Сила тяги на ободе колеса (Н) в общем случае определяется как

где = 159,7 – крутящий момент на валу ТЭД , Н·м;

– мощность ТЭД по электрическим переменным проектируемой ЭПМ, кВт;

– КПД ТЭД в проектируемой ЭПМ;

= 0,985 – КПД тягового редуктора.

Касательная сила тяги тепловоза определяется как

Для предварительного определения расчетной силы тяги тепловозов в формулу подставляется значение при номинальных значениях , и . Значение в этом случае определяется по электромеханическим характеристикам ТЭД полного поля при номинальном токе проектируемой ЭПМ.

= 0,88 ,

P_ТЭД = 250 ∙ 557,73 ∙ 0,88 ∙ 10^-3 = 122,7 кВт ,

=6 ∙ 25913=155478,35 Н ,

Тяговая характеристика имеет ограничения по сцеплению колес тепловоза с рельсами и максимальному току ЭПМ.

Ограничение касательной силы тяги по сцеплению определяется в соответствии с Правилами тяговых расчетов (ПТР) выражением

, Н

где – коэффициент сцепления колеса с рельсом согласно ПТР.

Расчет рекомендуется свести в таблицу 3.

Таблица 3 – Расчет ограничения касательной силы тяги тепловоза по сцеплению

Скорость, км/ч				16,79
			10,00	16,79
, Н	308827,72	280015,13	258885,90	237830,61

Ограничение касательной силы тяги по максимальному току ЭПМ определяется по формуле в которую подставляется значение при максимальном значении (и соответственно минимальном значении ), минимальном значении и значении , определяемое по электромеханическим характеристикам ТЭД полного поля при максимальном токе проектируемой ЭПМ.

= 0,81

P_ТЭД = 187,5 ∙ 743,64 ∙ 0,81 ∙ 10^-3 = 112,9 кВт

= 6 ∙ 33752,98 = 202517 Н

Соответствующая этому ограничению минимальная критическая скорость (км/ч) определяется формулой

По полученным данным строится предварительные ограничения тяговой характеристики тепловоза.

Рисунок 3 – Вид предварительных ограничений тяговой характеристики проектируемого тепловоза – ограничение мощности тепловоза из-за недоиспользования максимального тока ЭПМ.

3 Построение рациональной тяговой и технико–экономических характеристик

3.1 Определение рациональной величины передаточного отношения тягового редуктора

Соотношение значений и может быть достигнуто за счет установления оптимального значения передаточного отношения зубчатого тягового редуктора , которое определяется следующим образом:

где – сила тяги проектируемого тепловоза по сцеплению при трогании, Н;

– минимальная частота вращения ТЭД при параметрах и в проектируемой ЭПМ, с^-1;

– мощность ТГ в проектируемой ЭПМ, кВт;

– КПД ТЭД, определяемый по электромеханическим характеристикам при максимальном токе ТЭД в проектируемой ЭПМ.

= 0,985

F_КТР = 9,81 ∙ 0,3 ∙ 105 ∙ 10³ = 309015Н

P_ТГ = 375 ∙ 2230,93 ∙ 10^-3 = 836,6 кВт

Полученное значение проверяется по величине минимального коэффициента ослабления поля

где – номинальная частота вращения ТЭД при номинальных параметрах и проектируемой ЭПМ, с^-1.

3.2 Расчет тягового редуктора

В курсовой работе принимаем опорно-осевую подвеску ТЭД, при которой его размеры ограничиваются расстоянием между внутренними гранями бандажей колесных пар и минимально допустимым расстоянием от станины ТЭД до головки рельса а (рис. 4).

Чтобы увеличить это расстояние (и возможные габариты ТЭД) ось ТЭД размещают несколько выше оси колеса. Для тепловозных ТЭД размер Х (см. рис. 4) устанавливается в пределах 20…40 мм.

Рисунок 4 – Эскиз опорно-осевой подвески ТЭД

Как известно, передаточное отношение тягового редуктора определяется выражением

где – диаметры делительных окружностей большого и малого зубчатых колес;

– числа зубьев большого и малого зубчатых колес.

Максимально возможная величина диаметра определяется из соотношения

где =120 мм – расстояние от нижней кромки кожуха тягового редуктора до головки рельса;

20 мм – расстояние от делительной окружности большого зубчатого колеса до нижней кромки кожуха (с учетом толщины его листа) тягового редуктора.

D_З = 1,05 – 2 ∙ (0,120 + 0,020) = 0,77 м

Диаметр делительной окружности малого зубчатого колеса

Задается модуль зацепления зубчатых колес, который определяется из номинального крутящего момента ТЭД при следующих значениях:

Нм, = 9…11 мм;

= 10 мм

Подсчитывается число зубьев малого и большого зубчатых колес

;

Принимаем Z₃=77 и z₃=17.

После чего уточняется величина передаточного отношения

Определяется централь, которая при обычно применяемой коррекции зацепления (для большого зубчатого колеса , а для малого ) равна

Вписывание ТЭД в отпущенные для него габариты обеспечивается в случае, если

где – диаметр якоря ТЭД

=458 мм

Затем по уточненной величине и определяется рациональная расчетная скорость тепловоза и проверяется допустимая максимальная окружная скорость якоря ТЭД , имеющая место при

, м/с

3.3 Расчет рациональных тяговой и технико-экономической характеристик проектируемого тепловоза

При расчетах тяговой и технико-экономических характеристик КПД серийного ТЭД при его работе в проектируемой ЭПМ определяется по формуле

где – напряжение, противо – ЭДС и КПД ТЭД, по данным электромеханических характеристик (серийные значения);

– напряжение и противо – ЭДС ТЭД, при работе в проектируемой ЭПМ.

