2. Расчет электрической передачи мощности тепловоза
Расчет производится для одной секции тепловоза.
Расчет электрических параметров генератора
Свободная мощность дизеля, переданная генератору, кВт,

N_св = N_е - N, (10)

где N – мощность, затраченная дизелем на привод вспомогательных агрегатов тепловоза, кВт. N = (0,08 - 0,11) N_е.
Мощность, выдаваемая генератором, кВт,
Р_г = N_св_г, (11)
где _г = 0,93 - 0,95 – кпд генератора.
Выбор типа генератора

Габариты подвижного состава и условия коммутации позволяют принять генератор постоянного тока, если Р_г · n_{д max} 2 · 10⁶; если Р_г · n_{д max} 2 · 10⁶, то принимают генератор переменного тока с выпрямительной установкой.

Схема подключения ТЭД к генератору приведена на рис. 2

При генераторе переменного тока изображается на рис. 2 схема 2,а, при генераторе постоянного тока схема 2,б. У маневровых тепловозов с мощностью дизеля более 1200 кВт изображается схема 2,в, а при мощности дизеля менее 1200 кВт схема 2,г.

Максимальное напряжение генератора

При передаче переменно-постоянного тока U_{г max} = 500 – 750 В, при передаче постоянного тока U_{г max} = 700 – 850 В, для маневрового тепловоза U_{г max} = 650 – 750 В.

Длительное напряжение, В, и ток, А, генератора на расчетном подъеме
(12)

где К_гu= 1,4; 1,5; 1,6 – коэффициент генератора по напряжению;

(13)

Рис. 2. Схема подключения ТЭД к генератора

Минимальное напряжение, В, и токи, А, генератора

(14)

(15)

(16)
где К_{гj =} 1,8 – 2,3 – коэффициент регулирования генератора по току.
Построение внешней характеристики генератора
Внешней характеристика называется потому, что строится по параметрам генератора на последней позиции КМ. Характеристики для более низких позиций были бы под ней. Для построения характеристики необходимо на осях нанести соответствующие масштабные сетки чисел. Затем найти три точки и по ним построить характеристику.

Рис. 3. Внешняя характеристика генератора

Сила тяги и расчетная скорость
Сила тяги на расчетном подъеме, кН,
F_кр = 0,00981 Р_сц_кр,(17)
где Р_сц = Р_осиm – сцепная масса тепловоза, кг;m = 6 – число осей тепловоза; Р_оси – нагрузка на ось, кг (см. задание); _кр – коэффициент сцепления колес с рельсами на расчетном подъеме, который можно принять равным для грузовых тепловозов 0,18 …0,2, для пассажирских 0,13 … 0,15 и маневровых 0,14 … 0,16.
Скорость тепловоза на расчетном подъеме, км/час,

(18)

где _эп = 0,84 – кпд электропередачи.

Расчет характеристик ТЭД
Токи якорей ТЭД, А,

(19)

где С – число параллельных цепей электропередачи.

Перестройка универсальной характеристики ТЭД в скоростную характеристику ТЭД
Универсальная характеристика ТЭД приведена на рис. 4.

Рис. 4. Универсальная процентная характеристика ТЭД.

Для курсовой работы её увеличивают вдвое. Затем данные ,% на вертикальной оси пересчитывают в скорость движения тепловоза , км/час по формуле = ,% ·_р/100.

Пример. Расчетная скорость тепловоза _р определена по формуле (18) и равна, например, 23 км/ч. Тогда  = 40 · 23/100 = 9,2 км/ч ( на оси цифру 40 заменяете на 9,2); 80 · 23/100 = 18,4 км/ч (80 заменяется на 18,4).

Если пересчитали все числа, включая 320% и 360%, а скорость V_max, заданная в исходных данных на проект, не достигнута, то вертикальную ось продляют до 420% и т.д. пока не получится V_max. Затем вертикальную ось обозначают , км/ч, а рис. 4 называют «Скоростная характеристика ТЭД».
Длительная мощность ТЭД, кВт,

(20)

где _ТЭД - кпд ТЭД при V_р по рис.4. Нахождениекпд ТЭД показано на рис. 4штрихпунктиром со стрелками.

Длительные обороты якоря ТЭД, 1/мин,

(21)

где n_{ТЭД max} = 2200 - 2300 1/мин.

