1.Определение основных параметров тепловоза

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 Р_сц, 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 Р_сц 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 Р_сц зависит от допустимой статической нагрузки от оси на рельсы [2П], числа осей секции локомотива n_oc и рода службы локомотива, кН:

, (1)

P_сц=m∙g, (1)

где а – коэффициент, учитывающий род службы проектируемого тепловоза; можно принять: для грузовых и маневровых тепловозов а=1; [2П] - допустимая статическая нагрузка от оси колесной пары на рельсы, кН;

n_ос- число сцепных осей секции; принимается в соответствии с колесной формулой локомотива - 12

Pсц = 120·9.8

Pсц = 1176кН

1.2 Диаметр движущих, колес Дк определяется величиной допустимых контактных напряжений на единицу длины диаметра колеса, мм:

Д_к , (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.

Д_к ,

Д_к = 1050 мм

Полученная расчетная величина Д_к 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 Д_к принимается равной 950 мм.

Необходимо отметить, что диаметр движущих колес - важнейший тяговый и конструктивный параметр проектируемого локомотива. С одной стороны увеличение Д_к, 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 Д_к 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 L_Т (пропорциональна эффективной мощности силовой установки N_е. Ее окончательная величина устанавливается в процессе компоновки оборудования проектируемого тепловоза.

Предварительно величина L_Т может быть определена с помощью следующих эмпирических зависимостей, мм:

L_Т= N_е(13 - 0,0012∙N_е) при N_е=1000-3000 кВт; (3)

L_Т= 1470(13 - 0,0012∙1470) =16516.92 мм

где N_е- эффективная мощность одной секции тепловоза, кВт .

При предварительной оценке длины секции тепловоза необходимо руководствоваться следующими положениями: максимальная длина секции L_Тmах ограничивается техническими требованиями на длину ремонтных стойл депо и минимальным радиусом кривых на участках обращения локомотива, а минимальная длина секции L_Тmin –прочностью верхнего строения пути и искусственных сооружений (например, мостов).

Минимальная длина секции тепловоза L_Тmin может быть определена из следующего выражения, мм:

L_Тmin=1000·Р_сц / , (4)

L_Тmin=1000 · 1176/73,5 = 16000 мм

где -предельно допустимая нагрузка на 1 метр пути, кН/м; для магистральных железных дорог можно принять =73,5 кН/м

Максимальная длина секции тепловоза L_Тmах 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;

Таким образом, при проектировании локомотива должно быть выполнено следующее условие:

L_Тmin L_Т L_Тmах. (5)

1600 16516.92 22800

1.4 База секции тепловоза l_б – это расстояние между шкворнями (центрами поворота тележек в кривых относительно оси рамы тепловоза) или геометрическими центрами тележек одной секции локомотива

Предварительно, база секции l_б может быть установлена из следующего выражения, мм:

l_б=е_·L_Т , (6)

l_б=0.5_· 16516.92 = 8258.46 мм

где е - эмпирический коэффициент; принимается равный: для тепловозов с трехосными тележками и длиной до 20 м е = 0,5÷0,52 .

1.5 Длина основных элементов кузова и подкузовных частей проектируемого магистрального тепловоза связаны между собой уравнением габаритного баланса локомотива

n_k·l_k+l_маш +l_хол=n_Т·l_Т+2·l_св+l_мт , (7)

где l_k - длина кабины машиниста, мм;

l_маш - длина машинного отделения, мм;

l_хол - длина холодильника, мм;

l_Т - длина тележки, мм;

l_св - длина свеса рамы локомотива относительно наружных габаритов тележки, мм;

l_мт - длина межтележечного пространства, мм;

n_k - число кабин машиниста секции тепловоза;

n_Т - число тележек секции тепловоза.

Длина машинного отделения l_маш зависит от мощности и габаритных размеров силовой установки (дизель-генератора или дизель-гидропередачи) тепловоза, м:

l_маш= , (8)

l_маш = (10^-3 · 1470+ 8,5)/(0,76 – 0,74 · 10^-5 · 1470) = 13.49м

где Nе - эффективная мощность силовой установки локомотива, кВт.

Длина кабины машиниста l_к с учетом норм техники безопасности и производственной санитарии может быть принята равной l_к = 2 м.

Длина тележки l_Т зависит в первую очередь от осевой формулы, а также типа привода колесных пар и эффективной мощности силовой установки.

В первом приближении длину тележки l_т можно определить из следующего выражения, м:

l_Т=(1,7÷1,9)_∙n_o, (9)

где n_o - число сцепных осей в тележке.

l_т = 1,8·3 = 5,4 м

При традиционной компоновке охлаждающих устройств дизеля тепловоза в виде шахты холодильника с вентиляторами охлаждения ориентировочная длина холодильника l_хол может быть определена из следующего эмпирического выражения, м:

l _хол=5,6_∙10^-4·N_e +1,14 , (10)

l _хол=5,6_∙10^-4·1470 +1,14 = 1,9632 м

где Nе - эффективная мощность силовой установки локомотива, кВт.

Длину одного свеса рамы локомотива l_св можно принимать равной

l_св = 1,25 м.

Длина межтележечного пространства l_мт зависит от емкости топливного бака тепловоза и первоначально может быть определена из уравнения (7), м:

l_мт = n_k·l_k + l_маш+ l_хол- n_Т·l_Т - 2∙l_св (11)

l_мт = n_k · l_k + l_маш + l_хол - n_т ·l_т - 2l_св = 1 · 2 + 14,38+ 2,372 - 2 · 5,4 - 2 · 1,25 = 5,452 (м).

1.6. Ширина и высота проектируемого тепловоза. Максимальная ширина строительного очертания локомотива В_л ограничена габаритом подвижного состава 1-Т (ГОСТ 9238-83) и может быть принята равной В_л=3400 мм.

Высота строительного очертания тепловоза Н_л определяется от уровня верха головки рельса. В соответствии с габаритом подвижного состава 1-Т максимальное значение величины Н_л составляет Н_л=5300 мм.