Б.Є. Боднар, Є.Г. Нєчлєв, Д.В. Бобирь
ТЕОРІЯ ТА КОНСТРУКЦІЯ
ЛОКОМОТИВІВ
•4' І 1 - ї Г ' П
• *
УДК 629.42.01
ББК 39.23
Б 75
Гриф надано
Міністерством освіти інауки України
(лист № 1.4/18-Г-5 від 08,01.2009р.)
Рецензенти:
Тартаковський Е. Д. - завідувач кафедри «Експлуатація та ремонт ру-
хомого складу» Української Державної академії залізничного транспорту,
д. т. н., професор
Дьомін ІО. В. - головний науковий співробітник Дії «Державний наукове
дослідний центр залізничного транспорту», д.т.н., професор
Коротенко М. Л. — професор кафедри «Теоретична механіка» Дніпропе-
тровського національногоуніверситету залізничного транспортуімені акаде
міка В. Лазаряна, д.т.н., професор
Боднар Б. Є., Нєчаєв Є. Г., Бобирь Д. В.
Б 75 Теорія та конструкція локомотивів. Основи проектування: Підручник
для ВІІЗ залізнич. трансп. / Під ред. д-ра техн. наук, проф. Б. Є. Боднара
- Д.: ПП «Ліра ЛТД», 2010. - 358 с.
ІБВИ 978-966-383-277-7
У підручнику розглянуто теоретичні основи проектування й побудо-
ви характеристик основних систем локомотивів та їх пристроїв, які підк
ріплюються відповідними розрахунками та довідковими даними.
І Іідручник відповідає структурі та змісту робочої навчальної нрогра
ми з дисципліни «Теорія та конструкція локомотивів» та призначений
для студентів вищих навчальних закладів залізничного транспорту.
Іл. 106, табл. 48, бібліогр. ЗО назв.
I8ВN 978-966-383-277-7
УДК 629.42.01
ББК 39.23
© Б. Є. Боднар, С. Г. Нєчаєв,
Д. В. Бобирь, 2010
© ГІП «Ліра ЛТД», 2010
Зміст
Вступ...........................................................7
1.	ЛОКОМОТИВНИЙ ПАРК УКРАЇНИ, ЙОГО СТРУКТУРНА
ХАРАКТЕРИСТИКА ТА ТЕХНІЧНИЙ СТАН................................8
1.1.	Серійна структура локомотивного парку....................8
1.2.	Технічний стан локомотивного парку залізниць.............8
1.3.	Техніко-економічна ефективність електричної та тепловозної
тяги........................................................10
2.	СТАДІЇ (ЕТАПИ) ВИКОНАННЯ, ЦІЛІ ТА ЗМІСТ ОКРЕМИХ ВИДІВ
РОБІТ З ПРОЕКТУВАННЯ ЛОКОМОТИВІВ...............................13
2.1.	Стадії розробки проектів................................13
2.2.	Визначення основних параметрів локомотива на стадії
технічного завдання та інших стадіях проектування...........16
3.	ЕНЕРГЕТИЧНІ (СИЛОВІ) ДИЗЕЛЬНІ УСТАНОВКИ ЛОКОМОТИВІВ
І ОСНОВИ ЇХ ВИБОРУ ПРИ ПРОЕКТУВАННІ............................32
3.1.	Вимоги до енергетичних установок автономних локомотивів.32
3.2.	Основні параметри і техніко-скономічні показники
тепловозних дизелів.........................................34
4.	ГАЗОТУРБІННІ ЕНЕРГЕТИЧНІ УСТАНОВКИ ЛОКОМОТИВІВ..............57
4.1.	Принципи дії та різновиди локомотивних газотурбінних
установок (ГТУ).............................................57
4.2.	Одновальний ГТД.........................................58
4.3.	Двовальний ГТД..........................................63
4.4.	Тривальний ГТД..........................................65
4.5.	ГТД комбінованого типу..................................66
4.6.	Регулювання ГТД.........................................70
4.7.	Основні технічні дані газотурбовозів та деякі аспекти
застосування газотурбінних установок (ГТУ) для тяги поїздів.72
5.	ТЯГОВІ ПЕРЕДАЧІ АВТОНОМНИХ ЛОКОМОТИВІВ.....................77
5.1.	Призначення тягової передачі............................77
5.2.	Вимоги до тягової передачі..............................80
5.3.	Класифікація тягових передач............................82
6.	ЕЛЕКТРИЧНІ ПЕРЕДАЧІ........................................84
З
6.1.	1 Іринцип дії, класифікація та загальні основи регулювання
електричних передач.............................................84
6.2.	Електрична передача постійного струму.......................86
6.3.	Електрична передача змінно-постійного струму................89
6.4.	Електрична передача змінного струму.........................93
6.5.	Вибір основних параметрів тягових електричних машин.........96
6.6.	Характеристики тягових електричних машин...................103
6.7.	Вибір параметрів колісно-моторного блока та його
характеристики.................................................116
7.	ГІДРАВЛІЧНІ ПЕРЕДАЧІ...........................................125
7.1.	Принцип дії, класифікація та основні вимоги до гідравлічних
передач........................................................125
7.2.	Загальна характеристика гідравлічних передач...............128
7.3.	Структура гідравлічної (гідродинамічної) передачі та її силові
апарати........................................................131
7.4.	Схеми гідравлічних передач.................................145
7.5.	Вибір гідродинамічної передачі та визначення її основних
параметрів.....................................................148
8.	ІНШІ ТИПИ ТЯГОВИХ ПЕРЕДАЧ......................................153
8.1.	Безпосередня передача......................................153
8.2.	Газова (повітряна) передача................................154
8.2.	Механічна передача.........................................156
9.	ТЯГОВІ ЯКОСТІ, ПАРАМЕТРИ ТЯГОВОГО РЕЖИМУ
ЛОКОМОТИВІВ ТА ЇХ РЕАЛІЗАЦІЯ У ПРОЕКТНИХ РОЗРОБКАХ................161
9.1.	Поняття про тягові якості локомотива. Параметри тягового
режиму......................................................161
9.2.	Взаємозв’язок параметрів тепловоза, дизеля і тягової передачі.164
9.3.	Принципи регулювання сумісної роботи дизеля і тягової
передачі.......................................................169
9.4.	Узгодження характеристик дизеля і передачі.................172
9.5.	Визначення максимальної сили тяги локомотива...............179
9.6.	Залежність сили тяги локомотива від величини ковзання колеса..185
9.7.	Урахування особливостей процесу буксування при
індивідуальному і груповому приводах...........................188
4
9	8 Вплив тягового приводи на використання зчіпної маси
189
локомотива.................................................
9.9	Поліпшення тягових якостей локомотивів за рахунок
зменшення розвантаження колісних пар при дії сили тяги......199
9	10. Підвищення стабільності тягових якостей локомотива за
розрахунок застосування поліпшених електромеханічних
характеристик тягового приводи...............................202
10.	СТРУКТУРНИЙ ТА ЯКІСНИЙ АНАЛІЗ ТЯГОВОЇ І ТЕХПІКО-
ЕКОНОМІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛОКОМОТИВА...........................205
10.1	.Тяі ова характеристика і регулювання тягового режиму
тепловоза з електричною передачею постійного та змінно-
постійного сгруму.......................................... 205
10.2.	Особливості регулювання тягового режиму тепловозів з
електричною передачею змінного струму.......................213
10.3.	Тягова характеристика і регулювання тягового режиму
тепловоза з гідродинамічною передачею........................218
10.4.	Регулювання електровозів і їх тягові характеристики......222
10.5.	Тсхніко-скономічні характеристики локомотивів і їх
структурний аналіз...........................................230
11.	ЕСКІЗНЕ ПРОЕКТУВАННЯ ТЯГОВОЇ ТА ТЕХПІКО-
ЕКОПОМІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛОКОМОТИВІВ..........................235
11.1.	Розрахунок тягової і тсхніко-скономічних характеристик
тепловоза з електричною передачею постійного струму..........237
11.2.	Особливості розрахунку тягової і тсхніко-скономічних
характеристик тепловозів з електричними передачами змінно-
постійного і змінного струму................................256
11.3.	Проектування тягової і тсхніко-скономічних характеристик
тепловоза з гідродинамічною передачею.. .....................267
11.4.	Особливості проектування тягових і техніко-скономічних
характеристик електровозів..................................289
12.	ЗАІАЛЬНЕ КОМПОНУВАННЯ І РОЗВАЖУВАННЯ
ЛОКОМОТИВА.....................................................301
12.1.	Загальне компонування локомотива і вимоги охорони прані.301
5
12.2.	Кабіна машиніста, її обладнання, вібро-, тепло- та
шумоізоляція, антропологічні вимоги та вимоги охорони
праці......................................................316
12.3.	Розважування локомотива..................................320
13.	ПРОЕКТУВАННЯ БУДІВЕЛЬНОГО ОКРЕСЛЕННЯ ЛОКОМОТИВА
(ВПИСУВАННЯ В ГАБАРИТ)........................................330
13.1.	Поняття про габарити і будівельне окреслення локомотива..330
13.2.	Визначення максимальних горизонтальних розмірів
будівельного окреслення....................................332
13.3.	Виноси частин локомотива в кривих ділянках колії.........336
13.4.	Максимальні вертикальні розміри верхнього будівельного
окреслення.................................................344
13.5.	Максимальні вертикальні розміри нижнього будівельного
окреслення.................................................345
14.	ВИЗНАЧЕННЯ ЕКОНОМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ПРОЕКТНОГО
ЛОКОМОТИВА....................................................348
Література.......................................................353
Предметний показник..............................................355
6
Вступ
Дисципліна «1 сорія та конструкція локомотивів» с одним з фундаменталь-
них курсів, що формують профіль підготовки студентів за напрямом «Залізни-
ці і а залізнична техніка» та спеціальністю «Рухомий склад та спеціальна тех-
ніка залізничного транспорту (локомотиви)». Вивчення цієї дисципліни заве-
ршує процес вивчення студентами теорії та конструкції локомотивів, який ро-
зпочато дисципліною «Загальний курс залізниць і рухомого складу» та
іншими, які розглядають устрій і роботу силових агрегатів, схем тепловозів і
електровозів.
Серія підручників «Теорія та конструкція локомотивів» включає три під-
ручники: «Екіпажна частина», «Допоміжні системи та устаткування», «Осно-
ви проектування». У підручниках наведені вимоги до конструкції обладнання
локомотивів, оцінки тсхніко-скономічних параметрів систем і обладнання,
розглянуті коливальні процеси та вписування локомотивів в криві ділянки
колії, наведені основні положення з організації проектування локомотивів та
вибору силових аі регатів.
Використання підручників допоможе студентам якісно виконувати кур-
сові і дипломні проекти, аналізувати можливості підвищення технічного рів-
ня перспективних локомотивів українського виробництва до світового рівня.
Правильне розуміння принципів проектування вузлів локомотивів, теоре-
тичних засад, методів, взаємодії і технічних вимог до них являють собою не-
обхідні умови для успішної роботи інженера-механіка при проектуванні, ви-
робництві, організації технічної експлуатації, технічного обслуговування та
ремоп гу локомотивів.
Автори щиро вдячні шановним рецензентам рукопису підручників про-
фесорам Е. Д. Таргаковському, В. Ю. Дьоміну, М. Л. Коротенко за важливі
рекомендації щодо поліпшення їх якості.
Автори присвячують видання підручника до 80-річчя Дніпропетровського
національного університету залізничного транспорту імені академіка
В. Лазаряна.
1.	ЛОКОМОТИВНИЙ ПАРК УКРАЇНИ, ЙОГО СТРУКТУРНА
ХАРАКТЕРИСТИКА ТА ТЕХНІЧНИЙ СТАН
1.1.	Оріанізація експлуатації локомотивного парку на залізницях
України
Експлуатація локомотивного парку України організована на шести магіс-
тральних залізницях (Донецькій, Львівській, Одеській, Південній, Південно-
Західній і Придніпровській), а також на промислових залізницях підприємств
гірничодобувної, вугільної, металургійної, машинобудівної та інших галузей
промисловості.
Парк локомотивів магістральних залізниць знаходиться у підпорядкуван-
ні Державної адміністрації залізничного транспорту України - Укрзалізниці
(УЗ) - Міністерства транспорту та зв’язку України і складається з вантажних,
пасажирських і маневрових тепловозів, а також вантажних і пасажирських
електровозів.
Крім тепловозів і електровозів на магістральних залізницях у примісько-
му сполученні використовуються пасажирські електропоїзди, дизель-поїзди
та рейкові автобуси, а на промислових залізницях - специфічний вид тягово-
го рухомого складу промислові електровози і так звані тягові агрегати.
Па дільницях міського сполучення з обмеженим обсягом пасажирських
перевезень, а також на господарських перевезеннях дистанцій колії, енерго-
постачання, зв’язку та ін. використовується такий вид тягового рухомого
складу як вантажні, функціональні автомотриси, а також пасажирські авто-
мотриси - самохідні вагони малої пасажировмісності.
Експлуатацію, поточне технічне утримання локомотивів і їх поточний
ремонт організують лінійні підприємства локомотивного господарства заліз-
ниць - локомотивні (тепловозні, електровозні) депо, за якими приписані (за-
кріплені) певні кількості локомотивів, які складають так званий інвентарний
(приписний) парк.
1.2.	Технічний стан локомотивної о парку залізниць
У локомотивному господарстві одним з основних складових виробничої
інфраструктури залізничного транспорту України на початку 90-х років
минулого століття створився глибокий кризовий стан, зумовлений загальною
кризою перехідної економіки країни, різким складом виробництва, життєвого
8
рівня населення. З 1992 но 2010 рік обсяги вантажних перевезень, що, як ві-
домо, приносять основні доходи залізничному транспорту, зменшилися в 2,5
рази, пасажирських - на третину; майже в 10 разів скоротилися темпи онов-
лення основних виробничих фондів, що різко призупинило розвиток техніч-
ного прогресу галузі.
Все цс призвело до значного погіршення стану не тільки локомотивного
парку залізниць, але й усієї виробничо-технічної бази залізничного транспор-
ту, згортання програм його економічного та соціального розвитку, створило
суттєву загрозу надійному та безпечному функціонуванню залізниць.
Для забезпечення життєдіяльності залізничного транспорту зараз вжива-
ється система інтенсивних заходів з підвищення ефективності роботи на ос-
нові впровадження ресурсозберігаючих та інформаційних технологій органі-
зації та забезпечення перевезень, удосконалення системи технічного утри-
мання рухомого складу, колії, засобів енергозабезпечення, зв’язку тощо.
Однак це в повній мірі не вирішує проблеми виходу з кризового стану. І Іе-
обхідні радикальні заходи щодо загальної структурної перебудови залізнично-
го транспорту. Особливе місце в системі відповідних заходів повинне зайняти
стратегічне питання подальшого розвитку локомотивного парку залізниць.
Справа в тім, що за останні 10 років значно прискорився процес фізично-
го (технічного) старіння локомотивів. Фізичне зношення електровозів пос-
тійного струму становить у цілому 70-80 %. Відпрацювали нормативний
строк служби і підлягають списанню понад 60 % інвентарного парку паса-
жирських електровозів, понад 80 % - вантажних електровозів постійного
струму, 50% вагонів електропоїздів і 35 % - дизель-поїздів. Прогнозні дані
свідчать, якщо не вжити термінових заходів і темпи оновлення та поповнення
локомотивного парку залишаться на теперішньому рівні, то в найближчі роки
незадоволення попиту на пасажирські перевезення в далекому та місцевому
сполученнях може досягти 25 %, а в приміському - 50 %. Єдиним виходом
поки залишається застосування для тяги пасажирських поїздів вантажних ло-
комотивів. Стосовно вантажного тягового рухомого складу це може призвес-
ти до суттєвого погіршення в задоволенні попиту на перевезення масових ва-
нтажів, серйозних розладів процесу перевезень на окремих електрифікованих
лініях. Для того, щоб краще усвідомити перспективні напрями подальшого
розвитку локомотивного парку й локомотивного господарства, необхідно
перш за все розглянути концептуальні засади щодо визначення сфер розпо-
всюдження електричної та тепловозної тяги.
