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 σ₁ и σ₂ (рис. 9.1).

Рис. 5.1. Центральное (по оси пути) положение колесной пары в рельсовой колее

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

Наличие зазоров 2σ 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.

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

Суть геометрического вписывания состоит в вычерчивании парабол и дальнейшем проецировании на них осей колесных пар. Диаграмма строится в масштабе m_x = 1:100. На диаграмме вдоль оси х (ось абсцисс) размечается в упрощённом виде секция тепловоза (главная рама, рама тележек, колёсные пары, шкворневые узлы) и указываются основные размеры. В центре оси абсцисс отмечается центр. Через него проходит ось y (ось ординат). Обе оси разбиваются на отрезки 10 мм. Длина оси x может быть примерно равна длине тепловоза в масштабе m_x.

Параболы рассчитываются по формуле:

где х, у – координаты точек ветвей параболы, изображающей положение наружного рельса в кривой, мм; R – радиус кривой, R = 125 м; m_x – масштаб по оси х, m _x = 1:100; m_у – поперечный масштаб, принимается равным: m_у = 1:1.

Результаты расчета координат точек ветвей параболы наружного рельса целесообразно свести в таблицу 5.1. Возьмем только положительные значения х, т.к. парабола симметрична относительно оси y.

Таблица 5.1. – Расчет координат точек ветвей параболы наружного рельса.

x, мм	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
y, мм	0	4	16	36	64	100	144	196	256	324	400

Определим углы поворота тележек α_п и α_з относительно оси рамы кузова тепловоза. При определении величин α_п и α_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. В результате измерений и расчетов получились следующие значения:

- угол поворота передней тележки α_п = 2,68439°;

- угол поворота задней тележки α_з = 3,47115°.

По результатам построения можно сказать, что проектируемый локомотив с выбранными параметрами экипажной части не вписывается в кривую минимального радиуса проходимости кривой R = 125 м. Решить данную проблему можно путем уменьшения базы тепловоза, поскольку тепловоз-прототип вписывается в кривую данного радиуса.

Вписывание тепловоза в кривую приведено в приложении В.

6. Индивидуальное задание: Гидравлические передачи тепловозов

На тепловозах с гидравлической передачей мощность дизеля передается движущим колесным парам через жидкость, циркулирующую в замкнутом объеме. Дизель передает энергию гидравлическому насосу, который сообщает ее жидкости, подавая ее под давлением к гидравлическим двигателям (гидромоторам или гидротурбинам), связанным с колесными парами тепловоза. От двигателей жидкость возвращается к насосу. Жесткая механическая связь между валом дизеля и колесами тепловоза отсутствует.

Таким образом, в гидравлических передачах происходит двойное преобразование энергии (рис. 6.1): сначала механическая энергия вращения коленчатого вала дизеля в гидравлическом насосе сообщается жидкости, а затем в гидравлических двигателях энергия, полученная жидкостью, снова преобразуется в механическую энергию, но теперь уже в энергию вращения колесных пар.

Гидравлические передачи могут быть двух типов: гидростатические (объемные) и гидродинамические.

В гидростатических передачах работа передается за счет высоких давлений жидкости при незначительных ее расходах (скоростях). Гидравлические насос и мотор выполняются в таких передачах в виде поршневых или ротационных машин, в которых изменение объема осуществляется принудительно. Гидростатические передачи не нашли применения в качестве силовых передач тепловозов из-за различных технических трудностей (большие потери на трение, наличие утечек при высоких давлениях и т. д.). Однако такие передачи небольшой мощности используются для привода вспомогательных агрегатов тепловозов.

На тепловозах почти исключительно применяют гидродинамические передачи, в которых используется кинетическая энергия жидкости, циркулирующей в замкнутом постоянном объеме. Эти передачи состоят из центробежного насоса и турбины, в которых имеет место не изменение объемов, а изменение скоростей жидкости.

Различают передачи, в которых мощность передается только через гидравлические элементы на всех режимах работы тепловоза, и передачи, в которых мощность частично или полностью на отдельных режимах передается, минуя гидравлические элементы, через коробку скоростей (механическую передачу). Первые обычно называются просто гидравлическими, а вторые - гидромеханическими.