Определение основных параметров

ТЕПЛОВОЗА

1.1 Сцепной вес секции тепловоза является одной из важнейших эксплуатационных характеристик локомотива, которая в основном определяет его тяговые возможности в режимах трогания с места и разгона с составом поезда.

Сцепным весом называется вес локомотива Р_сц, приходящийся на движущиеся колесные пары (сцепные оси), с помощью которых при взаимодействии с рельсами создается сила тяги. Для современных тепловозов, у которых все оси колесных пар являются сцепными, сцепной вес Р_сц равен служебному весу - весу конструкции локомотива с локомотивной бригадой, полным запасом воды и масла и двумя третями расходуемых материалов: топлива и песка.

Сцепной вес секции тепловоза Р_сц зависит от допустимой статической нагрузки от оси на рельсы [ 2П ], числа осей секции локомотива n_oc и рода службы локомотива, кН:

 

, (1)

где а – коэффициент, учитывающий род службы проектируемого тепловоза; можно принять: для грузовых и маневровых тепловозов а =1; для пассажирских – а = 0,85÷0,9;

[ 2П ] - допустимая статическая нагрузка от оси колесной пары на рельсы, кН (из задания);

n_ос - число сцепных осей секции; принимается в соответствии с колесной формулой локомотива - аналога (серийный тепловоз, наиболее близкий к проектируемому по эффективной мощности N_е, типу передачи и роду службы).

1.2 Диаметр движущих, колес Д_к определяется величиной допустимых контактных напряжений на единицу длины диаметра колеса, мм:

Д_к , (2)

где - допустимая удельная нагрузка на 1 мм длины диаметра колеса, кН/мм; принимается в пределах: для грузовых и маневровых тепловозов =0,24-0,27 кН/мм; для пассажирских - =0,2-0,23 кН/мм.

Полученная расчетная величина Д_к унифицируется, то есть приводится к стандартным диаметрам бандажей новых (не изношенных) колес. В соответствии с ГОСТ 25463-82 «Тепловозы магистральные железных дорог колеи 1520 мм. Общие требования» диаметры бандажей новых колес для тепловозов составляют 1050 и 1250 мм. Для дизель-поездов и рельсовых автобусов величина Д_к принимается равной 950 мм.

Необходимо отметить, что диаметр движущих колес - важнейший тяговый и конструктивный параметр проектируемого локомотива. С одной стороны увеличение Д_к, как правило, может повысить тяговые качества локомотива, позволит снизить расходы топлива на движение самого тепловоза, т.к. уменьшаются силы сопротивления движению от трения качения и скольжения колес по рельсам, упрощается размещение элементов тягового привода и ряд других. С другой стороны увеличение величины Д_к неизбежно приведет к росту динамических нагрузок в системе «колесо-рельс» из-за увеличения неподрессоренного веса ходовой части и увеличению высоты тележек и самого проектируемого локомотива и ряд других.

1.3 Длина секции проектируемого тепловоза по осям автосцепок L_Т (рис.1) пропорциональна эффективной мощности силовой установки N_е. Ее окончательная величина устанавливается в процессе компоновки оборудования проектируемого тепловоза.

Предварительно величина L_Т может быть определена с помощью следующих эмпирических зависимостей, мм:

 

L_Т=N_е(27 - 0,011∙N_е) при N_е 1000 кВт;

L_Т= N_е(13 - 0,0012∙N_е) при N_е=1000-3000 кВт; (3)

L_т=7·N_e(1 - 6∙10^-5∙Nе) при N_е 3000 кВт,

где N_е - эффективная мощность одной секции тепловоза, кВт (из задания).

При предварительной оценке длины секции тепловоза необходимо руководствоваться следующими положениями: максимальная длина секции L_Тmах ограничивается техническими требованиями на длину ремонтных стойл депо и минимальным радиусом кривых на участках обращения локомотива, а минимальная длина секции L_Тmin –прочностью верхнего строения пути и искусственных сооружений (например, мостов).

