1. Цель, задачи и исходные данные

1.1 Цель

Для участка железной дороги с определенным профилем пути выбрать оборудование передачи мощности локомотива обеспечивающее движение поезда с заданными параметрами состава по установленному графику.

1.2 Задачи проектирования

1.2.1. Произвести выбор силового оборудования тягового привода локомотива, исходя из рода его службы, массы состава и скорости движения.

1.2.2. Решить тяговую задачу. Определить кривые движения поезда и энергетические показатели работы локомотива:

• время движения по заданному участку t(s);

• скорость поезда v(s);

• мощность дизеля N(s);

• сила тяги локомотива F(s);

• ток генератора i(s);

• напряжение генератора U(s);

• частота тока статора f(s);

• расход топлива дизелем g(s).

1.2.3. Обосновать выбор типа тяговой передачи. Рассчитать основные геометрические параметры зубчатого зацепления редуктора. Выполнить схему компоновки передачи. Выполнить поверочный расчет зубьев передачи на прочность.

1.2.4. Выполнить поверочный расчет прочности рамы тележки при действии комбинированной нагрузки от веса кузова при реализации максимальной силы тяги.

1.3 Исходные данные

Для проведения расчетов задаются следующие данные:

1.3.1. Тепловоз

• тип (грузовой, пассажирский, дизель-поезд);

• конструкционная скорость

• масса m_л, т;

• длина l_m, м;

• количество секций

• диаметр колеса d_k, м;

• количество тяговых электродвигателей одной секции k_двиг.

1.3.2. Состав:

• общее количество вагонов n_об;

• количество 8-осных вагонов n₈;

• количество 4-осных вагонов n₄;

• масса состава m_c, кг;

1.3.3. Параметры движения:

• установленная скорость движения поезда по данному участку пути V_уст, м/с²;

• допустимое ускорение для данного типа поезда a_доп, м/с²

1.3.4. Параметры профиля пути:

• количество участков n_уч;

• длина участка l_k, м;

• уклон участка i_k, ‰;

• радиус кривой на участке R_к, м;

• длина кривой S_крк, м.

1.3.5. График движения поездов, определяемый заданными скоростями движения на каждом участке пути.

2. Энергетические установки, системы и элементы передачи мощности тепловозов

2.1. Устройство тепловоза

Движение поездов на железнодорожном транспорте осуществляется с помощью тягового подвижного состава. К нему относятся локомотивы и моторвагонный подвижной состав. На локомотивах и моторных вагонах энергия, полученная от первичного источника, преобразуется в механическую энергию движения поезда. Отсюда вытекает определение локомотива.

Локомотив является тягово-энергетической установкой предназначенной для преобразования энергии первичного источника в работу по преодолению сил сопротивления движению поезда.

Локомотивы с поршневыми двигателями внутреннего сгорания (дизелями) называются тепловозами. Поскольку первичный источник энергии (дизельное топливо) расположен на самом тепловозе, он является автономным локомотивом в отличие от электровоза, получающего энергию от внешнего источника – контактной сети.

К основным системам тепловоза относятся энергетическая установка, система передачи мощности, система управления, тормозная система, песочная система и экипажная часть.

Энергетическая установка тепловоза состоит из дизеля и вспомогательных систем, обеспечивающих его нормальную работу. К этим системам относятся топливная, водяная, масляная и система воздухоснабжения.

Топливная система обеспечивает питание дизеля жидким топливом. Она состоит из топливных баков, топливоподкачивающих насосов, топливных фильтров, топливоподогревателей, топливных насосов высокого давления и форсунок, распыляющих топливо в цилиндрах дизеля.

Система водяного охлаждения (водяная система) служит для отвода теплоты от дизеля и включает в себя циркуляционные водяные насосы и радиаторы, в которых тепло от воды передается атмосферному воздуху. Для более интенсивного отвода тепла от радиаторов воздух через них принудительно прогоняется специальным вентилятором.

Масляная система дизеля служит для подачи смазки масла к трущимся частям дизеля и для отвода теплоты от них. Она состоит из насосов, фильтров для очистки масла и охлаждающих устройств – радиаторов или теплообменников.

Система воздухоснабжения предназначена для подачи в дизель воздуха необходимого для сгорания топлива. Она состоит из воздухозаборников, воздухоочистителей, воздуховодов и агрегатов, обеспечивающих подачу воздуха под определенным давлением в цилиндры дизеля (нагнетатели, турбокомпрессоры).

