6.4 Расчет и построение экономических характеристик тепловоза

Основными экономическими характеристиками тепловоза являются: эффективная мощность ДВС (дано в задании на курсовой проект) – N_e ,кВт; касательная мощность тепловоза – N_К , кВт; КПД тяговой передачи – _П, %; часовой расход топлива – G_Ч, кг/час; КПД тепловоза – _Т, %. Их расчет производится по формулам

N_K = F_K V / 3,6, (62)

_П = N_K /( N_e –  N_ВСП) 100, (63)

где  N_ВСП – затраты мощности на вспомогательные нужды тепловоза, кВт.

В_Ч = b_e N_e, (64)

где b_e – удельный эффективный расход топлива ДВС, г/ кВт ч, (см. табл.2).

_Т = (3600 N_K / В_Ч Q_H^P)100, (65)

где Q_H^P – 42500 кДж /кг – низшая теплота сгорания дизельного топлива.

Значение касательной силы тяги определяется по тяговой характеристике тепловоза для трех режимов работы ТЭД. После этого для каждого значения N_Ki рассчитываются все остальные значения экономических характеристик проектируемого тепловоза. Результаты расчетов сводят в табл. 7.

Таблица 7

Экономические характеристики тепловоза

Режимы работы ТЭД

ПП ( = 100 %)

ОП1 ( = 60 %)

ОП2 ( = 38 или 25 %)

V, км/ч

FK, кН

NK, кВт

П, %

Т, %

V, км/ч

FK, кН

NK, кВт

П, %

Т, %

V, км/ч

FK, кН

NK, кВт

П, %

Т, %

После выполненного расчета на листе формата А4 строятся экономические характеристики: N_e = f (V), N_K = f (V), B_Ч = f(V), _П = (V), _Т = f (V) (рис.8). Скорости перехода работы ТЭД на них должны совпадать со скоростями, рассчитанными при построении тяговой характеристики.

Рис. 8. Экономические характеристики тепловоза

6.5 Пример расчета тяговой и экономических характеристик тепловоза

Исходные данные для расчета приведены в табл. 8, которые берутся из прил. 1.

Таблица 8

Технические характеристики тяговых электрических машин

Электрическая машина	Тип	Р, кВт	UДЛ, В	IДЛ, А	nMAX, oб/ мин	, %
Тяговый генератор	ГП – 311Б	2000	465	4320	850	96
Тяговый электродвигатель	ЭД-118Б	305	463	720	2290	91,5

Расчет и построение электротяговых характеристик тепловоза

Расчет передаточного числа КМБ:

 = 0,19 n_MAX D_K / V_KOH = 0,19  2290  1,05 / 100 = 4,56.

Используя электромеханические характеристики ТЭД типа ЭД118 Б (рис.5), задаемся значениями тока и определяем М_Di и n_Di и по формулам (52) и (53) производим расчет значений F_Di и V_i (табл. 9). По значениям I_Di, F_Di и V_i производим построение электротяговых характеристик КМБ проектируемого тепловоза (рис. 6).

Таблица 9

Расчет электротяговых характеристик КМБ

Режим работы ТЭД
ПП (1 = 1)					ОП1 (2 = 0,6)					ОП2 (3 = 0,38)
ID, А	MD, кН м	nD, об/мин	FD, кН	V, км/ч	ID, А	MD, кН м	nD, об/мин	FD, кН	V, км/ч	ID, А	MD, кН м	nD, об/мин	FD, кН	V, км/ч
500	3,0	1000	25,4	43	500	2,2	1300	18,7	55,9	500	1,5	1800	12,7	77,4
700	5,0	600	42,5	25,8	700	3,8	800	32,3	34,4	700	2,8	1100	23,8	47,3

Продолжение табл. 9

Режим работы ТЭД
ПП (1 = 1)					ОП1 (2 = 0,6)					ОП2 (3 = 0,38)
ID, А	MD, кН м	nD, об/мин	FD, кН	V, км/ч	ID, А	MD, кН м	nD, об/мин	FD, кН	V, км/ч	ID, А	MD, кН м	nD, об/мин	FD, кН	V, км/ч
900	7,0	400	59,5	17,2	900	5,5	580	46,7	24,9	900	4,9	780	34	33,5
1100	9,0	250	76,5	10,7	1100	7,3	400	62	17,2	1100	5,4	550	45,9	23,6

Расчет и построение тяговой характеристики тепловоза

По электротяговым характеристикам задаемся значениями тока и определяем F_Di и V_i, затем по формуле (54) определяем суммарное значение силы тяги и строим тяговую характеристику тепловоза (рис. 7). Результаты расчетов сводим в табл.10.

