3.Расчет и построение тяговой характеристики тепловоза
В этом разделе курсовой работы необходимо рассчитать и построить теоретическую тяговую характеристику тепловоза и нанести на неё паспортные данные заданного тепловоза образца. Теоретическая тяговая характеристика F_k= f(V) рассчитывается и строится для номинальной мощности тепловоза с учетом типа электрической передачи мощности для одной секции тепловоза. При постоянной мощности тепловоза тяговая характеристика имеет вид гиперболы. Также на тяговую характеристику необходимо нанести ограничения по силе сцепления колесных пар с рельсами F_Kсц=f(V) и конструкционной скорости V_кон.

Построение теоретической тяговой характеристики показано на рисунке 8.

Касательная мощность секции тепловоза, кВт,
, (18)
где η_ТГ=(0,93…0,96)- коэффициент полезного действия тягового генератора;

η_ву=(0,98…0,99) - коэффициент полезного действия выпрямительной установки;

η_ТЭД=(0,85…0,90)-коэффициент полезного действия тягового электродвигателя;

η_OP=(0,97…0,98)- коэффициент полезного действия осевого

редуктора;

β_всп=(0,08…0,16)- коэффициент, учитывающий отбор мощности от дизеля на привод вспомогательных механизмов и агрегатов тепловоза.

Касательная сила тяги тепловоза, кН,
, (19)
где V - скорость движения тепловоза, км/ч.

Рисунок 8 – Тяговая характеристика тепловоза

Задаваясь значениями скорости тепловоза V от 10 км/ч до конструкционной скорости V_кон с интервалом 10км/ч определяют численные значения касательной силы тяги F_К.
Сила сцепления колесных пар с рельсами, кН,
, (20)
где ψ_сц- расчетный коэффициент сцепления колесных пар с рельсами.
Расчетный коэффициент сцепления определяется по эмпирической формуле

. (21)
Задаваясь значениями скорости тепловоза V от 0 км/ч до расчетной скорости V_р с интервалом 5км/ч определяют численные значения коэффициента сцепления ψ_сц и силы тяги по сцеплению F_ксц.

Результаты расчетов зависимостей F_ксц=f(V) и F_к=f(V) рекомендуется свести в таблицу 10 и по ним построить тяговую характеристику, на миллиметровой бумаге формата А4, как показано на рисунке 8. Для правильного выбора масштаба по силе тяги необходимо учесть, что наибольшее значение будет иметь сила тяги по сцеплениюF_ксц при скорости 0 км/ч

Таблица 10
Результаты расчета зависимостей F_ксц= f(V) и F_к= f(V)

Скорость движения, км/ч	0	5	10	15	20	25	30	40	50	…	Vкон
Коэффициент сцепления
Сила тяги по сцеплению, кН
Касательная сила тяги, кН

Точке пересечения кривых F_ксц= f(V) и F_к= f(V) соответствует скорость,начиная с которой полностью используется как сцепной вес Р_сц, так и мощность дизеля N_e.

4. Характеристики тягового привода
Основной кинематической характеристикой колесно-моторного блока (тяговый электродвигатель в сборе с колесной парой) является передаточное число осевого редуктора. Величина его определяется конструкционной скоростью локомотива (родом службы) и способом подвешивания колесно-моторных блоков к раме тележки.

Предварительное значение передаточного числа

, (22)
где М_ТЭД- крутящий момент на валу электродвигателя в длительном режиме, кН·м.

Крутящий момент на валу электродвигателя в длительном режиме, кН,

, (23)
где n_ТЭД- частота вращения вала электродвигателя в длительном режиме, мин^-1.

Частота вращения вала электродвигателя в длительном режиме, мин^-1

, (24)
где n_max=(2200…2300 мин^-1)- максимально допустимая частота вращения вала по условиям прочности, мин^-1.

Окончательное (расчетное) значение передаточного числа осевого редуктора

, (25)
гдеZ_зр- число зубьев зубчатого колеса;

Z_шр- число зубьев шестерни.

