1. Определение основных параметров тепловоза.

1.1 Касательная полезная мощность

Касательная полезная мощность тепловоза, реализуемая на ободе колёс при условии установившегося движения, определяется по формуле:

N_k=N_e*β*η_n (1.1)

N_k=1400*0,95*0,857=1140 кВт

где N_e – эффективная мощность дизеля, кВт;

β = 0,95–коэффициент, учитывающий затрату мощности на обслуживание локомотива;

η_n – КПД полезного действия передачи.

По данной касательной полезной мощности выбирается тип тепловоза.

Для тепловоза с электрической передачей постоянного или постоянно-переменного тока:

η_n=η_r* η_g* η_зп* η_ву (1.2)

η_n =0,94*0,94*0,98*0,99=0,857

где η_r = 0,93 ÷ 0,95– КПД главного генератора;

η_g = 0,91 ÷ 0,94– КПД тяговых электродвигателей;

η_зп = 0,98– КПД зубчатой передачи;

η_ву = 0,99– КПД выпрямительной установки (если есть).

1.2 Сцепная масса тепловоза

Сцепная масса тепловоза характеризует его способность развивать необходимую силу тяги без проскальзывания колёс по рельсам:

(1.3)

=220*6/9,81=134,56 кг

где 2П – нагрузка от оси на рельсы, кН;

z – число сцепных осей тепловоза;

g = 9,81 м/с² – ускорение силы тяжести.

Число сцепных осей определяется исходя из касательной мощности тепловоза N_k и номинальной мощности тягового электродвигателя Р_ТЭД:

. (1.4)

Принимаем z=6.

1.3 Расчёт и построение тяговой характеристики тепловоза

Сила тяги тепловоза при трогании с места и до пороговой скорости определяется по формуле:

F_ксц=10*_k*M_сц , (1.5)

F_ксц=10*0,33*134,56=444,037

где _k – коэффициент сцепления колёс с рельсами.

Для тепловозов коэффициент сцепления колёс с рельсами:

, (1.6)

где V – скорость движения тепловоза, км/ч.

Для определения значений _k и затем F_ксц необходимо задаться значениями скоростей от 0 до 30 км/ч, с интервалом 5 км/ч.

Результаты расчётов сводятся в таблицу 1.

Таблица 1

Результаты расчета силы тяги ограниченной по условиям сцепления колес с рельсами в функции от скорости

V, км/ч	0	5	10	15	20	25	30
k	0,33	0,29	0,277	0,27	0,266	0,263	0,261
Fксц, кН	444,037	390,214	372,273	363,330	357,92	354,32	351,769

Сила тяги тепловоза при использовании полной мощности дизеля определяется по формуле:

, (1.7)

где N_к – касательная мощность тепловоза, кВт;

V – скорость тепловоза, км/ч.

Задавшись значениями от 10 км/ч до конструкционной, интервалом через 10 км/ч, вычисляем значения F_к. Результаты расчётов вносим в таблицу 2.

Таблица 2

Результаты расчета силы тяги в функции от скорости

V, км/ч	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110
Fк, кН	513,8	256,9	171,67	128,45	102,76	85,63	73,4	64,23	57,1	51,4	46,71

Определяем скорость порога V_n, т. е. скорость, при которой тепловоз выходит на полное использование мощности и силу тяги при этой скорости.

Скорость порога определяется из равенства:

F_ксц=F_к

откуда

. (1.8)

После преобразований получается квадратное уравнение для определения V_n:

(1.9)

;

откуда находится величина V_n ,км/ч (пороговая скорость)и по формуле 1.6 определяется F_кп, кН (сила тяги при пороговой скорости).

Тяговая характеристика, построенная по данным табл. 1 и 2, будет иметь вид графика показанного на рис.1.

Выбор диаметра колеса определяется величиной допустимых контактных напряжений. Практически требуемый диаметр колеса подсчитываем по следующей эмпирической формуле:

, (1.10)

где D_к – диаметр колеса, м;

2П – нагрузка на ось, кН;

Р – допустимая удельная нагрузка в расчёте на 1 м диаметра колеса, которая принимается в пределах: для грузовых тепловозов – 160 ÷ 200 кН/м, для пассажирских тепловозов – 120 ÷ 160 кН/м

Меньшие значения Р берутся для нагрузок 2П=210 кН, большие для 2П>210 кН.

Диаметр колеса округляется до ближайшего стандартного размера. Для тепловозов по стандарту диаметры колес могут быть 950, 1050, 1220, 1320 мм при толщине бандажа 75 мм, а также 980, 1080, 1250, 1350 мм при толщине бандажа 90 мм. Бандажи толщиной 75 мм устанавливают на колесные пары локомотивов осевой нагрузкой до 210 кН; при больших нагрузках используют бандажи толщиной 90 мм.

Принимаем D_k=1350мм