Тепловоз ЧМЭ 3 на компримированном природном газе
Определение основных параметров тепловоза
Определение касательной мощности локомотива.
Касательная полезная мощность тепловоза, реализуемая на ободе колес при условии установившегося движения, определяется по формуле:
Nk = Ne · в · зn
где Ne - эффективная мощность дизеля, Ne = 2200 кВт
в - коэффициент, учитывающий затрату мощности на обслуживании локомотива, в = 0,95;
зn - коэффициент полезного действия передачи.
Для тепловоза с электрической передачей постоянного или постоянно-переменного тока:
зn = зr · зg · ззп · зву,
зr - к. п. д. главного генератора, зr = 0,94;
зg - к. п. д. тяговых электродвигателей, зg = 0,94;
ззп - к. п. д. зубчатой передачи, ззп = 0,98;
зву - к. п. д. выпрямительной установки (если есть), зву = 0,99.
зn = 0,94 · 0,94 · 0,98 · 0,99 = 0,8573
Nk = 2200 · 0,95 · 0,8573 = 1710,3135 кВт
Определение сцепной массы тепловоза.
Сцепная масса тепловоза характеризует его способность развивать необходимую силу тяги без проскальзывания колес по рельсам:
Мсц =
где
2П - нагрузка от оси на рельсы, кН;
z - число сцепных осей тепловоза;
g - ускорения силы тяжести, g = 9,81 м/с2.
Число сцепных осей определяется исходя из касательной мощности тепловоза Nk и номинальной мощности тягового электродвигателя РТЭД:
z =
Номинальная мощность тягового электродвигателя принимается по данным тепловоза-прототипа. Для тепловоза 2ТЭ10М (тип ТЭД ЭД-118А) РТЭД = 305 кВт. Полученное число осей округляется до ближайшего четного числа: 4, 6, 8.
z =
Округляем до 6 сцепных осей тепловоза.
Найдем сцепную массу тепловоза:
Мсц = кг.
Расчет и построение тяговой характеристики тепловоза.
Сила тяги тепловоза при трогании с места и до пороговой скорости определяется по формуле:
Fkсц = 10 · шk · Мсц,
где шk - коэффициент сцепления колес с рельсами.
Для тепловозов коэффициент сцепления колес с рельсами:
шk = 0,25 +
где V - скорость движения тепловоза, км/ч.
Для определения значений шk и затем Fkсц необходимо задаться значениями скоростей от 0 до 30 км/ч.
V = 0 км/ч
шk = 0,25 + ,
Fkсц = 10 · 0,33 · 146,78 = 484,374 кН;
Остальные результаты расчета приведем в таблицу 1.
Таблица 1.
V, км/ч |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
|
шk |
0,33 |
0,29 |
0,276667 |
0,27 |
0,266 |
0,263333 |
0,261429 |
|
Fkсц, кН |
484,374 |
425,662 |
405,993 |
396,306 |
390,434 |
386,031 |
383,368 |
Сила тяги тепловоза при использовании полной мощности дизеля определяется по формуле:
Fk= ,
где Nk - касательная мощность тепловоза, кВт;
V - скорость тепловоза, км/ч;
Fk - касательная мощность тяги, кН.
Задавшись значениями от 10 км/ч до конструкционной, интервалом через 10 км/ч, вычислим значения Fk. Результаты запишем в таблицу 2.
Таблица 2.
V, км/ч |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
110 |
120 |
|
Fk, кН |
627,685 |
313,849 |
209,232 |
156,924 |
125,539 |
104,616 |
89,671 |
78,462 |
69,744 |
62,769 |
57,063 |
52,308 |
Определим скорость порога Vп, т.е. скорость, при которой тепловоз выходит на полную силу тяги при этой скорости.
Скорость порога определим из равенства:
Fксц = Fк
откуда
После преобразований получаем квадратное уравнение для определения Vп;
откуда находится величина Vп, км/ч и далее определяется Fкп, кН.
;
;
км/ч.
кН.
Тяговая характеристика, построенная по данным табл. 1 и 2, будет иметь вид графика показанного на рис. 1.1.
Рис. 1. Тяговая характеристика тепловоза