9
1.3.	Тсхніко-скономічна ефективність електричної і а тепловозної тяги
Економічна кон’юнктура в галузі світового вире ліиц вч н ріоноспв та їх
споживання па залізничному зранспорті складає вся іаким чином, що в Укра-
їні найбільш економічним і екологічно-доцільним є застосування для тяіи пої-
здів електричної енергії. Цс обґрунтовується порівняльною динамікою цін на
енергоносії та загальних тсхніко-скономічних показників електричної тяги.
Історична діалектика розвитку транспортних засобів свідчить, що жоден
вид транспорту так добре не пристосований до використання електричної
енергії, яка отримується від стаціонарних електричних станцій, і повної ав-
томатизації управління рухом, як залізничний. Якщо розглядати тягову ру-
хому одиницю взагалі, як матеріальну точку, то рухомий склад залізничного
транспорту на відміну від інших видів транспорту, що мають гри (повітря-
ний, підводний) або два (автомобільний, водний) ступеня свободи, має лише
одну: він може рухатися тільки по траєкторії, яка визначається рейковою ко-
лією. Ця обставина відразу різко спрощує проблему підводу до тягових оди-
ниць електроенергії від зовнішніх енергосистем і полегшує розв’язання ряду
питань при переході на централізоване автоматичне управління рухом заліз-
ничної тягової одиниці. “Прив’язаність” рухомого складу до рейкової колії
робить цілком логічною “прив’язку” його також як до джерел електричної
енергії, гак і до центральних пунктів автоматичного управління рухом на за-
лізничній дільниці.
Багато хто з фахівців у різних спеціальних літературних джерелах вислов-
люють думку, іцо відсутність на локомотивах (електровозах) власного джерела
енергії є суі гевим недоліком. Насправді така відсутність містить у собі велику
гехшко-скономічну вигоду та відкриває широкий простір для розвитку нових
технічних засобів тяги поїздів. По-перше, відсутність обмеження потужності по
їжсрелу енергії ставить електровоз у порівнянні зо всіма іншими відомими ви-
іами локомотивів поза конкуренцією з точки зору можливості підвищення про-
пускної та провізної снроможносіі залізничних ліній.
Справа в тім, що відсутність такого обмеження дозволяє електровозу
працювати в такому (годинному) режимі, який неможливий за своїми пара-
метрами на локомотивах зі власними джерелами енергії, які завжди мають
оомежену потужність. Параметри годинного режиму, які завжди фігурують у
ісхпі іних даних вантажних електровозів і відсутні в технічних даних, напри-
клад, тепловозів, дозволяють на одній і тій же дільниці провести по розраху-
нк йому підойму поїзд більшої маси з більшою швидкістю
10
По-друге, на електровозах електрична енергія перетворюється відразу на
механічну, необхідну для тяги поїзда, що суттєво підвищує надійність і еко-
номічність локомотива. К.к.д. електровоза приблизно в тричі вище, ніж к.к.д.
тепловоза і вдесятеро вище ніж к.к.д. паровоза Що стосується, наприклад,
магістрального тепловоза з електричною передачею, то на ньому хімічна
енергія палива спочатку перетворюється на теплову у первинному двигуні
(дизелі), теплова - на механічну, механічна - на електричну (в генераторі),
електрична - знов на механічну (в тяговому електродвигуні). Все не призво-
дить до дуже неповного використання первинного двигуна, генератора і тя-
гового електродвигуна, тому що будь-яке перетворення енергії завжди супро-
воджується втратами. І якщо на стаціонарних електростанціях країни облад-
нання за своєю потужністю завантажується у середньому на рік приблизно на
50 °о, то на автономних локомотивах, які знаходяться в стані безпосереднього
руху біля половини часу, водять неповномасові поїзди, рухаються (частково)
на вибігу, без тяги, енергетична установка і все силове обладнання завантаже-
не в 3^4 рази менше, ніж на стаціонарних електростанціях.
По-третє, споживання електроенергії, що виробляється на стаціонарних
електростанціях, здатних працювати на будь-якому виді палива (в тому числі
й атомному) або за рахунок промислового перетворення природних видів
енергії рік, морських приливів, а в майбутньому і сонячних променів, роб-
лять електричну тягу більш економічною у порівнянні з тягою локомотива-
ми, обладнаними теплосиловими енергетичними установками (паровою ма-
шиною, двигуном внутрішнього згоряння, газовою турбіною, а в майбутньо-
му, можливо, й атомним реактором). Будь-які технічні досягнення в галузі
виробництва електроенергії на електричних станціях мов би автоматично пі-
двищують економічність електричної тяги навіть без участі залізничників.
Перед залізничниками завжди стоять інші задачі підвищення ефективності та
надійності експлуатації локомотивів за рахунок раціоналізації їх використан-
ня, зниження питомих витрат енергії, матеріальних і трудових витрат на тех-
нічне обслуговування, поточне утримання, та ремонт, чітке дотримання гра-
фіка руху поїздів та ін.
Але електрична тяга має свої недоліки. Це, по-перше, великі витрати на
будівництво та експлуатацію споруд і пристроїв електропостачання, необхід-
ність широкого застосування кольорових металів (головнім чином, червоної
міді) на тисячі кілометрів контактної мережі, підвищені витрати в колійному
господарстві (використання рейок в якості зворотного дроту ускладнює
11
конструкцію та технічне утримання колії). По-друге, застосування високово-
льтного енергопостачання потребує особливих заходів з забезпечення зага-
льної безпеки та захисту підземних споруд від електричної корозії. По-третє,
електровоз сам по собі не є автономним локомотивом, він прив’язаний до ко-
нтактної мережі, іцо створює певні незручності в станційному господарстві
та в особливі періоди.
Детальне порівняння ефективності різних видів тяги наведено в декількох
літературних джерелах, наприклад у [2, 3].
12
2.	СТАДІЇ (ЕТАПИ) ВИКОНАННЯ, ЦІЛІ ТА ЗМІСТ
ОКРЕМИХ ВИДІВ РОБІТ З ПРОЕКТУВАННЯ
ЛОКОМОТИВІВ
2.1.	Стадії розробки проектів
Стадії розробки проектів локомотивів установлені Державним стандар-
том (ГОСТ 2103-83). Згідно з цим стандартом розробка конструкторської до-
кументації та етапи виконання робіт визначаються таким чином: технічне за-
вдання, технічна пропозиція, ескізний проект, технічний проект, робоча до-
кументація дослідного зразка (дослідної партії, установчої серії, серійного
або масового виробництва).
Технічне завдання (ГОСТ 15.001-83) розробляється замовником або роз-
робником. Воно є вихідним документом для проектування локомотива. Тех-
нічне завдання встановлює його найменування, галузь застосування та скла-
дові частини, показники призначення (технічні характеристики), техніко-
економічні вимоги, що пред’являються до конструкції локомотива, необхідні
стадії розробки конструкторської документації та її склад, а також спеціальні
вимоги до локомотива.
До показників призначення включаються: рід служби, потужність, осьова
характеристика (формула), тривала сила тяги (сила тяги тривалого режиму)
на ободах коліс, навантаження від колісної пари на рейку, конструкційна
швидкість та ін.
Технічні вимоги обумовлюють:
-	розміри конструктивного устрою (локомотив повинен вписуватися в га-
барит рухомого складу, забезпечувати рух по залізничній колії заданої шири-
ни та проходження кривої заданого мінімального радіуса; довжина локомо-
тива повинна бути не більше встановленої норми);
-	надійність (строк служби та середній параметр потоку відмов повинні
відповідати встановленим Замовником величинам);
-	технологічність (відносна трудомісткість не повинна бути більшою, ніж
установлена величина, конструкція складальних одиниць і деталей повинна
мати мінімальну трудомісткість при обслуговуванні та ремонті);
-	рівень уніфікації і стандартизації (локомотива у цілому не менший ніж
50 ’о. екіпірувальні вузли повинні бути повністю уніфіковані та ін.);
13
безпеку (аварійно-попереджувальна сигналізація повинна викопуватися
згідно зі стандартними вимогами*, на локомоіиві повинні бути пристрої, які
забезпечують рух при тиску в магістральному повітропроводі не нижчому
ніж 490 кПа та безпеку локомотивної бригади при ударі в автозчеп при шви-
дкості співударяння 20 км/год та ін.);
—	естетичні та ергономічні показники (зручність обслуговування, безпека
управління; гігієнічні умови та кольорове оформлення повинні відповідати
типовим умовам; рівень звуку не повинен перевищувати стандартні норми,
повинні бути забезпечені також санітарно-гігієнічні умови роботи ;
—	патентну чистоту конструкції локомотива та його окремих вузлів.
У технічному завданні також указується орієнтовна техніко-економічна
ефективність локомотива, його лімітна ціна, а також запропонована річна по-
треба в кількості одиниць (секцій) даного локомотива.
Розробленню технічного завдання передують науково-дослідні та пошу-
кові роботи з вивчення сучасних досягнень галузевої техніки та патентної
документації, що забезпечує високу якість технічного завдання, отже ство-
рення локомотива, який буде найбільш повно та ефективно задовольняти по-
треби в перевезеннях. Крім того, аналізується доцільність залучення інозем-
них партнерів - наукових установ, фірм га ін. - до створення локомотива.
Технічна пропозиція (ГОСТ 2.118-83) — це документ, що розробляється
заводом-виготовлювачем з метою уточнення показників або виявлення дода-
ткових техніко-економічних характеристик локомотива, які не були вказані в
технічному завданні. Технічна пропозиція виконується на підставі аналізу
технічного завдання, розробленого замовником, попередньої конструкторсь-
ко! проробки можливих варіантів локомотива, порівняльної оцінки рішень з
урахуванням конструктивних та експлуатаційних особливостей існуючих ло-
комотивів і патентних матеріалів. Після узгодження та затвердження встано-
вленим чином технічна пропозиція стає основою для розробки ескізного та
технічного проектів.
Ескізний проект розкриває принципові конструктивні рішення, які дають
заі а і не уявлення про будову та принцип роботи локомотива а також міс-
тить дані, що визначають його призначення, основні параметри та габаритні
розміри (будівельні креслення).
При розробці ескізного проекту необхідно:
-	виконати конструктивну проробку кількох варіантів локомотива в обся-
зі, достатньому для аналізу та зіставлення;
14
-	виготовити та випробувати фізичні моделі та макети;
-	оцінити локомотив за відповідними показниками стандартизації та уні-
фікації, ергономіки та технічної естетики, охорони праці, виробничо! саніта-
рії та патентної чистоти;
-	проробити основні питання технології та оцінити технологічність конс-
трукції локомотива;
-	скласти технічні вимоги на комплектувальні вироби та матеріали, що
розробляються та виготовляються іншими підприємствами.
Ескізний проект включає креслення загального виду локомотива та пояс-
нювальну записку, яка виконується згідно з вимогами чинною стандарту. Пі-
сля узгодження га затвердження встановленим чином ескізний проект слу-
жить основою для розробки технічного проекту та іншої робочої конструк-
торської документації.
Технічний проект (ТОСТ 2.120-83) виконується для формування певного
уявлення про конструкцію локомотива, його складових части га одиниць. Він
може передбачати розробку варіантів окремих складових частин (вузлів) ло-
комотива - кузова, рами, візків, тягового привода тощо - та оптимального
варіанта за результатами випробувань дослідних зразків або моделей. Розро-
бка технічного проекту супроводжується виконанням робіт, які дозволяють
переконатися в забезпеченні всіх вимог, що пред’являються до локомотива
(технічних, технологічних, економічних, естетичних та інших, установлених
технічним завданням).
Технічний проект включає креслення загального виду, складальних оди-
ниць, окремих деталей (за необхідністю) та пояснювальну записку, виконану
згідно з ГОСТ 904-78, до якої включаються також розділи, що пояснюють
розробку питань, непередбачених ескізним проектом.
Робоча документація на виготовлення дослідного зразка (дослідної партії)
створюється на основі затвердженого технічного проекту. Па цій стадії прое-
ктування:
розробляються робочі креслення з уточненням конструкції вузлів, дета-
лей, з урахуванням технології механічної обробки та складання;
-	завершуються розрахунки вузлів, з’єднань і деталей на міцність;
-	складаються відомості уніфікованих, стандартних і нормалізованих де-
талей;
-	формуються переліки необхідних матеріалів і комплектуючих виробів,
що поставляються іншими (суміжними) підприємствами;
15
оформлюється калькуляція витрат і визначається повна собівартість ви-
готовлений локомотива;
розраховується економічна ефективність ві упровадження нового ло-
комотива в експлуатацію.
Для відпрацювання конструкції та систем нового локомоіива виюіовля-
ється його дослідний зразок, провадяться випробування (заводські га експлу-
атаційні). На підставі матеріалів випробувань державна (міжвідомча) комісія
складає висновок щодо прийняття дослідного зразка і а вносить пропозицію
про побудову дослідної партії або організацію серійного виробництва новою
локомотива.
2.2. Визначення основних параметрів локомотива на стадії технічно-
го завдання та інших стадіях проектування
З метою створення єдиного системного підходу до визначення характери-
стик локомотива як тягової одиниці залізничного рухомого складу прийнято
розглядати такі режими його роботи.
1.	Режим максимальної потужності, який встановлюється: для електро-
возів - по сумарній потужності тягових електродвигунів, для тепловозів - по
номінальній потужності дизеля.
2.	Розрахунковий режим, який встановлюється залежно від типу та при-
значення (роду служби) локомотива.
Для вантажних локомотивів цс режим руху, при якому на затяжному під-
йомі певної розрахункової кругизни дотична сила тяги, яку розвиває локомо-
тив, дорівнює силі опору руху; за цих умов локомотив з поїздом рухається з
постійною (рівноважною, усталеною) швидкістю. При цьому розрахункова
маса поїзду під ирас гься таким чином, щоб при тривалому русі по затяжно-
му підйому не відбувалося недопустиме перегрівання обмоток тягових слск-
ір двигунів (іо іовного генератора) локомотива. Тому такий режим у техніч-
них харакісрисіиках локомотивів часто називається “тривалим”.
Для магістральних електровозів, потужність яких не обмежується енерге-
тичною установкою, як у тепловозів, в якості такого розрахункового встано-
влюється режим руху тривалістю в одну годину, тому в технічних характери-
тиках такий режим називається годинним”. Частіше за все годинний режим
вс і аповлюється для вантажних електровозів.
Для пасажирських локомотивів, які практично при тій же потужності, що
ван ажні, в іягь поїзди значно меншої маси, перегрівання тягових елект-
16
родвигунів не є характерним. Тому для них в якості розрахункового прийма-
ється режим руху по площадці, при якому дотична сила тяги локомотива до-
рівнює силі повного опору руху поїзда.
Для маневрових локомотивів, які згідно зі своїм призначенням практично
ніколи не працюють у тривалому режимі, в якості розрахункового прийма-
ється режим, при якому дотична сила тяги дорівнює силі зчеплення коліс з
рейками. Такий вибір пояснюється тим, іцо маневровий локомотив викорис-
товується частіш за все в режимі зрушення з місця групи вагонів достатньо
великої загальної маси та пересування її протягом короткого часу на невели-
ку відстань. При цьому загроза перегрівання обмоток тягових електродвигу-
нів практично відсутня, але важливою є найбільша дотична сила тяги (при
зрушенні з місця), при якій ще не виникає буксування колісних пар.
