Тяговые и теплотехнические характеристики

Касательная сила тяги тепловоза с электрической передачей мощности, т. с. сила тяги на ободе колеса, есть результат взаимодействия крутящего момента, переданного тяговым электродвигателем оси колесной пары, и силы сцепления колеса с рельсом, предельное значение которой на каждой скорости движения ограничивается законами сцепления.

Локомотив как транспортная машина должен иметь тяговую характеристику, обеспечивающую автоматическое изменение силы тяги при мгновенном изменении скорости движения (изменение сопротивления движения) без непосредственного вмешательства человека. Условия работы железнодорожного транспорта, когда изменение ускорения движения в зоне малых скоростей требует значительного приращения силы тяги, а в зоне больших скоростей-меньших величин, хорошо согласуются с гиперболической зависимостью между силой и скоростью, что в полной мере отвечает эффективным условиям работы первичного двигателя (дизеля) па режиме постоянной мощности и частоты вращения во всем диапазоне скоростей движения тепловоза.

Необходимую трансформацию момента на режиме постоянной частоты вращения коленчатого вала дизеля обеспечивает электрическая передача мощности переменно-постоянного тока, состоящая из генератора переменного тока, выпрямительной установки, тяговых электродвигателей! постоянного тока и необходимой электрической аппаратуры.

Крутящий момент колесам передает тяговый электродвигатель типа ЭД-119 постоянного тока, получающий энергию от синхронного генератора переменного тока ГС-504А через выпрямительную установку. Регулируя магнитный поток синхронного генератора на выходе из выпрямительной установки, получают характеристику, аналогичную внешней характеристике генератора постоянного тока, устанавливающую зависимость между напряжением и силой тока. Зависимость имеет в средней части вид гиперболы и два участка ограничения по максимальному току и максимальному напряжению. В сочетании с характеристиками электродвигателей последовательного возбуждении это обеспечивает получение таких же тяговых характеристик тепловоза, как и в случае передачи постоянного .трка.

Для использования постоянной мощности дизеля на каждой позиции контроллера в заданном диапазоне изменения скоростей движения тепловоза применено автоматическое регулирование. напряжения генератора и ступенчатое ослабление магнитного поля тяговых электродвигателей. Степень ослабления поля тяговых электродвигателей составляет 62 и 38%- Каждой позиции контроллера соответствуют определенная частота вращения вала и величина эффективной мощности дизеля, обеспечивающие минимальный удельный расход топлива на данном режиме работы.

Тяговый генератор получает энергию дизеля за вычетом величины, расходуемой на привод агрегатов и механизмов, обеспечивающих работу дизеля, электропередачи и пр. Расход мощности на вспомогательные нужды тепловоза зависит от многих конструктивных особенностей, заложенных в проект тепловоза, основными из которых являются:

а) энергия, затрачиваемая на поддержание дизеля в работоспособном состоянии, т. е. расход мощности на привод вентиляторов охлаждения воды, масла и наддувочного воздуха;

б) энергия, затрачиваемая на обеспечение работоспособности электрических машин и аппаратов, т. е. расход мощности на привод вентиляторов охлаждения генератора, тяговых электродвигателей, выпрямительной установки, высоковольтной камеры и др.;

в) энергия, затрачиваемая на привод тормозного компрессора, возбудителя, топливо- и маслоподкачивающих насосов, освещение, обогрев кабин, подзаряд аккумуляторной батареи и ДР-

Увеличение секционной мощности тепловоза и применение охлаждаемых коллекторов требует увеличения отбора мощно-

Параметры

тэпсо

ТЭП70

Отношение

Мощность дизеля, л. с.

3000

4000

1,33

Теплоотвод суммарный, ккал/ч Расход воздуха для охлаждения, м3/ч:

1,46-100

1,9-100

1,31

систем дизеля

2,74-10г>

2,95-10г>

1,08

электрических машин

4,14-Ю4

7-ю-1

1,7

сти для обеспечения надежной работы самого дизеля и электрических машин. Для сравнения в табл. 1 приведены некоторые величины, характеризующие теплоотвод от дизеля на тепловозах ТЭП60 и ТЭП70 и требуемое техническими условиями на поставку количество воздуха для охлаждения электрических машин и аппаратов.

Примененная на тепловозе ТЭП70 схема и компоновка системы охлаждения дизеля с последовательным включением групп секций, работающих под избыточным давлением, обеспечила на 30% больше отвод тепла, чем у тепловоза ТЭП60, при увеличении расхода охлаждающего воздуха всего на 8%, а следовательно, при незначительном увеличении затрат мощности па привод вентиляторов системы охлаждения. Применение одного осевого вентилятора с к.п.д. 0,85-0,90 и с механическим приводом от дизеля обеспечило почти на 30% снижение затрат мощности на охлаждение электрических машин и аппаратов. ^

В табл. 2 для сравнения приведены расчетные величины мощности, расходуемые на вспомогательные нужды тепловозов ТЭГ160 и ТЭП70 при температуре наружного воздуха +20 и +40°С.

Из таблиц видно, что рациональный выбор схем и компоновка систем, обслуживающих вспомогательные нужды локомотива, позволили получить для тепловоза ТЭП70 при темпе-

Таблица 2

Отбор мощности па номинальном режиме двигателя, л. с.

