Конспект основных тем лекций

Схемы экипажей тепловозов

а) ТЭП70 и ТЭП60; б) 2ТЭ10А; в) ТГМ1; г) ТЭМ7; д) ЩЭЛ-1;

У тепловозов различают следующие виды колебаний:

1. Подпрыгивание:

Подпрыгивание – перемещение вверх и вниз, совершается под действием вертикальных сил, вызывающих колебательное движение подрессорного строения относительно КП.

2. Галопирование.

Колебание надрессорного строения вокруг поперечной оси «У» проходящей через центр тепловоза. Вызывается неодинаковым прогибом рессорного подвешивания передней и задней тележки

3. Поперечная качка.

Колебание экипажа вокруг продольной оси «Х» возникает вследствие разного по знаку прогиба рессорного подвешивания на одной и другой стороны тепловоза.

4. Виляние и поперечное перемещение

и одновременно вращательное движение относительно вертикальной оси тепловоза. Возникает следствии увеличенного движения колесной пары, вызываемой неисправностями бандажей и поперечного воздействия других сил, рельс на колеса каждой колесной пары.

5. Боковой относ.

Смещение экипажа в поперечном направлении оси тепловоза из-за сильного ветра.

Даты истории

Так называемые нефтевозы — паровозы, в которых наряду с паровой машиной имелся и двигатель внутреннего сгорания, работавший на нефти.

Проект тепловоза инженеров Ташкентской железной дороги, в котором проблема запуска дизеля решалась возможностью сцепления колёс с осью при помощи пневматической муфты. Муфта была практически испытана на паровозе.

Проект, предусматривавший дополнение паровоза дизель-компрессорном, нагнетавшим воздух в паровозные цилиндры. Основной проблемой стало уменьшение температуры воздуха при расширении, вызывавшее замерзание цилиндров во время работы.

Проект первого в мире тепловоза с электропередачей и индивидуальными тяговыми электродвигателями, разработанный инженером Н. Г. Кузнецовым и полковником А. И. Одинцовым. 8 декабря 1905 года авторы сделали сообщение на заседании Русского технического общества, вызвавшее одобрительные отзывы. Однако проект реализован не был.

Электровоз предлагаемого нами типа мощностью 360 л. с. с составом поезда в шесть гружёных вагонов может пройти из Петербурга в Москву и обратно, ни разу не останавливаясь для взятия топлива и израсходовав на весь перегон только… 1,44 т нефти. Такого же запаса топлива для обыкновенного паровоза одинаковой мощности хватило бы все на 2,5 часа хода, или на 150 вёрст. Обыкновенный паровоз должен сделать за это время по крайней мере 15 остановок для взятия воды. … В настоящее время не представляется затруднительной постройка электровоза в 1000 сил весом не более 120—130 т. (Н. Г. Кузнецов, цитаты из доклада о проекте тепловоза с электрической передачей)

Проект тепловоза непосредственного действия (то есть без передачи, когда валом двигателя является ось колёсной пары) на основе опытного двигателя известного учёного в области дизелестроения профессора В. И. Гриневецкого. На малых оборотах двигатель работал при помощи сжатого воздуха, резервуары которого предлагалось установить на тепловоз. В дальнейшем им же была предложена идея использования гидромуфты в качестве передачи.

Проект тепловоза с механической передачей инженера Е. Е. Лонткевича, предложенный им в 1915 году. Предлагалось использовать механическую коробку передач с тремя передаточными числами. Для тихого хода первоначально предлагалось использовать дополнительную электрическую передачу, а в дальнейшем была выдвинута идея использования скользящего сцепления наподобие известной муфты инженера Корейво, применявшейся на колёсных пароходах. Проект не был реализован из-за технических сложностей с созданием зубчатых колёс и муфт передачи.

Проект тепловоза с механическим генератором газа, разработанный студентом Московского высшего технического училища А. Н. Шелестом под руководством профессора В. И. Гриневецкого. В цилиндрах паровозного типа предлагалось применять не воздух, а продукты горения с впрыскиванием в них воды. Тепловоз должен был иметь генератор газа, заменяющий паровозный котёл, и машину, работающую по принципу поршневого паровозного двигателя.

Заводы :

Коломенский тепловозостроительный завод (основные серии: ТЭ3, ТЭП60, ТЭП70).

