Выбор основных параметров, расчёт и конструирование тепловозов

 

;

Высота пружин в свободном  состоянии:

 

.

 

 

 

5.2.2. Резиновые амортизаторы

Резиновые амортизаторы установлены  в каждом упругом комплекте буксы, последовательно двум концентрически расположенным пружинам.

Нагрузка, воспринимаемая резиновым  амортизатором:Р = 11*10³ Н

 

Исходя из известных значений параметров пружин и соображений компоновки, принимю.

Высота амортизатора в  свободном состоянии с учетом величины допустимой деформации сжатия:

.

Фактор формы резины б определяется с учётом полученной величины Ф

 

Ф = (D-d)/(4H) = (0,2-0,025)/(4*0,03) = 1,25-б = 2

 

Твердость резины в единицах ТИР:

Так как амортизатор работает в условиях воздействия воздуха  и влаги, то согласно справочным данным, выбираю резину марки 7-2462.

Жёсткость резинового амортизатора:

где F = (П/4)*(D²-d²) = (3,14/4)*(0,188²-0,041²) = 0,3

Поскольку резина марки 7-2959, в соответствии с техническими условиями  на изготовление может иметь твердость  в пределах 45…60 ед. ТИР, то естественны  некоторые колебания значений жесткости  резинового амортизатора.

 

 

 

 

 

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРИЕНТИРОВОЧНОГО ВЕСА ОБОРУДОВАНИЯ. РАЗВЕСКА И КОМПОНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ ТЕПЛОВОЗА

Размещение оборудования на локомотиве подчинено ряду требований, главным из которых можно считать:

• минимизация длины экипажной части;
• малогабаритность и компактность сборочных единиц;
• удобство монтажа оборудования и доступность его обслуживания;
• равномерность распределения нагрузки на рельсы.

При продольной развеске принимаю, что все элементы оборудования локомотива располагаются строго по его продольной оси симметрии. При таком допущении локомотив рассматриваю  плоскую систему, нагруженную вертикальными силами.

 

Для выполнения развески использую схему компоновки оборудования проектируемого тепловоза (см. прил.) с указанием положения центров тяжести основных элементов конструкции локомотива относительно оси моментов и составляю ведомость развески.

 

Таблица 7. Упрощённая весовая ведомость тепловоза                                   

№ п/п	Наименование		Вес,	Плечо l’, м	Плечо l”, м	Момент М’, кН*м	Момент М”, кН*м
1	Дизель		215,6	9	9	1940,4	1940,4
2	Тяговый генератор		58,8	5,9	12,2	346,9	717,4
3	Аккумуляторная батарея		14,58	9	9	131,2	131,22
4	Высоковольтная камера		19,56	4,1	14,1	80,2	275,8
5	Глушитель выхлопов и воздухоочиститель		10,03	9,2	8,8	92,3	88,3
6	Охлаждающее устройство		84,42	13,8	4,35	1165	367,2
7	Маслопрокачивающий агрегат		1,3	12	6,2	15,6	8,06
8	ВМТ		11,5	8,9	9,1	102,4	104,65
9	Вспомогательные электрические  машины		6,5	5,6	12,5	36,4	81,25
10	Топливный бак (2/3 запаса топлива)		49,4	9	9	444,6	444,6
11	Водяная система		1.1	12,4	5,8	13,6	6,4
12	Масляная система		12,1	10,7	7,5	129,5	90,75
13	Компрессор		6,4	5,2	13	33,3	83,2
14	Электроника		1,9	3	15,2	5,7	28,9
15	Кабина	А	20,7	1,6	16,7	66,3	692
		В	20,7	16,7	1,6	692	66,3

 

534,6 кН

5295,4 Кн*м

5126,4 кН*м

 

 

 

Далее составляю уравнение статики относительно точки А

 

Х₁ = 534,6-Х₂

8,55*Х₂ = 2729,32

Х₂ = 319,2 кН

Х₁+319,2 = 534,6

Х₁ = 215,4 кН

 

Проверка

4,8*215,4+13,35*319,2 = 52,95-тождество  верно

 

Уравнение статики относительно точки В

 

 

 

Х₁ = 534,6-Х₂

2566,08-4,8*Х₂+13,35*Х₂ = 5126,4

8,55*Х₂ = 2560,32

Х₂ = 299,5 кН

Х₁+299,5 = 534,6

Х₁ = 235,1 кН

 

Проверка

 

4,8*235,1+13,35*299,5 = 5126,4-тождество  верно.

 

 

 

 

 

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЦЕПНОГО ВЕСА ТЕПЛОВОЗА

Схема экипажа  с двумя 4–осными тележками, двухступенчатым рессорным подвешиванием и наклонными тягами для передачи силы тяги с тележек на кузов. Подвешивание тяговых электродвигателей гуськовое. Две тяги в каждой точке располагаются таким образом, чтобы линии их действия между рамой кузова и тележкой пересекали поверхность катания колёс на уровне головки рельсов в середине тележки. Тем самым достигается такой же эффект, как если бы точка пересечения тягового усилия была расположена на уровне головки рельса. Благодаря этому не возникает перераспределения нагрузок между отдельными колёсными парами тележек, а образуется лишь сравнительно небольшая разница в нагрузках обеих тележек, вызванная перераспределением нагрузок от опор кузова на тележки.

