Локомотивы. Основные характеристики локомотивов Тепловоз ТЭМ18В с дизелем W6L20L фирмы «Вяртсиля»

Полувагон пустой 22 тонны, грузоподъёмность – от 55 до 71 тонны в зависимости от модификации. Остальные грузовые вагоны весят примерно также, за исключением 8-ми остных и 6-ти осных вагонов, весоповерочных мастерских, думпкаров и хопров-дозаторов. Пассажирский вагон в зависимости от серии и страны производителя 52-60 тонн. Пассажирский из 10 вагонов будет весить приблизительно 500-600 тонн.
К поездам также относят локомотивы без вагонов, моторные вагоны и специальный самоходный подвижной состав, отправляемые на перегон и имеющие установленные сигналы.

Полезная информация

Поезд – в современном понятии это сформированный и сцепленный состав, состоящий из нескольких вагонов, с одним или несколькими действующими локомотивами или моторными вагонами, приводящими его в движение, и имеющий установленные сигналы, которые обозначают его голову и хвост . Помимо этого, на многих дорогах каждый поезд получает определённый номер, позволяющий отличать его от остальных поездов. Хотя традиционно понятие «поезд» и связывают с железнодорожным транспортом, на деле же оно появилось гораздо раньше первых паровозов, в том числе и в русском языке. История поездов напрямую связана с историей рельсовых дорог и локомотивов. Вес поезда является одним из важнейших параметров, так как определяет провозную способность участков, то есть какое количество пассажиров или грузов будет перевезено между станциями за определённое время. Поезда различаются по характеру груза, скоростям движения, размерам, массе и т. д. Одной из первых картин, где изображён поезд, по праву можно считать картину художника Тюмлинга на которой изображён поезд Царскосельской железной дороги.

Подробности Категория: Просмотров: 1594

ВЕС СЦЕПНОЙ локомотива, вес, падающий на те оси локомотива, к которым прилагаются вращающие их силы. Локомотив может двигаться лишь тогда, когда вращающие силы F≤ϕQ, где ϕ - коэффициент трения между колесом и рельсом, a Q - вес, приходящийся на движущие колеса. Коэффициент трения называется также коэффициентом сцепления, поэтому и вес Q, определяющий значение наибольшей возможной силы тяги, получил название веса сцепления, или, проще, сцепного веса. Из формулы видно, что, чем больше значение необходимой силы тяги локомотива, тем больше должен быть сцепной вес. В товарных локомотивах, развивающих большую силу тяги при малой скорости, используется по возможности максимум веса, и отношение Вес сцепной к общему весу колеблется в пределах 75-100%. В пассажирских локомотивах, работающих при более высоких скоростях, но с меньшей силой тяги, нет надобности использовать для сцепления максимум веса, и поэтому отношение в них веса сцепного к общему принимается от 50 до 75%. В абсолютных величинах вес сцепной товарных локомотивов в Америке равен 120-150 т, достигая в исключительных случаях 250 т, в Европе не превосходит 80-100 т. Вес сцепной пассажирских локомотивов: в Америке 90-120 т, в Европе 50-75 т.

2.1.Определение расчетного веса (массы) состава грузового поезда.

Вес состава грузового поезда является одним из важнейших качественных показателей работы железных дорог. Правильный выбор веса состава грузового поезда позволяет снизить себестоимость и повысить экономичность перевозок, наиболее полно использовать мощ­ность локомотивов без снижения надежности их работы в эксплуата­ции. Превышение весовых норм поездов может вызвать порчи локо­мотивов в пути следования и, соответственно, привести к нарушению графика движения поездов.