3.	Режим максимальної швидкості руху, який обмежується конструк-
ційною швидкістю локомотива і встановлюється в основному за динамічни-
ми показниками (силами інерції, які регламентують міцність кріплення обмо-
ток у пазах якоря тягового електродвигуна, коливальними процесами та ін.).
При проектуванні локомотива на стадії технічного завдання до парамет-
рів, що характеризують його як тягову одиницю залізничного рухомого скла-
ду, відносять:
-	розрахункову дотичну силу тяги тривалого режиму;
—	розрахункову дотичну силу тяги годинного режиму (для вантажних
електровозів);
-	розрахункову швидкість тривалого режиму;
-	розрахункову швидкість годинного режиму (для вантажних електровозів);
-	конструкційну швидкість;
-	розрахункову дотичну потужність;
-	службову масу (масу екіпірованого локомотива з 2/3 запасів палива, ма-
сла та піску);
-	зчіпну масу (масу локомотива, що припадає на рушійні колісні пари);
-	кількість колісних пар, діаметр коліс та осьову характеристику (формулу);
-	навантаження від колісної пари на рейки;
-	лінійні розміри локомотива (довжину но осях автозчепів, довжину ку-
зова, ширину та висоту локомотива);
-	інші параметри та показники (місткість ресурсних ємностей, обладнан-
ня локомотива додатковими системами (бортового діагностування та ін.) та
устаткуванням (генератором слсктроопалення поїзда та ін.).
17
При проектуванні нових і техніко-економічному аналізі існуючих локомо
тивів, що експлуатуються, часто використовуються такі показники, як питомиі
показник маси (відношення службової маси локомотива до дотичної, а для теп
ловоза - ефективної, по дизелю, потужності); питома потужність (відношенні
дотичної потужності локомотива до його зчіпної маси); коефіцієнт тяги (відно
шення дотичної сили тяги локомотива до його зчіпної маси) та інші.
Основні параметри магістральних локомотивів залежать від мас і швид-
костей руху поїздів, які забезпечують мінімальні річні витрати на освоєння
заданого обсягу перевезень. При виборі основних параметрів необхідно вра-
ховувати несучу здатність колій та колійних споруд, габарит рухомого скла-
ду, технічній рівень розвитку локомо гивобудування та суміжних галузей
промисловості. Для реалізації основних параметрів, які вже вибрані, слід ши-
роко використовувати стандартизацію та розмірні ряди локомотивів по видах
тяги та призначенню (роду служби) локомотива, потужностні ряди енергети-
чних установок та силового устаткування.
Розрахункова дотична потужність локомотива ?/кр, кВт, знаходиться з
виразу:
Дс Л<р “ розрахункова дотична сила тяги локомотива, кН:
Рр - розрахункова швидкість руху, км/год.
Дослідження з установлення мас вантажних і пасажирських тп поїздів
вказують на те, що доцільною з економічної точки зору є маса поїзда, яка відпо-
відає повному використанню довжини станційних колій та їх несучій здатності.
При сучасних нормах на ці показники колії, з урахуванням технічної оснащено-
сті та провізної спроможності залізниць найбільша маса пасажирського поїзда
знаходиться на рівні и?п = 1200 т, вантажного - тв= 6000 т, (табл. 2.1)
Найбільша дотична потужність маневрового тепловоза, яка реалізується
при розгоні поїзда масою до розрахункової швидкості Гр, визначається з
рівняння:
1	= 3600 (“° + УсР '° • КсР ’
де со0 ~ питомий основний опір руху, Н/т; са0 =30 Н/т;
18
у - середнє прискорювальнс зусилля, Н/т; приймається в межах 50-
80 Н/т;
/0 - питомий опір руху від підйому, Н/м; приймається величина до
20 Н/м;
иср - середня швидкість при розгоні, км/год; приймається в межах 7-
8,5 км/год.
Таблиця 2.1
Доцільні маси поїздів і розрахункові швидкості руху [4]
Вид тяги	Маса поїзда ^в(п)’т’ 1 не більше	Швидкість, км/год	
		розрахункова, Ер	максимальна, Ук
Тепловозна: - на одноколійних ділянках з малим вантажообігом	2000	23-30	85-100
— на ділянках з найбільшим вантажообігом	5000	28-30	100
- у пасажирському русі	800-1200	70-100	140-200
Електрична: - на постійному струмі у вантажному русі	6000	’	50	100
- на змінному струмі у ван- тажному русі	6600	60	110-120
- на змінному струмі у па- сажирському русі	800-1000	80-100	160-200
Дотичну потужність проектного локомотива можна також приблизно
оцінити по графіку, рис. 2.1.
Ефективна потужність Л/е, кВт, - основний енергетичний параметр авто-
номного локомотива; він дорівнює потужності енергетичної установки (дизе-
ля) і визначається з виразу:
ЛпРдоп
(2-3)
19
-	к.к.д. тягової передачі; для електричної передачі величину г|п мо-
жна орієнтовано приймати рівною 0,8, для гідравлічної — 0,77;
-	коефіцієнт, який враховує витрати потужності на привод допоміж-
ного устаткування (вентилятора холодильника, вентиляторів тяго-
вих електродвигунів, компресора, допоміжного генератора тощо);
іноді величину р називають коефіцієнтом тягової вільної по-
тужності; для тепловозів величина цього коефіцієнта становить
РД01І = 0,88 0,92.
Рис. 2.1. Графік залежності 7УК І від швидкості V:
І — для пасажирського руху; 2 - для вантажного руху
Потужність електровоза визначається як сумарна потужність на валах тя-
і ових електродвигунів при роботі в годинному та тривалому режимах руху.
Ефективна потужність поруч з іншими параметрами використовується
для вибору енергетичної установки проектного автономного локомотива. У
тому випадку, коли ефективна потужність установлена технічним завданням
або прийнята згі цю з потужністю енергетичної установки, маса поїзда ви-
значається такою, при якій локомотив може рухатися з наведеними в
табл. 2.1 швидкостями.
20
Зчіпна маса 2ЗЧ, т, являє собою сумарне навантаження від рушійних ко-
лісних пар локомотива на рейки та характеризує його здатність розвивати не-
обхідну дотичну силу тяги без проковзування коліс по рейках. Величина зчі-
пної маси для вантажного локомотива (2ЗЧВ обчислюється за умови його ру-
ху по розрахунковому підйому з установленою швидкістю без буксування, за
формулою:
0,367^п
--(2.4)
УкПв^р
де д0 _ навантаження від колісної пари на рейки, кН;
Ир - розрахункова швидкість локомотива, км/год;
\|/к - коефіцієнт зчеплення колісної пари з рейками при розрахунковій
швидкості;
г|в - коефіцієнт використання зчіпної маси локомотива; при індивідуа-
льному приводі колісних пар г|в= 0,85-0,92; при груповому т|вт=1.
Для отримання величин г|в, близьких до одиниці рекомендується викори-
стовувати рядне розташування тягових електродвигунів (при індивідуально-
му приводі колісних пар), передачу тягових зусиль на раму локомотива в
площині осей колісних пар (видовжений шкворень), похилі повідки тягового
пристрою, повідкової букси, мономоторний привод, довантажувані (пристрої,
що штучно ліквідують розвантаження окремих колісних пар при зрушенні
локомотива з місця).
Зчіпна маса пасажирського локомотива 2зчп (за Умови забезпечення за-
даного прискорення при розгоні поїзда) визначається з виразу:
>^ПІ+^П>	(25)
34 П 9800ч/кПв ’
де соп - питомий опір руху від прискорювального зусилля, Н/м;
о)п£ - повний питомий опір руху поїзда, Н/м, в момент зрушення з місця
з умовною швидкістю 5-8 км/год.
Величини соп і соп £ визначаються таким чинохм:
<ОП=^-,	(2.6)
О
21
де пп - прискорення пасажирського поїзда після зрушення з місця, км/год2,
приймається залежно від категорії поїзда в межах 1200-
1800 км/год2;
5 - прискорення поїзда, км/год2, при діяння питомої прискорювальної
сили 1 Н/м, значення 5 приймаються рівним: для вантажних і паса-
жирських поїздів 12,2 км/год2, для електропоїздів 11,8 км/год2;
X = ю0 + ^зр + '0 ’	(2-7)
де со0 та /0 приймаються так, як указано в формулі (2.2);
созр - опір руху в момент зрушення з місця, Н/м.
Величину соп у загалом можна приймати рівною 80 Н/м.
II
Після визначення величини 2ЗЧП перевіряється можливість реалізації
при цьому прискоренні розгону (за рівнянням (2.5)) при 0 з більш висо-
кими швидкостями руху. Якщо прийнята величина (див. вираз (2.6)) не
дотримується на дільниці, рівній половині шляху розгону, то розрахункова
величина маси (?зчп збільшується.
Зчіпна маса маневрового тепловоза ^зчм, т, залежить від характеру та
умов його роботи: сортувальних маневрів на гірці, вивізних операцій на магі-
стральних коліях, теж на під’їзних коліях та ін. Наприклад, при гірковій ро-
боті поірібна зчіпна маса (?зчм визначається при зрушенні поїзда з місця пі-
сля зупинки на горбу гірки з виразу:
Сзчм ~
™в + ^ср
9800укг|в
(2.8)
де соСр середній опір при підйомі по насувній частини гірки, Н/т;
соВ7 “ питомий опір руху поїзда, рівний для вантажних поїздів 70 Н/т;
“в2=“о+“зр.	(2 9)
де о)0 - приймається як у формулі (2.2);
(03р - опір руху в момент зрушення з місця, Н/т.
Величина (ов/ у цілому може прийматися на рівні 70 Н/т
22
Опір юср для всіх видів рухомого складу звичайно приймається на рівні
десятикратної величини підйому /, яка знаходиться з виразу:
• _ йА +/272 + -• +іпІп
'ер -	.
'л
(2-Ю)
де /р /2’ —	~ довжини дільниць насувної частини гірки, м;
/'і, /2, — іп ~ підйоми дільниць насувної частини гірки, °оо.
В умовах вивізної роботи потрібна зчіпна маса маневрового локомотива
знаходиться з рівняння (2.4) при розрахунковій швидкості Гр = 10 16 км/год.
Службова маса локомотива 0СЛ , т, визначається кількістю матеріалів, ук-
ладених у його конструкцію. У візкових локомотивів, у яких усі колісні пари
рушійні, (?СЛ=2ЗЧ. у маневрових локомотивів звичайно службової маси не
вистачає для отримання необхідної зчіпної маси. У цьому випадку в екіпаж-
ній частині передбачається додаткова маса у вигляді баласту. Пасажирські
локомотиви, особливо швидкісні, мають службову масу, що забезпечує дійс-
ну зчіпну масу, яка визначає необхідне навантаження від колісної пари на
рейки на рівні, вищому ніж його розрахункові значення. У таких локомотивів
можна понизити службову масу шляхом зменшення витрати матеріалів при
їх виготовленні. Службова маса збудованих локомотивів визначається па
спеціальних вагах для зважування локомотивів. На початковій стадії проек-
тування службова маса звичайно визначається за формулою:
(?сл  ксл,
Де *сл - питомий показник службової маси що рекомендується для перспек-
тивних локомотивів, т/кВт; визначається шляхом порівнювального
аналізу відповідних показників тепловозів різних конструкцій, але
одного типу та призначення; для електровозів у цей показник уво-
диться потужність годинного режиму Угод, кВг, для тепловозів
ефективна потужність дизеля.
Нижче наводяться орієнтовні значення кся для локомотивів різних типів і
серій (табл. 2.2 і 2.3).
Кількість колісних пар лк11 залежить від маси локомотива та навантажен-
ня від колісної пари на рейки. Якщо в розрахунку використати службову ма
23
су, то буде визначена повна кількість колісних нар, якщо використаїи зчіпну
масу — кількість рушійних колісних нар.
‘	Таблиця 2.2
Питомі показники маси тепловозів [4]
Серія тепловоза	Параметри тепловоза					
	кількість секцій у складі ло- комотива, "с	загальна кількість колісних пар, /?кн	загальна службова маса 2СЛ, 3	потужність ,кВт	ІІИ1ОМИЙ показник маси ксл, кг/кВг	навантаження від колісної на- ри на рейки кН
Вантажні тепловози
Т93	1	12	252	2944	85,6	205,8
М62	1	6	116,5	1472	79,1	190,3
2М62, 2М62У	2	12	233	2944	79,1	190,3
2Т91ОМ(У,УІ)	2	12	2x138	4416	62,6	225,4
2Т9116	2	12	2x138	4500	61,3	225,4
2ТЗ116у	2	12	2x139	5300	52,5	227,2
2Т9121	2	12	300	5884	51,00	245,0
Пасажирські тепловози
Т9П60	1	6	126	2208	57,1	205,8
Т9ГІ70	1	6	129	2942	43,8	210,7
ТЕП150	1	6	135	3100	43,5	220,5
Маневрові та промислові тепловози
ЧМ92	1	4	74	552	134,0	181,3
ЧМ93	1	6	123	994	123,7	200,9
ЧМ95	2	8	168	1472	114,1	205,8
Т9М1	1	6	120	736	163,0	196,0
Т9М2	1	6	123,6	882	140,1	201,9
Т9М7	1	8	168’’	1472	114,1	205,8*’
Т9М103	1	4	90	588	158,1	220,5
ТГМ6А	1	4	90	882	102,0	220,5
ТГМ4	1	4	68	552	123,2	166,6
ТГМ23	1	3	39г* ' '	368	106,0	127,4*’
ТГК2(21)	1	2	28	169,3	165,4	137,2
Примітка: * без баласту
24
Для однієї секції локомотива число мКІ1 може дорівнювати 2, 3, 4, 6 і 8
(найчастіше 4 і 6). Якщо /?кп отримується більше 6 (у деяких випадках біль-
ше 4 у електровозів), то звичайно локомотив формується з двох секцій. Ви-
ключенням є тепловоз ГЗМ7, який мас вісім колісних пар.
Таблиця 2.3
Піп омі показники маси електровозів [4]
Серія електро- воза	Параметри електровоза					
	кількість секцій у складі ло- комотива.	загаль- на кі- лькість коліс- них пар, лкп	загаль- на слу- жбова маса (?сл т	потуж- ність 1 V ‘*ГОД’ кВт	ПИТО- МИЙ показ- ник ма- си ^СЛ ' кг кВт	наванта- ження від колісної пари на рейки кН
Вантажні електровози						
ВЛ8	7	8	184	4200	43,8	225.4
ВЛ10	л	8	184	5200	35,3	225,4
ВЛ11. В.ІІ1"	л		184	5360	34.3	225,4
ВЛ60к	1		138	4590	30,1	225,4
ВЛ80*. ВЛ80т		§	184	6520	Г 1 оо Г 1	Г 1 Г 1
ВЛ80г	7	8	184	о Г 1 40	г 1 ОО Г 1	225.4
ВЛІЗ 2і*	і	8	192	6040	31,8	235.2
ДЕ1 1	2	8	188	6260	30,0	230,3
Пасажирські електровози						
ВЛ60пк	1	6	138	45^0	30,1	»Г| Г 1 Г І
ЧС2	1	6	126	4200	30,0	205,8
ЧС4	1	6	123 	5100	24.1	200,9
ЧС-	2 1   	——	8	Г2	6160	о с ’ г 1	210.“
чек	2	\	Г6	'’ЗОО	24.4	’Г, «паві Г І
лез Примітка:	І 1 для всіх ЧС”. ЧС	4 серій, кр 8 та ДС.	90 ім ЧС7 і ' трива	4800 ЧС'' годі лого режи>	18. "5 1ННОТО Р «V 4	220.6 ежиму, для
І Іісля визначення кількості колісних пар для проектного локомотива пере-
віряється величина статичного навантаження від колісної пари на рейки д$:
сІ0 -9,8^-<[#0],
,7кп
(2.12)
де [,0] - допустима величина статичного навантаження від колісної пари на
рейки, кН.
