3.2 Компоновка оборудования на тепловозе

Предварительная компоновка состоит в том, что после выбора и определения основных габаритных размеров дизеля, тяговой передачи, вспомогательных механизмов все эти узлы и оборудование увязывают между собой. Окончательная задача компоновки - рациональное размещение оборудования внутри кузова и подкузовных частей тепловоза, чтобы обеспечить примерное равенство нагрузок на тележки или колесные пары нетележечного проектируемого тепловоза.

Отметим основные закономерности и требования, которые обычно выполняются при проектировании тепловозов:

- наиболее тяжелые узлы (дизель-генератор) размещают в средней части главной рамы тепловоза, чем предопределяется примерно равномерное нагружение тележек локомотива:

- шахту холодильника с главными вентиляторами охлаждения размещают в задней части кузова магистрального тепловоза; расположение главных вентиляторов охлаждения может быть в элементах крыши при их электрическом или гидростатическом приводе (тепловозы ТЭП60, ТЭП70, 2ТЭ116, 2ТЭ121) или на главной раме при механическом и гидромеханическом приводе (ТЭ3, ТЭМ2, 2ТЭ10 (всех модификаций), ТЭМ7, 2М62У, ТГМ6, ТГМ4 и др.)

- высоковольтная камера (и выпрямительная установка) размещается рядом с кабиной машиниста; для односекционных магистральных тепловозов с двумя кабинами передней кабиной (частью) является та, рядом с которой установлена высоковольтная камера;

- топливный бак размещают между тележек в средней части главной рамы. В боковые ниши топливного бака устанавливают аккумуляторную батарею;

- вспомогательные электрические машины (стартер-генератор, возбудитель, вспомогательный генератор) на многих сериях магистральных тепловозов (например, 2М62У, ТЭП60, ТЭП70, ТЭП70БС, 2ТЭ116) устанавливают сверху на корпусе статора тягового генератора, чем обеспечивается более свободный доступ локомотивной бригаде и ремонтного персонала при обслуживании и ремонте этих электрических машин, при этом упрощается компоновочная схема вспомогательного оборудования тепловоза.

3.3 Развеска оборудования локомотива

Развеска позволяет определить положение центра тяжести верхнего (надтележечного) строения локомотива и распределение нагрузок по его тележкам и (или) колесным парам.

При выполнении развески проектируемого тепловоза можно ограничиться выбором наиболее крупных по весогабаритным характеристикам узлов, составляющих верхнее строение локомотива. К числу таких узлов относятся: дизель, тяговый генератор и выпрямительная установка (или гидродинамическая передача), кузов с кабинами машиниста, главная рама и вспомогательные механизмы, перечисленные в разделе 3.1.

При определении весогабаритных характеристик основных узлов и оборудования следует ориентироваться на аналогичные параметры тепловоза-прототипа.

В таблице 1 приведены весовые характеристики основных узлов и оборудования основных серий отечественных магистральных и маневровых локомотивов.

Для выполнения развески используется схема (эскиз) первоначального расположения узлов и оборудования, т.е. ранее выполненная компоновка (см. рис.5 ).

Может быть рекомендована следующая последовательность выполнения развески проектируемого тепловоза:

- вес каждого i-го узла представляется в виде вектора силы тяжести приложенного в его центре тяжести и обозначается G_i;

- ось моментов Z (см. рис. 5) совмещается с осью передней автосцепки тепловоза; ось Х – с головками рельсов колеи;

- на схеме компоновки отмечаются расстояния от векторов сил тяжести узлов G_i до оси моментов Z и обозначаются l_i ; желательно, чтобы, например, величине G₅ соответствовало расстояние l₅ и т.д.;

-составляется весовая ведомость тепловоза, которую желательно представить в табличной форме, аналогичной таблице 2, с помощью которой определяются вес верхнего строения тепловоза _i и суммарный момент сил тяжести _i ;

Рис. 5 Схема расположения основных узлов на магистральном тепловозе

Таблица 1

Весовые характеристики основных узлов и оборудования основных серий отечественных магистральных и маневровых локомотивов

- определяется координата Х_цт центра тяжести верхнего строения тепловоза по следующей формуле, м:

(12)

_{где i} - суммарный момент сил тяжести узлов и оборудования, входящих в верхнее строение тепловоза, кН:

где – вес верхнего строения тепловоза, кН;

l_i - плечо приложения силы тяжести i-ого узла относительно оси моментов Z;

n - количество узлов и оборудования, составляющих вер нее строение локомотива.

