Пример расчета тяговой и экономических характеристик тепловоза

Исходные данные для расчета приведены в табл. 8, которые берутся из прил. 1.

Таблица 8

Технические характеристики тяговых электрических машин

Электрическая машина	Тип	Р, кВт	UДЛ, В	IДЛ, А	nMAX, oб/ мин	h, %
Тяговый генератор	ГП – 311Б
Тяговый электродвигатель	ЭД-118Б					91,5

Расчет и построение электротяговых характеристик тепловоза

Расчет передаточного числа КМБ:

i = 0,19 n_MAX D_K / V_KOH = 0,19 × 2290 × 1,05 / 100 = 4,56.

Используя электромеханические характеристики ТЭД типа ЭД118 Б (рис.5), задаемся значениями тока и определяем М_Di и n_Di и по формулам (52) и (53) производим расчет значений F_Di и V_i (табл. 9). По значениям I_Di, F_Di и V_i производим построение электротяговых характеристик КМБ проектируемого тепловоза (рис. 6).

Таблица 9

Расчет электротяговых характеристик КМБ

Режим работы ТЭД
ПП (a1 = 1)	ОП1 (a2 = 0,6)	ОП2 (a3 = 0,38)
ID, А	MD, кН м	nD, об/мин	FD, кН	V, км/ч	ID, А	MD, кН м	nD, об/мин	FD, кН	V, км/ч	ID, А	MD, кН м	nD, об/мин	FD, кН	V, км/ч
	3,0		25,4			2,2		18,7	55,9		1,5		12,7	77,4
	5,0		42,5	25,8		3,8		32,3	34,4		2,8		23,8	47,3

Продолжение табл. 9

Режим работы ТЭД
ПП (a1 = 1)	ОП1 (a2 = 0,6)	ОП2 (a3 = 0,38)
ID, А	MD, кН м	nD, об/мин	FD, кН	V, км/ч	ID, А	MD, кН м	nD, об/мин	FD, кН	V, км/ч	ID, А	MD, кН м	nD, об/мин	FD, кН	V, км/ч
	7,0		59,5	17,2		5,5		46,7	24,9		4,9			33,5
	9,0		76,5	10,7		7,3			17,2		5,4		45,9	23,6

Расчет и построение тяговой характеристики тепловоза

По электротяговым характеристикам задаемся значениями тока и определяем F_Di и V_i, затем по формуле (54) определяем суммарное значение силы тяги и строим тяговую характеристику тепловоза (рис. 7). Результаты расчетов сводим в табл.10.

Находим скорости перехода ТЭД:

V_ПР^ПП-ОП1 = V_ОБР^ПП-ОП1 i_ОБР / i = 38 × 4,41 / 4,56 = 36,7 км/ч;

V_ПР^ОП1-ОП2 = 62× 4,41 / 4,56 = 60,1 км/ч.

Учитывая, что обратный переход происходит при скорости движения на 10 км/ч меньше, чем прямой, находим:

V_ПР^ОП2-ОП1 = 60,1 – 10 = 50,1 км/ч,

V_ПР^ОП1-ПП = 36,7 – 10 = 26,7 км/ч.

Наносим полученные точки перехода на тяговую характеристику и убираем части тяговой характеристики, не участвующие в реализации силы тяги.

Наносим на тяговую характеристику тепловоза ограничение силы тяги по длительному току: по длительному току ТЭД (табл.7) I_ДЛ = 658 А, по электротяговым характеристикам (рис. 6) находим значение F_D = 38 кН при ПП возбуждения ТЭД. Тогда ограничение силы тяги по длительному току будет равняться: F_ДЛ = 38 × 6 = 228 кН. Откладываем на тяговой характеристике по оси F это значение и проводим линию, параллельную оси V.

Таблица 10

Расчет тяговой характеристики тепловоза

Режим работы ТЭД
ПП (a1 = 1)	ОП1 (a2 = 0,6)	ОП2 (a3 = 0,38)
I, A	FD, кН	V, км/ч	FК,кН	I, A	FD, кН	V, км/ч	FК,кН	I, A	FD, кН	V, км/ч	FК,кН
	25,4		152,4		18,7	55,9	112,2		12,7	77,4	76,2
	42,5	25,8			32,3	34,4	193,8		23,8	47,3	142,8
	59,5	17,2			46,7	24,9			34,0	33,5
	76,5	10,7			62,0	17,2			45,9	23,6

Наносим на тяговую характеристику ограничение по сцеплению колес с рельсами. Для этого задаемся значениями скоростей движения от 0 до 20 км/ч и рассчитываем коэффициенты сцепления:

y_К0 = 0,118 + 4 / (22 + V) = 0,118 + 4 / (22 + 0) = 0,299;

y_К5 = 0,118 + 4 / (22 + 5) = 0,26;

y_К10 = 0,118 + 4 / (22 +10) = 0,243;

y_К15 = 0,118 + 4 / (22 +15) = 0,226;

y_К20 = 0,118 + 4 / (22 +20) = 0,213.