Диаметр якоря ТЭД, м,

Д_я = К_я(22)

где К_я = 0,6 - 0,7.
Максимальная скорость якоря, м/с,

(23)
Передаточное число осевого редуктора

i_op= 3,6 (24)

Расчет и построение регулировочной характеристики электропередачи
Скорость по ограничению максимального тока генератора, км/ч,

V_ок = V_р ( J_г / J_{г max})^1,5. (25)

Скорость тепловоза при переходе на первое ослабленное поле ТЭД, км/час,

V₁ = V_р · К^1,5_гu.(26)

Коэффициент ослабления поля ТЭД при первом переходе

(27)

где К = 6,62 при К_ru = 1,6; К = 5,0 при К_ru = 1,5; К = 3,88 при К_ru= 1,4.

Если β₁ 0,7 - предусматривают вторую ступень ослабления поля ТЭД.
Скорость тепловоза при втором ослаблении поля ТЭД, км/ч,

V₂ = V₁ / β₁^0,5.(28)

Токи, А, и напряжение, В, генератора в начале первого перехода
(29)

Ток, А, и напряжение, В, генератора в конце первого перехода

(30)

Ток. А, и напряжение, В, в начале второго перехода

J_г(v2) = J_г(v1), U_г(v2) = U_г(v1).(31)

Ток, А, и напряжение, В, генератора в конце второго перехода
(32)
Построение регулировочной характеристики электропередачи
Регулировочная характеристика электропередачи строится по данным расчетов, как показано на рис. 5.

Рис. 5. Регулировочная характеристика электропередачи

Расчет тяговой характеристики тепловоза
Расчет сводится в табл. 7

В табл. 7 _тэд определяется по скоростной характеристике ТЭД (рис.4).

Касательная мощность тепловоза, кВт,

N_к = Р_г_эп_тэд, (33)

где _эп = 0,985 – кпд осевого редуктора.

Таблица 7

Данные для построения тяговой характеристики

V, км/час	Vок	30	40	50	60	и т.д	Vmax
ТЭД
Nk,кВт
Fк тепл, кН
тепл,%

Сила тяги тепловоза, кН,

(34)

Коэффициент полезного действия тепловоза, %,

(35)

Построение тяговой характеристики одной секции тепловоза
Строится тяговая характеристика (рис.6) по данным табл. 7. Для этого на осях F_{к тепл} и V наносятся масштабные сетки чисел. Масштаб скорости 1 км/ч = 1 мм, а масштаб силы тяги тепловоза выбирается так, чтобы F_{кт. max} лежала вверху оси F_кт, кН.

Ось кпд тепловоза (_тепл,%) следует размещать так как на рис.6, а график _тепл= f(v) строить по данным расчета в табл.7.

В отчет по курсовой работе не следует вносить расчетыN_к, F_к.тепл.и _тепл.Их делают на черновике.

Рис. 6. Тяговая характеристика тепловоза

Курсовая работа №2
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКИПАЖНОЙ ЧАСТИ ЛОКОМОТИВА
Общие сведения
Курсовая работа выполняется студентом при изучении раздела “Экипажная часть локомотивов” дисциплины “Локомотивы (общий курс)”.

Целью курсовой работы является закрепление теоретических знаний по конструкции экипажной части, устройству и взаимодействию основных узлов, механизму передачи горизонтальных (тяговых и тормозных) и вертикальных сил, влиянию основных характеристик экипажной части на тягово-сцепные качества локомотива в условиях эксплуатации. Это осуществляется на примере краткого описания экипажной части заданного тепловоза-образца, выполнения продольной развески, определения кинематических характеристик колесно-моторного блока, перераспределения нагрузки на движущие колесные пары при движении тепловоза, геометрического вписывания в кривом участке пути, построения теоретической тяговой характеристики и определения коэффициента полезного действия тепловоза.

От конструкции и технического состояния экипажной части зависят безопасность движения, величина сил воздействия на верхнее строение пути, тягово-сцепные и экономические показатели тепловоза и эксплуатационная надежность.

Студенты дневной формы обучения принимают к расчету исходные данные по указанию преподавателя, а студенты института интегрированных форм обучения (заочной формы) по последней и предпоследней цифре шифра зачетной книжки (исходные данные приведены в приложении 1). Необходимые для расчетов справочные данные приведены в таблицах приложения и по ходу текста методических указаний.

Курсовая работа содержит пояснительную записку и графическую часть. Пояснительная записка должна содержать (по порядку): титульный лист, исходные данные, содержание, введение, разделы согласно методических указаний с необходимыми расчетами и пояснениями, заключения и библиографического списка литературы. Листы графической части выполняются на миллиметровой бумаге формата А4 или А3 и должны содержать необходимые эскизы, схемы, диаграммы и графики в соответствии с методическими указаниями.

При оформлении пояснительной записки и графического материала необходимо руководствоваться правилами ЕСКД.

