Тепловозная тяга

    1. Характеристика и краткое описание локомотива 

    Массовое  производство тепловозов серии ТЭ3 началось в 1956 году и продолжалось до 1973 года. Постройка тепловозов серии  ТЭ3 была организована на базе широкой  кооперации Коломенского, Харьковского и Ворошиловского (Луганского) локомотивостроительных заводов, а также Харьковского завода тепловозного электрооборудования («Электротяжмаш»)

    Кузов каждой секции тепловоза серии ТЭ3 состоит из главной рамы, через  которую передается тяговое и  тормозное усилия и каркаса вагонного типа, несущего боковые и побоковые стенки и крышу. На концах рамы каждой секции установлены автосцепки типа СА-3 с фрикционными аппаратами. Главная рама опирается на две трехосные тележки через восемь боковых опор. Центральные шкворни рамы вертикальных нагрузок не передают и служат только для восприятия горизонтальных сил. В средней части главной рамы размещена дизель-генераторная установка, имеющая свою поддизельную раму.

    Боковые опоры располагались по окружности диаметром 2730 мм, центр которой совпадал с геометрической осью центрального шкворня. Каждая опора состоит из пяты, выполненной в виде грибка, выпуклая часть которого обращена вниз и опирается на шаровое гнездо подпятника. Гнезда размещаются на верхней плите, под которой находятся два цилиндрических ролика. Ролики опираются на нижнюю плиту, укрепленную на верхней части рамы тележки. Поверхности нижней и верхней плиты, по которым при повороте тележки относительно кузова могут перекатываться ролики, сделаны наклонными. Поэтому при повороте тележки возникают силы, стремящиеся возвратить тележку в положение, при котором ее продольная ось совпадала бы с продольной осью кузова. Боковые опоры кузова, располагающиеся ближе к середине секции, жестко прикреплены к раме, а концевые соединяются с рамой кузова шарнирами, а между собой  связаны поперечной балансирной тягой. Считается, что такая конструкция создает как бы трехточечную опору кузова на каждую тележку.  

    Рамы  тележек сварной конструкции  состоят из двух боковин, связанных  двумя концевыми балками  и двумя межрамными креплениями. Устойчивость тележек достигалась за счет передачи вертикальных нагрузок от кузова через 4 опоры. Листовые рессоры, на хомуты которых опирались рамы тележек, были подвешены к надбуксовым балансирам. Рессоры состоят из 18 листов. Внешние концы балансиров крайних осей тележки связаны с рамой тележки при помощи цилиндрических пружин. Общий статический прогиб рессорной системы составлял 57 мм.

    В каждой буксе находятся 2 подшипника с цилиндрическими роликами. Колесные пары с диаметром колес по кругу катания при новых бандажах 1050 мм имеют зубчатые колеса, насаженные на удлиненную ступицу. Каждый тяговый электродвигатель опирается на ось колесной пары через моторно-осевой подшипник и подвешен к раме тележки на пружинной подвеске (опорно-осевое подвешивание). Тяговый редуктор – односторонний, прямозубый, жесткий. Его  передаточная способность равнялась 75 : 17 =  4 ,41.

    На  каждой тележке установлены два  тормозных цилиндра, обеспечивающие при помощи рычажной передачи одностороннее нажатие тормозных колодок на все колеса.

    В каждой секции тепловоза находится  десятицилиндровый двухтактный  бескомпрессорный дизель 2Д100 с вертикально  расположенными встречно движущимися  поршнями, непосредственным впрыском топлива и прямо-точной щелевой  продувкой. Блок дизеля – стальной цельносварной. Верхний и нижний коленчатые валы имеют по 12 коренных и 10 шатунных шеек. Валы связаны упругой вертикальной передачей с двумя парами конических зубчатых колес. Поршни дизеля – составные. Диаметр цилиндров 207 мм, ход каждого поршня – 254 мм. Топливная система состоит из общего коллектора, 20 отдельных секций топливных насосов высокого давления и 20 форсунок.

    Регулятор частоты вращения вала дизеля –  центробежного типа с гидравлическим сервомотором.

    При частоте вращения валов 800 об/мин дизели развивают мощность 2000 л. с. Расход топлива при этой мощности составляет 175⁺⁵ г/(э.л.с.∙ч). Масса сухого дизеля вместе с установленными на нем агрегатами и рамой дизель-генератора равнялась 19000 кг.

    Охлаждение  дизеля – водяное. С каждой стороны секции тепловоза установлено 18 масляных и 12 водяных секций. Секции холодильника охлаждаются воздухом, прогоняемым вентилятором; при частоте вращения валов дизеля 850 об/мин вентилятор вращается с частотой 1020 об/мин (зимний период) или 1380 об/мин (летний режим) в в зависимости от того, на какой ступени редуктора он работает. Температура воды и масла регулировалась периодическим включением и выключением вентилятора и ли открыванием верхних и боковых жалюзи. Управление ими осуществляется электропневматическими устройствами с пульта управления.

      Вал дизеля через пластинчатую  муфту соединен  с валом тягового  генератора МПТ-99/47. Он представляет  собой самовентилирующуюся восьмиполюсную  машину с добавочными полюсами  и компенсационной обмоткой. Генератор имеет независимое возбуждение, для чего на каждой секции тепловоза установлен специальный возбудитель. Номинальная мощность тягового генератора равняется 1350 кВт (напряжение 550 В, ток 2455 А), максимальное напряжение 7600 кг.

