2.Определение тягово-энергетических параметров тепловоза

2.1. Определение касательной мощности тепловоза

Касательная мощность тепловоза с электрической передачей постоянного тока определяется, кВт:

, (2.1)

. (2.2)

где – количество секции тепловоза соответственно серийного и расчетного;

– эффективная мощность серийного тепловоза, кВт;

– мощность тягового генератора (ТГ) расчетного тепловоза, кВт;

– коэффициент полезного действия (КПД) ТГ серийного тепловоза;

– КПД тягового электродвигателя (ТЭД) соответственно серийного и расчетного тепловозов;

– КПД тягового редуктора соответственно серийного и расчетного тепловозов;

– КПД вспомогательного оборудования соответственно серийного и расчетного тепловозов.

КПД вспомогательного оборудования с достаточной степенью точности может быть определен по эмпирическому выражению:

, (2.3)

_,

_.

кВт,

кВт.

КПД передачи тепловоза определяется по формуле:

, (2.4)

, (2.5)

,

.

Эффективная мощность расчетного тепловоза, кВт;

, (2.6)

кВт.

Мощность энергетической установки, затраченная на собственные нужды как серийного так и расчетного тепловозов, то есть мощность, затраченная на привод вспомогательного оборудования, может быть определена по формуле:

, (2.7)

кВт,

кВт.

2.2. Расчет и построение электромеханических характеристик тэд и тяговой характеристики тепловоза

Скоростные характеристики ТЭД серийного и расчетного тепловозов могут быть построены по эмпирическому выражению:

, (2.8)

где а, b – коэффициенты регрессии;

– частота вращения якоря ТЭД, мин^-1;

– ток якоря ТЭД, А.

Тип ТЭД ЭД-118А.

Значения коэффициентов регрессии для серийного тепловоза 2ТЭ10М и для трех режимов его работы в условиях эксплуатации равны следующим:

при полном возбуждении –

а = 349710,

b = -63,35.

при 1-й ступени ослабления возбуждения –

а = 491864,

b = -102.49.

при 2-й ступени ослабления возбуждения –

а = 764229,

b = -42,45.

Характеристики крутящего момента на валу тяговых двигателей должны рассчитаны по выражению, Н·м:

, (2.9)

, (2.10)

где – номинальная мощность ТЭД серийного и расчетного тепловозов, кВт;

– частота вращения якоря ТЭД для заданного значения тока якоря, мин^-1.

Мощность ТЭД расчетного тепловоза, кВт,

, (2.11)

где – количество ТЭД на тепловозе.

кВт.

кВт.

Построение электромеханических характеристик тяговых двигателей выполняется для ряда значений тока, изменяющегося в пределах от I_min до I_max с шагом ΔI. Результаты выполненных расчетов представлены в виде табл.

1. (в числителе приводятся параметры электромеханических характеристик серийного тепловоза, в знаменателе – для расчетного тепловоза).

По данным табл. 2 построим электромеханические характеристики тяговых двигателей серийного и расчетного тепловозов (рис. 2.1).

Для всех значений тока тягового двигателя и соответствующих им частотам вращения и крутящим моментам на валу тягового двигателя, рассчитываются параметры тяговой характеристики серийного и расчетного тепловозов для каждого режима работы электрической передачи по выражениям:

, (2.12)

, (2.13)

или по выражению,

, (2.14)

где – передаточное отношение тягового редуктора колесно-моторного блока (КМБ) тепловоза μ=4,41,

– количество колесно-моторных блоков =6.

Таблица 1.

Результаты расчета параметров электромеханических характеристик ТЭД серийного и расчетного тепловозов

Ток двигателя Iтэд, А	Частоат вращения , мин-1			Крутящий момент , Н·м
	ПП	ОП1	ОП2	ПП	ОП1	ОП2
1	2	3	4	5	6	7
Imin = 335	981 981	1366 1366	2239 2239	3248 2939	2332 2110	1422 1287
I2 = 385	845 845	1175 1175	1943 1943	3769 3411	2710 2453	1639 1484
I3 =435	740 740	1028 1028	1714 1714	4300 3892	3097 2803	1858 1681
I4 = 485	658 658	912 912	1533 1533	4842 4382	3493 3161	2077 1880
I5 = 535	590 590	817 817	1386 1386	5395 4882	3899 3528	2298 2079
I6 = 585	535 535	738 738	1264 1264	5959 5393	4313 3904	2520 2280
I7 = 635	487 487	672 672	1161 1161	6534 5914	4738 4288	2743 2482
I7 = 685	447 447	615 615	1073 1073	7122 6445	5174 4682	2967 2686
1	2	3	4	5	6	7
I8 = 735	412 412	567 567	997 997	7721 6988	5620 5086	3193 2890
I9 = 785	382 382	524 524	931 931	8334 7542	6077 5499	3420 3095
I10 = 835	355 355	487 487	873 873	8959 8108	6545 5923	3649 3302
Imax =935	332 332	453 453	821 821	9598 8686	7026 6358	3879 3510

Рис. 2.1. Электромеханические характеристики ТЭД серийного и расчетного тепловозов:

1 -характеристики крутящего момента на валу колесной пар(для серийного); 2-характеристики крутящего момента на валу колесной пар(для расчетного); 3 – скоростные характеристики .характеристики крутящего момента на валу колесной пар.