Харьковский завод транспортного машиностроения (Украина) строил тепловозы с 1947 по 1968 год (основные серии: ТЭ1, ТЭ2, ТЭ3, ТЭ4, ТЭ5, ТЭ7, ТЭ10, 2ТЭ40, ТЭП10).

Луганский тепловозостроительный завод (Украина) строит тепловозы с 1956 года (основные серии: ТЭ3, 3ТЭ3, ТЭ7, 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В, ТЭ109, ТЭ114, 2ТЭ116, 2ТЭ10М, 2ТЭ10У, 2ТЭ10УТ, 2ТЭ121, М62, ТГ102, ТЭМ2).

Брянский завод строит тепловозы с 1958 года (основные серии: ТЭМ1, ТЭМ2 всех модификаций, ТЭМ5, ТЭМ18).

Людиновский тепловозостроительный завод строит тепловозы с 1957 года. Основные серии: ТГ16 и ТГ22 (с колеей 1067 мм для железной дороги на острове Сахалин), ТГМ3, ТГМ4, ТГМ6, ТГМ6А, ТЭМ7, ТЭМ7А.

Муромский тепловозостроительный завод с 1957 года строит тепловозы ТГМ1, ТГМ20, ТГМ23 (всех модификаций).

Калужский машиностроительный завод. В 1933 году завод построил первый маневровый тепловоз, получивший наименование АА-1. С 1958 года завод серийно строил тепловозы ТГК, ТГК2, узкоколейные ТУ2.

Локомотивы делятся по следующим признакам:

 по роду службы–грузовые, пассажирские, универсальные (грузо-пассажирские, маневрово-вывозные), маневоровые, промышленные. Локомотивы, работающие в пассажирской и грузовой службе называются поездными или магистральными;

 ширине колеи – 1520 мм или 5 футов (1 фут равен 304,3 мм) (Россия, Монголия, Финляндия); 1435 мм или 4,73 фута (США, Канада, Европа, ряд стран Азии, Африки и Латинской Америки; 1067 мм (Япония, Сахалин, ряд стран Юго-Восточной Азии);

 типу кузова – вагонный, капотный (рис. 1.1);

 числу секций – односекционный, двухсекционный, многосекционный (рис. 1.2).

Рис. 1.1. Типа кузова: а – вагонный; б – капотный

Рис. 1.2. Локомотивы: а – односекционный; б – двухсекционный; в – многосекционный

1.2. Характеристики локомотивов

Серия локомотива – это обозначение локомотивов, построенных по одним и тем же проектам.

Серии паровозов: СО (Серго Орджоникидзе), ФД (Феликс Дзержинский), ИС (Иосиф Сталин), Л (Лебедянский), П36 (Победа), О (основной).

Серии тепловозов: Т – тепловоз, Э – электрическая передача, Г – гидравлическая передача, П – пассажирский, М – маневровый.

Цифры в серии после буквенного обозначения указывают номер серии тепловоза и завод-изготовитель (с № 1 по № 49 – харьковский завод, с № 50 по № 99 – Коломенский завод, с № 100 и выше – Луганский завод. Цифра перед буквой обозначает количество секций в тепловозе. Например: 2ТЭ10В, 2ТЭ116, 2ТЭ25А, ТЭП70, ТЭМ18, ТГ16.

В ряде серий к цифровому обозначению добавляют буквенную индексацию: 2ТЭ10В (производство Ворошиловградского завода), 3ТЭ10М (модернизованный), 4ТЭ10С (северного исполнения), 2ТЭ10У (усовершенствованный), 3ТЭ10МК (тепловоз, прошедший капитальный ремонт с продлением срока службы).

Серии электровозов: ВЛ – Владимир Ленин, следующие за ними цифры обозначают: до 1956 г. – нагрузку на ось, тс (ВЛ19, ВЛ22, ВЛ23); с 1956 г. – номер серии, род потребляемого тока – с № 1 по № 18 – восьмиосный, постоянного тока (ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11), с № 19 по № 39 – шестиосный, постоянного тока (ВЛ19, ВЛ22, ВЛ23); № 40 по № 59 – четырехосный переменного тока; № 60 по № 79 – шестиосный, переменного тока (ВЛ60); № 80 и выше – восьмиосный, переменного тока (ВЛ80, ВЛ85). После развала СССР обозначение электровозов претерпело изменение: ЭП1 – электровоз пассажирский, переменного тока, ЭП2 – электровоз пассажирский постоянного тока, 2ЭС5К – электровоз грузовой, двухсекционный, переменного тока, с коллекторными ТЭД, 2ЭС4К – электровоз грузовой, двухсекционный, постоянного тока, с коллекторными ТЭД, ЭП10 – электровоз, пассажирский, двойного питания. На железнодорожных участках, где стыкуются системы переменного и постоянного тока, эксплуатируются электровозы двойного питания: ВЛ82 и ВЛ82^М. Электровозы чешского производства имеют следующее обозначение: ЧС1, ЧС2, ЧС3 – шестиосные постоянного тока;
ЧС4 – шестиосные переменного тока; ЧС6, ЧС7, ЧС200 – восьмиосные постоянного тока; ЧС8 – восьмиосные переменного тока.