Находим скорости перехода ТЭД:

V_ПР^ПП-ОП1 = V_ОБР^ПП-ОП1 _ОБР /  = 38  4,41 / 4,56 = 36,7 км/ч;

V_ПР^ОП1-ОП2 = 62 4,41 / 4,56 = 60,1 км/ч.

Учитывая, что обратный переход происходит при скорости движения на 10 км/ч меньше, чем прямой, находим:

V_ПР^ОП2-ОП1 = 60,1 – 10 = 50,1 км/ч,

V_ПР^ОП1-ПП = 36,7 – 10 = 26,7 км/ч.

Наносим полученные точки перехода на тяговую характеристику и убираем части тяговой характеристики, не участвующие в реализации силы тяги.

Наносим на тяговую характеристику тепловоза ограничение силы тяги по длительному току: по длительному току ТЭД (табл.7) I_ДЛ = 658 А, по электротяговым характеристикам (рис. 6) находим значение F_D = 38 кН при ПП возбуждения ТЭД. Тогда ограничение силы тяги по длительному току будет равняться: F_ДЛ = 38  6 = 228 кН. Откладываем на тяговой характеристике по оси F это значение и проводим линию, параллельную оси V.

Таблица 10

Расчет тяговой характеристики тепловоза

Режим работы ТЭД
ПП (1 = 1)				ОП1 (2 = 0,6)				ОП2 (3 = 0,38)
I, A	FD, кН	V, км/ч	FК,кН	I, A	FD, кН	V, км/ч	FК,кН	I, A	FD, кН	V, км/ч	FК,кН
500	25,4	43	152,4	500	18,7	55,9	112,2	500	12,7	77,4	76,2
700	42,5	25,8	255	700	32,3	34,4	193,8	700	23,8	47,3	142,8
900	59,5	17,2	357	900	46,7	24,9	280	900	34,0	33,5	204
1100	76,5	10,7	459	1100	62,0	17,2	372	1100	45,9	23,6	275

Наносим на тяговую характеристику ограничение по сцеплению колес с рельсами. Для этого задаемся значениями скоростей движения от 0 до 20 км/ч и рассчитываем коэффициенты сцепления:

_К0 = 0,118 + 4 / (22 + V) = 0,118 + 4 / (22 + 0) = 0,299;

_К5 = 0,118 + 4 / (22 + 5) = 0,26;

_К10 = 0,118 + 4 / (22 +10) = 0,243;

_К15 = 0,118 + 4 / (22 +15) = 0,226;

_К20 = 0,118 + 4 / (22 +20) = 0,213.

Рассчитываем F_K для найденных значений _I:

F_СЦ = _К Р_СЦ ; Р_СЦ = 2П m = 230  6 = 1380 кН;

F_СЦ0 = 0,229  1380 = 412,6 кН;

F_СЦ5 = 0,260  1380 = 358 кH;

F_СЦ10 = 0,243  1380 = 335 кН;

F_СЦ15 = 0,226  1380 = 311 кН;

F_СЦ20 = 0,213  1380 = 294,2 кН.

Полученные величины F_{СЦ i} наносим на тяговую характеристику и получаем ограничение по сцеплению F_СЦ = f(V). Точка пересечения кривых позволяет определить скорость движения, при которой осуществляется выход на автоматическую кривую полного использования мощности силовой установки, для нашего случая она равна 23 км/ч.

Расчет и построение экономических характеристик тепловоза

Определим: затраты мощности на вспомогательные нужды

∑N_ВСП = N_e∙ 0,1 = 2200∙ 0,1 = 220 кВт

и часовой расход топлива

В_Ч = b_e N_e = 0,218∙ 2200 = 479,6 кг.

Задаваясь на тяговой характеристике значениями скорости движения тепловоза, определяем F_К; по формулам (62, 63, 64, 65) рассчитываем N_К, В_Ч, _ПЕР и _Т (табл. 11) и строим экономические характеристики на формате А4 (рис. 8).

Таблица 11

Расчет экономических характеристик тепловоза

Режимы работы ТЭД
ПП ( = 100 %)					ОП1 ( = 60 %)					ОП2 ( = 38, 25 %)
V, км/ч	FK, кН	NK, кВт	П, %	Т, %	V, км/ч	FK, кН	NK, кВт	П, %	Т, %	V, км/ч	FK, кН	NK, кВт	П, %	Т, %
10	350	972	46	17
20	300	1666	84	28
30	230	1916	96	32	30	200	1666	84	28
35	180	1750	88	29	40	150	1666	84	28
					50	125	1736	87	29	50	120	1666	84	28
					60	100	1666	84	28	60	90	1500	87	25.5
										70	75	1458	73	24,7
										80	70	1555	78	26,4
										90	70	1750	88	29,7