В общем случае для многосекционного тепловоза касательная сила тяги должна быть определена по выражению, Н:

, (2.15)

Очевидно, что максимальная касательную силу тяги локомотив будет развивать, если:

, (2.16)

Если условие (2.16) справедливо, то с учетом (2.13 – 2.15) тяговая характеристика тепловоза, то есть зависимость F_k = f(V) может быть построена по выражению:

, (2.17)

Тяговая характеристика строится по выражению (2.17) для номинальной мощности дизеля серийного и расчетного тепловозов для трех режимов работы электрической силовой передачи в диапазоне скоростей движения поезда от V = 0 до V = V_кон. Расчет тяговой характеристики тепловоза выполнен по форме табл. 1.2, по результатам которой строятся зависимости F_k = f(V) для серийного и расчетного тепловозов.

Таблица 2.

Построение тяговой характеристики серийного и проектируемого

тепловозов.

Ток двигателя Iтэд , А	Скорость , км/ч			Касательная сила тяги , Н
	ПП	ОП1	ОП2	ПП	ОП1	ОП2
1	2	3	4	5	6	7
Imin = 335	44 44	61,2 61,2	100 100	159600 144400	114600 103700	69900 63260
I2 = 385	37,9 37,9	52,7 52,7	87 87	185200 167600	133200 120500	80560 72910
1	2	3	4	5	6	7
I3 = 435	33,2 33,2	46,1 46,1	76,9 76,9	211300 191200	152200 137700	91280 82610
I4 = 485	29,5 29,5	40,9 40,9	68,7 68,7	237900 215300	171700 155400	102100 92370
I5 = 535	26,5 26,5	36,6 36,6	62,2 62,2	265100 239900	191600 173400	112900 102200
I6 = 585	24 24	33,1 33,1	56,7 56,7	292800 265000	212000 191800	123800 112100
I7 = 635	21,8 21,8	30,1 30,1	52,1 52,1	321100 290600	232800 210700	134800 122000
I8 = 685	20,1 20,1	27,6 27,6	48,2 48,2	350000 316700	254200 230100	145800 132000
I9 = 735	18,5 18,5	25,4 25,4	44,7 44,7	379400 343400	276100 249900	156900 142000
I10 = 785	17,1 17,1	23,5 23,5	41,7 41,7	409500 370600	298600 270200	168100 152100
I11 = 835	16 16	21,8 21,8	39,2 39,2	440300 398400	321600 291100	179300 162300
I12 = 885	14,9 14,9	20,3 20,3	36,8 36,8	471600 426800	345200 312400	190600 172500
Imax=935	14 14	19 19	34,834,8	503700 455900	369500 334400	202000 182800

На построенные тяговые характеристики тепловозов необходимо нанести характеристики ограничения,

– по максимальной силе тяги (ограничение по сцеплению), Н

, (2.18)

где – сцепной вес тепловоза, или секции тепловоза (кН) и расчетный коэффициент сцепления, соответственно.Р_сц=1265 кН.

– по конструкционной скорости движения тепловоза, км/ч;

– по расчетной, касательной силе тяги, соответствующей расчетной скорости движения тепловоза, Н.

При расчете характеристики ограничения по сцеплению величина коэффициента сцепления рассчитывается по формуле:

, (2.19)

3

V_p

км/ч

V

Рис. 2.2. Тяговые характеристики серийного и расчетного тепловозов 2ТЭ10М.

1- тяговая характеристика серийного тепловоза;2- тяговая характеристика расчетного тепловоза.

Таблица 2.3

Ограничение силы тяги по сцеплению

Скорость V, км/ч	Коэффициент сцепления ψк	Сила тяги Fсц , Н
0	0,3	557700
5	0,272	505600
10	0,251	467500
15	0,236	438300
20	0,223	415300
25	0,213	396600

Выполненные расчеты позволяют, используя правила тяговых расчетов, определить изменение веса состава поезда при изменении эффективной мощности дизеля выходной мощности тягового генератора тепловоза, кН:

, (2.20)

где – силы тяги при расчетной скорости движения серийного и расчетного тепловозов, кН;

– основное удельное сопротивление движению тепловоза и вагонов, Н/кН;

i_p – крутизна расчетного подъема профиля пути, ‰.

При расчете отклонения веса состава по выражению (1.20) предположим, что состав поезда состоит из четырехосных груженых вагонов и поезд движется на расчетном подъеме (9 ‰) с расчетной скоростью 23,4 км/ч. Основное удельное сопротивление движению тепловоза и вагонов определяется по правилам тяговых расчетов, Н/кН:

, (2.21)

, (2.22)

где q₀ – нагрузка на ось вагонов, т/ось;

, (1.23)

где q_бр – масса вагона брутто, q_бр=72 т,

n_ос – количество осей вагона n_ос=4.

Н

Н

т/ось,

Н/кН,

Н/кН,

кН.

Отклонение веса подвижного состава при изменении касательной силы тяги есть.