Предварительные значения числа зубьев зубчатого колеса и шестерни определяются с учетом длины централи А и способа подвешивания колесно-моторного блока (для этого решается система двух уравнений).

, (26)
где m =10 мм- модуль зубчатого зацепления, мм;

А-длина централи, мм.

Длина централи- это расстояние между осями вращения колесной пары и вала электродвигателя. При расчетах необходимо принять А=518…522 мм при опорно-рамном подвешивании и А= 466…470 мм при опорно-осевом подвешивании колесно-моторных блоков.

Полученные значения количества зубьев необходимо округлить до целого числа и принять их за расчетные Z_зр и Z_шр. При этом по условиям прочности шестерни количество зубьев шестерни не должно быть менее 17 шт (Z_шр≥17).

Диаметры делительной окружности шестерни и зубчатого колеса,

мм ,

, (27)
. (28)

Расчетная частота вращения вала электродвигателя при конструкционной скорости, мин^-1

. (29)
Расчетная частота вращения вала электродвигателя в длительном режиме, мин^-1

. (30)

Расчетная частота вращения колесной пары при конструкционной скорости, мин^-1

. (31)

Расчетная частота вращения колесной пары в длительном режиме, мин^-1

. (32)

5. Определение коэффициента использования сцепной массы

В условиях эксплуатации нагрузка на колесные пары изменяется (одни колёсные пары разгружаются, а другие – догружаются).

Изменение нагрузки вызвано, с одной стороны, работой тягового электродвигателя, а с другой стороны, реализацией силы тяги на

автосцепке. В первом случае направление действия силы на колёсную пару зависит от взаимного расположения тягового электродвигателя и колесной пары в колёсно-моторном блоке и способа подвешивания к раме тележки. При этом при движении колесно-моторного блока колёсной парой вперед колёсная пара разгружается, а при движении тяговым электродвигателем вперёд – догружается. Передача силы тяги на автосцепку и к составу приводит к разгружению колёсных пар передней тележки и к догружению колёсных пар задней тележки. Это объясняется тем, что касательная сила тяги передаётся через буксовый узел, а реализуется на автосцепке, находящихся на разной высоте (из-за разности высот возникает опрокидывающий момент).

Результирующая нагрузка на колёсную пару, кН,

(33)

где – изменение нагрузки от работы тягового электродвигателя, кН;

– изменение нагрузки от действия силы тяги, кН.

Величина ΔП₁ при опорно-осевом подвешивании тягового электродвигателя, кН,

(34)
где – расстояние между осью вращения колёсной пары и подвеской тягового электродвигателя к раме тележки,м.

Расстояние между осью колесной пары и подвеской, м,

(35)
Величина ΔП₁ при опорно-рамном подвешивании тягового электродвигателя, кН,
(36)
Изменение нагрузки от действия силы тяги, кН,
(37)
где - высота автосцепки над уровнем головки рельса, м.

Результаты расчётов рекомендуется свести в таблицу 11.

Таблица 11

Результаты расчёта изменения нагрузки

Номер колёсной пары	1	2	3	4	5	6
Пст
±∆П1
±∆П2
През

Коэффициент использования сцепной массы

(38)
где– наименьшее из значений, выбираемое из таблицы 11, кН.

Для повышения коэффициента использования сцепной массы и более полной реализации силы тяги применяютдогружатели тележек, наклонные тяги и низкоопущенные шкворни.

6. Геометрическое вписывание тепловоза в кривую
Целью геометрического вписывания является определение возможности прохождения тепловозом кривого участка пути. При этом определяются углы поворота тележек относительно продольной оси рамы кузова, необходимый разбег средних колёсных пар тележек (перемещение в поперечном направлении) и отклонение тепловоза от оси рельсовой колеи.

Геометрическое вписывание выполняется для одной секции тепловоза. Вписывание выполняется для случая наибольшего перекоса тележек, имеющего место при больших скоростях движения. При наибольшем перекосе первые по направлению движения колёсные пары тележек упираются своими гребнями в головку наружного рельса, а задние – в головку внутреннего рельса, т.е. без зазоров между гребнями и головками рельсов.