1.Краткое описание экипажной части
В этом разделе курсовой работы студент приводит краткое описание экипажной части заданного тепловоза - образца, руководствуясь литературой из библиографического списка методических указаний. В описании экипажной части необходимо указать тип, основные элементы и конструктивные особенности следующих основных узлов экипажной части:

- рамы и кузова локомотива (несущий кузов или рама);

- опорных и возвращающих устройств рамы локомотива на тележки (роликовые или комбинированные опорные устройства, центральные и боковые опоры при безшкворневом соединении рамы локомотива с тележками);

- шкворневого узла (жесткий или упругий);

-рессорного подвешивания (сбалансированное или индивидуальное);

- буксового узла (челюстной или поводковый);

- гасителей колебаний (фрикционные или гидравлические);

- способ подвешивания колесно-моторных блоков к раме тележки (опорно-осевое или опорно-рамное);

- способ расположения тяговых электродвигателей относительно колесной пары (встречное или одностороннее по направлению движения тепловоза);

- зубчатого колеса осевого редуктора (жесткое или упругое);

В этом разделе необходимо описать механизм передачи продольной, горизонтальной и вертикальной сил (перечислить узлы экипажной части по порядку передачи силы тяги от колесных пар к автосцепному устройству и от веса оборудования на верхнее строение пути).

Также в этом разделе составляется механическая характеристика заданного тепловоза-образца, отражающая основные технико-экономические, тяговые и массогабаритные параметры. Данные параметры рекомендуется свести в таблицу 8.

В рекомендуемой литературе числовые значения технических параметров могут быть приведены в старой размерности. Перевод числовых значений параметров из старой системы размерности в систему СИ следующий: 1 л.с. = 0,736 кВт; 1 кгс = 9,81 Н; 1 тс = 9,81 кН.

Касательная мощность тепловоза, кВт,

Nк =. (1)

Мощность тягового электродвигателя в длительном режиме, кВт,

Р_ТЭД =, (2)

где n – число тяговых электродвигателей;

η_ор =0,975 – коэффициент полезного действия осевого редуктора.
Таблица 8
Основные технические параметры тепловоза

№ п/п	Название параметра и размерность	Обозна-чение	Числовое значение
1	2	3	4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21	Род службы тепловоза  Мощность по дизелю, кВт Конструкционная скорость, км/ч Скорость длительного режима (расчетная скорость), км/ч Сила тяги на ободах колес длительного режима (расчетная сила тяги), кН Касательная мощность, кВт Мощность тягового электродвигателя в длительном режиме, кВт Служебная масса, т Осевая характеристика (формула) Наименьший радиус проходимой кривой, м Нагрузка от колесной пары на рельсы ,кН Диаметр колес по кругу катания, м Длина по осям автосцепок, м Колесная база, м Межшкворневое расстояние, м База тележки, м Расстояние между первой и второй колесной парами, м Смещение шкворня в продольном направлении относительно средней (второй) оси тележки, м Перемещения шкворня в поперечном направлении (свободное и упругое), м Статистический прогиб рессорного подвешивания, м: - первой (буксовой) ступени - второй (кузовной) ступени Передаточное число осевого редуктора	-  Ne Vкон Vр Fкр Nк Ртэд mc - Rmin Пст Dк Lт Lк Lш вт в12 lш Δш fст1 fст2 iор

2.Продольная развеска локомотива
Развеска выполняется с целью равномерного распределения статической нагрузки между тележками и колесными парами. Продольную развеску необходимо выполнить для одной секции заданного тепловоза-образца. Она выполняется на основе укрупненной ведомости, которая приведена в приложении 2 методических указаний. В весовой ведомости приводятся наименования узлов и систем тепловоза и численные значения веса G_iи плеча l_i. Плечо- это расстояние от условного центра моментов до центра тяжести узла или системы. Условный центр моментов (УЦМ) находится на расстоянии а₀ от средней (или второй) колесной пары передней по ходу движения тележки и совпадает с вертикальной осью передней автосцепки.

Для равномерного распределения статической нагрузки между тележками применяют два способа:

- в первом способе перемещается узел (несколько узлов) надтележечного строения локомотива относительно УЦМ в сторону недогруженной тележки. При этом изменяется плечо l_i соответствующего узла и смещается центр тяжести масс надтележечного строения.Данный способ применяется преимущественно для развески магистральных (грузовых и пассажирских) локомотивов, так как нагрузка от колесной пары на верхнее строение пути у этих локомотивов близка к максимально допустимой по условиям прочности верхнего строения пути;

- во втором способе применяют дополнительный груз (балласт), подвешиваемый в районе стяжного ящика автосцепного устройства со стороны недогруженной тележки. В этом случае изменяется не только центр тяжести масс надтележечного строения, но и его вес. Такой способ предпочтительней для маневровых тепловозов, так как наряду с выравниванием нагрузки между тележками увеличивается сцепной вес локомотива.