В ряде серий к цифровому обозначению электровоза добавляют буквенную индексацию: ВЛ80^а (асинхронные ТЭД), ВЛ80^В (вентильное регулирование), ВЛ60^К (кремневые выпрямители), ВЛ80^С (системное управление секций), ВЛ80^Т (реостатное торможение), ВЛ80^Р (рекуперативное торможение).

Осевая формулахарактеризует число, расположение и назначение осей. Для локомотивов нетележечного типа (паровозов) в осевой формуле перечисляется число бегунковых, ведущих и поддерживающих осей. Например: 0–4–1 (0 – ноль бегунковых осей, 4 – четыре ведущих оси, 1 – одна поддерживающая ось). Для локомотивов тележечного типа (тепловозов и электровозов) цифра-число осей в тележке, наличие нуля означает, что каждая ось ведущая, а количество цифр – число тележек. В осевой формуле тепловозов с гидропередачей нет нуля возле цифры. Знак «–» или «+» указывает на отсутствие или наличие жесткой связи между тележками. Например: 2₀ – 2₀ (локомотив имеет две двухосные тележки, каждая ось ведущая; 3 (3₀ – 3₀) (трехсекционный локомотив имеет в каждой секции две трехосные тележки, каждая ось – ведущая); 2₀ + 2₀ – 2₀ + 2₀ (локомотив имеет четыре двухосные тележки, каждая ось ведущая, каждая пара тележек имеет жесткую связь); 2 (2 – 2) (локомотив с гидропередачей, двухсекционный, с двухосными тележками, которые не имеют жесткой связи).

Весовые характеристики: конструкционный вес Р_К, кН, – вес локомотива без экипировочных материалов; служебный вес Р_СЛ, кН, – конструкционный вес плюс полный вес воды, масла и 2/3 топлива и песка и вес локомотивной бригады; сцепной вес Р_СЦ, кН, – вес, приходящийся на ведущие колесные пары, участвующие в создании силы тяги. Для локомотивов с бегунковыми осями Р_СЦ не равно Р_СЛ, для тележечных локомотивов Р_СЦ = Р_СЛ.

Осевая нагрузка(нагрузка от оси на рельсы) 2П, кН, характеризует статическое воздействие локомотива на железнодорожный путь:

2П = , (1.1)

где ЧО – число осей в секции (в локомотиве).

В России строят локомотивы с осевой нагрузкой 2П в пределах от 200 до 250 кН.

Мощность локомотива.Под мощностью тепловоза понимается эффективная мощность дизеля двигателя внутреннего сгорания (ДВС) N_е, кВт; под мощностью электровоза – суммарная мощность часового режима работы ТЭД ∑Р_Ч, кВт; для локомотивов зарубежной постройки – касательная мощность на ободе колес ведущих осей локомотива N_К, кВт.

Габарит– это предельное поперечное очертание (перпендикулярное оси пути), за пределы которого не должны выступать ни одна часть локомотива как нового, так и предельно изношенного. Существуют габариты типа Т и 1Т. Расширение габарита позволяет увеличить провозную способность участка за счет повышения массы вагона и мощности локомотива. Однако это мероприятие требует проведения реконструкции путевых и гражданских сооружений железных дорог.

Габарит Т

Верхнее очертание габарита

• • • • • • • • • только для сигнальных устройств;

¾ ¾• ¾ ¾ для выступающих частей: поручней, подлокотников, козырьков для стока воды, параванов и др. В oткpытoм положении параваны должны вписываться в очертание для сигнальных устройств;

- - - - - - -

На участках намечаемой эксплуатации подвижного состава, построенного с полным использованием ширины габарита Т в интервале по высоте между точками 8 и 10, не должно быть ни одного сооружения, не отвечающего габариту приближения строений С для станций в пределах его точек 5-6 (см. черт. 1).