Геометрическое вписывание в кривую заданного радиуса R_кр рекомендуется выполнить методом параболической диаграммы. Порядок выполнения вписывания следующий. Схема геометрического вписывания приведена на рисунке 9.

На листе миллиметровой бумаги формата А3 изображается в масштабе m_x = 1:100 (m_x=0,01) схема экипажа одной секции тепловоза образца – с указанием положения всех осей и центров поворота тележек. Под схемой экипажа строятся оси координат X и Y. Затем от точек О₁ и О₂ в обе стороны строятся ветви наружной y₁ и внутренней y₂ парабол. Ветви парабол рассчитываются, соответственно, по уравнениям, мм:

(39)

(40)
где – масштаб поперечных зазоров (принимается m_y = 1);

– радиус кривой, мм;

- зазор между гребнями колёсных пар и головками рельсов, имеющих место в условиях эксплуатации, мм;

- дополнительное уширение рельсовой колеи в кривом участке пути,мм;

– текущее значение, которым задаются с интервалом 10 мм (x = 0, 20, 40…..120 мм)

Дополнительное уширение колеи осуществляется за счёт смещения внутреннего рельса к центру кривой, и его величина зависит от

Рисунок 9 - Схема вписывания в кривую

радиуса кривой (при м величина = 15 мм, при м величина  = 10 мм; при м величина = 0).

Зазор между головками рельсов и гребнями колёсных пар в условиях эксплуатации при скоростях движения до 120 км/ч допускается в пределах = 7….39 мм.

Величина отрезка , мм,
(41)
Результаты расчета ветвей наружной и внутренней парабол рекомендуется свести в таблицу 12.
Таблица 12

Результаты расчёта парабол

x, мм	0	20	40	60	80	100	120
y1,мм
y2,мм

По данным таблицы 12 выполняют построение, как показано на рис. 9. Необходимо заметить, что ветви парабол изображают не рельсы, а «колею зазоров».

Затем на построенные параболы вертикально проецируются оси крайних колесных пар тележек. Отсутствие зазора между гребнем колесной пары и головкой рельса на диаграмме изображается точками А₁, С₁, Д₁ и К₁. Точки попарно соединяются отрезками [А₁С₁] и [Д₁К₁], которые изображают положениепродольных осей тележек. Положение продольных осей тележек на диаграмме искажено из-за разных масштабов по осям координат.

На отрезки [А₁С₁] и [Д₁К₁] вертикально проецируются центры поворота тележек (точки L₁ и L₂). Через точки L₁ и L₂ проводится отрезок длинной m_xL_T, который изображает положение продольной оси рамы тепловоза (при точном построении парабол и проекции центров поворота тележек отрезокm_xL_Tи ось координат x параллельны).

После соответствующих построений определяются углы поворота тележек, требуемый разбег средних колесный пар тележек и отклонение продольной оси тепловоза в средней части от оси пути.
Угол поворота передней тележки, град,

(42)

Угол поворота задней тележки, град,

(43)

Требуемый разбег средней оси передней тележки, мм,

(44)

Требуемый разбег средней оси задней тележки, мм,

(45)

Отклонение продольной оси тепловоза от оси пути, мм,

(46)

В исследовательских целях геометрическое вписывание необходимо выполнить в двух вариантах. Во втором варианте изменяется один из геометрических параметров (радиус кривой , межшкворневое расстояниеL_ш, база тележки b_Tили зазор между гребнями колесных пар и головками рельсов ) при остальных неизменных параметрах из первого варианта.