Расчетный вес состава грузового поезда Q р определяется исходя из условий полного использования мощности заданной серии локомотива при равномерном движении по расчетному подъему с расчетной скорос­тью, кН:

где F кр – расчетная сила тяги локомотива (с учетом числа секций) при расчетной скорости v р , Н;

Р – расчетный вес локомотива (с учетом числа секций), кН;

–основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме тяги при расчетной скорости, Н/кН;

–основное удельное сопротивление движению грузового со­става (вагонов) при расчетной скорости, Н/кН (расчетные формулы приведены в табл. 4);

i р – крутизна расчетного подъема, ‰

Расчетная масса состава грузового поезда, т

где g – ускорение свободного падения, м/с (g = 9,81 м/с)

Для дальнейших расчетов выберем две серии электровозов и одну серию тепловоза. Расчетные параметры грузовых локомотивов приведены в табл. 3

Таблица 3 - Расчетные параметры грузовых локомотивов

Серия локомотива
Расчетная скорость, V p , км/ч
Расчетная сила тяги, F кр  10 3 , Н
Касательная мощность при V p , N к, кВт
Расчетный вес P , кH
Сила тяги при v = 0, F кр  10 3 , Н
Конст­рукцион­ная скорость V к , км/ч
Длина локо­мотива l л , м

Таблица 4 - Расчетные формулы для определения основного удельного сопротивления движению подвижного состава на звеньевом пути

Тип подвижного состава	Расчетная формула (w – [Н/кН]; q 0 – [т]; v – [км/ч])
Тепловозы и электровозы:
Режим тяги
Режим холостого хода
Вагоны груженые:
Четырехосные на подшипниках скольжения
Четырехосные на роликовых подшипниках
Шестиосные*
Восьмиосные*
Состав поезда

*- шести- и восьмиосные вагоны имеют буксы только с роликовыми подшипниками.

В табл. 5 приведены характеристики составов грузовых поездов согласно выбранным локомотивам

Таблица 5 - Характеристика состава грузового поезда

Серия локомотива	Процент вагонов по весу состава					Масса вагонов брутто, т
	4-х-осных на ПС	4-х- осных на ПК

Согласно табл. 4 определим основное удельного сопротивления движению подвижного состава для тепловоза 2ТЭ116.

При разработке графика движения поездов исходят из определенных значений их веса и длины. Вес поезда определяет скорость его движения на одном и том же участке и при одной и той же мощности локомотива: чем больше вес, тем ниже скорость. Поэтому определение наиболее рациональных (оптимальных) норм веса и скорости представляет сложную эксплуатационную задачу, при решении которой учитывается большое число факторов – мощность локомотива, длина приемо-отправочных путей, характер вагонопотоков, продольный профиль пути, погонная нагрузка вагонов и др.

Максимальное число вагонов, которое может быть включено в состав поезда, зависит в основном от установленных норм веса поезда и длины состава, а также погонной нагрузки вагонов.

Максимальный вес поезда определяется силой тяги локомотива, расчетным подъемом и удельным сопротивлением локомотива и вагонов при движении на расчетном подъеме. Современные локомотивы при электрической и тепловозной тяге на основных железнодорожных линиях, имеющих расчетный подъем 6–9 о / оо, (тысячных) позволяют установить значительные нормы веса. А если учесть возможность работы локомотивов по системе многих единиц, то можно считать, что сила их тяги практически не ограничивает веса поезда.

Величину составов поездов ограничивает в основном недостаточная длина приемо-отправочных путей на станциях – 850 м. На основных наиболее грузонапряженных направлениях они удлинены до 1050 м. В отдельных случаях пути удлиняются до 1250 м. Однако на некоторых имеющих важное значение линиях еще сохранились раздельные пункты с полезной длиной приемо-отправочных путей 720 м. Это объясняется тем, что все резервы для удлинения здесь исчерпаны (профиль и длина станционных площадок) и дальнейшее увеличение протяженности путей требует крупной реконструкции. Учитывая, что длина условного вагона равна 14 м и на установку локомотива требуется 50 м, протяженность путей длиной 1050 м позволяет устанавливать 71 условный вагон; 850 м – 57; 720 м – 48 условных вагонов.