Це допустиме навантаження [^0] залежить від конструкції та стану верх-
ньої будови колії та встановлюється технічними вимогами «Укрзалізниці».
Па дільницях з рейками Р50 і Р65, укладеними на щебеневому баласті та де-
рев’яних шпалах, допускаються такі значення [д0]:
-	для вантажних локомотивів — 226 кН;
-	для пасажирських локомотивів - 206 кН;
-	на реконструйованих дільницях - 246 кН.
Величини та икп для локомотивів різних типів і серій наведені в
табл. 2.2 і 2.3.
Діаметр рушійної колісної пари Ок, мм, залежить від багатьох факторів,
з яких надійність і мінімальна непідресорена маса є основними.
На цей час на тяговому рухомому складі залізниць України та країн СНД
застосовуються такі типи розмірів рушійних коліс:
-	на тепловозах — діаметром 1050, 1220 і 1250 мм;
-	на електровозах — 1250 мм;
-	на електропоїздах — 1050 мм;
-	на дизель-поїздах та деяких електропоїздах - 950 мм.
З мстою уніфікації ходових частин локомотивів рекомендується викорис-
товувати колеса діаметром 1220 і 1250 мм, що дозволяє розміщувати на віз-
ках більш потужні тягові електродвигуни, легше застосовувати їх опорно-
рамне та опорно-центрове підвищування, знизити експлуатаційні та ремонтні
витрати за рахунок збільшення пробігу до точки бандажів, зменшити контак-
тні напруження в рейках тощо. Однак при застосуванні колісних пар із збі-
льшеним діамеїром коліс зростає маса колісної пари та збільшується ексцен-
триситет головної рами локомотива відносно автозчепу.
Погрібний діаметр колеса £>к, мм, обчислюється за формулою
(2.13)
де [2д] — допустиме навантаження на 1 мм діаметра колеса, яке приймається
від 0,2 до 0,27 кН/мм.
При виборі діаметра колеса слід керуватися стандартними розмірами ба-
ндажів для рухомого складу колії 1520 мм, та чинним стандартам на колісні
пари для електровозів та тепловозів. Бандажі товщиною 75 мм встановлю-
ються на колеса при величині дц <206 кН, товщиною 90 мм - на колеса при
> 206 кН.
Довжина локомотива по осях автозчепів £л, мм, установлюється в про-
цесі компонування обладнання. На початковій стадії проектування довжина
локомотива по осях автозчепів обчислюється з виразів, отриманих за резуль-
татами аналізу співвідношення між лінійними розмірами локомотива та його
потужністю:
-	для локомотивів потужністю 1470-2300 кВт
£ = ДС(14-0,0023Уе);
-	для локомотивів потужністю понад 2900 кВт
£л = 8££ (1-0,00008ДС).
У	загальному випадку орієнтовно:
(2 14)
(2.15)
(2.16)
- рекомендоване значення питомої довжини на одиницю потужно-
сті, мм/кВт.
Максимальна довжина локомотива £лтах обмежується технічними ви-
могами на ремонтні позиції депо, а мінімальна £лтіп - міцністю колійних
споруд. Для перевірки величини £лтіп використовується рівняння:
^гіпііп —
(2.17)
де І7К 1 “ Допустиме навантаження на одиницю довжини колії, яке прийма-
ється: для локомотивів, що експлуатуються 73,5 кІІ/м; для локомо-
тивів, що проектуються 88,5 кН/м.
База локомотива (жорстка) £б, м, - цс відстань між шкворнями, геомет-
ричними центрами візків, або іншими умовними точками секції локомотива,
у яких здійснюється спирання кузова на візки та передача тягових зусиль. Ця
величина визначає умови компонування екіпажної частини локомотива «по
27
низу» та надійність його зчеплення з головним вагоном поїзда. Попередня
база локомотива визначається за формулою:
Лб=ееЛл,	(2.18)
де ес чисельний коефіцієнт, що приймається: для величини Лл < 20 м — в
межах 0,5 0,54, для величини Ьп > 20 м - в межах 0,55-0,6.
Колісна база візка (розмір між осями крайніх колісних пар) В, м, зале-
жить від розмірів тягових електродвигунів і тягового привода, діаметра коліс
та розмірів і компонування інших пристроїв, що розміщуються на візку. Від-
стань між осями суміжних колісних пар у візків локомотивів останніх випус-
ків становить 1,85-2,4 м. У світовій практиці локомотивобудування склалося
такс співвідношення, що візки з груповим приводом колісних пар мають
менший розмір відстані між суміжними колісними парами, ніж візки з інди-
відуальним приводом колісних пар.
Виходячи з цього, можна обрати колісну базу візка до розробки констру-
кції екіпажа: в межах 3,7-4,6 м для триосних візків і 5,5-7 м для чотириосних
з індивідуальним приводом колісних пар.
Для виключення значних помилок при оцінюванні лінійних розмірів £л,
В їх необхідно порівнювати з аналогічними показниками локомотивів
останніх випусків (табл. 2.4 і 2.5).
У процесі проектування основні параметри локомотивів можуть (і повин-
ні) уточнюватися з урахуванням вимог та концепцій перспективно розвитку й
можливостей їх здійснення. У табл. 2.6 і 2.7 наведені доцільні параметри ло-
комотивів, які рекомендувалися науково-досвідними і проектними організа-
ціями на 80-90 роки минулого століття. Сьогодні ці рекомендації (особливо
щодо тепловозів) мають лише історичний інтерес, тому що параметри локо-
мотивів для залізниць України знаходяться в стадії уточнення.
Таблиця 2.4
Питомі показники довжини тепловозів [4]
Серія тепловоза	Парамегри тепловоза				
	Сл, мм	^л /^с • мм/кВт	^л/бсл ’ мм/т	ібе /^лс	В, мм
1	2	3	4	5	6
Вантажні тепловози					
ТЗЗ	33938	11,528	134,7	0,507	4200
М62	17400	11,821	149,4	0,494	4200
28
Продовження табл. 2.4.
1	2	3	4	5	6
2М62, 2М62У	34800	11,821	149,4	0,494	4200
2Т31ОМ(УУ1)	33938	7,692	123,0	0,507	3700
2Т3116	36300	8,067	131,5	0,531	3700
2Т3121	42000	7,138	140,0	0,551	4400
Пасажирські тепловози					
ТЗП60	19250	8,718	152,8	0,530	4600
ТЗП70	21700	7,736	168,2	0,635	4300
Маневрові та промислові тепловози					
ЧМ32	13240	23,986	178,9	0,506	2400
ЧМЗЗ	17220	17,324	140,0	0,503	4000
ТЗМ1	16970	23,057	141,4	0,507	4200
ТЗМ2	16970	19,240	137,3	0,507	4200
ТЗМ7	21500	14,742	128,0"	0,507	2100(6300)"
ТГМ6А	14300	16,213	158,9	0,559	2100
ТГМ4	12600	22,826	185,3	0,476	2100
ТГМ23	8920	24,239	228,7"	0,404	3600
ТГК2(21) Примітка: 1 2	8280 ) без баласт * у дужках - Питомі	48,907 у; - колісна база показники до	295,7 здвоєного візи ВЖИІІИ ЄЛЄКТ]	0,386 а. 50ВОЗІ В [4]	3200 Таблиця 2.5
Серія електро- воза	Параметри електровоза				
	£л, мм	АїІ /^ГОД ’ мм/кВт	Дп/£?СЛ ’ мм/т	^б)С / Д11С	В, мм
1	2	3	4	5	6
Вантажні електровози					
ВЛ8	27520	6,552	149,6	0,516	3200
ВЛ10	32840	6,315	178,5	0,457	3000
вли, ВЛ11М	32880	6,134	178,7	0,456	3000
ВЛ60к	20800	4,532	150,7	0,468	4600
29
Продовження табл. 2.5.
1	2	3	4	5	6
ВЛ80к, ВЛ80	32840	5,037	178,5	0,457	3000
ВЛ80с	32840	5,037	178,5	0,457	3000
ВЛ82М	32840	5,437	171,0	0,457	3000
ДЕ1	32000	5,112	170,2	0,448	3000
Пасажирські електровози
ВЛ60ІІК	20800	4,532	150,7	0,468	4600
ЧС2	18920	4,505	150,2	0,476	4600
ЧС4	19980	3,918	162,4	0,526	4600
ЧС7	34040	5,526	197,9	0,464	3200
ЧС8	32780	4,553	186,2	0Д88	2950
ДСЗ	16800	3,5	186,7	0,651	2700
1 Іозначсння до табл. 2.5:
£л - заі альна довжина локомотива по осях автозчепів, мм;
£ загальна довжина секції локомотива, мм;
Ь^с - база (жорстка) секції локомотива, мм;
В - колісна база візка, мм;
2Сл ~ службова маса локомотива, т;
- ефективна потужність локомотива (по дизелю), кВт;
од заі альна потужність локомотива годинного режиму, кВт.
Примітка: для серій ЧС7 і ЧС8 - потужність тривалого режиму
Таблиця 2.6
Параметри тепловозів, що рекомендуються в [4]
Кількість секцій у складі ло- комотива пс	Загальна потужність АС , кВт	Загальна службова маса РГІ1 Т	Розрахункова сила тяги Л<р ’і	Розрахункова швидкість ґр , км/год	Навантаження від колісної пари на рейки (/0,кП	Кількість рушійних колісних пар цкп
1	2	3	4	5	6	7
Вантажні тепловози
2	4416	276	520	26	225,4	12
2	5880	276	600	29	225,4	12
ЗО
Продовження табл. 2,6.
1	2	3	4	5	6	7
1	4416	200	480	27	245	8
2	8832	400	500	27	245	16
1	5880	216	500	32	265	' 8
Пасажирські тепловози						
1	2945	129	170	50	210,7	6
1	4416	138	177	68	225,4	6
Маневрові тепловози						
1	552	72	143-157	9,0-9,5	167-176	4
1	882	120	196	11	196	6
1	1472	180	345	10,5	220,5	8
1	2208	180	395	16	220,5	8
Таблиця 2.7
Параметри електровозів, що рекомендуються в [4]
Найменування параметра	Електровоз змінного струму		Електровоз постійного струму ван- тажний
	вантажний	пасажирсь- кий	
Потужність на валу тягового електродвигуна в годинному режимі, кВт	850 900	850 900	650-750
Швидкість годинного режиму, км/год	50-60	80-100	47-50
Сила тяги однієї колісної пари в годинному режимі, кН	54-60	32-37	50 55
Конструкційна швидкість, км/год	110-120	160-180	110 120
Навантаження від колісної пари на рейки, кН	226	197-206	226
3.	ЕНЕРГЕТИЧНІ (СИЛОВІ) ДИЗЕЛЬНІ УСТАНОВКИ
ЛОКОМОТИВІВ І ОСНОВИ ЇХ ВИБОРУ ПРИ
ПРОЕКТУВАННІ
3.1.	Вимоги до енергетичних установок автономних локомотивів
Попередній вітчизняний і світовий досвід експлуатації автономних локо-
мотивів (тепловозів і газотурбовозів) свідчить, що їх енергетичні (силові)
установки повинні задовольняти широкому колу різноманітних технічних і
економічних вимог. С точки зору задоволення найбільш визначальних вимог
вирішальну роль відіграють, особливо при виборі типу та конструкції, певні
характеристики енергетичних установок.
Енергетичні установки характеризуються:
-	погрібною величиною ефективної потужності при габаритних розмірах
і масових показниках, прийнятих для локомотивів, і можливістю її зміни в
певних межах без суттєвої зміни конструкції установки з метою створення
уніфікованого потужністпого ряду;
-	можливістю реалізації необхідної тягової характеристики локомотива
при найпростішій передачі до рушійних колісних пар, яка б забезпечувала
найбільш прийнятні техніко-скономічні показники комплексу „силова уста-
новка - передача - рушійні колісні пари”;
-	оптимальною надійністю;
— високою економічністю по витраті палива та мастильних матеріалів у
широкому діапазоні робочих режимів (від холостого ходу до номінального) і
особливо в режимах, які переважно реалізуються в експлуатації;
можливістю роботи на дешевих паливах низьких гатунків;
раціональністю, технологічністю та простотою конструкцією, що за-
безпечує невисоку вартість і зручність виготовлення і монтажу, демонтажу,
ремонту та обслуговування в експлуатації;
мінімальними масами та габаритними розмірами допоміжних систем
(очищення повітря, фільтрації палива, охолодження та ін.), а також мінімаль-
ними втратами по тужності на їх функціонування;
- безвідмовністю пуску при мінімальній витраті енергії;
можливістю швидкої зміни режиму роботи;
можливість створення потужністпого ряду з метою забезпечення потреб
залізничного транспорту в різних за своєю потужністю автономних локомоти-
32
вах, а також максимальної уніфікації конструкції окремих (головним чином
базових) вузлів та деталей, створення на конструктивно єдиній базовій основі
(рамі, кузові та ходовій частині) локомотивів різного роду та тягових модулів
одного роду служби, але різної потужності, що повинно призвести до знижен-
ня собівартосгі виготовлення, обслуговування та ремонту локомотивів;
найбільш повної автоматизації роботи та управління з метою виклю-
чення можливості виникнення аварійних режимів і забезпечення мінімально-
го догляду за силовою установкою з боку локомотивної бригади;
мінімальною передачею динамічних сил і вібрацій на раму локомотива;
відсутністю шкідливого діяння на локомотивну бригаду (шум, вібрація,
забруднення довкілля, висока температура оточуючого повітря, шкідливі для
здоров’я випромінювання);
- безпекою локомотивної бригади в процесі обслуговування.
Вимоги, що пред’являються до силових установок автономних локомоти-
вів, при своїй різноманітності в багатьох випадках суперечливі: наприклад,
вимога високої потужності та великого моторесурсу при заданих (обмежених
габаритом рухомого складу) розмірах і масі. їх одночасне та достатнє повне
виконання являє собою серйозну технічну проблему, але с стимулом техніч-
ного прогресу.
Дизельні силові установки, що характеризуються високою тепловою еко-
номічністю (ефективний к.к.д. дизеля досягає 40 42 %), прийнятною надійні-
стю, високим ступенем автоматизації управляння та ін. у теперішній час
більш повно, в порівнянні з силовими установками інших типів, відповідають
наведеним вище вимогам. Це забезпечує широке використання таких (дизе-
льних) установок на автономних локомотивах — тепловозах - у всьому світі.
Аналіз силових установок різних типів, застосування яких можливе па
автономних локомотивах (так званих альтернативних силових установок),
свідчить, що на перспективу в окремих специфічних умовах експлуатації
конкурентоспроможними відносно дизельних с газотурбінні установки
(ГТУ). Газові турбіни вже широко застосовуються в сучасних тепловозних
дизелях з газотурбінним наддуванням, що суттєво змінило характеристики
класичних поршневих двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ), призвело до
підвищення їх паливної економічності на 3 4 % і значного зростання агрега-
тної потужності при майже незмінних габаритних розмірах і масі. Все цс да-
ло підставу виділити даний тип двигунів в окрему групу турбоноршневі.
33
Вітчизняний та зарубіжний досвід локомотивобудування [5], а також тео-
ретичні та проектні вишукування вказують на доцільність застосування газо-
турбінних установок при високошвидкісному русі (турбопоїзди) та експлуа-
тації газотурбовозів на обмеженій ділянці залізничної мережі [6, 7]. Однак
протягом значного відрізку часу в якості основної, найбільш розповсюдже-
ною силової установки автономних локомотивів буде все таки дизель.