ТЭП60

ТЭП70

ТЭП60

ТЭП70

+20-С

+40 С

Вентиляторами холодильника дизеля

164,8

168,5

185

262

Вентиляторами охлаждения электрнчес-

110

126,0

НО

126,5

ких машин

На вспомогательные нагрузки тепловоза

97,8

65.5

97,8

65,5

От номинальной мощности дизеля, %.

12,4

9,0

13,1

11,4

Параметры

ТЭП70

ТЭПН)

«Ке стрел» (Англия)

С С 72000 № 75 (Франция)

Осевая характеристика

3q“3q

Зо'Зц

Зо-30

Зо-Зо

Мощность по дизелю, л. с.

Конструкционная скорость, км/ч

4 000

3 000

4 000

4 200

160

160

176

160/85

Сила тяги длительного режима, кг с

17 000

12 500

18 700

оо16 400/-

Скорость длительного режима, км/ч

50

50

45

55,8

Нагрузка от оси колесной пары на рельс, кге

21,5

21,5

21,0

19,68

Длина тепловоза по осям автосцепок, мм

20 470

19 250

20 268*

20190*

Диаметр колес по кругу катацип, мм

1 220

1 050

1092

1 140

Тип дизеля

16ЧН 2G/26

16ДН 23/30

164 Н 24/28

Р12ЧН 28/29

Удельный расход топ лива, г/э, л. с. ч

155

167

167

163

Тип тележки и тягшо-

Бесчелюстная, ипдивидуаль-

Челюст пая,

Бесче мост-

го привода

ный с опорно-рамной подвеской тягового электродвигателя

индивидуал ь-ный с опорноосевой подвеской тяговых электродвигателей

ная, групповой привод трех осей от одного тягового электродвигателя

Масса тележек без тягового электродвигателя, кг

37 475

35 400

36520

Масса генератора, возбудителя, выпрямителя, кг

7 505

9 330

8 500

5150

Полная сухая масса тепловоза, т

122,20

121,75-122,1

-

110,75

Запас топлива, кг

* Длина тепловоза пс

6000

буферам.

5000

5 400

5500

ратурс наружного воздуха 20“С почта такую же величину расхода мощности, как и у тепловоза ТЭП60, не превышающую 10% номинальной мощности дизеля.

Для сравнения па рис. 4 показано изменение расчетной величины мощности на вспомогательные нужды тепловозов ТЭП60 н ТЭП70 в зависимости от позиции контроллера.

По результатам заводских испытаний па рис. 5 построена тяговая характеристика тепловоза ТЭП70 и для сравнения

Изменение величины мощности на вспомогательные нужды тепловозов ТЭП70 и ТЭП60 в зависимости от позиции контроллера
Рис. 4. Изменение величины мощности на вспомогательные нужды тепловозов ТЭП70 и ТЭП60 в зависимости от позиции контроллера: Л 2 - тепловоз ТЭП70; 3, 4 - тепловоз ТЭП80
Зависимость касательной силы тяги от скорости движения на XV позиции контроллера машиниста тепловозов
Рис. 5. Зависимость касательной силы тяги от скорости движения на XV позиции контроллера машиниста тепловозов: I - ТЭП70; 2 - ТЭГ1П1)
Тяговые характеристики тепловоза ТЭП70
Рис. 6. Тяговые характеристики тепловоза ТЭП70
Зависимость мощности от скорости движения тепловоза на нечетных позициях контроллера
Рис. 7. Зависимость мощности от скорости движения тепловоза на нечетных позициях контроллера
К. и. д. тепловозов на ободе колес
Рис. 8. К. и. д. тепловозов на ободе колес: 1 - ГЭП71) (расчетные); 2 - ТЭП60

дана тяговая характеристика тепловоза ТЭП60. Полные тяговые характеристики тепловоза ТЭП70 приведены на рис. 6.

Анализ результатов испытаний показывает, что максимальная касательная мощность может быть получена до 3300 л. с. (рис. 7). Поезд весом 1100 т «а 9%0-ном подъеме тепловоз 1ЭГ170 может вести с равновесной скоростью около 60 км/ч, а тепловоз ТЭП60- такой же вес поезда и па таком же подъеме со скоростью около 45 км/ч. Па прямом горизонтальном участке пути тепловоз ТЭП70 с составом весом 1100 т может развить равновесную скорость 122 км/ч, тепловоз ТЭП60-не выше 105 км/ч, а с составом весом 650 т - соответственно около 150 и 130 км/ч.

Расчетные характеристики касательного к.п.д. тепловоза ТЭП70 на XV позиции контроллера машиниста приведены на рис. 8 и для сравнения даны для тепловоза ТЭП60.

В табл. 3 дано сравнение основных технико-экономических показателей тепловоза ТЭП70 с лучшими образцами отечественных и зарубежных локомотивов.

Из табл. 3 видно, что по своим технико-экономическим характеристикам тепловоз ТЭП70 находится на уровне лучших мировых образцов.

КОМПОНОВКА И ОСНОВНАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА 2А-9ДГ

Техническая характеристика тепловоза | Пассажирский тепловоз ТЭП70 | Компоновка дизель-генератора 2А-9ДГ