Строительная ширина подвижного состава, проектируемого по габариту Т в пределах интервала по высоте между точками 8 и 10, не должна быть более 3600 мм. Если по расчету согласно разд. 4 она получается менее 3600 мм, то в качестве строительного размера следует принимать расчетный.

Верхнее очертание габарита подвижного состава Тц должно соответствовать указанному

ГАБАРИТ Тц

Верхнее очертание габарита

В интервале по высоте от 5200 до 5300 мм подвижной состав, проектируемый по габариту Тц, должен вписываться в очертание габарита подвижного состава 1-Т на этой высоте, показанное на черт. 10 сплошными линиями.

Верхнее очертание габарита подвижного состава Тпр должно соответствовать указанному на черт.

До переустройства соответствующих сооружений и устройств, не удовлетворяющих габариту Тпр, разрешается использовать полную ширину этого габарита для вписывания подвижного состава в пределах очертания, ограниченного сверху линией 3-3 (до высоты 4350 мм). Выше линии 3-3 подвижной состав должен вписываться в очертание габарита 1-Т, показанное на черт. 10 сплошными линиями.

Верхнее очертание габарита подвижного состава 1-Т должно соответствовать указанному на черт.

Строительная ширина подвижного состава, проектируемого по габариту 1-Т, в пределах интервала по высоте между точками 8 и 10, не должна быть более 3250 мм. Если по расчету согласно разд. 4 она получается менее 3250 мм, то в качестве строительного размера принимается расчетный.

Нижние очертания габаритов Т, Тц, Тпр, 1-Т

Нижние очертания габаритов подвижного состава Т, Тц, Тпр, 1-Т должны соответствовать указанным на черт.

ГАБАРИТ Тпр

Верхнее очертание габарита

¾ ¾• ¾ ¾ для поручней;

ГАБАРИТ 1-Т

Верхнее очертание габарита

•• • • • • • • • только для сигнальных устройств;

¾ ¾• ¾ ¾ для выступающих частей: поручней, подлокотников, козырьков для стока воды, параванов и др. В открытом положении параваны должны вписываться в очертание для сигнальных устройств;

Для подвижного состава, проходящего по всем путям железных дорог колеи 1520 (1524) мм, за исключением путей сортировочных горок, оборудованных вагонными замедлителями.

Для подвижного состава, проходящего по всем путям железных дорог колеи 1520 (1524) мм, включая пути сортировочных горок, оборудованные вагонными замедлителями при нерабочем (отторможенном) их положении.

Для подвижного состава, проходящего по всем путям железных дорог колеи 1520 (1524) мм, включая пути сортировочных горок, оборудованные вагонными замедлителями при любом их положении.

Для подвижного состава, проходящего по всем путям железных дорог колеи 1520 (1524) мм, включая пути сортировочных горок, оборудованные вагонными замедлителями при любом их положении, и пути, оборудованные устройством для надвига вагонов.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ для обрессоренных частей кузова;

- - - - - - - - для обрессоренной рамы тележки и укрепленных на ней частей;

¾ ¾× ¾ ¾ для необрессоренных частей.

Требования, предъявляемые к охлаждающим устройствам

Охлаждающие устройства должны обеспечивать:

– теплорассеивающую способность при температуре наружного воздуха от – 50 до + 40 °С, при которой возможна реализация номинальной мощности тепловоза;

– минимальные затраты мощности на привод вентилятора;

– минимальные затраты цветных металлов;

– полную автоматизацию работы ОУ;

– высокую надежность оборудования.

Лекция №10 Газотурбовозы.

Газотурбовозбыл создан на Воронежском тепловозоремонтном заводе в 2007 г. и имеет следующие технико-экономические показатели: род службы – грузовой; газотурбинный двигатель типа НК-361, мощностью 8300 кВт (11 200 л.с.); V_K = 120 км/ч; V_P = 31 км/ч; F_К = 630 кН; 2П = 250 кН; передача – переменно-постоянного тока; колесная формула 2 (2₀–2₀–2₀), запас газа 17 т, что позволяет иметь пробег между экипировками в пределах 800–1000 км, уровень шума при максимальной мощности не более 80 дб (рис. 18.1).