Касательная мощность тепловоза в кВт определяется выражением

КПД тепловоза рассчитывается по формуле

где 859,1 – тепловой эквивалент работы;

– часовой расход дизельного топлива, кг/ч;

– удельный расход дизельного топлива;

– теплотворная способность дизельного топлива.

G_Ч = 0,204 ∙ 1000 = 204 кг/ч

, В

I_В= α ∙ I_ТЭД, А

, с^-1

, км/ч

– мощность ТЭД по электрическим переменным проектируемой ЭПМ, кВт;

= 159,7 – крутящий момент на валу ТЭД , Н·м;

– касательная сила тяги тепловоза, Н

Расчеты сводим в таблицу 4.

По данным таблицы 4 строятся электромеханические ( , , ) и электротяговые ( , , ) характеристики ТЭД в проектируемой ЭПМ.

Таблица 4 – Расчет тяговой и экономических характеристик проектируемого тепловоза

Id, A	1115,47	1273,00	1473,00	1673,20	1873,00	2073,00	2230,93
Ud, В	750,00	657,19	567,96	500,00	446,66	403,57	375,00
IТЭД, A	371,82	424,33	491,00	557,73	624,33	691,00	743,64
UТЭД, В	330,00	289,16	249,90	220,00	196,53	177,57	165,00
UС, В	430,00	375,00	340,00	290,00	250,00	225,00	210,00
ПП α=1 rтэд= 0,0160 Ом	Е, В	311,95	268,84	226,70	193,92	167,57	145,73	130,89
IВ, А	371,82	424,33	491,00	557,73	624,33	691,00	743,64
E/n, B c/об	27,46	29,56	31,68	32,99	31,58	32,19	31,98
n, c-1	11,36	9,10	7,16	5,88	5,31	4,53	4,09
V, км/ч	29,78	23,85	18,76	15,41	13,91	11,87	10,73
	0,93	0,91	0,90	0,88	0,85	0,84	0,81
ЕС	411,95	354,68	316,80	263,92	221,04	193,16	175,89
	0,92	0,89	0,88	0,85	0,82	0,80	0,77
	112,60	109,76	107,52	104,58	100,58	97,95	94,13
	1577,82	1920,70	2391,47	2831,90	3016,75	3443,95	3660,73
FK					153818,
NКТ	665,53	648,75	635,49	618,15	594,49	578,93	556,38
ηТ	0,27	0,27	0,26	0,25	0,24	0,24	0,23
ОП 1 α1=0,60 rтэд= 0,0096 Ом	Е, В	318,20	275,42	233,68	201,30	175,36	153,93	139,40
IВ , А	223,00	254,49	294,47	334,49	374,44	414,42	445,99
E/n, B c/об	18,01	18,80	21,32	22,28	22,48	24,67	-
n, c-1	17,67	14,65	10,96	9,04	7,80	6,24	-
V, км/ч	46,33	38,40	28,74	23,69	20,45	16,36	-
	0,94	0,92	0,91	0,90	0,87	0,85	-
ЕС	414,20	357,25	319,78	267,30	224,83	197,36	180,40
	0,94	0,92	0,90	0,89	0,86	0,84	-
	114,84	112,86	111,01	109,63	105,91	103,07	-
	1034,54	1226,40	1612,02	1930,84	2161,41	2629,36	-
FK	52749,55	62532,22	82194,31	98450,30	110206,44	134066,63	-
NКТ	678,80	667,08	656,16	647,97	626,03	609,23	-
ηТ	0,28	0,27	0,27	0,26	0,26	0,25	-
ОП 2 α2=0,36 rтэд= 0,0086 Ом	Е, В	319,33	276,70	235,17	202,99	177,26	156,02	141,66
IВ , А	133,74	152,63	176,61	200,61	224,56	248,54	267,48
E/n, B c/об	9,89	11,20	13,39	14,94	16,19	16,62	-
n, c-1	32,29	24,70	17,57	13,58	10,95	9,39	-
V, км/ч	84,67	64,75	46,06	35,61	28,70	24,61	-
	0,91	0,91	0,91	0,90	0,88	0,87	-

Продолжение таблицы 4

	ЕС	415,33	358,54	321,27	268,99	226,72	199,45	182,66
	0,91	0,91	0,91	0,90	0,88	0,86	-
	111,86	111,75	111,20	109,85	107,38	105,81	-
	551,39	720,26	1007,52	1287,23	1561,61	1794,15	-
FK	28114,29	36724,93	51371,44	65633,54	79623,70	91480,76	-
NКТ	661,20	660,53	657,28	649,30	634,72	625,41	-
ηТ	0,27	0,27	0,27	0,27	0,26	0,26	-

Рисунок 5 – Электромеханическая характеристики ,

ТЭД в проектируемой ЭПМ

Рисунок 6 – Электромеханическая характеристики ,

ТЭД в проектируемой ЭПМ

Рисунок 7 – Электромеханическая характеристики ,

ТЭД в проектируемой ЭПМ

Рисунок 8 – Электротяговые характеристики

ТЭД в проектируемой ЭПМ

Рисунок 9 – Электротяговые характеристики ,

ТЭД в проектируемой ЭПМ

Рисунок 10 – Электротяговые характеристики

ТЭД в проектируемой ЭПМ