Таким образом, при проектировании локомотива должно быть выполнено следующее условие:

L_Тmin L_Т L_Тmах. (4)

Минимальная длина секции тепловоза L_тmin может быть определена из следующего выражения, мм:

L_Тmin=1000·Р_сц / , (5)

где -предельно допустимая нагрузка на 1 метр пути, кН/м; для магистральных железных дорог можно принять

=73,5 кН/м; для путей, подлежащих реконструкции и промышленных предприятий =88,5 кН/м.

Максимальная длина секции тепловоза L_Тmах по осям автосцепок в соответствии с ГОСТ 25463-82 и техническими требованиями на магистральные тепловозы нового поколения мощностью 2500-3500 кВт в одной секции с электрической передачей устанавливается не более 22800 мм; для промышленных тепловозов с гидропередачами величина L_Тmах устанавливается не более 14500 мм.

1.4 База секции тепловоза l_б – это расстояние между шкворнями (центрами поворота тележек в кривых относительно оси рамы тепловоза) или геометрическими центрами тележек одной секции локомотива (см. рис. 1)

Предварительно, база секции l_б может быть установлена из следующего выражения, мм:

l_б=е·L_Т, (6)

где е - эмпирический коэффициент; принимается равный: для тепловозов с трехосными тележками и длиной до 20 м

е = 0,5÷0,52; для магистральных тепловозов с трехосными тележками длиной 20 м и более е =0,57÷0,6; для промышленных тепловозов с двухосными тележками е =0,48÷0,52.

1.5 Длина основных элементов кузова и подкузовных частей проектируемого магистрального тепловоза связаны между собой уравнением габаритного баланса локомотива (см. рис.1)

n_k·l_k+l_маш +l_хол=n_Т·l_Т+2·l_св+l_мт, (7)

где l_k - длина кабины машиниста, мм;

l_маш - длина машинного отделения, мм;

l_хол - длина холодильника, мм;

l_Т - длина тележки, мм;

l_св - длина свеса рамы локомотива относительно наружных габаритов тележки, мм;

l_мт - длина межтележечного пространства, мм;

n_k - число кабин машиниста секции тепловоза;

n_Т - число тележек секции тепловоза.

Длина машинного отделения l_маш зависит от мощности и габаритных размеров силовой установки (дизель-генератора или дизель-гидропередачи) тепловоза, м:

 

l_маш= , (8)

где Nе - эффективная мощность силовой установки локомотива, кВт (из задания).

 

Рис. 1. Габаритный баланс локомотива

Длина кабины машиниста l_к с учетом норм техники безопасности и производственной санитарии может быть принята равной l_к = 2 м.

Длина тележки l_Т зависит в первую очередь от осевой формулы, а также типа привода колесных пар и эффективной мощности силовой установки.

В первом приближении длину тележки l_т можно определить из следующего выражения, м:

l_Т=(1,7÷1,9)∙n_o, (9)

где n_o - число сцепных осей в тележке.

При традиционной компоновке охлаждающих устройств дизеля тепловоза в виде шахты холодильника с вентиляторами охлаждения ориентировочная длина холодильника l_хол может быть определена из следующего эмпирического выражения, м:

l _хол=5,6∙10^-4·N_e +1,14, (10)

где Nе - эффективная мощность силовой установки локомотива, кВт (из задания).

Длину одного свеса рамы локомотива l_св можно принимать равной l_св = 1,25 м.

Длина межтележечного пространства l_мт зависит от емкости топливного бака тепловоза и первоначально может быть определена из уравнения (7), м:

l_мт = n_k·l_k + l_маш+ l_хол- n_Т·l_Т - 2∙l_св (11)

При выполнении окончательной компоновки оборудования на тепловозе (пункт 3.2) величина l_мт может быть уточнена.

1.6. Ширина и высота проектируемого тепловоза. Максимальная ширина строительного очертания локомотива В_л ограничена габаритом подвижного состава 1-Т (ГОСТ 9238-83) и может быть принята равной В_л =3400 мм.

Высота строительного очертания тепловоза Н_л определяется от уровня верха головки рельса. В соответствии с габаритом подвижного состава 1-Т максимальное значение величины Н_л составляет Н_л =5300 мм.