После выполнения геометрического вписывания необходимо сделать вывод, как влияет измененный параметр на вписывание в кривую.
Приложение 1

Исходные данные

Параметры	Последняя цифра шифра
	0		1		2			3	4	5	6		7			8		9
1	2		3		4			5	6	7	8		9			10		11
Тепловоз-образец	Т Э М 2		Ч М Э 3		Т Э 3			М 6 2	2 Т Э 10 Л	2 Т Э 10 В	2 Т Э 10 М		2 Т Э 116			Т Э П 60		Т Э П 70
Продолжение приложения 1
1		2		3		4	5		6	7		8		9	10		11
Первый вариант
Радиус кривой, м	100		120		140			160	180	200	220		240			260		280
Второй вариант
Предпоследняя цифра шифра
	1		2		3			4	5	6	7		8			9		0
Радиус кривой, м	150								150							150
Межшкворневое расстояние, м			8,8							9,2								9,8
База тележки, м					4,4						4,6
Зазор между колесными парами и головками рельсов, мм								10					20

Приложение 2

Укрупнённые весовые ведомости тепловозов (одной секции)

№ п/п		Серия тепловоза и наименование оборудования	СилаG, кН	Плечо l, м
1		2	3	4
		ТЭМ2
1		Дизель-генераторная группа	248,0	8,7
2		Рама тепловоза с принадлежностями	194,28	6,7
3		Кузов тепловоза с принадлежностями	60,10	10,2
4		Трубопроводы всех систем тепловоза и их оборудование	59,24	7,8
5		Обслуживающий вес	55,0	8,7
6		Оборудование шахты холодильника	54,83	3,2
7		Кабина машиниста с оборудованием	51,27	12,8
8		Высоковольтная камера с оборудованием и аккумуляторная батарея	38,0	12,9
9		Вес тележки	235,90	-
10		Неподрессоренный вес тепловоза	258,90	-
11		Плечо от средней оси тележки до УЦМ, а0, м	-	4,6
		ЧМЭ3
1		Дизель-генераторная группа	248,0	8,7
Продолжение приложения 2
1		2	3	4
2	Рама тепловоза с принадлежностями				194,28	6,5
3	Кузов тепловоза с принадлежностями				60,10	10,0
4		Трубопроводы всех систем тепловоза и их оборудование	59,24	7,6
5		Обслуживающий вес	55,0	8,7
6		Оборудование шахты холодильника	54,83	3,1
7		Кабина машиниста с оборудованием	51,27	12,7
8		Высоковольтная камера с оборудованием и аккумуляторная батарея	38,0	12,8
9		Вес тележки	230,54	-
10		Неподрессоренный вес тепловоза	250,50	-
11		Плечо от средней оси тележки до УЦМ, а0, м	-	4,5
		ТЭ3
1		Дизель-генераторная группа	264,80	7,6
2		Рама тепловоза с принадлежностями	166,65	8,4
3		Кузов с принадлежностями	72,97	8,6
4		Обслуживающий вес	68,52	9,5
5		Оборудование шахты холодильника	49,95	14,8
6		Трубопроводы и оборудование систем тепловоза	44,25	9,8
7		Высоковольтная камера с оборудованием и аккумуляторная батарея	43,20	5,9
8		Силовое и вспомогательное оборудование	21,10	9,1
9		Детали вспомогательного оборудования, инструмент	3,68	3,6
10		Вес тележки	250,0	-
11		Неподрессоренный вес тепловоза	270,90	-
12		Плечо от средней оси тележки до УЦМ, а0, м	-	4,035
		М62
1		Дизель-генераторная группа	264,80	7,8
2		Рама тепловоза с принадлежностями	166,65	8,6
3		Кузов с принадлежностями	72,97	8,8
4		Обслуживающий вес	68,52	9,7
5		Оборудование шахты холодильника	49,95	15,0
6		Трубопроводы и оборудование систем тепловоза	44,25	10,0
Продолжение приложения 2
1		2	3	4
7		Высоковольтная камера с оборудованием и аккумуляторная батарея	43,20	6,3
8		Силовое и вспомогательное оборудование	21,10	9,4
9		Детали вспомогательного оборудования, инструмент	3,68	3,8
10		Вес тележки	250,0	-
11		Неподрессоренный вес тепловоза	270,90	-
12		Плечо от средней оси тележки до УЦМ, а0, м	-	4,035
		2ТЭ10Л
1		Дизель-генераторная группа	297,34	7,5
2		Рама тепловоза	141,06	8,6
3		Кузов и его оборудование	99,99	9,2
4		Обслуживающий вес	79,0	10,4
5		Электрооборудование	50,96	6,5