3.2.	Основні параметри і техніко-економічні показники тепловозних
дизелів
При створенні нових і модернізації існуючих тепловозів дизелі обира-
ються з числа тих, що випускаються серійно або готуються до випуску дизе-
лебудівною промисловістю по таких основних показниках, як потужність,
надійність, паливна економічність, тактність, габаритні розміри, маса та вар-
тість одиниці роботи, іцо виконуватиметься локомотивом (тепловозом).
Ефективна потужність дизеля , кВт, що визначається його робочими
параметрами, обчислюється за формулою:
7Уе=--------д,	(3.1)
т
де рс - середній ефективний тиск у циліндрі, МІІа;
іф - сумарний об’єм циліндрів, м3;
2Ц - кількість циліндрів;
ид - частота обертання колінчастого валу, с1;
т — тактність.
ш » ютрі на ефективна потужність одиночного тепловозного
дизеля при номінальному режимі визначається необхідною розрахунковою
дотичною потужністю тепловоза, тобто:
^кр розрахункова дотична потужність тепловоза, кВт;
/?с - кількість секцій у складі тепловоза;
- кількість дизелів у кожній секції;
34
Рт - частка ефективної потужності дизеля, що використовується безпо-
середньо для тяги;
т|п - к.к.д. передачі тепловоза.
Обґрунтування оптимальних секційних потужностей тепловозів (по номі-
нальній ефективній потужності дизелів) у теперішній час розробляється ЗГІД-
НО з [1] рядом науково-дослідних організацій і наукових колективів залізнич-
них вищих навчальних закладів (ВНЗ), окремими авторами дисертаційних
роб т. Уже доведено, що зниження секційної потужності тепловозів відповід-
но до вимог сучасного обсягу вантажообігу залізниць України (з урахуван-
ням транзитних перевезень) призводить до зниження сумарних витрат.
Практика експлуатації довела, що з економічної точки зору більш доцільно
встановлювати в секції тепловоза один дизель (з-за менших витрат на ремонт,
більш зручного обслуговування, меншого зайнятого місця). До установки двох
дизелів в секції удавалися тоді, коли необхідна секційна потужність була бі-
льша, ніж номінальна потужність одного дизеля з тих, що випускалися дизе-
лебудівною промисловістю, або коли того вимагала специфіка застосування
тягових передач, як то було, наприклад, на тепловозах з гідравлічними переда-
чами ТГ100, ТГ102, ТГ106. У випадку постановки двох дизелів у секції та об-
меженого допустимого навантаження від колісної пари тепловоза на рейки
обиралися дизелі з високою частотою обертання колінчастого вала, які відріз-
нялися значно меншими значеннями питомих мас і габаритними розмірами.
Чітка тенденція до підвищення секційної потужності тепловозів, яка спо-
стерігалася у 60-80 роки минулого століття, викликала необхідність збіль-
шення агрегатної потужності дизелів до 2940 і навіть 4416 кВт у 16-20-
цілиндровому виконанні. Відомо, що ефективна потужність дизеля залежить
від тактності, геометричних розмірів і кількості його циліндрів, а також ре-
жимів роботи, основними з яких є середній ефективний тиск за робочий цикл
і частота обертання колінчастого вала (колінчастих валів).
Аналіз шляхів підвищення агрегатної потужності тепловозних дизелів
свідчить, що основним напрямом є підвищення величини середнього ефекти-
вного тиску в наслідок збільшення тиску повітря наддування та його проміж-
ного охолодження, деякого збільшення сумарної о робочого об’єму циліндрів
і, в окремих випадках, підвищення частоти обертання колінчастого вала (ко-
лінчастих валів).
35
Величина середнього ефективного тиску />е, МГІа, при номінальному
режимі роботи для чотиритактних тепловозних дизелів останніх випусків до-
сягла значень ре = 1,6-1,85 МІІа. Ведуться роботи зі створення дизелів з ве-
личиною рс =2,5-2,8 МПа, але це потребує розв’язання багатьох складних
задач (необхідністю удосконалення системи наддування, підвищення надій-
ності напружених деталей, поліпшенням показників роботи дизеля в широ-
кому діапазоні режимів експлуатації).
Для двотактних дизелів максимальна величина ре досягає 0,9-1,0 МПа
(комбінованим наддуванням та проміжне охолодження повітря наддування).
Па перспективу фахівці вважають за можливе отримати величину ре =1,2-
1,4 МПа (двотактні дизелі) і рс =2,5-2,8 МПа (чотиритактні дизелі).
Збільшення потужності тепловозних дизелів в результаті застосування ви-
сокого наддування та охолодження повітря наддування супроводжується різ-
ким поліпшенням таких важливих для транспортних дизелів характеристик як
питомі маса та об’єм циліндрів, питома ефективна витрата палива, при розра-
хунковому режимі. Однак необхідно врахувати, що дизелі магістральних теп-
ловозів працюють переважно при часткових навантаженнях і значну частину
часу - в режимах перехідних процесів. Спостереження показують, що у серед-
ньому число змін величини потужності протягом години становить більше
двадцяти. Наприклад, час роботи дизеля 1 ОД 100 на тепловозі 2Т310В (у %)
при різних відносних потужностях розподіляються таким чином.
Відносна потужність, %	Відносний час роботи, %
0 (холостий хід).........................38,4
0-25.....................................3,8
26-50....................................7,5
51-75....................................23,1
76-99....................................23,8
100 (номінальний режим).................. 3,4
При високому газотурбінному наддуванні робота при частковому наван-
тажені призводить до обмеження можливостей роботи дизеля по зовнішній
характеристиці у значній частині робочого діапазону частот обертання колі-
нчастого вала (обмеження по температурі), погіршення показників при ре-
жимах часткових потужностей і особливо в перехідних режимах при підви-
щенні навантаження (збільшення тривалості перехідних режимів, димлення,
зростання питомої витрати повітря, підвищення температур). Причиною цих
небажаних явищ у дизелях, які мають в системі наддування вільний нерегу-
36
лівіти турбокомпресор, є невідповідність повітропостачання подачам пали-
ва; при збільшенні навантаження протягом перехідних режимів максималь-
ній подачі палива часто мають місце при тиску наддування, який суттєво
меншин за номінальний. Це призводить до значного зменшення коефіцієнта
надлишку повітря, неповноти згоряння палива та підвищення теплонапруже-
ності багатьох відповідальних деталей.
Форсування тепловозних дизелів підвищенням середнього ефективного
тиску також призводить до зростання механічної та теплової напруженості
деталей циліндро-поршневої групи та кривошипно-шатунного механізму, що
ускладнює розв’язання проблеми підвищення їх надійності.
Збільшення номінальної потужності тепловозних дизелів шляхом підви-
щення тиску наддування повинно супроводжуватися розробкою систем, які б
забезпечували відповідне узгодження повітро- та паливоподачі, а також за-
ходів з підвищення їх надійності.
У зарубіжній технічній літературі висловлюється думка щодо доцільності
застосування на магістральних тепловозах дизелів з обмеженим тиском над-
дування, а на маневрових - навіть без наддування. У США на деяких тепло-
возах середньої потужності застосовуються дизелі без повітротурбонагніта-
чів, що приводить до зниження експлуатаційних витрат (головним чином, на
ремонт) і спрощення систехМ управління при проектуванні тепловозів. Мож-
ливість застосування на них дефорсовоаних дизелів повинна визначатися га-
баритними розмірами дизелів і масою локомотива у цілому.
Підвищення агрегатної потужності дизелів можливе також шляхом збі-
льшення діаметра циліндрів та їх кількості, тобто сумарного робочого об’єму
циліндрів.
Діаметри циліндрів £)ц, мм, потужних серійних тепловозних дизелів із се-
редньою частотою обертання колінчастого вала 900-1100 хв-1 дорівнюють 210—
260 мм, а при високій частоті обертання 1400—1600 хв 1 становлять 185—230 мм.
Спостерігається тенденція до збільшення діаметра циліндрів дизелів (із серед-
ньою частотою обертання колінчастого вала) до 280-300 мм. У табл. 3.1 і 3.2.
наведені технічні характеристики транспортних (тепловозних) дизелів країн сві-
ту, по яких можна легко простежити зазначенні вище співвідношення.
За інших різних умов, збільшення діаметра циліндрів обмежується величи-
ною сумарних сил, що діють у кривошипно-шатунному механізмі, підвищення
температури металу в центрі днища поршня (по причині збільшення термічно-
го опору тепловому потоку через порпіень до гільзи циліндра), допустимою
масою та габаритними розмірами дизеля. У деяких дослідженнях відмічається,
що при цьому відбувається деяке збільшення зносу гільз циліндрів.
37
Таблиця 3.1
Технічні характеристики дизелів і дизель-генераторів магістральних тепловозів країн світу [2, 4, 8, 9
Найменування параметра	Значення параметра для дизеля типу				
	2Д100	1 ОД 100	2Д70	ЗД70	12Д70
Країна	Україна				
Завод-виготеплювач (фірма)	ДП „Завод ім. Малишева”, м. Харків				
Тип дизель-і єн оратора	—	—	2Д70	ЗД70	12Д70
Позначення дизеля за стандартом	10ЛН	і 0 ЛН	16ЧН24/27	16ЧН25/27	12ЧН25/27
	Д 2x25,4	1ОДН 2x25,4			
Кількість циліндрів	10	10	16	16	12
Потужність ефективна номінальна, кВт	1472	2208	2208	2944	1472
Частота обертання колінчастого вала, хв 1	850	850	1000	1000	850
Середня швидкість поршня, м/с	7,2	7,2	9,0	9,0	7,65
Питома ефективна витрата палива при номінальному режимі, г/(кВт год)	231	217	204	204	202
С ередній ефективний тиск у циліндрі, МПа	0,62	0,91	1,38	1,59	1,27
Маса: - заі алььа дизель-г оператора, т загальна дизеля, т питома дизеля, кг/кВт	27,0 16,9 5,6	28,0 16,5 8,25	27,0 18,0 8,15	28,3 19,3 5,57	20,0
І абариіні розміри дизель-генератора, мм: - довжина - ширина висота	6015 1440 3110	6182 1730 3210	5100 1610 3000	5900 1610 2960	3505 1610 2890
Продовження табл. 3.1
Найменування параметра	Значення параметра для дизеля типу				
	2В5Д49	1А5Д49	1 -5 Д49	3-5Д49Т2	2Д49
Країна	Росія				
Завод-виготовлювач (фірма)	Коломенський тепловозобудівний завод				
Тип дизель-генератора	2В9ДГ	1А-9ДГ2	1А-9ДГ2	3-9ДГТ2	26ДГ
Позначення дизеля за стандартом	16ЧН26/26	16ЧН26/26	16ЧН26/26	16ЧН26/26	12ЧН26/26
Кількість циліндрів	16	16	16	16	12
Потужність ефективна номінальна, кВт	2942	2250	2208	2060	1472
Частота обертання колінчастого вала, хв"1	1000	1000	850	1000	850
Середня швидкість поршня, м/с	8,67	8,67	7,37	8,67	7,37
Питома ефективна витрата палива при номінальному режимі, г/(кВт-год)	208	207	204	207	204
Середній ефективний тиск у циліндрі, МПа	1,6	1,22	1,22	1,12	1,26
Маса: - загальна дизель-генератора, т	26,0	28,3	28,9	—	—
- загальна дизеля, т	19,1	20,7	—	26,25	20,0
- питома дизеля, кг/кВт	4,8	—	5,8	6,4	—
Габаритні розміри дизель-генератора, мм: - довжина	6213	6188	6188	6188	5621
- ширина	1920	1920	1920	1920	1710
- висота	2972	2972	2972	2972	2865
о
Продовження табл. 3.1
Найменування параметра
Країна
Завод-виготовлювач (фірма)
Тип дизель-генератора
Позначення дизеля за стандартом
Кількість циліндрів
Потужність ефективна номінальна, кВт
Частота обертання колінчастого вала, хв'1
Середня швидкість поршня, м/с
Питома ефективна витрата палива при номінальному режимі,
г/(кВтгод)
Середній ефективний тиск у циліндрі, МПа
Маса: - загальна дизель-генератора, т
-	загальна дизеля, т
-	питома дизеля, кг/кВт
Габаритні розміри дизель-генератора, мм: - довжина
-	ширина
-	висота
	Значення параметра для дизеля типу				
	2-14Д40У2	11Д45АУ2	14Д40У2	14Д40Т2	—
	Росія				Бельгія
	Коломенський тепловозобудівний завод				Кокерія
	2-14ДГУ2	11Д45АУ2	14ДГУ2	14ДГТ2	—
	12ДН23/30	16ДН23/30	12ДН23/30	12ДН23/30	16ЧН24/30 5
	12	16	12	12	16
	1244	2208	1472	1244	2944
	750	750	750	750	1050
	7,50	7,50	7,50	7,50	10,7
	225	224	215	223	215
	0,67	0,89	0,79	0,67	1,54
	21,5	23,4	21,5	21,5	—
	12,6	13,9	12,6	12,6	18,0
	10,1	—	—	—	6,1
	5694	6589	5694	5694	5360
	1818	1990	1818	1818	2150
	2405	2609	2405	2405	2830
Продовження табл. 3.1
Найменування параметра	Значення параметра для дизеля типу				
	211688ІЕ	А231655	А231685Р	А232055	16ЕУА24
Країна		Італія			Швейна-
					рія
Завод-виготовлювач (фірма)	Фіат				Зульцер
Тип дизель-генератора		• -	-	•	>-
Позначення дизеля за стандартом	; 16ЧН21 23	16ЧН23/27	16ЧН23 27 І16ЧН23/27 16ЧН24'30,5		
Кількість циліндрів	16	16	16	16	16
Потужність ефективна номінальна, кВт	2208	2650	2200	3312	2944
Частота обертання колінчастого вала, хв“‘	1500	1100	1050	1100	1050
Середня ШВИДКІСТЬ поршня, М/С	И,5	9,9	9,9	9,9	10,7
Питома ефективна витрата палива при номінальному режимі, г/(кВт год)і	219				215
Середній ефективний тиск у циліндрі, МПа	1,41	1,64	136	1,64	134
Маса; - загальна дизель-генератора, т				—	—
- загальна дизеля, т	9,4	;	—	15,62	—	18,0
- питома дизеля, кг/кВт	3,13	—	7,1	—	6,11
Габаритні розміри дизель-генератора, мм: - довжина		4790	5100	6600	5360
- ширина	—	1700	1700	1700	2150
- висота	—	2250	2240	2200	2830
Продовження табл. 3.1
Найменування параметра	Значення параметра для дизеля типу				
	МУ12У956	МУ16У956	23 У8У—ТЬ 23	МВ839В8	МО865
Країна	Німеччина				
Завод-виготовлювач (фірма)	Майбах-Мерседес Бенц *			Даймлер- Бенц	Майбах
Тип дизель-генератора	—	—	—	—	—
Позначення дизеля за стандартом	12ЧН23/23	16ЧН23/23	16ЧН23/23	16ЧН19/23	16ЧН18,5/20
Кількість циліндрів	12	16	16	16	16
Потужність ефективна номінальна, кВт	2208	2944	2460	1546	1840
Частота обертання колінчастого вала, хв	1500	1500	1500	1500	1600
Середня швидкість поршня, м/с	11,5	11,5	11,5	11,5	10,65
Питома ефективна витрата палива при номінальному режимі, г/(кВттод)	211	—	213	213	—
Середній ефективний тиск у циліндрі, МПа	1,57	—	—	1,21	1,64
Маса: - загальна дизель-генератора, т	—	—	—	—	—
загальна дизеля, т	7,87	10,65	10,50	7,1	5,5
- питома дизеля, кг/кВт	3,56	3,61	4,27	4,59	3,0
Габаритні розміри дизель-генератора, мм: - довжина	2611	3424	3424	3310	2770
- ширина	1526	1526	2450	1740	1495
- висота	2476	2535	2535	2265	2235
Продовження табл. 3.1
Найменування параметра	Значення параметра для дизеля типу				
	16С8УТ	УК.Р-200	16188	16ЕУА24	У16С8НК.