Конструктивными особенностями газотурбовоза является наличие на двух секционном локомотиве одной газотурбинной установки производства СНТК им. Н.Д. Кузнецова, работающей на сжиженном газе. Кпд установки около 30 %. Емкость газа расположена на второй секции, которая опирается как и первая на три двухосные тележки с приводом к колесным паром от ТЭД постоянного тока. На тяговой секции также расположены тяговый и вспомогательный генераторы, система подготовки газа, мотор-компрессоры, система вентиляции тягового и вспомогательного электрооборудования, аппаратные камеры. На ведомой секции находится криогенная емкость, вспомогательный дизель-генератор, винтовой компрессор, система вентиляции тягового и вспомогательного электрооборудования, аппаратные камеры. Вспомогательный дизель-генератор применяется для запуска газотурбинного двигателя и для проведения маневровой работы.

Так, 4 июля 2008 г. газотурбовоз совершил опытную поездку с грузовым поездом массой 3200 т на Куйбышевской ж.д.; 25 ноября 2008 г. на участке Вековка – Бекасово Мск. ж.-д он провел поезд массой 8300 т, а 20 декабря этого же года на участке Рыбное – Перово он вел поезд массой 10 000 т, что считается рекордом для автономного локомотива.

Рис. 18.1. Компоновочная схема газотурбовоза ГТ-1: 1 – газотурбинный двигатель;
2 – тяговый генератор; 3 – аппаратная камера; 4 – реостатный тормоз;

5 – кассеты воздушных фильтров; 6 – вентилятор централизованного воздухоснабжения;

7 – мотор-компрессор; 8 – радиаторы охлаждающего устройства вспомогательного ДВС;

9 – вен­тилятор охлаждающего устройства; 10 – вспомогательный дизель-генератор;

11 – криогенная емкость для хранения сжиженного газа

Газотурбовоз, имея мощность на уровне электровоза, обладает неоспоримыми преимуществами: газотурбинный двигатель значительно проще дизеля, что повышает его надежность и благоприятно отражается на стоимости локомотива. В связи с этим газотурбовоз может эксплуатироваться на грузонапряженных участках и при этом позволит существенно повысить, по сравнению с тепловозной тягой, эффективность эксплуатации, а именно: так расход топлива снижается на 5-8 %, стоимость проведения обслуживания и ремонта уменьшается на 30-40 %, загрязненность окружающей среды снижается в 10 раз.

Предполагается внедрить газотурбинную тягу на 12 железных дорогах с парком 1500 магистральных и 2000 маневровых локомотивов.

Лекция №12 Колесные пары .

Назначение колесных пар. Колесная пара предназначена для передачи на рельс веса локомотива, для реализации силы тяги и тормозных сил. Она обеспечивает заданное направление и устойчивость движения. Колесная пара воспринимает удары, возникающие от неровностей пути как в вертикальном, так и горизонтальном направлении, и сама жестко воздействует на путь. В связи с этим при проектировании колесной пары стремятся к снижению ее веса при одновременном повышении надежности.

Колесные пары различают по способу подвешивания ТЭД. При опорно-рамном передача крутящего момента от него к колесной паре осуществляется при помощи упругих муфт, обеспечивающих относительное перемещение колесной пары и ТЭД. В таких конструкциях ведомая шестерня с осью колесной пары не связана. При опорно-осевом подвешивании большое зубчатое колесо непосредственно напрессовано на ось колесной пары. На тепловозах с электрической передачей применяют колесные пары с односторонней прямозубой передачей, с модулем 10 или 11. На тепловозах применяют колесные пары с внешними шейками, т. е. колеса располагаются внутри рамы тележки. Исключения составляют тепловозы с механической передачей.

Классификация колесных пар. В зависимости от конструкции колесного центра колесные пары классифицируются:

– по способу подвешивания ТЭД: на опорно-осевые и опорно-рамные;

– числу тяговых редукторов: один или два. Один редуктор устанавливается на тепловозных колесных парах, а два – на электровозных колесных парах;

– конструкции буксовых шеек: с внешними, т. е. колеса располагаются внутри рамы и с внутренними, т. е. колеса располагаются снаружи рамы. Все магистральные и маневровые тепловозы имеют внешнее расположение буксовых шеек;

– конструкции колесного центра: спицевые, бандажные (ТЭП70, ВЛ80); дисковые бандажные (3ТЭ10М, 2ТЭ116, ТЭМ2); катанные безбандажные (ТГ16).