Передача мощности приспосабливает дизель к условиям работы на локомотиве. На тепловозе с электрической передачей механическая энергия вращения коленчатого вала дизеля сообщается тяговому генератору, который преобразует ее в электрическую. Электрическая энергия от генератора через преобразовательные и управляющие устройства поступает в тяговые электрические двигатели, которые с помощью передаточных механизмов приводят во вращение колесные пары. Передача мощности включает также агрегаты, предназначенные для подачи воздуха на охлаждение тяговых двигателей и преобразовательных установок.

Тормозная система предназначена для создания регулируемых тормозных сил, а также для снабжения сжатым воздухом тормозных магистралей поезда и ряда вспомогательных устройств тепловоза.

Песочная система служит для подачи сухого песка к точкам контакта колес с рельсами, для улучшения сцепления колес локомотива с рельсами на трудных участках профиля и трогании поезда с места. Она состоит из бункеров для хранения песка, форсунок для подачи песка под колеса и устройств управления.

Экипажная часть тепловоза включает в себя главную раму с ударно-сцепными устройствами (автосцепками), кузов и ходовую часть – тележку. В мировой практике локомотивостроения тележечные экипажи получили наибольшее распространение, поскольку они позволяют снизить уровень динамических сил при взаимодействии подвижного состава с верхним строением пути, равномерно распределять вес локомотива по осям, минимизировать эффект перераспределения нагрузки при трогании с места и торможении, проходить кривые малых радиусов.

Главная рама тепловоза служит для размещения и закрепления узлов перечисленных выше систем. Она передает их вес через колеса на рельсы. Кроме того, главная рама передает продольные тяговые усилия от ведущих осей к поезду.

Кузов размещается на главной раме и защищает оборудование тепловоза от воздействия окружающей среды. Кузова тепловозов бывают двух типов капотного (маневровые тепловозы) или вагонного (магистральные тепловозы). В первом случае кузов образует машинное отделение с внутренними проходами для обслуживания дизеля и вспомогательных систем; во втором – капот накрывает оборудование тепловоза, доступ к которому снаружи обеспечивается через боковые дверцы.

Схема расположения основных узлов и систем на современном тепловозе с электрической передачей мощности приведена на рис. 2.1.

Тепловозы классифицируются по ряду следующих признаков.

По роду службы – пассажирские, универсальные, маневровые и промышленные тепловозы. Назначение тепловоза отражается на его характеристиках, кон­струкции передачи и экипажной части.

По ширине рельсовой колеи – нормальная колея (1520 мм в странах СНГ, 1435 мм в европейских странах и США); узкая колея – 600…1100 мм.

По числу секций – односекционные, двухсекционные и многосекционные.

Одной из важных характеристик тепловоза, как и любого локомотива, является его осевая характеристика. Она характеризует число, расположение и назначение осей локомотива. Для современных тепловозов осевая

Рис. 2.1. Расположение узлов и систем на тепловозе

характеристика представляет сочетание цифр, число которых соответствует числу тележек, а каждая цифра показывает число осей в тележке. Например, шестиосный тепловоз ТЭП150 имеет осевую характеристику З₀–З₀, которая показывает, что у тепловоза две трехосные тележки (рис. 2.2, а). Знак «–» (тире) означает, что тележки не соединены между собой (несочлененные), а индекс «0» у цифр показывает, что каждая ось имеет индивидуальный привод. Для двухсекционного тепловоза 2ТЭ116 (рис. 2.2, 6), у которого секции сцеплены между собой, осевая характеристика выглядит как 2(3₀–З₀) [ ].

Рис. 2.2. Осевые характеристики тепловозов: а) ТЭП150; б) 2ТЭ116.

Обозначения типов тепловозов состоят из сочетания заглавных букв и цифр. Обозначение начинается с буквы Т – тепловоз. Вторая буква указывает на тип передачи: Э – электрическая, Г – гидравлическая. Третья буква указывает на род службы: П – пассажирский, М – маневровый. В обозначении грузовых тепловозов третья буква отсутствует. Цифры после букв обозначают серию тепловоза. По этим цифрам можно определить завод-изготовитель. Цифра перед буквенным обозначением указывает на число секций. Так, например: ТЭП150 – тепловоз с электрической передачей пассажирский, построен ХК “Лугансктепловоз”.