Использование сцепного веса тепловоза

/ Литература / Тепловозы: Основы теории и конструкция / Использование сцепного веса тепловоза

Развеска тепловоза. При проектировании и эксплуатации тепловоза необходимо обеспечить равномерное распределение его веса по всем ведущим колесным парам. Для того чтобы обеспечить теоретическое равенство статических нагрузок от колесных пар на рельсы, необходимо следующее:

обеспечить совпадение положения центра тяжести всего надтележечно-го строения тепловоза с геометрической серединой длины его рамы (предполагается, что в поперечной плоскости центр тяжести лежит на вертикальной оси симметрии рамы);

разместить опоры кузова на тележки на одинаковых расстояниях от центра тяжести надтележечного строения тепловоза (или от середины его длины);

обеспечить идентичность характеристик элементов упругого подвешивания.

Первые две операции выполняются при проектировании тепловоза в процессе так называемой его развески. Третье условие обеспечивается подбором рессорных элементов при сборке тепловоза.

При выполнении этих условий вес тепловоза, стоящего на прямо горизонтальном пути, будет передаваться на рельсы через все его колеса равномерно.

Однако выполнить все эти условия полностью и обеспечить абсолютное равенство этих нагрузок очень сложно. Поэтому техническими условиями допускается возможность отклонения фактических нагрузок от колесных пар на рельсы от средних (проектных) значений на +3 %- для тепловозов с осевыми нагрузками до 225 кН и на ±2 % - для нагрузок до 245 кН.

Сила тяги 1гКш, развиваемая каждой колесной парой, по условиям сцепления с рельсами ограничивается величиной нагрузки от этой колесной пары на рельсы 2Пг. 1""кш-^ ^г|з2Я,, где ф - коэффициент сцепления.

Так как на колесных парах тяговые электродвигатели одинаковы, то сила тяги всего тепловоза Р*, которая аналогично связана с его весом Як (Л<*Л,, где Я. = £2Я,), не должна в то же время превышать величины пРкп т;п (л-число ведущих осей; ^кп 1шп = 0,97\|>2/7) Отсюда следует, что из-за допускаемой неравномерности нагрузок по колесным парам максимальная сила тяги тепловоза будет ограничиваться колесной парой с минимальной нагрузкой и может быть на 2-3 % меньше расчетной по его сцепному весу.

В таких случаях говорят, что сцепиой вес тепловоза недоиспользуется соответственно на 2 или 3 % только вследствие неточности его развески.

При движении тепловоза на распределение нагрузок по колесным парам влияет работа его тяговых электродвигателей.

Влияние работы тягового электродвигателя на нагрузку от колесной пары на рельсы наиболее проявляется при опорно-осевом подвешивании. Рассмотрим силовое взаимодействие тягового электродвигателя с колесной парой и рамой тележки (рис. 11.38).

Тяговый двигатель развивает момент М, который приводит во вращение колесную пару вследствие давления зуба ведущей шестерни на зуб ведомого зубчатого колеса (сила 1).

Сила 2 = М/Г|, где г\ - радиус шестерни, направлена вверх, если тяговый электродвигатель расположен в тележке за колесной парой по направлению движения (как показано на рнс. 11.38). Сила I направлена вниз, если двигатель расположен перед колесной парой (при движении назад на рис. 11.38).

Если в точке В (на оси колесной пары) приложить две равные и противоположно направленные силы 1 (вверх) и 1 (вниз), равные по величине силе 1, то увидим, что силы Ъ и 1 образуют пару сил, обеспечивающую вращение колесной пары (ее момент при равномерном движении уравновешивается моментом сил сопротивления на колесе), а сила 2 разгружает колесную пару, уменьшая нагрузку от нее на рельсы. При движении в другом направлении сила 2 увеличивает осевую нагрузку. Так как на тепловозах двигатели передней и задней тележек расположены симметрично по отношению к своим колесным парам, общая сумма разгрузок колесных пар равна сумме перегрузок, что очевидно, ибо вес тепловоза при движении ие меняется. Однако наличие разгруженных колесных пар еще более уменьшает максимальные значения сил тяги, которые может реализовать тепловоз, как объяснялось выше.

В точке С по третьему закону Ньютона на зуб шестерни действует реакция 2>, равная по величине силе 2 и противоположно направленная.

Приложив две равные и противоположно ,111 ,1У направленные силы 2 и 2 , равные по величине 2 = 2|, в точке й на оси вала якоря тягового электродвигателя, увидим, что силы Ъ\ и 21" создают реактивный момент М? = М. уравновешиваемый моментом на валу тягового электродвигателя. Сила 2^ действует через подшипники вала якоря на корпус-двигателя и также передается на его опоры.

