3.2 Компоновка оборудования на тепловозе

Предварительная компоновка состоит в том, что после выбора и определения основных габаритных размеров дизеля, тяговой передачи, вспомогательных механизмов все эти узлы и оборудование увязывают между собой. Окончательная задача компоновки - рациональное размещение оборудования внутри кузова и подкузовных частей тепловоза, чтобы обеспечить примерное равенство нагрузок на тележки или колесные пары нетележечного проектируемого тепловоза.

Отметим основные закономерности и требования, которые обычно выполняются при проектировании тепловозов:

- наиболее тяжелые узлы (дизель-генератор) размещают в средней части главной рамы тепловоза, чем предопределяется примерно равномерное нагружение тележек локомотива:

- шахту холодильника с главными вентиляторами охлаждения размещают в задней части кузова магистрального тепловоза; расположение главных вентиляторов охлаждения может быть в элементах крыши при их электрическом или гидростатическом приводе (тепловозы ТЭП60, ТЭП70, 2ТЭ116, 2ТЭ121) или на главной раме при механическом и гидромеханическом приводе (ТЭ3, ТЭМ2, 2ТЭ10 (всех модификаций), ТЭМ7, 2М62У, ТГМ6, ТГМ4 и др.)

- высоковольтная камера (и выпрямительная установка) размещается рядом с кабиной машиниста; для односекционных магистральных тепловозов с двумя кабинами передней кабиной (частью) является та, рядом с которой установлена высоковольтная камера;

- топливный бак размещают между тележек в средней части главной рамы. В боковые ниши топливного бака устанавливают аккумуляторную батарею;

- вспомогательные электрические машины (стартер-генератор, возбудитель, вспомогательный генератор) на многих сериях магистральных тепловозов (например, 2М62У, ТЭП60, ТЭП70, ТЭП70БС, 2ТЭ116) устанавливают сверху на корпусе статора тягового генератора, чем обеспечивается более свободный доступ локомотивной бригаде и ремонтного персонала при обслуживании и ремонте этих электрических машин, при этом упрощается компоновочная схема вспомогательного оборудования тепловоза.

3.3. Развеска оборудования локомотива

Развеска позволяет определить положение центра тяжести верхнего (надтележечного) строения локомотива и распределение нагрузок по его тележкам и (или) колесным парам.

При выполнении развески проектируемого тепловоза можно ограничиться выбором наиболее крупных по весогабаритным характеристикам узлов, составляющих верхнее строение локомотива. К числу таких узлов относятся: дизель, тяговый генератор и выпрямительная установка (или гидродинамическая передача), кузов с кабинами машиниста, главная рама и вспомогательные механизмы.

При определении весогабаритных характеристик основных узлов и оборудования следует ориентироваться на аналогичные параметры тепловоза-прототипа.

В таблице 1 приведены весовые характеристики основных узлов и оборудования основных серий отечественных магистральных и маневровых локомотивов.

Для выполнения развески используется схема (эскиз) первоначального расположения узлов и оборудования, т.е. ранее выполненная компоновка (см. рис.5 ).

Может быть рекомендована следующая последовательность выполнения развески проектируемого тепловоза:

- вес каждого i-го узла представляется в виде вектора силы тяжести приложенного в его центре тяжести и Рис.5

обозначается G_i;

- ось моментов Z (см. рис. 5) совмещается с осью передней автосцепки тепловоза; ось Х – с головками рельсов колеи;

- на схеме компоновки отмечаются расстояния от векторов сил тяжести узлов G_i до оси моментов Z и обозначаются l_i ; желательно, чтобы, например, величине G₅ соответствовало расстояние l₅ и т.д.;

-составляется весовая ведомость тепловоза, которую желательно представить в табличной форме, аналогичной таблице 2, с помощью которой определяются вес верхнего строения тепловоза _i и суммарный момент сил тяжести _i ;

- определяется координата Х_цт центра тяжести верхнего строения тепловоза по следующей формуле, м:

(12)

где _i - суммарный момент сил тяжести узлов и оборудования, входящих в верхнее строение тепловоза, кН :

где – вес верхнего строения тепловоза, кН;

l_i - плечо приложения силы тяжести i-ого узла относительно оси моментов Z;

n - количество узлов и оборудования, составляющих вер нее строение локомотива.