Спицевые и дисковые колеса относятся к числу сборных: они состоят из колесного центра, бандажа и укрепляющего кольца. В цельнокатанных колесах бандаж и колесный центр представляют собой единое целое. Их применение позволяет снизить вес колесной пары на 500 кг. Недостатком таких колесных пар является удорожание ремонта, так как при износе бандажа приходится заменять колесный центр.

Расчет на прочность оси колесной пары

Оси колесных пар изготавливают свободной ковкой из стали марки СтОсЛ с последующей нормализацией. После токарной обработки подступичная часть и шейки подвергаются накатке роликом с нажатием
30–40 кН на глубину 6–7 мм. Ось имеет следующие части: шейку – для монтажа подшипников буксы, предподступичную часть – для монтажа лабиринтного уплотнения, подступичную часть, для монтажа колесного центра и зубчатого колеса, среднюю часть, которая имеет шейки под моторно-осевые подшипники.

Оси коленных пар локомотивов работают со знакопеременными напряжениями. Как показывают испытания, цикл изменения напряжений близок к симметричному. Частота основного цикла изменений напряжений от нагрузки на шейки осей совпадает с числом оборотов колеса в секунду. На напряжения основного цикла накладываются напряжения, зависящие от ускорения от неподрессоренных частей. Частота этих ускорений связана с жесткостью рельсового пути и самой оси. Она значительно выше частоты основного цикла.

Как показали испытания и расчеты, ускорения неподрессорненных частей достигают 5–7 g, поэтому силы инерции, нагружающие шейки оси, достигают больших величин и должны учитываться при расчете.

Усталостные трещины в осях локомотивов появляются в результате длительного воздействия знакопеременной нагрузки и возникают в зоне прессовых посадок, вблизи сечений ограничивающих посадку. Уменьшение прочности вызывается остаточными напряжениями растяжения, которые, складываясь с напряжениями переменного цикла при движении локомотива, уменьшают прочность оси в зоне посадок.

Для повышения усталостной прочности оси подвергаются накатки, которая создает в поверхностных слоях металла напряжения сжатия, компенсирующие напряжения растяжения от посадки сопряженных деталей.

При расчете оси на прочность учитывают следующие силы (рис. 13.1):

– Р_ШН, Р_ШВН – нагрузка на шейки оси со стороны наружного и внутреннего рельса от статического веса при движении в кривом участке пути: Р_Ш = Р_СТ и определяется по результатам развески локомотива. При этом шейка колеса, движущегося по наружному рельсу, испытывает нагрузку на 30 % больше, чем другая шейка

Р_ШН = 1,3 Р_ВН; (13.1)

– R_H, R_ВН – вертикальные реакции от рельс, которые определяются из выражения

R_H, R_ВН = Р_СТ ± + , (13.2)

где С – центробежная сила, приходящаяся на тележку; С₁ – горизонтальная составляющая от массы локомотива, возникающая от возвышения наружного рельса; h – величина возвышения наружного рельса; 2S – расстояние между кругами катания колесной пары; m – число колесных пар; Y_P – рамное давление от колеса на головку рельса; Y_P = 0,6 Р_СТ; R – радиус кривой; + для наружного рельса; – для внутреннего.

В свою очередь

С = , (13.3)

где G – масса локомотива, приходящаяся на тележку; V – конструкционная скорость; R – радиус кривой.

Рис. 13.1. Схема сил к расчету оси колесной пары

С₁ = , (13.4)

где G – масса локомотива; Y_P – рамное давление на головку рельса, равно 0,6 Y_СТ; 2S – расстояние между кругами катания колеса, равно
1,6 м; = 2S;

– вертикальная и горизонтальная составляющие давления на зуб шестерни от крутящего момента ТЭД

Р_З= , (13.5)

где Р_З – вертикальная и горизонтальная составляющие давления на зуб колеса от крутящего момента ТЭД; М_D – крутящий момент на валу якоря ТЭД; D_ЗК – диаметр зубчатого колеса

М_Д = , (13.6)

где Р_D – мощность ТЭД; n_ДЛ – длительная частота вращения якоря ТЭД;

n_ДЛ = , (13.7)

где V_Р – расчетная скорость локомотива; n_max – максимальная частота вращения якоря ТЭД; V_кон – конструкционная скорость локомотива;

– Р_Д – вертикальная составляющая от веса ТЭД на шейки колесной пары

Р_Д = Q_ТЭД, (13.8)

где Q_ТЭД – масса ТЭД;