6		Система охлаждения и обогрева	47,14	12,5
7		Силовые и вспомогательные механизмы	37,29	9,3
8		Топливная и масляная системы	31,99	9,8
9		Тормозное оборудование и пневмоавтоматика, песочная система	22,19	7,7
10		Вспомогательное оборудование	17,70	8,1
11		Вес тележки	235,90	-
12		Неподрессоренный вес секции тепловоза	258,90	-
13		Плечо от средней оси тележки до УЦМ, а0, м	-	4,184
		2ТЭ10В
1		Дизель-генераторная группа	297,34	7,3
2		Рама тепловоза	141,06	8,3
3		Кузов и его оборудование	99,99	9,0
4		Обслуживающий вес	79,0	10,2
5		Электрооборудование	50,96	6,3
6		Система охлаждения и обогрева	47,14	12,2
7		Силовые и вспомогательные механизмы	37,29	9,1
8		Топливная и масляная системы	31,99	9,5
9		Тормозное оборудование и пневмоавтоматика,песочная система	22,19	7,4
10		Вспомогательное оборудование	17,70	7,8
11		Вес тележки	235,90	-
12		Неподрессоренный вес секции тепловоза	258,90	-
Продолжение приложения 2
1		2	3	4
13		Плечо от средней оси тележки до УЦМ, а0, м	-	4,184
		2ТЭ10М
1		Дизель-генераторная группа	297,34	7,1
2		Рама тепловоза	141,06	8,1
3		Кузов и его оборудование	99,99	8,8
4		Обслуживающий вес	79,0	10,0
5		Электрооборудование	50,96	6,1
6		Система охлаждения и обогрева	47,14	12,0
7		Силовые и вспомогательные механизмы	37,29	8,9
8		Топливная и масляная системы	31,99	9,3
9		Тормозное оборудование и пневмоавтоматика, песочная система	22,19	7,2
10		Вспомогательное оборудование	17,70	7,6
11		Вес тележки	235,90	-
12		Неподрессоренный вес секции тепловоза	258,90	-
13		Плечо от средней оси тележки до УЦМ, а0, м	-	4,184
		2ТЭ116
1		Дизель-генераторная группа	297,34	7,1
2		Рама тепловоза	141,06	8,1
3		Кузов и его оборудование	99,99	8,8
4		Обслуживающий вес	79,0	10,0
5		Электрооборудование	50,96	6,1
6		Система охлаждения и обогрева	47,14	12,0
7		Силовые и вспомогательные механизмы	37,29	8,9
8		Топливная и масляная системы	31,99	9,3
9		Тормозное оборудование и пневмоавтоматика, песочная система	22,19	7,2
10		Вспомогательное оборудование	17,70	7,6
11		Вес тележки	235,90	-
12		Неподрессоренный вес секции тепловоза	258,90	-
13		Плечо от средней оси тележки до УЦМ, а0, м	-	4,184
		ТЭП60
1		Дизель-генераторная группа	237,94	8,2
2		Кузов тепловоза с принадлежностями	124,55	10,2
3		Рама кузова с принадлежностями	109,23	9,6
4		Теплообменник и котел - подогреватель	60,50	13,3
5		Электрооборудование и радиостанция	53,93	8,0
6		Топливо(2/3 запаса)	43,10	9,5
7		Вспомогательное оборудование	23,63	6,4
8		Система охлаждения, подачи масла и топлива	19,38	10,2
Продолжение приложения 2
1		2	3	4
9		Тормоз, песочницы и воздуховод автоматики	16,45	10,4
10		Масло(полный запас)	15,60	12,0
11		Вода(полный запас)		12,2
12		Всасывающее и выхлопное устройства дизеля	7,70	13,5
13		Инструменты и принадлежности	5,93	9,6
14		Песок(2/3 запаса)	4,0	9,7
15		Локомотивная бригада	2,0	9,6
16		Вес тележки	266,10	-
17		Неподрессоренный вес тепловоза	150,0	-
18		Плечо от средней оси тележки до УЦМ, а0, м	-	4,4
		ТЭП70
1		Дизель-генераторная группа	347,0	10,4
2		Рама тепловоза с кузовом	232,90	10,8
3		Электрооборудование	109,65	7,2
4		Обслуживающий вес	72,0	11,2
5		Охлаждающее устройство	50,60	15,1
6		Силовое оборудование	21,20	12,3
7		Системы тепловоза	17,20	10,7
8		Вспомогательное оборудование	10,35	12,4
9		Системы дизеля	8,0	14,2
10		Вес тележки	265,0	-
11		Неподрессоренный вес тепловоза	161,30	-
12		Плечо от средней оси тележки до УЦМ, а0, м	-	4,6