Країна	Великобританія				Франція
Завод-виготовлювач (фірма)	Інгліш- Електрік	Растон- Паксман	Мірліс		САЦМ
Тип дизель-генератора	—	—	—	—	АСОІ95
Позначення дизеля за стандартом	4 16ЧН — 30,5	19 7 16ЧН — 21,6	16ЧН^ 26,67	24 16ЧН — 28	16ЧН— 18
Кількість циліндрів	16	16	16	16	16
Потужність ефективна номінальна, кВт	3076	2208	2208	2940	1540/ 2208
Частота обертання колінчастого вала, хв-1	900	1050	900	1100	1600/ 1610
Середня швидкість поршня, м/с	9,15	10,8	8,0	10,27	9,6/9,9
Питома ефективна витрата палива при номінальному режимі, г/(кВттод)	—	—	—	—	—
Середній ефективний тиск у циліндрі, МПа	1,69	1,74	1,46	—	1,6/1,88
Маса: - загальна дизезь-генератора, т	—	—	—	—	—
- загальна дизеля, т	21,8	—	—	—	7,0
- питома дизеля, кг/кВт	7,06	4,31	—	6,3	3,8/3,17
Габаритні розміри дизеть-генератора, мм: - довжина	5970	2600	5182	4143	3000
- ширина	1680	1350	1829	1800	1400
- висота	2370	2060	2762	2482	1750
4^
Продовження табл. 3.1
Найменування параметра
Країна
Завод-виготовлювач (фірма)
Тип дизель-генератора
Позначення дизеля за стандартом
Кількість циліндрів
Потужність ефективна номінальна, кВт
Частота обертання колінчастого вала, хв-1
Середня швидкість поршня, м/с
Питома ефективна витрата палива при номінальному режимі,
г/(кВттод)
Середній ефективний тиск у циліндрі, МПа
Маса: - загальна дизель-генератора, т
-	загальна дизеля, т
-	питома дизеля, кг/кВт
Габаритні розміри дизель-генератора, мм: - довжина
- ширина
- висота
	Значення параметра для дизеля типу				
	У16Е8НК.	У20Е8НК	РА4-185	РА4-200	РА6-280
	Франція				
	САЦМ		СЕМТ-Пільстік		
	АОО230	А6О240	—	—	—
	16ЧН23/22	20ЧН24/23	18ЧН18,5/21	18ЧН20/21	18ЧН20/29
	16	20	18	18	18
	2650	3680/4048	[	1960	2318	4637
	1350	1350/1400	1500	1500	10^0
	9,9	9,9/10,28	10,5	10,5	10,15
	217	—	232	223	224
	1,6	1,64/1,72	1,59	1,59	—
	14,8	18,0	1	7,97	8,62	26,75
	5,57	4,89/4,44	3,94	3,67	5,77
	4200	5000	3426	3426	5050
	1750	1800	1702	1702	1780
	2120	2120	1921	1863	2480
1 Іродивл синя іабл. 3.1
1 Іайменування парамст ра	Значення параметра для дизеля типу					
	2О-645ЕЗ	16-645ЕЗ	251С	251Е	380	РОЬ-16
Країна		Сполучені Штати Америки (США)				
Завод-виі оіовліовач (фірма)	Дженерал-Моторс		Алко		Фербенск- Морзе	Дженерал- Електрік
І ин ди ісЛі.-генсратора		—		—	—	—
Позначення диісля за стандартом	23 02 20ДН±2ГІ 25,4	23,02 16ДН—— 25,4	ібчнЗ^ 26,67	ібчнЗ^. 26,67	12ДН 2°’6 2x25,4	16ЧН^^ 26,67
Кількісіь циліндрів	20	16	16	16	12	16
Потужність ефективна номінальна, кВт	2374/2650	2429	2429	2870	1766	2650
Частота обертання колінчастої о вала, хв	800/900	950	1100	1100	850	1050
( ередня швидкість поршня, м/с	6,8/7,63	8,05	9,8	9,8	7,2	9,34
Пиюма ефективна витрата палива при номіна- льному режимі, г/(кВт год)	228/231	—	219	219	—	—
Середній ефективний тиск у циліндрі, МПа	0,871/0,865	0,935	1,54	1,83	0,632	1,78
Маса: іаі альшз дизель-генератора, і		—	—	—	—	—
за і альна ди ісля, г	19,3	—	19,1	19,2	—	—
пні ома ди ісля, кі/кВі	8,15/7,30	••	7,88	6,68	—	7,92
І абаритні розміри дизель-генератора, мм						
- довжина	6400	5461	5344	5000	6610	4902
ширина	1702	1702	1524	1550	1702	1727
- висота	3050	2489	2733	2440	2756	2235
о
Таблиця 3.2
Технічні характеристики дизелів1^ і дизель-генераторів вітчизняних маневрових тепловозів
Найменування параметра	Значення параметра для дизеля типу				
	ПД1М	ПД1МТ	211Д-2	1Д12	У1Д6
Тип дизель-генератора	ПДГ1М	ПДГ1МТ	—	—	—
Позначення дизеля за стандартом	6ЧН—	6ЧН—	6ЧН—	12ЧН—	6ЧН—
	33	33	21	18	18
Кількість циліндрів	6	6	6	12	6
Потужність ефективна номінальна, кВт	882	758	550	294	184
Частота обертання колінчастого вала, хв-1	750	750	1400	1600	1500
Середня швидкість поршня, м/с	8,25	8,25	9,8	9,6	9,0
Питома ефективна витрата палива при номінальному ре-					
жимі, г/(кВттод)	224	224	217	228	226
Середній ефективний тиск у циліндрі, МПа	0,90	0,77	1,08	0,56	0,77
Маса: - загальна дизель-генератора, т	22,0	22,0	—	—	—
- загальна дизеля, т	17,0	17,6	4,6	1,75	1,5
- питома дизеля, кг/кВт	19,3	23,1	8,15	5,98	8,15
Габаритні розміри дизель-генератора, мм: - довжина	5257	5257	2750”	1775”	1820”
- ширина	1550	1550	1130”	1052”	1040”
- висота	2479	2479	1910”	1043”	1145"
Примітка: при роботі на гідравлічну передачу
Продовження табл. 3.2
Найменування параметра
Завод-виготовлювач (фірма)
Тип дизель-генератора
Позначення дизеля за стандартом
Кількість циліндрів
Потужність ефективна номінальна, кВт
Частота обертання колінчастого вала, хв-1
Середня швидкість поршня, м/с
Питома ефективна витрата палива при номінальному ре-
жимі, г/(кВт-год)
Середній ефективний тиск у циліндрі, МПа
Маса: - загальна дизель-генератора, т
- загальна дизеля, т
- питома дизеля, кг/кВт
Габаритні розміри дизель-генератора, мм: - довжина
- ширина
- висота
Значення параметра для дизеля типу				
2-6Д49	ЗА 6Д49	—	—	ЗАЗ-6Д49
Коломенський тепловозобудівний завод(Росія)				
18ДГ	—	17ПДГ-2	2-18ДГ	—
26 8ЧН — 26	8ЧН— 26	26 8ЧН — 26	26 8ЧН — 26	8ЧН— 26
8	8	8	8	8
1104	882	882	882	590
1000	1000	800	1000	860
8,67	8,67	6,93	8,67	7,45
204	204	207	211	224
1,22	0,96	1,20	0,96	0,74
17,0	—-	14,5	17,0	
11,8	9,6	9,7	11,8	9,2
10,6	10,9	—	13,3	15,6
4403	3355"	4287	4403"	3315"
1620	1350"	1420	1620"	1350"
2289	2305"	2342	2289"	2222°
Підвищення потужності дизеля можна забезпечити в деяких межах збі-
льшенням кількості циліндрів. У чотиритактних дизелях потужністю понад
2940 кВт (дизель РЛ6-280, Франція), а також у двотактних потужністю
2944 кВт (дизель 20-645ЕЗ, СПІД) кількість циліндрів доходить до двадцяти.
Підвищення потужності дизелів у результаті подальшого суттєвого збіль-
шення кількості циліндрів є малоймовірним, тому що це спряжене зі значни-
ми труднощами конструктивного і технічного порядку, а також з обмежен-
нями по масі і габаритних розмірах. Зростання кількості циліндрів у дизелі
знижує надійність його роботи та пов’язане зі збільшенням витрат в експлуа-
тації (головним чином, на ремонт).
Частота обертання колінчастого вала ид, хв ’, при номінальному режимі
характеризується широким діапазоном, від 650 до 1600 хв ’. Двотактним ди-
зелям властива частота обертання пд =900-950 хв Вибір оптимальної час-
тоти обертання - складна тсхніко-скономічна задача, розв’язання якої зале-
жить від великої кількості факторів (тактності дизеля, його габаритних роз-
мірів і маси, особливо тих деталей, які рухаються, витрати палива, властиво-
стей тягової передачі тепловоза та ін.)
З частотою обертання колінчастого вала тісно пов язане поняття швидко-
хідності дизеля, яка характеризується швидкістю поршня в циліндрі ст м/с.
до тихохідних відносяться дизелі з величиною ст= 4-6 м/с; до дизелів сере-
дньої швидкохідност і - з сга= 6 9 м/с; до швидкохідних - з ст= 9-13 м/с; до
над швидкохідних - з ст> 13 м/с.
У ві гчизняному тепловозобудуванні знайшли переважне застосування ди-
зелі середньої швидкохідності, але на деяких тепловозах з гідравлічними пе-
редачами (ТГ102, ТГ16) були встановлені швидкохідні чотиритактні дизелі
М756А. Практика в експлуатації тепловозів, а також виконані в свій час
ЦНДІ МШС техніко-скономічні розрахунки показали, що у випадку, коли за-
стосування швидкохідних дизелів не виправдовується обмеженнями по габа-
ритних розмірах і масі або особливостями тягової передачі, доцільніше за-
стосовувати дизелі середньої швидкохідності.
У європейських країнах (Німеччині, Франції, частково Великобританії)
швидкохідні дизелі застосовується широко, що пояснюється прагненням до
створення тепловозів з високою секційною потужністю при обмежені вели-
чини навантаження від колісної пари на рейки (167 196 кН), а також застосу-
ванням гідравлічної передачі (Німеччина).
Отже, при проектуванні тепловоза слід обирати дизель з мінімальною ча-
стотою обертання колінчастого вала, при якій забезпечується необхідні роз-
48
міри та маса як дизеля, так і застосовуваної тягової передачі - з метою до-
тримання допустимого навантаження від колісної пари на рейки.
Дуже суттєвою вимогою, що пред’являється до тепловозних дизелів, є їх
належність до потужністного ряду, під яким розуміється сукупність одноти-
пних дизелів, що мають циліндри однакових розмірів, максимально можливу
уніфікацію агрегатів, вузлів і деталей. Діапазон потужностей дизелів, що
входять до такого ряду, повністю або частково повинен відповідати потужні-
стному ряду тепловозів, як тих, що вже експлуатуються на залізниці, гак і
тих, що проектуються на перспективу. Дизелі, які створюють потужністний
ряд, можуть розрізнятися кількістю циліндрів, частотою обертання колінчас-
того вала, ступенем наддування та охолодження повітря наддування. Прик-
ладом потужністного ряду може служити ряд дизелів типу Д49 зі стандарт-
ною розмірністю 26/26 (табл. 3.3).
Дослідженнями встановлено, іцо для різних модифікацій потужністного
ряду можна уніфікувати 75-85 % деталей і ЗО % технологічного оснащення,
що застосовується у виробництві дизелів. Широке використання на теплово-
зах дизелів різних модифікацій, але одного й того ж потужністного ряду, до-
зволяє значно знизити приведені експлуатаційні витрат та скоротити номе-
нклатуру змащувальних матеріалів.
Найбільш важливим техніко-скономічним показником, який кількісно ха-
рактеризує якість тепловозних дизелів і чинить суттєвий вплив на загальну
ефективність тепловозної тяги є надійність дизелів.
Надійність - це властивість виробу виконувати задані функції, зберігаючи
при цьому свої експлуатаційні показники в заданих межах протягом погріб-
ного проміжку часу або потрібного напрацювання. Надійність тепловозних
дизелів визначає величину їх моторесурсу, під яким розуміється час безпере-
рвної роботи (з економічно виправданим рівнем ймовірності) до псрсборки
або капітального ремонту, виражений у годинах роботи або в кілометрах
пробігу тепловоза.
Ресурс до переборки обмежений надійністю тих вузлів дизеля, які руха-
ються інтенсивно та під дією значних зусиль. Це перш за все, циліндро-
поршнева група.
Величина ресурсу до псрсборки є одним з факторів, які визначають періо-
дичність найбільш важких видів деповського (поточного ремонту) тепловозів.
Ресурс до капітального ремонту обмежений надійністю колінчастого валу
та його підшипників; він визначає періодичність капітальних ремонтів тепло-
возів.
49
О
Таблиця 3.3
Технічні характеристики потужністного ряду дизелів Д49 з уніфікованим діаметром циліндрів 260 мм [4, 8, 9]
Найменування параметра	Значення параметра для дизеля типу					
	2В-5Д49	1А-5Д49	1-5 Д49	3-5Д49Т2	2Д49	2-2Д49
Позначення дизеля за стандартом	І6ЧН— 26	26 16ЧН — 26	16ЧН — 26	16ЧН — 26	12ЧН— 26	12ЧН — 26
Кількість циліндрів	16	16	16	16	12	12
Потужність ефективна номінальна, кВт	2942	2250	2206	2060	1472	1472
Частота обертання колінчастого вала, хв 1	1000	1000	850	1000	850	1000
Середня швидкість поршня, м/с	8,67	8,67	7,37	8,67	7,37	8,67
Питома ефективна витрата палива при номінально- му режимі, г/(кВттод)	208	207	204	207	204	209
Середній ефективний тиск у циліндрі, МПа	1,6	1,22	і ?? А ,^-А-	1,12	1,26	1,07
Тиск повітря наддування. МПа	0,18-0,20	0,13-0,15	0,16-0,20	0,12	0,13-0,15	0,13-0,15
Тепловиділення, кДж/год: - у водяну систему дизеля	385,2	329,5	334,9	—	217,7	221,9
- у масляну систему дизеля	192,6	152,4	154,9	—	75,4	104,7
- в охолоджувачі повітря наддування	209,3	—	146,5	—	104,7	83,7
Ресурс до капітального ремонту, тис. км (год.)	1250	1200	1200	(40000)	1250	(42000)
Маса дизеля: - загальна, т	19,1	20,7	—	26,25	20,0	20,0
- питома, кт/кВт	4,8		5,8	6,4	—	—
Габаритні розміри, мм: -довжина	6213	6188	6188	6188	4015	4055
- ширина	1968	1920	1920	1920	1710	1710
- висота	2902	2972	2972	2972	2865	2745
Продовження табл. 3.3
Найменування параметра	
	2-6Д49
Позначення дизеля за стандартом	8ЧН— 26
Кількість циліндрів	8
Потужність ефективна номінальна, кВт	1104
Частота обертання колінчастого вала, хв'	1000
Середня швидкість поршня, м/с	8,67
Питома ефективна витрата палива при номі- нальному режимі, г/(кВттод)	204
Середній ефективний тиск у циліндрі, МПа	1,22
Тиск повітря наддування, МПа	0,14
Тепловиділення, кДж/год:	
- у водяну систему дизеля	135,6
- у масляну систему дизеля	43,1
- в охолоджувачі повітря наддування	51,1
Ресурс до капітального ремонту, тис.км (год)	(50000)
Маса дизеля: - загальна, т	11,8
- питома, кг/кВт	7,8
Габаритні розміри, мм: - довжина	3355
- ширина	1620
- висота	2289
Значення параметра для дизеля типу
ЗА-6Д49	—	—	ЗАЗ-6Д49
8ЧН— 26	8ЧН— 26	8ЧН— 26	8ЧН— 26
8	8	8	8
882	882	882	590
1000	800	1000	860
8,67	6,93	8,67	7,45
204	207	211	224
0,96	1,2	0,96	0,74
0,12-0,14	0,12-0,14	0,11	0,06-0,08
152,8	111,0	109,7	—
52,3	29,7	44,4	—
41,9	40,6	42,3	—
(42000)	(30000)	325	(40000)
9,6	9,7	11,8	9,2
8,0	—	9,8	11,5
3355	3355	3355	3315
1665	1665	1665	1665
2305	2305	2305	2222
Тому, якщо створюються тенденції до зростання пробігів тепловозів між
капітальними ремонтами, відповідні вимоги необхідно висувати й до тепло-
возних дизелів. Для дизелів середньої швидкості ресурс до капітального ре-
монту повинен становити не менше 25000-30000 годин, а для швидкохідних
15000-18000 годин.