Определим эти силы, изменяющие нагрузки иа ось колесной пары и раму тележки.

Тепловозы- основы теории
Рис. 11.38. Схема силового взаимодействия тягового электродвигателя и колесной пары В точке В (на оси колесной пары) сила Яд, увеличивающая нагрузку от оси на рельс (при направлении движения, указанном на рис. 11.38),
Тепловозы- основы теории

В точке А (на кронштейне рамы тележки) сила ЯА, увеличивающая нагрузку на раму тележки (при направлении движения, указанном на рис. 11.38),

Тепловозы- основы теории

При противоположном направлении движения силы Р.Л н Йв направлены вверх.

Кроме того, на статор двигателя действует реактивный электромагнитный момент МС = М, который также воспринимается опорами двигателя, т. е. осью и подвеской, в виде сил На схеме рис. 11.38 сила Ямв увеличивает нагрузку на ось, а сила 11МА разгружает подвеску. По своей абсолютной величине силы Р,МА н Кмв меньше сил НА и 1?в.

Тепловозы- основы теории

Таким образом, при расположении тягового двигателя за колесной парой и опорно-осевом его подвешивании колесная пара разгружается на величину ДЯ| = 1~ЯВ - ЯМВ =

Тепловозы- основы теории
Рис. 11.39. Влияние силы тяги на нагрузки от осей на рельсы

= Мі/Л, где і = гчіг\-передаточное число тягового редуктора. При обратном направлении движения нагрузка на колесную пару возрастает на эту же величину. При опорно-рамном подвешивании нагрузка перераспределяется только вследствие реактивного момента.

Другой причиной, изменяющей нагрузки на колесные пары, является реализация силы тяги и передача ее составу.

Перераспределение нагрузок от колесных пар на рельсы под действием силы тяги наиболее заметно проявляется при жестком (чегырех-опорном) опираний кузова на каждую тележку (как на тепловозах 2ТЭ10Л и ТЭЗ). В этом случае рама тележки не может перемещаться в вертикальной плоскости относительно кузова и их можно считать за одно целое. На рамы тележек от каждой колесной пары передаются силы 1*■„„ (рис. 11.39), а к автосцепке тепловоза приложена сила сопротивления состава ІУ, которую при равномерном движении, если пренебречь сопротивлением локомотива, можно принять равной его силе тяги № =

= п/7кпВследствие разности уровней приложения этих сил относительно уровня головки рельса на раму и кузов тепловоза действует неуравновешенный МОМеНТ Мт = «/7кп(/іс - Гк), ГДЄ

/гс^ 1,0 м - высота автосцепки; гк = 0,525 м - радиус колеса.

Наличие этого момента приводит к перекосу кузова и изменяет его вертикальные нагрузки на тележки на величину Т = МГ/В, где В - база тепловоза. Причем, очевидно, что передняя тележка разгружается, а задняя перегружается. Величина изменения нагрузки на колесную пару ДЯ2= I 1?т| = Т/т=Мг/тВ, где т - число осей в тележке.

Коэффициент использования сцепного веса. При реализации силы тяги в самом неблагоприятном случае максимальная разгрузка колесной пары может составить ДЯ = = ДЯ|-т-ДЯ2- Тогда нагрузка на рельсы от наименее нагруженной колесной пары может составить 2Ят|п= = 2/7(1 -0,03) -ДЯ, где 0,03 -допускаемое техническими условиями относительное отклонение осевой нагрузки (при 2Я<225 кН).

Отношение нагрузки наиболее разгруженной оси к расчетной называется коэффициентом использования сцепного веса р\:

Коэффициент использования сцепного веса характеризует тяговые свойства тепловоза, он показывает, какую долю от теоретически возможной силы тяги может реализовать тепловоз. Как видно из изложенного выше, величина рк зависит от расположения и способа подвешивания тяговых электродвигателей, а также от конструкции рессорного подвешивания и устройств для передачи силы тяги.

Серийные грузовые тепловозы с челюстными тележками (ТЭЗ, 2ТЭ10Л) имеют довольно низкие значения коэффициента использования сцепного веса: 0,75-0,78. Изменение расположения тяговых электродвигателей на одностороннее на тележках тепловозов 2ТЭ10В и 2ТЭ116 позволило повысить рк до 0,83-0,86.

⇐ | Кузов и главная рама | | Тепловозы: Основы теории и конструкция | | Динамика тепловоза | ⇒