– Р_Р – вертикальная составляющая от реактивного момента остова ТЭД на шейки колесной пары

Р_Р = , (13.9)

где М_Р – реактивный момент, который равен М_Д, но имеет обратный знак; с – расстояние между осью колесной пары и якорем ТЭД; d – расстояние между якорем ТЭД и опорой ТЭД на пружинную подвеску;

– Р_ЗЛ, Р_ЗП – вертикальная составляющая, передаваемая на шейки МОП от силы Р_З:

Р_ЗЛ = ; (13.10)

P_ЗП= , (13.11)

где а – расстояние между серединой шестерни до середины левого МОП; b – расстояние между серединами левого и правого МОП;

– Р_И – силы инерции от масс букс и МОП при вертикальных ускорениях

Р_И = ΣQ_М J, (13.12)

где Q_М – масса букс и МОП; J – ускорение, равное 5–7 g.

Цель расчета оси – определить ее оптимальные размеры, которые должны позволять заменять ось не по трещинам, а по ее износу. Влияние крутящего, а также изгибающего моментов от силы тяги в горизонтальной плоскости при средних скоростях настолько мало, что можно ограничиться определением напряжений в опасных сечениях от изгибающих моментов в вертикальной плоскости. По приведенной схеме определяют моменты для расчетных сечений от вертикальных и горизонтальных сил, возникающих при движении в кривом участке пути.

Предел усталости стали по трещинообразованию в зоне подступичной части составляет s = 0,6–0,75 МПа. Предел усталости по излому на шейке в зоне посадки роликовых подшипников составляет s = 0,7–0,85 МПа. При этом следует помнить, что предел усталости по трещинам ниже, чем по излому.

Результатом расчета является определение диаметра оси в расчетных сечениях по формуле

D = , (13.13)

где М – результирующий изгибающий момент; ns – запас прочности; – предел усталости по трещинообразованию.

Например, ось колесной пары тепловоза 3ТЭ10М имеет следующие размеры: диаметр шейки – 160 мм, диаметр подступичной части – 235 мм, диаметр шейки под МОП – 236 мм.

КОНСПЕКТ ОСНОВНЫХ ТЕМ ЛЕКЦИЙ

ПОДИСЦИПЛИНЕ «ТКЛ»
Лекция 1. Введение. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛОКОМОТИВОВ

План лекции:

1.1. Классификация локомотивов.

1.2. Характеристика локомотивов.

1.1. Классификация локомотивов

Железные дороги – неотъемлемая составляющая транспортной системы страны. Для перемещения грузов и пассажиров по железнодорожным магистралям используется подвижной состав, который подразделяется на:

Ê тяговый (локомотивы);

Ê моторвагонный (электропоезда, дизель-поезда, автомотрисы, рельсовые автобусы);

Ê вагонный (вагоны, включая специализированные, грузового и пассажирского парков).

Локомотивом (от сочетания латинских слов loco и moveo – сдвигаю с места, буквально как движущий, тянущий) называется транспортная машина, предназначенная для создания движущей силы (силы тяги), под действием которой по рельсовым путям железных дорог может перемещаться вагонный подвижной состав. К таким машинам относятся тепловозы, электровозы, газотурбовозы, паровозы. Конструктивно локомотив состоит из энергетической установки (преобразователя энергии), передачи, вспомогательного оборудования и экипажной части. Тип локомотива определяется устройством и принципом действия его энергетической установки, преобразующей энергию топлива или электрическую энергию, поступающую извне, в механическую работу вращения движущих колёсных пар.

Тепловозом называется локомотив, у которого функцию энергетической установки выполняет тепловой поршневой двигатель внутреннего сгорания – дизель.

Дизель тепловоза преобразует тепловую энергию от сгорания топлива в механическую энергию вращения своего коленчатого вала. Однако сам по себе дизель плохо приспособлен к переменным режимам работы. Чтобы обеспечить возможность его работы при постоянной частоте вращения коленчатого вала с движущимися колёсными парами тепловоза, частота вращения которых во время движения изменяется от нуля до максимума, применяют специальное устройство, называемое передачей. Передача приспосабливает дизель к условиям работы тепловоза, а именно:

Ê отключает на период пуска дизеля привод колёсных пар;

Ê обеспечивает плавное включение нагрузки при трогании тепловоза с места и отключение её от дизеля после разгона тепловоза и движении на выбеге;

Ê изменяет направление движения тепловоза (осуществляет реверсирование) при неизменном направлении вращения коленчатого вала дизеля;

Ê автоматически поддерживает такой режим нагрузки, который способен реализовать дизель в конкретных условиях эксплуатации.

