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 Рсц, 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 Рсц 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 Рсц зависит от допустимой статической нагрузки от оси на рельсы [ 2П ], числа осей секции локомотива noc 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);
|
|
nос - число сцепных осей секции; принимается в соответствии с колесной формулой локомотива - аналога (серийный тепловоз, наиболее близкий к проектируемому по эффективной мощности Nе, типу передачи и роду службы).
1.2 Диаметр движущих, колес Дк определяется величиной допустимых контактных напряжений на единицу длины диаметра колеса, мм:
Дк , (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 Дк 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 Дк принимается равной 950 мм.
Необходимо отметить, что диаметр движущих колес - важнейший тяговый и конструктивный параметр проектируемого локомотива. С одной стороны увеличение Дк, 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 Дк 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 LТ (рис.1) пропорциональна эффективной мощности силовой установки Nе. Ее окончательная величина устанавливается в процессе компоновки оборудования проектируемого тепловоза.
Предварительно величина LТ может быть определена с помощью следующих эмпирических зависимостей, мм:
LТ=Nе(27 - 0,011∙Nе) при Nе 1000 кВт;
LТ= Nе(13 - 0,0012∙Nе) при Nе=1000-3000 кВт; (3)
Lт=7·Ne(1 - 6∙10-5∙Nе) при Nе 3000 кВт,
где Nе - эффективная мощность одной секции тепловоза, кВт (из задания).
При предварительной оценке длины секции тепловоза необходимо руководствоваться следующими положениями: максимальная длина секции LТmах ограничивается техническими требованиями на длину ремонтных стойл депо и минимальным радиусом кривых на участках обращения локомотива, а минимальная длина секции LТmin –прочностью верхнего строения пути и искусственных сооружений (например, мостов).
Таким образом, при проектировании локомотива должно быть выполнено следующее условие:
LТmin LТ LТmах. (4)
Минимальная длина секции тепловоза Lтmin может быть определена из следующего выражения, мм:
LТmin=1000·Рсц / , (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 LТmах 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 LТmах устанавливается не более 14500 мм.
1.4 База секции тепловоза lб – 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 lб может быть установлена из следующего выражения, мм:
lб=е·LТ, (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)
nk·lk+lмаш +lхол=nТ·lТ+2·lсв+lмт, (7)
где lk - длина кабины машиниста, мм;
lмаш - длина машинного отделения, мм;
lхол - длина холодильника, мм;
lТ - длина тележки, мм;
lсв - длина свеса рамы локомотива относительно наружных габаритов тележки, мм;
lмт - длина межтележечного пространства, мм;
nk - число кабин машиниста секции тепловоза;
nТ - число тележек секции тепловоза.
Длина машинного отделения lмаш зависит от мощности и габаритных размеров силовой установки (дизель-генератора или дизель-гидропередачи) тепловоза, м:
lмаш= , (8)
где Nе - эффективная мощность силовой установки локомотива, кВт (из задания).
Рис. 1. Габаритный баланс локомотива
Длина кабины машиниста lк с учетом норм техники безопасности и производственной санитарии может быть принята равной lк = 2 м.
Длина тележки lТ зависит в первую очередь от осевой формулы, а также типа привода колесных пар и эффективной мощности силовой установки.
В первом приближении длину тележки lт можно определить из следующего выражения, м:
lТ=(1,7÷1,9)∙no, (9)
где no - число сцепных осей в тележке.
При традиционной компоновке охлаждающих устройств дизеля тепловоза в виде шахты холодильника с вентиляторами охлаждения ориентировочная длина холодильника lхол может быть определена из следующего эмпирического выражения, м:
|
|
l хол=5,6∙10-4·Ne +1,14, (10)
где Nе - эффективная мощность силовой установки локомотива, кВт (из задания).
Длину одного свеса рамы локомотива lсв можно принимать равной lсв = 1,25 м.
Длина межтележечного пространства lмт зависит от емкости топливного бака тепловоза и первоначально может быть определена из уравнения (7), м:
lмт = nk·lk + lмаш+ lхол- nТ·lТ - 2∙lсв (11)
При выполнении окончательной компоновки оборудования на тепловозе (пункт 3.2) величина lмт может быть уточнена.
1.6. Ширина и высота проектируемого тепловоза. Максимальная ширина строительного очертания локомотива Вл ограничена габаритом подвижного состава 1-Т (ГОСТ 9238-83) и может быть принята равной Вл =3400 мм.
Высота строительного очертания тепловоза Нл определяется от уровня верха головки рельса. В соответствии с габаритом подвижного состава 1-Т максимальное значение величины Нл составляет Нл =5300 мм.