Підвищення надійності, а отже й моторесурсу досягається, комплексом
конструктивних, технологічних і експлуатаційних заходів (застосування но-
вих матеріалів, підвищення втомної міцності, заносної та кавітаційної стійко-
сті деталей, удосконалення технології виготовлення й ремонту, поліпшення
якості очищення повітря, яке потрапляє в циліндри, підвищення якості зма-
щувального масла та його фільтрування).
Довговічність (властивість виробу зберігати працездатність до гранично-
го стану з необхідними перервами для технічного обслуговування й ремон-
тів) дизелів тепловозів доцільно доводити до строку служби тепловоза у ці-
лому (не менше 25 років). Практика експлуатації свідчить, що підвищення
довговічності двотактових дизелів забезпечити значно складніше, ніж чоти-
ритактних.
Паливна економічність дизелів, що характеризується величиною їх ефек-
тивного к.к.д. г|с або питомої ефективної витрати палива $с, г/(кВт год),
суггєво впливає на ефективність тепловозної тяги у цілому, бо витрати на
паливо складають приблизно 40 % усіх експлуатаційних витрат. Паливна
економічність (рис. 3.1 і 3.2) суттєво залежить від режиму роботи дизеля, то-
му її слід оцінювати не за параметрами номінального режиму, як це часто ро-
биться, а за певними середньозваженими (проміжними) величинами, що реа-
лізуються в експлуатації, до того ж з урахуванням холостого ходу і перехід-
них режимів. Графіки рис. 3.1 і 3.2 це досить чітко підтверджують.
Рис. 3.1. Залежність питомої
ефективної витрати палива #с від
відносної потужності дизелів ,
що працюють за генераторною ха-
рактеристикою:
1 - дизель 1 ОД 100; 2 дизель
2Д70; 3 - дизель 12Д70
52
Рис. 3.2. Залежність відносного
ефективного К.К.Д. Г|е дизеля
1 ОД 100 від відносної частоти обер-
тання колінчастого вала п„
ЛІ
І Не ~ Ле/Пеном » 77 л ~ ^л/^дном }
Середньо експлуатаційна питома витрата палива ^ее, г/(кВттод), може
бути визначена з виразу
Ле£ Ч:£еД7н+Е£х
'•'єн
де Уе - відносна ефективна потужність дизеля. Що реалізується протягом
відрізку часу ДГН і відповідає заданій частоті колінчастого валу
лдн; величина для магістральних тепловозів визначається за
графіками рис. 3.1 як відношення поточного значення Лге до номі-
нального ЛС ;
ДГН - тривалість роботи дизеля під навантаженням при відповідних ве-
личинах Уе і лд> віднесена до всієї тривалості (у годинах) роботи
під навантаженням Ти\ величина ДГН для магістральних теплово-
зів визначається графіком на рис. 3.3;
- питома ефективна витрата палива, г/(кВттод), при відповідних ве-
личинах Уе і лд; визначається за суміщеними універсальній і теп-
ловозній характеристиках дизеля, які наводяться в спеціальній тех-
нічній літературі з тепловозних двигунів внутрішнього згорання;
53
&х витрата палива на холостому ході, кг/год, при заданій величині ча-
стоти обертання колінчастого валу при холостому ході идх ;
А7Х - тривалість роботи дизеля на холостому ході, год, при витраті пали-
ва £х ; у розрахунках можна приймати А7Х = (0,3 - 0,4)Тн, де Тн -
абсолютна величина тривалості роботи дизеля під навантаженням,
год, яка визначається за даними статистичного аналізу складових
експлуатаційної роботи тепловоза.
Рис. 3.3. Узагальнена статистична
залежність відносної потужності
дизеля 7Уе від відносної тривалості
роботи АГН під навантаженням для
вантажних тепловозів
При цьому слід мати на увазі, що важливе значення має положення точки,
що відповідає мінімальній питомій витраті палива, на тепловозній характери-
стиці. Потужність і частота обертання, для яких питома витрата палива по-
винна бути найменшою, залежить від призначення тепловозу та експлуата-
ційних режимів роботи дизеля. Для дизеля магістрального тепловоза ця точка
повинна знаходитися в зоні ид, рівної (0,7-1,0)/7ДНОМ, тому що ці режими є
переважними в експлуатації магістральних тепловозів; для дизеля маневро-
вого тепловоза потрібна умова «д < 0,7ядном .
В якості довідки можна навести, що мінімальні питомі ефективні витрати
палива останніх моделей чотиритактних дизелів середньої швидкохідності
при номінальному режимі складають 205 210 г/(кВттод), а двотактних -
217-231 г/(кВттод), що в середньому на 8,2 % вище. При цьому досліджен-
ням встановлено, що ця перевага чотиритактних дизелів реалізується як при
всіх експлуатаційних режимах, так і при холостому ході. На подальший пері-
од основним завданням постає зниження мінімальної питомої витрати палива
чотиритактними двигунами до 190-197 г/(кВтгод). При стендових випробу-
ваннях дизеля 12Д70 було досягнуто величини #е=194-195 г/(кВттод) при
1472 кВт і пп =800хв
Для тепловозних дизелів суттєвою перевагою могла б бути їх паливна
універсальність, особливо можливість застосування дешевих палив низької
якості; однак при високому ступені їх форсованості цьому перешкоджає різке
зниження надійності та моторесурсу.
54
Питома ефективна втрата масла також чинить помітний вплив на вели-
чину експлуатаційних втрат, тому що вартість масла у 3 4 рази перевищує
вартість палива. Кращі тепловозні дизелі мають питому втрату масла на
угар на рівні 0,75 2,0 г/(кВгюд). 1’кснлуатаційні витрати по маслу можна
зменшити за рахунок удосконалення функції циліндро-норшневої групи, ма-
сляної системи та застосування високоефективних багатофункційних приса-
док для змащувального масла.
Гактнісгь зумовлюються перевагами чотиритактних дизелів. Ці переваги,
як відомо, полягають у більших можливостях їх форсування по ефективному
піску в циліндрах і частоті обертання колінчастого валу, підвищення надій-
ності, а також у менших витратах палива. Суттєвим для тепловозних дизелів
( ге, що сумарне тепловиділення в охолоджувальні воду та масло у двотакт-
них дизелях вище, ніж у чотиритактних однакової потужності. Це призводить
до збільшення маси та габари тних розмірів охолоджувальних пристроїв і під-
вищенню втрат на їх функціонування. За даними дослідження загальна маса
силової установки на одиницю потужності у випадку двотактного дизеля збі-
льшується приблизно на 0,37 кг/кВг, а п загальний к.к.д. знижується на
1,4 %. Тому застосування двотактних дизелів на перспективних тепловозах є
недоцільним без подальшого значного підвищення їх економічності та надій-
ності. О інак при виборі тактності враховуються також можливості іизс іебу-
дівної промисловості.
Наприклад, застосування двотактних дизелів на тепловозах СПІД та ди-
зелях інших країн пояснюється можливостями і традиціями їх тепловозобу-
дівних фірм, а також специфікою взаємовідносин між цими фірмами та залі-
зничними кампаніями.
У цей час на Харківському заводі транспортного машинобудування імені
Малінпева налагоджуються випуск потужністпого ряду чотиритактних дизе-
лів Д80, який, на дугмку фахівців, зможе задовольнити потребу в силових
установках для тепловозів будь-якого призначення.
Питома маса изсля (відношення ного маси до ефективної потужності) в
значній мірі визначає характеристики тепловоза. Оцінюва іьні розрахунки
показують, що іля дизелів вантажних тепловозів питома маса становить при-
б нішо б,1 кі кВт, а пасажирських 4,1 кг/кВг.
Важ піним економічним показником, що характеризує експлуатаційні
якості дизеля, є вартість одиниці його рооогп СрД, гри (кВгтод). яка склада-
ється з втрат на паливо, відніко іування втрат на виробництво ївшу на. ре-
монти усіх видів і експлуатацію. Кожна із цих ск іадових залежи ть від осно-
вних параметрів двигуна. Виграти на паливо залежать від к.к.д., роду палива
та тривалості роботи на різних режимах; витрати на відшкодування вартості
виробництва визначаються інтенсивністю експлуатації, характером виробни-
цтва, розмірами та конструкцією двигуна. Витрати на ремонт залежать від
складності конструкції та моторесурсу двигуна.
Вартість одиниці роботи двигуна може бути визначена таким чином
рд ” 01 ' &ее +
(3.4)
ес \
де Аес - середньо експлуатаційна по тужність дизеля, кВт;
^ес —	’ ^еном ’
(3.5)
де кн - коефіцієнт використання номінальної потужності в експлуатації;
статистичний аналіз режимів роботи тепловозних дизелів в екс-
плуатації свідчить, що для магістральних тепловозів (вантажних і
пасажирських) середнє значення цього коефіцієнта коливається у
досить вузьких межах кн = 0,5-0,7;
7’д - тривалість служби дизеля, год;
Сп - вартість одиниці маси палива, грн/кг;
Сд - вартість дизеля, гри;
Срр - вартість всіх видів ремонту протягом часу служби дизеля, грн;
Се - вартість експлуатації (змащувальних та інших витратних матеріа-
лів тощо) за весь час експлуатації, грн.
Але комплексним показником, який найбільш повно характеризує тепло-
возні дизелі, є сума приведених витрат, що залежать від дизеля, віднесена до
одиниці перевізної роботи (104 ткм брутто).
1 аким чином, тип дизеля для проектного тепловоза повинен обиратися з
урахуванням вимог, що перелічені вище; при цьому оцінюється чи найбільш
повно характеристики дизеля відповідають призначення тепловоза та типу
передачі. Така відповідність установлюється, як цс відмічалося вище, на ос-
нові аналізу суміщених універсальної та тепловозної характеристик дизеля.
Різні дизелі при інших рівних умовах (однаковий тип передачі, рівні умови
експлуатації) порівнюються шляхом визначення середньо експлуатаційної
питомої витрати палива та вартості одиниці роботи.
56
4.	ГАЗОТУРБІННІ ЕНЕРГЕТИЧНІ УСТАНОВКИ
ЛОКОМОТИВІВ
4.1.	Принципи дії та різновиди локомотивних газотурбінних устано-
вок (ГТУ)
Нижче розглядаються основні схеми, параметри та техніко-економічні
показники лише тих газотурбінних установок (ГТУ), які були встановлені на
трьох типах дослідних газотурбовозів, побудованих Коломснським та Луган-
ським тепловозобудівними заводами [10], існували в проектних розробках і,
для порівняння-деяких зарубіжних газотурбовозів.
На відміну від двигуна внутрішнього згоряння (дизеля), робочий цикл
ГТУ здійснюється у генераторі робочого газу і газовій турбіні, в якій енергія
при розширенні робочого газу перетворюється гга механічну роботу гга валу її
ротору.
Приготування робочого газу може здійснюватися різними способами та в
різних агрегатах. Якщо газ необхідної температури й тиску отримати шляхом
стиснення новгтря в лопатевих ротаційних компресорах з подальшим спалю-
ванням у ньому палива у спеціальних камерах згоряння, то такі установки
прийнято називати ГТУ відкритого циклу або просто ГТУ. Якщо стиснутий і
нагрітий газ готується в спеціальних агрегатах, які являють собою поєднання
дизеля з компресором, то такі І ТУ називають комбінованими [5, 6].
Конструктивно генератор газу може бути виконаний у вигляді турбоком-
пресора з камерою згорання або у вигляді поршневої машини, наприклад ві-
льно поршневого генератора газу (ВНГІ ), який іноді називають дизель-
компресором
На газотурбовозах отримали розповсюдження в основному ГТУ трьох
типів: одновальні з блоком камер згорання, двовальні з блоком камер згоран-
ня та комбіновані з вільно поршневим генератором газів (ВНГГ) [5, 6, 11 13].
ІПГУ відкритого типу складається із власно газотурбінного двигуна ГТД
(основними вузлами якого є осьовий компресор, блок камер згорання, тягова
газова турбіна з редуктором та агрегати обслуговування) і системи допоміж-
них агрегатів (допоміжного дизель-генератора, насосів, роздавальних редук-
торів та ін.).
57
Комбінована ГТУ складається із газового двигуна (основними вузлами
якого є ВПГГ з ресивером і тяговою газовою турбіною з редуктором) і подіб-
ної до описаної вище системи допоміжних агрегатів.
Принципові та конструктивні схеми зазначених вище двигунів зображені
на рис. 4.1 14.2.
Рис. 4.1. Принципові схеми локомотивних газотурбінних двигунів (ГТД):
а) одновальний; б) двовальний; в) комбінований; 1 - компресор; 2 - камера згоран-
ня; 3 - компресорна турбіна; 4 - тягова турбіна; 5 — передача; 6 - циліндр буфера;
7 - циліндр компресора; 8 - ресивер продувального повітря;
9 - циліндр дизеля; 10 - поршень; 11 - газовий ресивер
4.2.	Одновальний І ТД
У одновальному ГТД вали ротора компресора 1 і газової турбіни 3 (рис.
4.1, а)} зв’язані жорстко. Частина потужності (біля 2/3) газової турбіни ви-
трачається на привод компресора, а інша частина передається до наванта-
ження (тягового генератора). Компресор 1 стискає повітря та подає його до
камер згорання 2 (на рисунку умовно зображена лише одна з них). Одночас-
но до камер згорання через паливний насос і форсунки впорскується паливо.
Продукти горіння змішуються з надлишком повітря й ця суміш потрапляє
на лопоті газової турбіни 3.
58
Рис. 4.2. Конструктивні схеми локомотивних газотурбінних двигунів (ГТД):
а) одновальний; б) двовальний; в) комбінований; К- компресор; КЗ- камера
згорання; КТ-компресорна турбіна; 777-тягова турбіна; ВПГГ- вільно поршне-
вий генератор газу; Р- ресивер; 1 - циліндр двотактного дизеля; 2 - циліндр комп-
ресора; 3 - поршень; 4 - форсунка рідкого палива; 5 - продувальні вікна; 6 - усмо-
ктувальні клапани; 7 — нагнітальні клапани; 8 — пускові клапани
59
Одновальний ГТД типу ГТ-3,5 - прямотоковий, бсзрсгснсративний, відк-
ритого никлу. На газотурбовозах Г1 і І ПІ Коломснською тепловозобудівно-
го заводу (м. Коломна, Росія) він працював на електричну передачу постійно-
го струму. Номінальна потужність цього І ТД (при температурі атмосферного
повітря +15 °С і тиску 0,1033 МПа) - 2576 кВт. Максимальна температура га-
зів перед турбіною 727 °С. Питома витрата палива при повному навантажен-
ні 483 490 г/(кВтгод). Частота обертання ротора при номінальному режимі
8500 хв“', при холостому ході - 7000 -7200 хв Габаритні розміри ГТД: дов-
жина 5227 мм, ширина 1500 мм, висота 1500 мм. Маса 7668 кг.
