рама тележки

Колёсные пары

Рессорное подвешивание

 

 

Развеска оборудования локомотива

Развеска позволяет определить положение центра тяжести верхнего (надтележечного) строения локомотива и распределение нагрузок по его тележкам и (или) колесным парам. Таблица 3.1.

Характеристики основных узлов и оборудования 1 секции тепловоза ТЭ3

№ пп	Наименование узла или оборудования	Вес Gi, кН	Плечо, м	Момент, Нм
	Дизель
	Шахта холодильника с вентиляторами	62.1
	Водомасляный теплообменник	5.7
	Главная рама кузова	150.2
	Тормозной компрессор с приводом	6.5
	Кузов	109.4
	Топливный бак с 2/3 запасами топлива	53.3
	Аккумуляторная батарея	14.4
	Высоковольтная камера	26.7
	Тележка	246.7х2
	Кабина машиниста	14.2
	Вентилятор тележки с приводом	1.8
	Итого	1237.7

 

Последовательность выполнения развески проектируемого тепловоза:

- вес каждого i-го узла представим в виде вектора силы тяжести приложенного в его центре тяжести и обозначим G_i;

- ось моментов z (см. рис. в Приложении) совмещаем с осью передней автосцепки тепловоза; ось х – с головками рельсов колеи;

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

- составляем весовую ведомость тепловоза, которую представляем в табличной форме, с помощью которой определяем вес верхнего строения тепловоза Σ G_i и суммарный момент сил тяжести Σ М_i;

-определяем координату х_цт центра тяжести верхнего строения тепловоза пл следующей формуле, м

 

х_цт = Σ М_i / Σ G_i, м (12)

х_цт =6412Нм/1214.2кН=5.28м

 

где Σ М_i – суммарный момент сил тяжести узлов и оборудования, входящих в верхнее строение тепловоза, кН м

 

Σ М_i = Σ G_i l_i, Н*м (13)

 

где Σ G_i – вес верхнего строения тепловоза, кН;

l_i - плечо приложения силы тяжести i-го узла относительно оси моментов z;

n – количество узлов и оборудования, составляющих верхнее строение локомотива.

 

Для определения нагрузок на тележки используем уравнения статики. Раму тепловоза представляем в виде балки, расположенной на двух мнимых опорах. Нагрузки на тележки заменяют реакциями Р_А и Р_Б мнимых опор. Для нахождения двух неизвестных величин Р_А и Р_Б составляем уравнение статики: уравнение проекций всех сил а вертикаль z (ось ординат) и уравнение моментов этих сил относительно оси

Р_А + Р_Б - Σ G_i = 0, (14)

Р_А l_A + Р_Б l_Б - Σ G_i х_цт = 0, (15)

где Р_А, Р_Б – реакции в мнимых опорах тележек, вызванные действием силы тяжести (веса) Σ G_i верхнего строения тепловоза, кН;

l_A, l_Б – расстояние от оси моментов z до мнимых опор А первой (по ходу) тележки и Б второй тележки, м.

 

L_б = l_A + l_Б , м (16)

где L_б – база проектного тепловоза, м.

Находим значения реакций в мнимых опорах тележек:

Р_А = 507.5 кН,

Р_Б = 492.5 кН.

По нормали, применяемых пи проектировании тепловозов, неравномерность распределения нагрузок δ2П по колесным парам разных тележек не должна превышать величины 0,03.

 

δ2П = ‌‌‌‌|2П₁ – 2П₂|/2П, (17)

 

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

 

2П₁ = (Р_А + G_m)/n_m, кН (18)

где G_m – вес тележки тепловоза, кН;

n_m – количество осей в тележке, кН;

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

 

2П₁ = (507.5+ 235.9)/6 = 123.9 кН

 

2П₂ = (Р_Б + G_m)/n_m; кН (19)

 

2П₂ = (492.5 + 235.9)/6 = 121.4 кН

 

2П – нагрузка от колесной пары на рельсы при равномерном распределении нагрузок по колесным парам тепловоза, кН

2П = Р_сц /n_о, кН (20)

где Р_сц – сцепной вес локомотива, кН;

n_о - число сцепных осей локомотива.

2П = 227 кН

 

δ2П = ‌‌‌‌|2*123.9 – 2*121.4 |/2*227 = 0,011

 

Т.к δ2П = 0,011, значит, колесные пары одной тележки имеют одинаковое нагружение.

*4. Определение тяговой характеристики тепловоза

Тяговая характеристика тепловоза – это зависимость касательной силы тяги локомотива от скорости движения F_k = f (v) и режимов работы его энергетической (силовой) установки, представленная графически.

 

Таблица 4.1

Результаты расчетов ограничения кривой F_k = f (v) по сцеплению

 

v, км/ч
Ψк	0,299	0,272	0,251	0,236	0,223	0,213
Fк, кН	351.62	319.87	295.176	277.54	265.25	250.5

 

 

Ψ_к = 0,118 + (5/(27,5 + v)), (21)

F_k = Ψ_к *Р_сц (22)

 

Таблица 4.2

Результаты расчетов ограничения кривой F_k = f (v) по мощности дизеля

 

v, км/ч
Fк, кН	554,4	277,2	184,8	138,6	110,8	92,4	79,2	69,3	61,6	55,4

 

 

F_k = 3.6* N_е φ/v, (23)

 

 

где N_е – эффективная мощность дизеля, кВт, N_е = 2200 кВт;

φ – коэффициент использования мощности дизеля; для тепловозов

N_е >1000 кВт – φ = 0,70

3. На миллиметровой бумаге по данным таблиц 3 и 4 строим в масштабе расчетную тяговую характеристику проектируемого тепловоза. Пересечение кривых F_kсц= f (v) (ограничение по сцеплению) и F_k = f (v) (ограничение по мощности) позволяет определить значение скорости порогового (автоматического) режима v^*, начиная с которой на тепловозе осуществляется автоматическое регулирование основных параметров движения (F_k и v).

Одним из важнейших показателей тяговой характеристики локомотива является расчетная скорость движения v_p.

Расчетная скорость – минимально допустимая по условиям обеспечения заданной надежности работы силового оборудования тепловоза равномерная (равновесная) скорость движения, которая достигается при ведении поезда расчетного (критического) веса по наиболее трудному элементу профиля железнодорожного участка. Такие элементы профиля для конкретных участков обращения локомотивов называют расчетные или руководящие подъемы.

 

4. На построенной тяговой характеристике отмечаем ее ограничения: по сцеплению и максимально допустимой скорости движения тепловоза.

 

Рис. 4. Тяговая характеристика проектируемого тепловоза

Исходя из графика получим, что на данном тепловозе Fкр=383кН и v_р =15км/ч, где F_кр – расчетная сила тяги локомотива (с учетом числа секций) v_р расчетная скорость.