8.2. Построение тяговых и токовых характеристик локомотивов

Тяговой характеристикой локомотива называют графическую за­висимость касательной силы тяги F_K от скорости движения V при уста­новившихся режимах на разных позициях регулирования (позициях контроллера машиниста).

Токовая характеристика представляет графическую зависимость тока электровоза I_Э или тока тягового генератора (ТГ) тепловоза I_Г, от скорости V при установившихся режимах на разных позициях контрол­лера машиниста.

Тяговые и токовые характеристики необходимы для расчетов дви­жения поездов, перегрева обмоток тяговых электрических машин, рас­хода энергии локомотивами на перемещение поездов. Наиболее точно эти зависимости определяют экспериментальным путем, в процессе специальных испытаний локомотивов. Полученные графики F_K=f(V) и I=f(V) официально регламентируют «Правилами тяговых расчетов для поездной работы» (ПТР) [13].

Па стадии проектирования локомотивов указанные зависимости F_K=f(V) и I=f(V) можно построить по электротяговым характеристикам. Для этого необходимо пересчитать данные таблицы 7.5, а именно:

а) определить значения тока локомотива по величинам тока ТЭД:

- ток тягового генератора тепловоза I_Г, - по формуле (7.9);

- ток электровоза по формуле I_Э=P_ГР I_Д, А

где Р_ГР - число параллельных групп ТЭД, которое на ходовых по­зициях "П" составляет Р_ГР =3 при n_ос=6 и Р_ГР =4 при n_ос=8;

б) определить значения касательной силы тяги локомотида F_К по величинам силы тяги ТЭД F_КД используя уравнение (8.2).

Подученные результаты занести в таблицу 8.2.

Построение рабочих характеристик электровоза можно прово­дить в следующей последовательности (рис.8.3, а-б).

1. По данным таблицы 8.2 построить графики I_Э=f(V) и F_K=f(V) при разных режимах ослабления возбуждения.

2. Нанести на график I_Э=f(V), полученный для режима ПП, точку, соответствующую номинальной (часовой) силе тока электровоза I_Ч⁼Р_ГРI_ДН. определить скорость часового режима V_Ч, а далее - часовую силу тяги F_KЧ по кривой F_K=f(V) для режима ПП.

3. Рассчитать ток электровоза в продолжительном режиме работы

I_ДЛ=I_Ч K_ВЕНТ, А,

(8.9)

где K_ВЕНТ - коэффициент вентиляции ТЭД, равный 0,85-0,95 [11].

По графику I_Э=f(V) для режима ПП определить скорость продол­жительного режима V_ДЛ, а по кривой F_K=f(V) - длительную силу тяги F_КДЛ.

4. Рассчитать наибольший допустимый ток электровоза

I_Эmax=1,5 I_ЭЧ, А [12]

(8.10)

и определить соответствующую ему силу тяги F_КДОП; нанести ограни­чения тока I_Эmax и силы тяги F_КДОП на рабочие характеристики электровоза.

5. В поле тяговых характеристик построить ограничения конс­трукционной скорости локомотива V_K и силы тяги по сцеплению F_КСЦ (по таблице 8.1).

Таблица 8.2.

Рабочие характеристики локомотива

IГ, А (IЭ, А)
ПП α =1,00	Fk,kH
	V, км/ч
ОП1, α =…	FK, кН
	V, км/ч
ОП2 α =…	Fk,kH
	V, км/ч

Порядок построения рабочих характеристик тепловоза заключа­ется в следующем (рис.8.3, в-г):

1) В координатах V, I_Г построить линии ограничений максимального I_Гmax и минимального I_Гmin тока ТГ.

2) Рассчитать значения силы тока ТГ, соответствующие автоматическим переходам ТЭД с одного режима возбуждения на другой [4]:

• ток переходов ПП <=> ОП₁, I_ГП-1≈( I_Гmin +I_ГН+160)/2, А; (6.11)

• ток переходов ОП₁, <=> ОП₂ I_Г1-2≈( I_Гmin +1_ГН-20)/2, А. (6.12)

• Используя значения I_ГП-1 и I_Г1-2 построить горизонтальные линии пере­ходов ПП <=> ОП, и ОП, <=> ОП₂.