Величина  вращающего момента на валу ТЭД

М_я = (F_кп*D_к)/(2/i*η_дв) = (96*1,05)/(2*4,41*0,99) = 11,55 кН*м

Реакция ТЭД, приложенная к оси колёсной пары ΔП₀

ΔП₀ = (F_кп*D_к)/2*R*(1-(d/l))-(М_я/С) = 134,76*0,5-24,63 = 42,75 кН

Сила, действующая на конструкцию тележки в точке подвешивания двигателя ΔП_пр = (F_кп*D_k*C)/(2*R/l)- (М_я/d) = 68,71-25,6 = 43,11

Суммарный опрокидывающий момент М_с

М_с = М_Д1+М_Д2+М_Д3+М_Д4+М_к = ΔП_пр*(А+В+С+D)-6*F_k*(H-(D_k/2)) = 0,57*F_k*(5,1+7,65+10,2+12,75)-6*F_k*(1,05-0,525) = 17,2*F_k

Первая тележка по ходу тепловоза догружается, а вторая разгружается

ΔП₁ = ±(М_с/L) = ±(17,2*F_k)/10,3 = ±1,67*F_k = 160,3 кН

Колёсные  пары получают догруз (разгруз)

ΔП_опр = ±(160,3/3) = ±53,4 кН

После суммирования сил ΔП₀ и ΔП_пр в соответствии со схемой (см. приложение) видно, что наиболее разгруженными являются все колёсные пары передней по ходу тележки

ΔП₁ = ΔП₂ = ΔП₃ = -42,75+53,4 = 10,65 кН

Коэффициент использования сцепного веса:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ ВПИСЫВАНИЕ ТЕПЛОВОЗА В КРИВУЮ ЗАДАННОГО РАДИУСА

 

При исследовании движения локомотива в кривых приходится решать ряд чисто геометрических задач. Прежде всего необходимо определить, вписывается ли экипаж проектируемого тепловоза в кривую заданного радиуса.

Для решения указанной  задачи необходимо прежде всего рассмотреть геометрические соотношения между размерами рельсовой колеи и локомотивного экипажа. Правила технической эксплуатации устанавливают, что при укладке рельсов в кривых, радиус которых меньше 350 м, уширение колеи δ составляет 10 мм, а при радиусе менее 300 м,  δ=15 мм.

Для упрощения чертежа  на нем изображаются лишь внутренние грани головок рельсов. Расстояние между ними принимается равным суммарному зазору между гребнями бандажей и  головками рельсов в кривой, радиус которой менее 300 м, т.е. 29 мм. Соответственно и экипаж локомотива изображается в  виде одной линии. Точки на этой линии  изображают оси колесных пар, а расстояния от этих точек до кривых, представляют собой зазоры между гребнями колесных пар и головками рельсов. Поэтому  крайние колесные пары трехосной  тележки прижаты к головкам рельсов, а внутренняя колесная пара имеет  относительно них зазор. Для того, чтобы этот зазор можно было измерить непосредственно в мм, при вычерчивании база тележки уменьшается в n раз, а радиус кривой в n² раз.

Точные значения могут  быть получены, если выбрать разные, не связанные друг с другом масштабы m_y и m_x. При этом окружность, изображающая рельс, преобразуется в эллипс, который на участке, необходимом для вписывания локомотива, с большой точностью может быть заменен параболой.

Уширение рельсовой колеи  в кривых:

- при  , ;

- при  , то ;

- при , то .

Суммарный рельсовый зазор:

  

При построении диаграммы изображаю внутренние грани головок рельсов, а расстояние между ними принимаю равным рельсовому зазору.

Масштабы:

- по оси х: ;

- по оси у: 2

Уравнения:

, мм    

 

Таблица 8. Координаты парабол.

х, мм	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
унар,мм	0	2,8	11,2	25,2	44,8	70	101	137	179	227
увн,мм	14,5	17,3	25,7	39,7	59,3	84,5	115,5	151,5	193,5	241,5

 

 

        После построения обеих ветвей парабалы наружного и внутреннего рельса для заданной кривой R = 90 м, определяю углы поворота тележек a_п  и  a_з относительно оси рамы тепловоза: 

                                                                                         

Определяю угол наката γ

 

γ_П = arctg(66/1300)-arctg(106/1400) = 4,33̊-2,9̊ = 1,43̊ ˂ 2̊-допустимое значение

 

        После проведённых графических построений и расчётов определено, что колёсные пары не выходят за пределы параболы внутреннего рельса – значит  проектируемый локомотив с выбранными параметрами экипажной части полностью вписывается в кривую заданного радиуса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. СРАВНЕНИЕ ПРОЕКТИРУЕМОГО ТЕПЛОВОЗА С ТЕПЛОВОЗОМ, ИСПОЛЬЗУЕМЫМ В КАЧЕСТВЕ ПРОТОТИПА

 

        Сравнение  тяговых и удельных характеристик

        Расчёт  параметров упрощённой тяговой  характеристики F_кпр=f(v) проектируемого локомотива в момент трогания и движения с установившейся скоростью выполняю с использованием известных соотношений