Рекомендуемая литература
1. Кононов В.Е. Справочник машиниста тепловоза/В.Е.Кононов , А.В. Скалин . -М.:Транспорт,1993.-256 с.

2. Нотик З.Х. Тепловозы ЧМЭ3,ЧМЭ3Т Т.-М.: Транспорт, 1990. - 381с.

3. Пассажирский тепловоз ТЭП60/Г.А.Жилин,М.С.Малинов, А.М.Родов и др. 3-е изд.,перераб. и доп.-М.:Транспорт, 1976. - 376с.

4. Пассажирский тепловоз ТЭП70/ В.Г.Быков, Б.Н.Морошкин, Р.Г.Серделевич и др.-М:Транспорт, 1976. - 232 с.

5.Пойда А.А. Тепловозы. Механическое оборудование. Устройство и ремонт/ А.А.Пойда,Н.М., Хуторянский, В.Е.Кононов . -М.:Транспорт , 1988. - 320с.

6. Синенко Н.П. Тепловоз ТЭ3/Н.П. Синенко Н,Е.Г. Заславский -М.: Транспорт,1986.-215 с.

7. Тепловоз 2ТЭ10Л / В.Р. Степанов, В.А. Береза, В.Е. Верхогляд и др. 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1974. – 320 с.

8. Тепловозы ТЭМ1 и ТЭМ2/ П.М Аронов , В.А Бажинов,Д.А. Батурова и др. 2-е изд. испр. и доп.-М.:Транспорт,1978. - 278с.

9. Тепловозы 2ТЭ10В: Руководство по эксплуатации и обслуживанию.-М.:Транспорт ,1975. - 432 с.

10. Тепловозы: Основы теории и конструкции: Учебник для техникумов ж.-д. трансп./В.Д.Кузмич, И.Г.Бородулин , Э.А. Пахомов, Г.М. Русаков . Под ред. В.Д.Кузьмича.-М.:Транспорт,1982. – 317с.

11. Филонов С.П. Тепловоз 2ТЭ116/С.П., Филонов, В.Е., Быковский,В.Е Верхогляд и др. 2-е изд. перераб. и доп.-М.:Транспорт, 1985.-328 с.

12. Филонов С.П. Тепловоз М62/С.П. Филонов, В.И. Биденко, А.Е. Зиборов и др.-М.:Транспорт,1977.-280 с.

13. Филонов С.П. Тепловозы 2ТЭ10М и 3ТЭ10М/С.П.Филонов, А.Е.Зиборов,В.В. Ренкунас и др.-М.:Транспорт,1986. - 288с.


ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ …...……..………………………………………………………..3

1.Контрольная работа №1……………..…………………………………..4

Устройство локомотива

2.Контрольная работа №2…………...…………………………………….5

Расчет эксплуатируемого парка локомотивов

3.Курсовая работа №1…………………………………………...…………8

Расчет основных характеристик дизеля и электрической передачи мощности тепловоза

4.Курсовая работа №2……………………………………….……………19

Исследование экипажной части локомотива

Приложение 1………………………………………………………………..36

Приложение 2………………………………………………………………..37

Рекомендуемая литература .……………………………………………...41

ОГЛАВЛЕНИЕ…...…………………………………………...……………...42



<предыдущая страница