Рассчитываем F_K для найденных значений y_I:

F_СЦ = y_К Р_СЦ; Р_СЦ = 2П m = 230 × 6 = 1380 кН;

F_СЦ0 = 0,229 × 1380 = 412,6 кН;

F_СЦ5 = 0,260 × 1380 = 358 кH;

F_СЦ10 = 0,243 × 1380 = 335 кН;

F_СЦ15 = 0,226 × 1380 = 311 кН;

F_СЦ20 = 0,213 × 1380 = 294,2 кН.

Полученные величины F_{СЦ i} наносим на тяговую характеристику и получаем ограничение по сцеплению F_СЦ = f(V). Точка пересечения кривых позволяет определить скорость движения, при которой осуществляется выход на автоматическую кривую полного использования мощности силовой установки, для нашего случая она равна 23 км/ч.

Расчет и построение экономических характеристик тепловоза

Определим: затраты мощности на вспомогательные нужды

∑N_ВСП = N_e∙ 0,1 = 2200∙ 0,1 = 220 кВт

и часовой расход топлива

В_Ч = b_e N_e = 0,218∙ 2200 = 479,6 кг.

Задаваясь на тяговой характеристике значениями скорости движения тепловоза, определяем F_К; по формулам (62, 63, 64, 65) рассчитываем N_К, В_Ч, h_ПЕР и h_Т (табл. 11) и строим экономические характеристики на формате А4 (рис. 8).

Таблица 11

Расчет экономических характеристик тепловоза

Режимы работы ТЭД

ПП (a = 100 %)

ОП1 (a = 60 %)

ОП2 (a = 38, 25 %)

V, км/ч

FK, кН

NK, кВт

hП, %

hТ, %

V, км/ч

FK, кН

NK, кВт

hП, %

hТ, %

V, км/ч

FK, кН

NK, кВт

hП, %

hТ, %

25.5

24,7

26,4

29,7

Контрольные вопросы

1. От чего зависит количество тепла, отводимое с охлаждающей жидкостью?

2. Какие преимущества дает применение на тепловозе водяной системы

закрытого типа?

3. Как определить поверхность охлаждения радиаторов?

4. От каких параметров зависит коэффициент теплопередачи?

5. Как определяется оптимальный угол наклона лопастей вентилятора охлаждающего устройства?

6. Почему тяговая характеристика тепловоза должна иметь форму гиперболы?

7. С какой целью осуществляется ослабление магнитного потока ТЭД?

8. Как определить скорость перехода работы ТЭД с одного поля на другое?

9. Какой порядок построения тяговой характеристики тепловоза?

10. От каких факторов зависит сила тяги по сцеплению?

11. От чего зависит кпд тепловоза?

12. Как можно повысить касательную мощность тепловоза?

13. Что такое скорость порога тепловоза?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном учебном пособии рассматриваются теоретические вопросы расчета и проектирования основных систем современных тепловозов.

Студенту выдается задание, согласно которому ему необходимо, используя современные технические достижения в области локомотивостроения, разработать: компоновочную схему, охлаждающие устройства, тяговую и экономические характеристики, элементы экипажной части и провести динамическое вписывание проектируемого тепловоза в кривых участках пути.

По каждому из этих разделов в учебном пособии приводится подробная методика и дается пример расчета.

В приложениях учебного пособия изложены необходимые данные для расчета: электромеханические характеристики тяговых электродвигателей, схемы элементов экипажной части, схемы сил, действующих на тележку при движении в кривых участках пути, и алгоритм расчета тягового редуктора с использованием автоматизированной программы АРМ WinTrans.

Приложение 1

Таблица 1

Исходные данные на курсовой проект

Показатель

Условные обозначения

Единица измерения

Последняя цифра шифра

Эффективная мощность ДВС

Ne

кВт

Нагрузка на одну колесную пару

2П

кН

Диаметр колес

DК

м

1,05

1,05

1,05

1,05

1,05

1,05

1,25

1,05

1,05

1,25

Конструкционная скорость

VK

км/ч

Расчетная скорость

VP

км/ч

Тепловоз-образец

–

–

ТЭМ2

ТЭМ7

2ТЭ3

2ТЭ10Л

2ТЭ10М

М62

2ТЭ121

ТЭП60

2ТЭ116

ТЭП70

Приложение 2

Рис.1. Электромеханическая характеристика ТЭД

мощностью 207 кВт

Рис.2. Электромеханическая характеристика ТЭД

мощностью 411 кВт

Продолжение прил. 2

Рис.3. Электромеханическая характеристика ТЭД

мощностью 113 кВт