Вес поезда зависит не только от числа вагонов в составе, но и от их грузоподъемности и от того, как грузоподъемность фактически используется. При одном и том же числе вагонов, ограниченном длиной пути, вес поезда определяется нагрузкой на 1 м пути (так называемой погонной нагрузкой поезда). Это число тонн брутто, которое приходится на 1 м длины пути, занимаемой вагоном. Например, нагрузка крытого порожнего вагона 15 т/м, груженого, когда грузоподъемность использована на 80%, 49 т/м, полностью загруженного 4-осного полувагона 61 т/м. Если полезная длина пути 850 м, нагрузка на 1 м пути 15 т/м, то вес поезда 1200 т; при нагрузке 49 т/м масса поезда 4000 т. Удлинение пути до 1050 м при нагрузке 82 т/м позволит увеличить вес поезда до 8200 т.

Расчетную касательную мощность (в кВт) локомотива, реализуемую на ободе его колес при условии установившегося движения, находят из выражения

где - касательная сила тяги на расчетном режиме, равная сопротивлению движения поезда заданной массы, кН;

Расчетная скорость движения, км/ч.

Исследования по установлению масс грузовых и пассажирских поездов показывают, что экономически целесообразная масса поезда соответствует полному использованию длины станционных путей и их несущей способности. При современных нормах на эти показатели пути и с учетом технической оснащенности и провозной способности железных дорог наибольшая масса пассажирского поезда составляет не более 1200 т, грузового 6000 т (таблица 4.1). При массе поезда = 8000 т наивыгоднейшая расчетная скорость для тепловозов равна 27 км/ч, газотурбовозов 30-40 и электровозов 40-60 км/ч.

Наибольшую касательную мощность маневрового тепловоза, реализуемую при разгоне грузового поезда массой до скорости , находят из уравнения

(2)

где - удельное сопротивление, = 30 Н/т; - среднее ускоряющее усилие, = (50-80) Н/т; - удельное сопротивление от подъема, = (0-20) Н/т; - средняя скорость при разгоне, = (7-8,5) км/ч

Вид тяги	Масса поезда , т (не более)	Скорость, км/ч
расчетная	Максимальная
Тепловозная:
на однопутных участках с малым грузооборотом		23-30	85-100
на участках с наибольшим грузооборотом		28-30
в пассажирском движении	800-1200	70-100	140-200
Газотурбовозная в грузовом движении		30-40
Электрическая:
на постоянном токе в грузовом движении
на переменном токе в грузовом движении			110-120
на переменном токе в пассажир- ском движении	800-1000	80-100	160-200

Эффективную мощность (в кВт) – основной энергетический параметр автономного локомотива (тепловоза, газотурбовоза, паровоза), равный мощности его силовой установки, определяют по выражению

где - КПД передачи, = 0,77 для гидропередач, = 0,8 для электрических передач; - коэффициент свободной мощности.

Коэффициент учитывает на локомотивах расход энергии на привод вентилятора холодильной установки, вспомогательных машин (компрессора, вспомогательного генератора и др.) и аппаратов. Для тепловозов коэффициент = 0,90 ÷ 0,92. У газотурбовозов отсутствует мощная холодильная установка, поэтому значение = 0 97. для газотурбовозов, оборудованных дизелем для вспомогательных нужд, = 1.

Мощность электровозов определяют как суммарную мощность на валах тяговых электродвигателей при их работе в часовом и длительном режимах движения. Мощность наряду с другими параметрами используют для выбора энергетической установки проектируемого локомотива. В том случае, когда эффективная мощность установлена техническим заданием или принята по мощности энергетической установки, следует определить массу поезда, при которой локомотив может двигаться со скоростями, рекомендованными МТК РК.

Сцепной вес является суммарной нагрузкой на движущие колесные пары локомотива и характеризует его способность развивать необходимую силу тяги без проскальзывания колес по рельсам.