На современных тепловозах преимущественно применяют электрическую и, реже, гидравлическую передачи.

Вспомогательное оборудование тепловоза обеспечивает нормальную работу его дизеля, передачи и экипажной части. Оно включает в себя системы, обслуживающие дизель и передачу, системы пескоподачи, пневматическую и пожаротушения.

К экипажной части тепловоза относятся те его узлы и конструкции, которые служат для размещения дизеля, передачи и вспомогательного оборудования, а также для создания (во взаимодействии с рельсами) тяговых и тормозных сил, передачи горизонтальных усилий к составу вагонов и вертикальных нагрузок на рельсы. Основными узлами экипажной части являются тележки, главная рама с ударно-тяговыми приборами и кузов (капот).

Тепловоз — автономный локомотив, первичным двигателем которого является двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Появившийся в начале XX века тепловоз стал экономически выгодной заменой как низкоэффективным устаревшим паровозам, так и появившимся в то же время электровозам, рентабельным лишь на магистралях со сравнительно большим грузо - и пассажиропотоком.

Дизельный двигатель тепловоза преобразует энергию сгорания жидкого топлива в механическую работу вращения коленчатого вала, от которого вращение через тяговую передачу получают движущие колёса. К основным узлам тепловоза относится: экипажная часть, кузов тепловоза. К вспомогательным узлам — система охлаждения, система воздухоснабжения, воздушная (тормозная) система, песочная система, система пожаротушения и т. д.

Передача позволяет.

1 - отключает привод на период пуска дизеля.

2. – обеспечивает плавное включение нагрузки при трогании тепловоза с места и

отключением нагрузки от дизеля после разгона тепловоза при движении его в режиме

выбега.

3. – обеспечивает изменение направления движения тепловоза при неизменном

направлении вращения коленчатого вала дизеля.

4. – автоматически поддерживает такой режим нагрузки, который способен реализовать

дизель в конкретных условиях эксплуатации.

Локомотивом подразумевают тяговую железнодорожную единицу способную перемещать по рельсовым путям составы с грузами или с пассажирами.

К ним относят паровозы, тепловозы (газотепловозы), электровозы.

Тепловозом называется локомотив, на котором для получения тяговых сил, установлен дизель (газодизель). Дизель служит преобразователем первичного источника энергии – дизельного топлива, (газа). В нем тепловая энергия от сгорания топлива трансформируется в механическую энергию вращения.

Однако дизель плохо приспособлен к переменным режимам работы. Поэтому в конструкцию тепловоза дополнительно внедрили комплекс устройств, передающих мощность от энергетической установки к движущимся колесам с переменным передаточным отношением передачу.

Передача должна обеспечивать:

- возможность реализовать максимальную «свободную», эффективную мощность энергетической установки при условиях движения тепловоза, в том числе на спусках и подъемах при разгоне и замедлении поезда.

- работу при пониженной мощности энергетической установки с наибольшей энергоемкостью.

- возможность разъединения дизеля от ведущих осей при его запуске.

- быть оборудованным устройством для изменения направления вращения ведущих осей (реверсирование)

- иметь высокий КПД на любом режиме работы.

- Реализацию любого значения силы тяги до предельно ограниченного условием сцепления колес с рельсами и возможность движения с любой скоростью до максимальной, по условиям прочности конструкции тепловозов и элементов самой передачи.

Схемы экипажей тепловозов

а) ТЭП70 и ТЭП60; б) 2ТЭ10А; в) ТГМ1; г) ТЭМ7; д) ЩЭЛ-1;

У тепловозов различают следующие виды колебаний:

1. Подпрыгивание:

Подпрыгивание – перемещение вверх и вниз, совершается под действием вертикальных сил, вызывающих колебательное движение подрессорного строения относительно КП.

2. Галопирование.

Колебание надрессорного строения вокруг поперечной оси «У» проходящей через центр тепловоза. Вызывается неодинаковым прогибом рессорного подвешивания передней и задней тележки

3. Поперечная качка.

Колебание экипажа вокруг продольной оси «Х» возникает вследствие разного по знаку прогиба рессорного подвешивания на одной и другой стороны тепловоза.

4. Виляние и поперечное перемещение

и одновременно вращате