Как отмечалось ранее, основная задача развески тепловоза - обеспечить более или менее равномерное распределение нагрузок на колесные пары (и тележки!) локомотива. В практике проектирования тепловозов принят допуск на неравномерность распределения нагрузок по колесным парам тележки равный %.

Для определения нагрузок на тележки используют уравнения статики. Раму тепловоза представляют в виде балки, расположенной на двух мнимых опорах (центры шкворней). Нагрузки на тележки заменяют реакциями Р_А и Р_Б мнимых опор (рис.6). На схеме также указываются геометрическая середина тепловоза ( L_Т/2) и координата Х_цт центра тяжести _i верхнего строения тепловоза, а также вектор силы тяжести _I.

Для нахождения двух неизвестных величин Р_А и Р_Б составляют два уравнения статики: уравнение проекций всех сил на вертикаль Z (ось ординат) и уравнение моментов этих сил относительно оси Z.

Таблица 2

Весовая ведомость проектируемого тепловоза

№ п/п	Наименование узла или оборудования	Вес Gi, кН	Плечо li, м	Момент Мi, кН·м	Примечание
1. . . . . . . . . n	Дизель-генератор
	Итого:	i		i

В соответствии со схемой сил, показанной на рис.6 , уравнение проекций всех сил на вертикальную ось ординат Z будет иметь вид:

Р_А + Р_Б - =0. (14)

Уравнение моментов этих сил относительно точки «о» (см. рис.6 ):

Р_А + Р_Б - =0 , (15)

где Р_А, Р_Б – реакции в мнимых опорах тележек, вызванные действием силы тяжести (веса) _i верхнего строения тепловоза, кН;

l_A,l_Б - расстояния от оси моментов Z до мнимых опор А первой (по ходу) и Б второй тележек, м.

Из рис.6 также следует, что

l_б = l_A + l_Б, ( 16)

где l_б – база проектного тепловоза, м.

Совместным решением уравнений (14) и (15) находятся значения реакций Р_А и Р_Б в мнимых опорах тележек.

По нормам, применяемых при проектировании тепловозов, неравномерность распределения нагрузок по колесным парам разных тележек не должна превышать величины . При этом принимается, что колесные пары одной тележки имеют одинаковое нагружение.

Рис. 6. Схема для определения неравномерности распределения нагрузок по тележкам локомотива

В этом случае величина может быть определена из следующего выражения, кН:

= , (17)

где 2П₁ – нагрузка от каждой из колесных пар первой (по ходу) тележки, кН:

, (18)

где G_Т –вес тележки тепловоза, кН;

n_Т – количество осей в тележке, кН;

2П₂ – нагрузка от каждой из колесных пар второй тележки, кН:

. (19)

2П - нагрузка от колесной пары на рельсы при равномерном распределении нагрузок по колесным парам тепловоза (случай идеальной компоновки, когда Х_цт=L_Т/2), кН:

, (20)

где Р_сц- сцепной вес локомотива, кН;

n_o- число сцепных осей локомотива.

Несовпадение центра тяжести Х_цт и геометрического центра тяжести верхнего строения тепловоза можно определить из выражения, мм:

= . (21)

Если неравномерность распределения нагрузок , определенная по формуле (10), превышает нормативную величину (3%), компоновку проектируемого тепловоза надо изменить. В этом случае целесообразно передвинуть наиболее тяжелые узлы, например, дизель-генератор в сторону геометрического центра верхнего строения тепловоза и тем самым уменьшить величину . Вновь составляется весовая ведомость и определяется координата Х_цт центра тяжести проектируемого тепловоза.