Сцепной вес (в кН) для грузового локомотива вычисляют при условии его движения по расчетному подъему с установившейся скоростью без боксования из соотношения

, (4)

где - коэффициент сцепления при скорости , - коэффициент использования сцепного веса; для локомотивов с групповым приводом = 1, с индивидуальным = 0,85÷0,92.

Для получения значений коэффициента , близких к единице, рекомендуют использовать поводковые буксы, рядное расположение тяговых двигателей, низкое размещение шкворня, наклонные поводки тягового устройства, мономоторный привод, догружатели - устройства, ликвидирующие разгрузку колесных пар тележки.

Сцепной вес пассажирского локомотива из условия обеспечения заданного ускорения при разгоне поезда определяют по формуле

, (5)

где - полное удельное сопротивление движению поезда в момент трогания с условной скоростью 5-8 км/ч на уклоне i (‰), Н/т;

Удельное сопротивление от ускоряющего усилия, Н/т; ( - ускорение поезда после трогания с места в зависимости от категории, поезда, равное 1200-1800 км/ч 2);

Ускорение поезда, км/м 2 , при действии удельной ускоряющей силы 1 Н/т.

Для расчета можно принять = 80 Н/т. Значения для грузовых и пассажирских поездов равны 12,2 км/ч 2 , электропоездов 12 км/ч 2 , дизель-поездов 11,8 км/ч 2 .

Выбрав значение , проверяют возможность реализации при этом заданного ускорения разгона по уравнению (5) при = 0 с более высокими скоростями движения. Если принятое значение не выдерживается на участке, равном половине пути разгона, то вес увеличивают.

Сцепной вес маневрового локомотива (тепловоза) зависит от характера и условий его работы: сортировочных маневров на горке, вывозных операций на магистральных дорогах и т. д. При горочной работе потребный сцепной вес определяют при трогании поезда с места после остановки у горба горки из соотношения

, (6)

Где - удельное сопротивление движению, равное для грузовых поездов 70 Н/т; - среднее сопротивление при подъеме по надвижной части горки, Н/т.

Сопротивление , для всех видов подвижного состава численно
равно 10-кратной величине подъема, которую находят из выражения

, (7)

Где - подъемы участков надвижной части горки, ‰;

Длины участков надвижной части горки, м;

Длина поезда, м.

В условиях вывозной работы требуемый сцепной вес локомотива находят из уравнения (4) при расчетной скорости = 10÷16 км/ч.

Служебную массу определяют количеством материалов, вложенных в конструкцию машины. У тележечных локомотивов, которых все колесные пары движущие, служебная масса (в т) равна 0,1 . У маневровых локомотивов обычно служебной массы недостаточно для получения расчетного сцепного веса. В этом случае в экипажной части предусматривают дополнительную массу (балласт). Магистральные пассажирские локомотивы, особенно скоростные, имеют служебную массу, которая обеспечивает действительный сцепной вес, превосходящий расчетный. У таких локомотивов можно снизить служебную массу путем уменьшения расхода материалов при их изготовлении. Служебную массу для построенных локомотивов определяют на специальных весах для взвешивания локомотивов. В начальной стадии проектирования служебную массу можно подсчитать по формуле

, (8)

где - удельный показатель служебной массы, рекомендуемый для перспективных локомотивов, кг/кВт.

Для электровозов в показатель вводится мощность часового Режима , кВт. В таблице 4.2 приведены значения удельного показателя служебной массы для современных локомотивов.

Таблица 4.2

Удельные показатели служебной массы

Число колесных пар зависит от массы локомотива и нагрузки от колесной пары на рельсы. Если в расчете использовать служебную массу, то будет определено полное число колесных пар, если сцепной вес - число движущих колесных пар. Для одной секции локомотива число может быть равно 2, 3, 4, 6 и 8. Если больше, то локомотив формируют из двух секций.