При выполнении курсовой работы, независимо от заданного тепловоза-образца, необходимо применить первый способ развески.

Если требуемый результат не будет достигнут после перемещения всех узлов и систем, то следует применить второй способ.

Порядок выполнения развески рекомендуется следующий. В курсовой работе необходимо привести расчетную схему развески по первому расчету с указанием всех численных значений параметров, как показано на рисунке 7.

Суммарная сила от массы оборудования надтележечного строения локомотива, кН,

P=G₁+G₂+G₃+…+G_n. (3)


Момент каждого узла или системы относительно УЦМ, кН·м,
М_i=G_i·l_i. (4)
Суммарный момент надтележечного строения локомотива, кН·м,
M=M₁+M₂+M₃+…+M_{n .} (5)
Расстояние от центра тяжести масс надтележечного строения до оси УЦМ, м,

. (6)
Полученные результаты расчета и численные значения весовой ведомости рекомендуется свести в таблицу 9.

Для упрощения расчетов принято, что действие силы на тележки совпадает с осями шкворней (в современных локомотивах шкворни не передают вертикальных сил, а передают горизонтальные силы).

Расстояние от центра тяжести надтележечного строения Р до места действия нагрузки на переднюю а₁ и заднюю тележки а₂, м,
a₁=X_цт-a₀-l_ш, (7)
а₂=L_ш-а_1, (8)
где а₀- расстояние от оси средней (второй) колесной пары до УЦМ, м.
Таблица9

Численные значения весовой ведомости и результаты расчета

Номера групп узлов	Наименование групп узлов и систем	Сила Gi, кН	Плечо li, м	Момент Мi, кН·м
1	2	3	4	5
1 2 3 … … … n
_	Надтележечное строение	P=	Xцт=	M=
	Сила от массы одной тележки Неподрессореннаясила от массы тепловоза Расстояние от средней (второй) колесной пары до УЦМ	Gтел= Gнеп=	_ _ а0=	_ _ _

Нагрузка на переднюю P_T1и заднюю P_T2тележки, кН,

, (9)

, (10)
где L_ш=а₁+а₂ для принятой схемы передачи нагрузки на тележки от надтележечного строения.

При неравенстве нагрузок на тележки P_T1 и Р_T2 необходимо смещать узлы и системы в сторону недогруженной тележки, то есть изменять длины плеч l_i(но не более чем на 0,3 м), приведенные в весовой ведомости и повторить расчеты, начиная с формулы (4). В курсовой работе не требуется приводить промежуточные расчеты по развеске. При этом рекомендуется выравнивать нагрузки на тележки с перемещения наиболее тяжелых узлов и систем надтележечного строения.

Если после перемещения всех узлов и систем надтележечного строения не удается добиться равенства P_T1=P_T2, то далее необходимо применить балласт.

Масса балласта при недогруженной задней тележке, т,

, (11)
гдеl_бз= L_T -1,3 м- расстояние от УЦМ до центра тяжести балласта, м;

g =9,81- ускорение свободного падения , м/c²;

X_p- требуемое расстояние от УЦМ до центра тяжести масс надтележечного строения тепловоза Р, при котором выполняется равенство а₁=а₂ и, как следствие, Р_Т1=Р_Т2, м.

Требуемое (расчетное) значение плечаХ_р, м,

. (12)
Масса балласта при недогруженной передней тележке, т,
, (13)
где l_бп=1,3 м- расстояние от УЦМ до центра тяжести балласта.

Неподрессоренная нагрузка, приходящаяся на колесную пару, кН,

, (14)
гдеn_ол- число осей одной секции тепловоза.

Подрессоренная нагрузка, приходящаяся на колесную пару, кН

, (15)
где n_OT- число осей в тележке.
Статическая нагрузка от колесной пары на рельсы, кН,
(16)
Сцепной вес одной секции тепловоза, кН,
. (17)
После выполнения расчетов в данном разделе необходимо сделать вывод (за счет каких решений удалось выровнять нагрузку между тележками тепловоза).

В условиях эксплуатации тепловоза из-за сложности выполнения развески и подбора характеристик рессорного подвешивания допускается неравенство статических нагрузок колесных пар на рельсы не более 3% при П_ст до 225 кН и не более 2% при П_ст до 245 кН.

<предыдущая страница | следующая страница>