Как отмечалось ранее, основная задача развески тепловоза - обеспечить более или менее равномерное распределение нагрузок на колесные пары (и тележки!) локомотива. В практике проектирования тепловозов принят допуск на неравномерность распределения нагрузок по колесным парам тележки равный %.

Для определения нагрузок на тележки используют уравнения статики. Раму тепловоза представляют в виде балки, расположенной на двух мнимых опорах (центры шкворней). Нагрузки на тележки заменяют реакциями Р_А и Р_Б мнимых опор (рис.6). На схеме также указываются геометрическая середина тепловоза ( L_Т/2) и координата Х_цт центра тяжести _i верхнего строения тепловоза, а также вектор силы тяжести _I. Для нахождения двух неизвестных величин Р_А и Р_Б составляют два уравнения статики: уравнение проекций всех сил на вертикаль Z (ось ординат) и уравнение моментов этих сил относительно оси Z.

Таблица 2

Весовая ведомость проектируемого тепловоза

№ п/п	Наименование узла или оборудования	Вес Gi, кН	Плечо li, м	Момент Мi, кН·м	Примечание
1. . . . . . . . . n	Дизель-генератор
	Итого:	i		i

В соответствии со схемой сил, показанной на рис.6 , уравнение проекций всех сил на вертикальную ось ординат Z будет иметь вид:

Р_А + Р_Б - =0. (14)

Уравнение моментов этих сил относительно точки «о» (см. рис.6 ):

Р_А + Р_Б- =0 ,(15)

где Р_А, Р_Б – реакции в мнимых опорах тележек, вызванные действием силы тяжести (веса) _i верхнего строения тепловоза, кН;

l_A,l_Б - расстояния от оси моментов Z до мнимых опор А первой (по ходу) и Б второй тележек, м.

Из рис.6 также следует, что

l_б = l_A + l_Б, ( 16)

где l_б – база проектного тепловоза, м.

Совместным решением уравнений (14) и (15) находятся значения реакций Р_А и Р_Б в мнимых опорах тележек.

По нормам, применяемых при проектировании тепловозов, неравномерность распределения нагрузок по колесным парам разных тележек не должна превышать величины. При этом принимается, что колесные пары одной тележки имеют одинаковое нагружение.

Рис. 6. Схема для определения неравномерности распределения нагрузок по тележкам локомотива

В этом случае величина может быть определена из следующего выражения, кН:

=, (17)

где 2П₁ – нагрузка от каждой из колесных пар первой (по ходу) тележки, кН:

, (18)

где G_Т –вес тележки тепловоза, кН;

n_Т – количество осей в тележке, кН;

2П₂ – нагрузка от каждой из колесных пар второй тележки, кН:

. (19)

2П - нагрузка от колесной пары на рельсы при равномерном распределении нагрузок по колесным парам тепловоза (случай идеальной компоновки, когда Х_цт=L_Т/2), кН:

, (20)

где Р_сц- сцепной вес локомотива, кН;

n_o- число сцепных осей локомотива.

Несовпадение центра тяжести Х_цт и геометрического центра тяжести верхнего строения тепловоза можно определить из выражения, мм:

=. (21)

Если неравномерность распределения нагрузок , определенная по формуле (10), превышает нормативную величину(3%), компоновку проектируемого тепловоза надо изменить. В этом случае целесообразно передвинуть наиболее тяжелые узлы, например, дизель-генератор в сторону геометрического центра верхнего строения тепловоза и тем самым уменьшить величину. Вновь составляется весовая ведомость и определяется координата Х_цт центра тяжести проектируемого тепловоза.