1. Компоновка оборудования на электровозе

Предварительная компоновка состоит в том, что после выбора и определения основных габаритных размеров силовой электроники, тяговой передачи, вспомогательных механизмов все эти узлы и оборудование увязывают между собой. Окончательная задача компоновки – рациональное размещение оборудования внутри кузова и подкузовных частей электровоза, что бы обеспечить примерное равенство нагрузок на тележки.

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

- наиболее тяжелые узлы ( трансформатор, выпрямитель – инверторный преобразователь) размещают в средней части главной рамы электровоза, чем предопределяется примерное равномерное нагружение тележек локомотива;

- высоковольтная камера, размещается радом с кабиной машиниста;

- вспомогательные электрические машины на многих сериях магистральных электровозов устанавливают сверху, в зоне где обеспечивается более свободный доступ локомотивной бригаде и ремонтного персонала при обслуживании и ремонте этих электрических машин, при этом упрощается компоновочная схема вспомогательного оборудования электровоза;

При выполнении этой части курсового проектирования необходимо выполнить продольную развеску, с помощью которой оценивается правильность выполнения компоновки оборудования на электровозе.

1.2 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 электровоза можно ограничиться выбором наиболее крупных по весогабаритным характеристикам узлов, составляющих верхнее строение локомотива. К числу таких узлов относятся: трансформатор, блоки силовой электроники, высоковольтная камера, блок тормозного оборудования, кузов с кабинами машиниста, главная рама и вспомогательное оборудование, такое как аккумуляторные батареи, вспомогательные машины.

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

В таблице 1.1 приведены примерные веса основных узлов и оборудования магистральных электровозов, конкретная серия которого выбирается студентом по номеру варианта.

Для выполнения развески используется схема (эскиз) первоначального расположения узлов и оборудования, т.е. ранее выполненная компоновка (см. рис. 1.1).

Может быть рекомендована следующая последовательность выполнения развески проектируемого электровоза:

- вес каждого i-го узла представляется в виде вектора силы тяжести приложенного в его центре тяжести и обозначается G_i (веса тележек в развеске не участвуют);

- ось моментов Z (см. рис. 1.1) совмещается с осью передней автосцепки электровоза; ось X – 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, что бы, например, величине G₅ соответствовало расстояние l₅ и т.д.;

-составляется весовая ведомость электровоза, которую нужно представить в табличной форме, аналогичной таблице 1.2, с помощью которой определяется вес строения электровоза ∑G_i и суммарный момент сил тяжести ∑М_i;

Рис. 1.1. Схема расположения основных узлов на магистральном электровозе

Таблица 1.1

Примерные веса основных узлов и оборудования одной секции серийных электровозов, в кН

№ варианта	Серия электровоза	Трансформатор	Главная рама электровоза	Кузов	Кабина машиниста	Тормозной компрессор с приводом	Выпрямитель/ВИП	АИН	Мотор-генератор / вспомогательный генератор	Мотр-вентилятор / вентилятор	Высоковольтная камера	Аккумуляторная батарея	Блок управления	Тележка в сборе
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Таблица 1,2

Весовая ведомость проектируемого электровоза

№ п/п	Наименование узла или оборудования	Вес Gi, кН	Плечо li, м	Момент Мi, кН∙м	Примечание
1	Трансформатор
2	Главная рама
3
10
	Итого	∑Gi		∑Мi

- определяется координата X_цт центра тяжести верхнего строения электровоза по следующей формуле, м

(1.1)

где ∑М_i - суммарный момент сил тяжести узлов и оборудования, входящих в верхнее строение электровоза, кН∙м

(1.2)

где - вес верхнего строения электровоза, кН;

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

n – количество узлов и оборудования, составляющих верхнее строение локомотива.

Как отмечалось ранее, основная задача развески электровоза – обеспечить более или менее равномерное распределение нагрузок на колесные пары (и тележки!) локомотива. В практике проектирования электровоза принят допуск на неравномерность распределения нагрузок по колесным парам тележки равный ±3%.

Для определения нагрузок на тележки используют уравнение статики. Раму электровоза представляют в виде балки, расположенной на двух мнимых опорах (центры шкворней). Нагрузки на тележки заменяют реакциями Р_А и Р_Б мнимых опор (рис.1.2 ). На схеме также указываются геометрическая середина электровоза ( L_Т/2) и координата Х_цт центра тяжести ∑G_i верхнего строения электровоза, а также вектор силы тяжести ∑G_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.

В соответствии со схемой сил, показанной на рис. 1.2, уравнение проекций всех сил на вертикальную ось ординат Z будет иметь вид

Р_А + Р_Б - ∑G_i = 0 (1,3)

Уравнение моментов этих сил относительно точки «о» ( см. рис. 1.2)

Р_А ∙ l_А + Р_Б∙ l_Б - ∑G_i ∙ Х_цт = 0 (1.4)

где Р_А и Р_Б – реакции в мнимых опорах тележек, вызванные действием силы тяжести (веса) ∑G_i верхнего строения электровоза, кН;

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

Из рис. 1.2 также следует, что

l_б = l_Б - l_А, (1.5)

где l_б – база проектируемого электровоза, м.

Совместным решением уравнений (1.3) и (1.4) находятся значения реакций Р_А и Р_Б в в мнимых опорах тележек.

По нормам, применяемых при проектировании электровозов, неравномерность распределения нагрузок по колесным парам разных тележек не должна превышать величины ±0,03. При этом принимается, что колесные пары одной тележки имеют одинаковое нагружение.

Р_А Р_Б

Рис. 1.2. Схема для определения неравномерности распределения нагрузок по тележкам локомотива

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

(1,5)

где - нагрузка от каждой из колесных пар первой (по ходу) тележки, кН

(1.6)

где - вес тележки электровоза, кН;

- количество осей в тележке, кН;

- нагрузка от каждой из колесных пар второй тележки, кН

(1.7)

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

(1.8)

где - число сцепных осей локомотива.

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

(1.9)

Если неравномерность распределения нагрузок , определенная по формуле (1.7), превышает нормативную величину ±0,03 (3%), компоновку проектируемого электровоза надо изменить. В этом случае целесообразно передвинуть наиболее тяжелые узлы, в сторону геометрического центра верхнего строения электровоза и тем самым уменьшить величину . Вновь составляется весовая ведомость и определяется координата центра тяжести проектируемого электровоза.

Задание:

Произвести развеску оборудования проектируемого электровоза. Наименование оборудования, его вес в соответствии с вариантом задания, представлены в таблице 1.1.