Наметив для проектируемого локомотива число колесных пар, необходимо проверить статическую нагрузку на рельсы по выражению

, (9)

где - допускаемая статическая нагрузка от колесной пары на рельсы, кН.
Допускаемая нагрузка зависит от конструкции и состояния верхнего строения пути и устанавливается техническими требованиями МТК РК. На дорогах с рельсами Р50 и Р65, уложенными на деревянных шпалах и щебеночном балласте, допускаются следующие значения = 226 кН для грузовых локомотивов, = 206 кН - для пассажирских. На реконструированных участках допускаемая нагрузка от колесной пары на рельс равна 246 кН.

Диаметр движущих колес локомотивов зависит от многих факторов, из которых надежность и минимальная неподрессоренная масса являются основными.

В настоящее время на тяговом подвижном составе железных дорог СНГ применяют три типоразмера колес: диаметром 1050 и 1220 мм для тепловозов, 950 мм для дизель-поездов и части электропоездов и 1220 и 1250 мм для электровозов. Для унификации ходовых частей экипажей тепловозов и электровозов рекомендуется использовать колеса диаметром 1220 и 1250 мм, что снизит эксплуатационные и ремонтные расходы, увеличит пробег между обточками бандажей, понизит контактные напряжения в рельсах и т. д. Однако при применении колес с большим диаметром возрастает масса колесной пары и увеличивается эксцентриситет главной рамы относительно автосцепки. Требуемый диаметр колеса (мм) подсчитывают по формуле

где - допустимая нагрузка на 1 мм диаметра колеса, равная от 0,2-0,22 до 0,27 кН/мм.

При выборе диаметра колес следует руководствоваться стандартными размерами бандажей для подвижного состава широкой колеи на колесные пары для тепловозов и электровозов. Бандажи толщиной 75 мм устанавливают на колеса с осевой нагрузкой до 206 кН, толщиной 90 мм - на колеса с осевой нагрузкой более 206 кН.

Длину локомотива по осям автосцепок устанавливают в процессе компоновки оборудования. На начальной стадии проектирования длина, мм,

для локомотивов мощностью 1470-2300 кВт;

для локомотивов мощностью свыше 2900 кВт;

В общем случае ориентировочно

Максимальная длина локомотива ограничивается техническими требованиями на ремонтные стойла депо, минимальная - прочностью путевых сооружений. Для проверки используют уравнение

, (14)

где - допускаемая нагрузка на единицу длины пути, равная 73,5 кН/м для эксплуатируемых и 88,5 кН/м для проектируемых локомотивов.

База локомотива - это расстояние между шкворнями или геометрическими центрами тележек одной секции. Она определяется условия компоновки экипажной части «по низу» и надежность сцепляемости автосцепки локомотива и вагона. предварительно база локомотива

где е - числовой коэффициент, равный 0,5-0,54 для экипажной части с длиной до 20 м и 0,55-0,6 длиной свыше 20 м.

База тележки зависит от размеров тягового привода, тяговых электродвигателей и других элементов, размещаемых на тележках. Расстояние между смежными колесными парами у современных тележек локомотивов равно 1,85-2,3 м. Меньшие значения относятся к тележкам с групповыми приводами, большие – с индивидуальными приводами. Исходя из этого, можно выбрать базу тележки до разработки конструкции экипажа: в пределах 3,7-4,6 м для трехосных тележек и 5,5 -7 м для четырехосных тележек с индивидуальным приводом. Для исключения больших ошибок при оценке линейных размеров , и их следует сравнить с аналогичными показателями современных локомотивов (таблица 4.3).

177-167 11,0 10,5

Задание № 4.

Определить основные характеристики проектируемого локомотива согласно варианту:

1. Определить сцепной вес и служебную массу локомотива

2. Определить число осей и диаметр колес локомотива

3. Определить геометрические размеры локомотива

4. Построить тяговую характеристику локомотива

Таблица 4.6. Исходные данные для расчета