    На  тепловозе установлены тяговые электродвигатели ЭДТ-200А с  с четырьмя главными и и четырьмя добавочными полюсами. Обмотка якоря петлевая с уравнительными соединениями, якорные подшипники – роликовые. Номинальная мощность тягового электродвигателя – 206 кВт (напряжение 275 В, ток 815 А), максимальная частота вращения якоря – 2200об/мин, масса тягового двигателя – 3200 кг.

    Электродвигатели  попарно соединены последовательно  и тремя параллельными цепями подключены к тяговому генератору.

    На  тепловозе установлен трехцилиндровый двухступенчатый поршневой компрессор КТ-6; производительность его при частоте вращения вала 850 об/мин   - 5,3-5,7м³/мин воздуха.

    Для обогрева водяной, масляной и топливной  систем предусмотрен котел-подогреватель, работающий на жидком топливе.

    На  каждой секции тепловоза установлена  кислотная аккумуляторная батарея 32ТН-450 (32 элемента общей емкостью 450 А∙ч) нпряжением 64 В. От этой батареи  получет электроэнергию тяговый  генератор в период пуска дизеля.

    Тепловоз  ТЭ3 имеет запас топлива 2×5440 кг, масла 2×1400 кг, воды - 2×800 л, песка

    2×400 кг. Служебная масса тепловоза  равняется 2×126т. Длительная сила  тяги при скорости 20 км/ч  составляет 2×20200кгс,конструкционная скорость  – 100 км/ч. При этой скорости  тепловоз развивает силу тяги 2×2600 кгс (мощность 2×950 л. с.). 

    2. Анализ и подготовка  продольного профиля  пути для выполнения тяговых расчетов 

    Для выполнения тяговых расчетов производят анализ продольного профиля железнодорожного участка пути.

    В результате анализа должны быть предварительно выбраны подъемы: расчетный i_р и скоростной i_с. 

    2.1 Выбор расчетного и скоростного подъемов 

    Расчетным подъемом i_р называется один из наиболее крутых и затяжных подъемов на заданном участке, на котором поезд может достигнуть равномерной скорости, равной по величине расчетной скорости заданной серии локомотива.

    Скоростным  подъемом i_с называется один из самых крутых подъемов, преодоление которого возможно за счет использования кинетической энергии поезда. 
 
 
 
 
 
 

    Профиль пути № 9 

 
 

    Правилами тяговых расчетов установлены следующие  обозначения элементов пути: подъемы обозначаются знаком «плюс», спуски – знаком «минус», горизонтальные участки («площадки») – «нуль».

    Таким образом, принимаем в качестве расчетного подъема i_р = +10‰ на том основании, что он наиболее крутой, наибольшей протяженности.

    Подъем  i_с = +9‰ принимаем в качестве скоростного на том основании, что он наиболее крутой (после i = +10‰).  

     

    2.2.Спрямление  продольного профиля  пути 

    Спрямление  профиля состоит в замене нескольких, рядом лежащих, близких по крутизне, элементов действительного профиля одним суммарным (спрямлённым), что позволяет существенно уменьшить объём тяговых расчётов. Кроме того, в тяговых расчётах движение поезда рассматривается как движение материальной точки, т.е. не учитывается его длина, следовательно, при движении поезда по коротким элементам профиля, когда он одновременно находится на нескольких элементах профиля, нет смысла учитывать самостоятельное влияние этих элементов, а целесообразно объединять их в один спрямленный. Этим в ряде случаев достигается уменьшение погрешности тяговых расчётов.

    Спрямлению  подлежат рядом лежащие элементы профиля, имеющие одинаковый знак, близкие  по значению уклоны (разница не более 3-4 ‰) и небольшую длину. Площадки (0 ‰) могут быть спрямлены с уклоном любого знака. 

    Крутизна спрямленного элемента 

    i_с′ =     [ ‰],

    где i и S – крутизна и длина каждого из спрямляемых элементов. 

    Проверка  возможности спрямления каждого  элемента: 

    S_i ≤ 2000/|i_c – i_j|, 

    где i_j   и S_j - крутизна и длина проверяемого j – го элемента. 

    i_2,3 = ≈ +2,6 ‰ 

    1400 ≤ 2000/|2,6-3|; 1400 < 5000 – верно;

    900 ≤ 2000/|2,6-2|; 900 < 3333 – верно. 

    i_5,6 = ≈ -4,3 ‰ 

    2000 ≤ 2000/|-4,3+4|; 2000 < 6667 – верно;

    400 ≤ 2000/|-4,3-(-6)|; 400 < 1176 – верно. 

    i_11,12 = ≈ +2,4 ‰ 

    900 ≤ 2000/|2,4-3|; 900 < 3333 – верно;

    1100 ≤ 2000/|2,4-2|; 1100 < 5000 – верно. 

    i_18,19,20,21 = ≈ +3,7 ‰ 

    1200 ≤ 2000/|3,7-4|; 1200 < 6667 – верно;

    1000 ≤ 2000/|3,7-5|; 1000 < 1538 – верно.