3. По данным таблицы 8.2 построить график I_Г=f(V) и определить скорости тепловоза V_П-1 и V_1-2, соответствующие переходам ПП<=>ОП₁ и ОП₁<=>ОП₂.

а) токовая характеристика электровоза б) тяговая характеристика электровоза

в) токовая характеристика тепловоза г) тяговая характеристика тепловоза

Рис.8.3. Рабочие характеристики электровоза (а,б) и тепловоза (в,г)

I_Эmax (I_Гmax) - ограничение максимального тока локомотива;

F_КДОП - ограничение силы тяги по максимальному току; 1_этах (1,_тах);

F_КСЦ - ограничение силы тяги по сцеплению;

V_K - ограничение конструкционной скорости

4) Используя данные таблицы 8.2 и токовую характеристику I_Г⁼f(V), построить тяговую характеристику тепловоза F_K=f(V); показать ограничения силы тяги по максимальному току ТГ F_КДОП и по сцеплению F_КСЦ (таблица 8.1), а также ограничение конструкционной скорости теп­ловоза V_K.

5) По графику I_Г=f(V) определить скорость продолжительного ре­жима тепловоза V_ДЛ соответствующую номинальной силе тока ТГ I_ГН, a по значению V_ДЛ - длительную силу тяги тепловоза F_КДЛ.

Полученные значения основных технических параметров локомо­тива следует внести в таблицу 8.3.

Таблица 8.3.

Основные технические параметры локомотива (электровоз)

Режим работы	Параметры		Ограни-чения
	сила тяги, кН	скорость, км/ч
1) Продолжительный	FКДЛ = 1 кдл	VДЛ=	----
2) Часовой	FКЧ=	VЧ=	----
3) Расчетный	FКР= 1 кр	VР=
4) Трогание с места	FКТР= 1 кто	----
Основные технические параметры локомотива (тепловоз)
Режим работы	Параметры		Ограни­чения
	сила тяги, кН	скорость, км/ч
1) Продолжительный	FКДЛ =	VДЛ=	----
2) Расчетный	FКР=	VР=
3) Трогание с места	FКТР= 1 ктр	----

Расчетным режимом работы локомотива называют режим, харак­теризуемый величинами расчетной силы тяги F_КР и расчетной скорости V_Р. По этим параметрам определяют так называемые расчетные нормы массы составов на участках железных дорог.

Для электровозов постоянного тока параметрами расчетного ре­жима обычно являются координаты точки "порога", образованной пе­ресечением кривых F_КСЦ=f(V) и F_K=f(V), построенной для параллельного соединения и полного возбуждения ТЭД (ходовая позиция «П-ПП»). В этом случае расчетная сила тяги F_КР ограничена по сцеплению колес ло­комотива с рельсами. Если уровень силы сцепления F_КСЦ превышает ог­раничение силы тяги по максимальному току F_КДОП, то расчетная сила тяги ограничивается не сцеплением, а максимальным током электрово­за (такое ограничение характерно для пассажирских электровозов). То­гда можно считать, что F_КР=F_КДОП.

Расчетный режим тепловозов принято устанавливать по парамет­рам продолжительного режима работы тяговых электромашин. Если в результате проектирования тепловоза оказалось, что величина F_КДЛ пре­вышает силу тяги по сцеплению Р_КСЦ при скорости V_ДЛ, то значение рас­четной силы тяги F_КР и расчетной скорости V_Р принимают по точке "по­рога" тяговой характеристики.

Помимо расчетной силы тяги, другим важным параметром локомо­тива является сила тяги при трогании с места F_КТР. Ее величина может быть ограничена по сцеплению либо по максимальному току локомо­тива. Первый случай характерен для грузовых и маневровых локомоти­вах, а второй — для пассажирских.

Значения параметров расчетного режима и трогания, как одни из важнейших характеристик локомотивов, нормируются ПТР [13].