колесных пар, нагрузку от колесной пары на рельсы, диаметра колеса, расчетную скорость (установившуюся скорость движения локомотива на расчетном подъеме), линейные, базовые и габаритные размеры и т. д.

При проектировании новых и технико-экономическом анализе эксплуатируемых локомотивов часто используют такие показатели, как удельный показатель массы - отношение массы локомотива к его эффективной или касательной мощности; удельную мощность - отношение касательной мощности локомотива к массе поезда; коэффициент тяги - отношение действительной силы тяги к сцепному весу локомотива и др.

Основные параметры магистральных локомотивов зависят от масс и скоростей движения поездов, обеспечивающих минимальные годовые затраты на освоение заданного объема перевозок. При выборе основйых параметров необходимо учитывать несущую способность пути и путевых сооружений, габарит подвиж- ного состава, технический уровень развития локомотивостроения и смежных отраслей. Для реализации основных параметров следует широко использовать стандартизацию и размерные ряды локомотивов по видам тяги и назначению.

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

Ph = Fvp/3,6,

где Fk - касательная сила тяги на расчетном режиме, равная сопротивлению движения поезда заданной массы, кН; Ур -- расчетная скорость движения, км/ч.

Исследования по установлению масс грузовых Отг и пассажирских /Пп 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 (табл. 27). При массе поезда /Пг = 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 т до скорости Vp, находят из уравнения

Р„ = (т,/3600) (Шо + /ер + io) с р,

где wo - удельное сопротивление, wo = 30 Н/т; jp - среднее ускоряющее усилие, /р = (50-80) Н/т; io - удельное сопротивление от подъема, io = (0-20) Н/т; vp -средняя скорость при разгоне, 260

Vop = (7-8,5) км/ч).

Таблица 27

Рекомендуемые массы поездов и расчетные скорости движения

Приближенно касательную мощность проектного локомотива можно оценить по графику (рис. 160).

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

Р, = РМс,

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

p/iMi0).<st/t

Рис. 160. График зависимости удельной мощности Рк/тг (я)

/ - для пасеажкрского дви-женкя; 2 - для грузового движения

W SO ВО т /го по ш ¥,km/v

Коэффициент Рд учитывает на локомотивах расход энергии 1 йа привод: вентилятора холодильной установки, вспомбгат&дьных йашии (компрессора, вспомогательного генератора и др.) и аппаратов. Для тепловозов коэффициент р. = 0,90-ь0,92. У гйзотур- I бовозов отсутствует мощная холодильная установка, поэтому J значение Рс = О 97. Для газотурбовозов, оборудованных дизелем для вспомогательных нужд, Рс = 1 •

Мощность электровозов определяют как суммарную мощность на валах тяговых электродвигателей при их работе в часовом и длительной режимах движения. Мощность Ре 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 ЦНИИ МПС.

Сцепной вес Лсц 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 скрростью без брксования из соотношения

Лсц. г > 3,6P„/r;„Ti,t;p,

(39)

где - коэффициент сцепления прн скорости v, - коэффициент использования сцепного веса; для локомотивов с группо- , вым приводом = 1, с индивидуальным = 0,85-0,92.

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

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

{Wo + йУтр + «о

- (40)

сц. п

108г)„Т1в

где {wo + йУтр + го) - полное удельное сопротивление движению поезда в момент трогания с условной скоростью 5-8 км/ч на уклоне i (%о), Н/т; Шу- удельное сопротивление от ускоряющего усилия, Н/т; Шу = aJZ, (ua - ускорение поезда после трогания с места в зависимости от категории, поезда, равное 1200- 1800 км/ч); t, -ускорение поезда, км/м, при действии удельной ускоряющей силы 1 Н/т. 262

Для расчета можно принять Wo + йУр -f = 80 Н/т. Значения Z для грузовых "и пассажирских поездов равны 12,2 км/ч, электропоездов 12-км/ч*, дизель-поездов 11,8 км/ч*.

Выбрав значение Лсц.п. проверяют возможность реализации при этом заданного ускорения разгона по уравнению (40) при Штр = О ic более высокими скоростями движения. Если принятое значение Дп не выдерживается на участке, равном половине пути разЛна, то вес Лсц.п 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

Шг (йУо + йУтр + Оср)

сц. м

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

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

г,.р = t\Zi + iZi +----\- inZn/Zc,

где ii, ta. in - подъемы участков надвижной части горки, "/м", Zi, Zi, Z„-длины участков надвижной части горки, м; Z - длина поезда, м.

В условиях вывозной работы требуемый сцепной вес локомотива находят из уравнения (39) при расчетной скорости f р = = 10-5-16 км/ч.

Служебную массу определяют количеством материалов, влр-женных в конструкцию машины. У тележечных локомотивов, у которых все колесные. пары движущие, служебная масса (в т) равна 0,Шсц- 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. Служебну10 массу для построенных локомотивов определяют на специальных весах для взвешивания локомотивов. В начальной стадии проектирования служебную массу можно подсчитать по формуле

«сл = Ре («сл/е)о,

где (тсл/Ре)о - удельный показатель служебной массы, рекомендуемый для перспективных локомотивов, кг/кВт. Для лек-

тровозов в показатель вводится мощность часового режима Р,, кВт. Ниже приведены значения удельного показателя служебной массы для современных локомотивов.

Тепловозы ТЭ109 ТЭП70 ТЭП75 Сенчури ТЭ121 ТЭМ7 ТЭМ2

Электровозы («сл/Рч):

ТЭП75 Сенчури ТЭ121 855

54 44 31,4 56,2 51 122 135

ВЛ60 ВЛ60Р ВЛ80 ВЛ40 ЧС4

33,4 29.7 29,3 26,8 26,3

Число тлбсных 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 «кп может быть равно 2, 3, 4, 6 и 8. Если Пул больше, то локомотив формируют из двух секций.

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

2Я==9,8тсл/Пкп<[2Я],

где [2Я] - допускаемая статическая нагрузка от колесной пары на рельсы, кН.

Допускаемая нагрузка [2Я] зависит от конструкции и состояния верхнего строения пути и устанавливается техническими требовайиями МПС. На дорогах с рельсами Р50 и Р65, уложенными на деревянных шпалах и щебеночном балласте, допускаются следующие значения [2Я]: 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 неподрессорен-ная масса являются основными.

В настоящее время на тяговом подвижном составе железных дорог СССР применяют три типоразмера колес: диаметром Ш50 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

« [2р]

где {2р] -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 и ГОСТ 11018-76 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 L„ устанавливают в процессе компоновки оборудования. На начальной стадии проектирования длина, мм, 1д - Ре (14-0,0023Ре) для локомотивов мощностью 1470-2300 кВт п L„ = SPil - 0,00008Ре) для локомотивов мощностью свыше 2900 кВт. В общем случае ориентировочно

L,{L/P,)oD„

где (L/Pe)o-рекомендуемая длина, приходящаяся на единицу мощности, мм/кВт.

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

9,8/Псл/[9п],

где ln] - 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 определяет 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 L, Lg, 1 их следует сравнить с аналогичными показателями современных локомотивов (табл. 28).

В процессе проектирования основные параметры локомотивов могут уточняться с учетом требований перспективного развития и возможностей их осуществления (табл. 29, 30).