Основне паливо - важке сірчисте (дистиляти сповільненого коксування
залишкових нафтопродуктів) з утриманням сірки 2,5—3,0 % та теплотворною
здатністю 40820 кДж/кг.
Запуск ГТД здійснюється на звичайному дизельному паливі. Його витра-
та (з урахуванням роботи допоміжного дизеля ІД 12-400) не перевищує 5 %
від загальної витрати палива локомотивом. Хоча втрата палива ГТД у 2-2,2
рази більше, ніж у дизеля пов’язані з цим грошові витрати в значній мірі
компенсуються низькою вартістю дистилятів, а також низькими ремонтно-
експлуатаційними витратами.
Витрата змащувальних матеріалів (в основному масла турбінного Т) дви-
гуном не перевищує 0,34 г/(кВттод).
Витрати води (в системі підігрівання палива та охолодження допоміжно-
го дизеля) не перевищує 20-30 л на місяць:
Компресор ГТД типу ГТ-3,5 - осьовий, дванадцяти ступінчастий. Ротор
компресора диско-барабанної конструкції, диски мають хиргове скріплення
та стягнуті центральним осьовим болтом. Підшипник ковзання передньої
опори — опірний, задньої — опорно-упірний.
Статор компресора складається з двох литих корпусів з горизонтальним
роз смом. За шостим та дванадцятим ступенями встановлено по два клапани
перепуску повітря для полегшення запуску двигуна, з тією ж метою вхідний
напрямний апарат компресора виконано поворотним, він може повертатися
на кут до 20 , для чого має гідравлічний привод. Через шість вихлопних пат-
рубків стиснуте 0,6 МПа повітря при температурі 200 -240 °С підводиться до
камер згоряння.
Компресор утворює тиск повітря степенем 6,1 при витраті повітря 26 кг/с.
Адіабатичний к.к.д. компресора 0,83-0,84.
60
Блок камер згорання складається з шести встановлених паралельно до осі
двигуна секційних прямогокових камер згорання. Кожна камера мас телеско-
пічну жарову трубу з фронтовим пристроєм, екран і зварний корпус з компе-
нсатором типу сильфона.
Жарові труби мають завихрювані чашкового типу, у центральному отво-
рі яких розміщуються двоконтурні відцентрові двосоплові форсунки з повіт-
ряно-механічним розпилюванням палива та загальним вихідним соплом. На
трьох з шести камерах (через одну) встановлені прилади запалювання, які
складаються зі свічки поверхневого розряду та механізму підйому свічки. За-
палювання в інших трьох камерах забезпечується перекиданням полум’я че-
рез сильфонні полум’япсрскидальні патрубки. Тривалість процесу запалю-
вання 2-3 с. Втрата повного тиску повітря у камері згорання - не більше 3 %,
повнота згоряння палива на робочих режимах 96-98 %.
Тягова турбіна - осьова, чотириступінчаста, реактивна. її ротор - диско-
барабанного типу, диски та піввали мають хиртове з’єднання та стягуються в
жорстку конструкцію разом з піввалами центральним стяжним болтом.
Ротор турбіни з’єднаний з ротором компресора проміжним валом. Диски
перших трьох ступенів турбіни охолоджуються повітрям, що відбирається за
одинадцятим ступенем компресора та яке через два ряди отворів у носку ро-
тора подається до кільцевих дефлекторів на периферії дисків. Кріплення ло-
патей дисків - ялинкового типу. Для зменшення радіальних зазорів у прото-
ковій частині та захисту робочих лопатей від руйнування по периферії робо-
чих коліс турбіни встановлені металокерамічні вставки. Ущільнення турбіни
- з гребінцями з нейзільбера, закоченими в спеціальні розточки ротора.
Статор складається з трьох частин, відлитих з вуглецевої сталі та
з’єднаних фланцями. Передня частина (або проміжний корпус) зварно-литої
конструкції з жорстким з’єднанням між компресором і турбіною. Він слу-
жить опорою переднього підшипника турбіни та заднього підшипника комп-
ресора і мас горизонтальний роз’см. Середній корпус - двостінний, з
роз’ємами, в горизонтальній і вертикальній площинах. Між стінами корпуса
у спеціальних кожухах розміщена теплоізоляція. Сопловий апарат установ-
лений у корпусі на дванадцяти радіальних сегментах, які допускають теплові
переміщення.
Задній корпус турбіни є опорою заднього підшипника; до цього корпусу
також кріпиться вихлопний газозбірник з вихлопними патрубками.
61
Редуктор - понижувальний одноступінчастий, з двома вихідними валами.
На кінці ведучого валу редуктора змонтований валоповоротний механізм, що
здійснює провертання ротора ГТД після зупинки для рівномірного охоло-
дження. Передаточне число редуктора 4,722.
Тиск газів перед турбіною 0,5^2 МПа, розрахункова степінь розширення
5,43; потужностний (адіабатичний) к.к д. не менше 81 %.
Рама ГТД кріпиться в трьох точках: у передній частині до обох хребто-
вих балок рами локомотива, а в заданій - до шарніра, кронштейн якого вста-
новлений на поперечині між балками. При такому кріпленні рама ГТД не
сприймає деформації рами локомотива. В раму ГТД вбудовані баки для мас-
ла та пускового палива.
У локомотивних одновальних ГТД перших випусків (це двигуни ГТ-3,5
вітчизняних газотурбовозів Г1 і ГП1, а також газотурбовози фірми Вестинга-
уз - США та ін.) маса, що припадає на одиницю потужності, становить 2,6-
2,7 кг/кВт, але як відомо, застосування у подальшому на вітчизняних локо-
мотивах ці двигуни не знайшли.
Газотурбінний двигун - досить складний агрегат, робочі органи якого
(ротори та напрямні апарати) працюють у тяжких умовах, при високій темпе-
ратурі, під значним тиском, а ротори зокрема — ще й з великою частотою
обертання. Основні деталі потребують дуже точного виготовлення, статично-
го й динамічного балансування.
Загальна будова газотурбінного двигуна ГТ-3,5 детально розглядається,
наприклад, у [5, 10], але сьогодні це має чисто історичний інтерес, оскільки
газотурбовози, на яких був встановлений цей двигун, були побудовані як до-
слідні і вже не існують. Професійний інтерес являють менш специфічні осо-
бливості одновального ГТД при його застосуванні для поїздів
У одновального ГТД при зменшенні частоти обертання ротора пр різко
знижується ефективний крутячий момент на його валу Мс і економічність
(к.к.д. т|) - рис. 4.3. На цьому рисунку зображені залежності відносного ефе-
-	_ ТІ .	.
ктивного моменту Ме ----------- 1 відносного к.к.д. ГТД Г| ----- від відно-
тах	Лтах
спої частоти обертання його ротора г| =--—. Крім того, одновальний ГТД
Лртах
може сприймати навантаження лише при частоті обертання ротора
62
пр >прк = (0,5-0,85)иртах, де ирх - частота обертання ротора при холос-
тому ході, хвГ1. Тому з таким ГТД необхідно застосувати тягові передачі (пе-
редачі потужності) з регулівним передаточним числом між валом ротора і
рушійними колісними парами. Таким вимогам задовольняють електричні тя-
гові передачі постійного та змінно-постійного струму, а також передача
змінного струму з частотно-регулівними асинхронними тяговими електрод-
вигунами.
і - л^е=/(”р);2 -
(для одновального ГТД)
Але така передача, як відомо,
має відносно велику масу та високу
вартість. Її к.к.д. становить 82-85 %,
що при відносно низькому к.к.д. ГТД
знижує загальний к.к.д. локомотива.
4.3.	Двовальний ГТД
Двовальний ГТД (рис. 4.1, б)) і
4.2, б)) має дві турбіни. Одна з них
компресорна - служить для привода
компресора та разом з ним і камерою
згорання створює генератор робочо-
го часу. Інша турбіна - тягова - слу-
жить для привода рушійних коліс-
них пар локомотива (через тягову
передачу). Тягова турбіна в процесі
генерації робочого газу участі не бе-
ре. Відсутність кінематичного зв’язку між турбокомпресором і тяговою тур-
біною дозволяє змінювати частоти обертання ротора тягової турбіни при
практично незмінному режимі роботи турбокомпресора.
Компресорна турбіна розраховується таким чином, що в ній гази розши-
рюються лише частково (наприклад, до 0,2-0,3 МПа при тиску перед турбі-
ною 0,5-0,6 МПа), і її потужність точно дорівнює потужності, що спожива-
ється компресором на стиснення повітря, тобто з валу турбокомпресора не
знімається ніякої корисної потужності. Але гази на виході з компресорної ту-
рбіни ще мають високу температуру й тиск, і ця енергія використовується на
лопатях тягової турбіни, а вся потужність, що отримується на валу тягової
турбіни, передається рушійним колісним парам локомотива.
63
Таким чином, перехід до двовального ГТД дозволяє краще використати
необхідні для локомотива тягові якості газової турбіни.
Двовальний ГТД мас показники, які корінним чином відрізняються від
показників одновального Г’ Д. Зовнішня безрозмірна (відносна) характерне-
тика двовального Г ГД зображена на рис. 4.4. Видно, що, на відміну від одно-
вального ГТД, відносний ефективний крутячий момент Ме двовального ГТД
збільшується по мірі зменшення відносної частоти обертання ротора та
досягає найбільшого значення при йр = 0. Отже, на відміну від одновального
ГТД, двовальний розвиває крутячий момент на вихідному валу при всіх зна-
ченнях частоти обертання ир, починаючи від нуля (момент пуску).
Рис. 4.4. Залежності:
і- ^е=/(«Р);2-їі=/(йр)
(для двовального ГТД)
При чому, як видно з рис. 4.4,
крутячий момент при пуску досягає
найбільшого значення. Внаслідок
цього двовальний ГТД дозволяє за-
стосовувати нерегулівну передачу
(механічну або електричну змінного
струму з синхронним тяговим гене-
ратором і асинхронними тяговими
двигунами). Справа в тім, що коли
вихідний вал тягової турбіни жорстко
зв’язаний з колесами локомотива, то
на початковому моменті зрушення
поїзда з місця він (вал) нерухомий.
Турбокомпресор у цей же момент
може мати розрахункову частоту
обертання ротора, отже на лопаті тягової турбіни потрапляє достатня кількість
робочого тіла для створення необхідного крутячого моменту, тобто сили тяги
локомотива. Цей фактор також підкреслює позитивні якості двовального ГТД.
Коломенським тепловозобудівним заводом (Росія) був розроблений про-
ект пасажирського одоносекційного газотурбовоза з двовальним ГТД потуж-
ністю 4400 кВт і механічною передачею. Для пуску ГТД, поодинокого пря-
мування та привода допоміжних агрегатів на газотурбовозі був передбачений
постійно працюючий допоміжний дизель ІД 12-400.
Але при проектуванні потужного газотурбовоза виходячи з необхідності
забезпечення належного моторесурсу тягової турбіни, яка, як підкреслюється
64
вище, працює в дуже напруженому температурному та силовому режимах,
виникає законне побажання полегшити її робочий режим при забезпеченні та
використанні високих тягових якостей на вихідному валу ГТД.
4.4.	Триваліший ГТД
Наведені вище побажання призвели до створення тривалішого ГГД, у
якого тягова турбіна може виконуватися середнього або навіть низького тис-
ку. Схеми таких ГТД зображені на рис. 4.5.
Рис. 4.5. Схеми тривальних ГТД:
а) з тяговою турбіною середнього тиску; б) з тяговою турбіною низької о тиску;
1 — компресор низького тиску; 2 - компресор високого тиску; 3 - камера згорання;
4 - компресорна турбіна високого тиску; 5 - компресорна турбіна низького тиску;
6 - тягова турбіна
У першому випадку (схема а)) тягова турбіна 6 працює при високій тем-
пературі, й остаточне розширення робочого тіла відбувається в компресорній
турбіні низького тиску 6. В іншому випадку (схема б)) тягова турбіна знахо-
диться у найбільш сприятливих температурних умовах, до того ж така схема
конструктивно простіша, ніж перша. Великою перевагою схеми з тяговою
турбіною середнього тиску є те, що вона має високу економічність не тільки
на розрахунковому режимі, але й на режимах часткових навантажень (поту-
жностей), що дуже важливо для роботи на локомотиві як тяговій одиниці за-
лізничного рухомого складу. У той же час схема з тяговою турбіною низько-
го тиску має характеристики часткових навантажень, близькі до характерис-
65
тик простішого одновального ГГД. На рис. 4.6 наведені для порівняння якісні
характеристики к.к.д. ГТД залежно від частки потужності 2Уе для схеми рис.
4.1, а) та тривального ГТД. Як видно, к.к.д. тривального ГТД утримується на
розрахунковому рівні від Уетах впритул до 50 0 о потужності, в той час, як
к.к.д. одновального ГТД на цих режимах знижується майже в двічі
Рис. 4.6. Характеристики зміни
к.к.д. газотурбінних двигунів на
режимах часткових потужностей:
1 - одновальний П Д;
2 - тривальний ГТД
ніж газотурбовоза з одновальним ГТД,
на змінних режимах.
Відмічена важлива властивість
висуває в число тих, що являюгь
інтерес для застосування на локо-
мотиві, тривальний ГТД з тяговою
турбіною середньою тиску, але без
теплотехнічних заходів. Такий ГТД
є конструктивно простим і надій-
ним в експлуатації. Порівняно з од-
новальною схемою розрахунковий
к.к.д. тривального ГТД при однако-
вій температурі газів може бути
отриманий декілька вищим за ра-
хунок більш високого стиснення
повітря в двох компресорах (низь-
кого тиску та високого тиску - від-
повідно на рис. 4.6). Що стосується
експлуатаційного к.к.д. газотурбо-
возу з таким (тривальним) ГТД, то
він очікується на 30-50 % вище,
за рахунок кращих показників роботи
У 1968 році Коломенським тепловозобудівним заводом (Росія) був роз-
роблений технічний проект восьмивісного газотурбовоза потужністю
900 кВт з тривальним ГТД і електричною передачею. Розрахунковий к.к.д.
газотурбовоза становив 22,7 %. Але проект так і не був реалізований.
4.5.	ГТД комбінованого гину
ГТД, комбінованого типу складається з трьох частин: вільнопоршневого
генератора газу (ВІІГГ), проміжного резервуара (ресивера) та тягової газової
турбіни.
66
В1ІГГ за принципом дії являє собою дизель-компресор (рис. 4.1, в) і 4.2,
в)). У центрі машини розміщений циліндр 1 двотакіовоїо дизеля (рис. 4.2, в))
і поршнями З, що рухаються зустрічно (подібно до дизеля Д100), форсункою
різкого палива 4 та двома рядами продувальних вікон 5. По обидва боки ци-
ліндра 1 дизеля розташовані два циліндри компресора 2 з усмоктувальними
6, нагнітальними 7 та пусковими 8 клапанами. Один ряд продувальних вікон
5 сполучається з нагнітальними клапанами 7 компресора, а другий - з трубо-
проводом, що йде до ресивера Р і а далі, до вхідного патрубка газової турбі-
ни. Генератор мас два поршні 3, причому кожен з них виконаний двоступін-
частим: поршні меншого діаметра виконують роль поршнів дизеля, а більшо-
го поршнів компресора
Двигун працює наступним чином. Для того, щоб пустити в хід будь-який
дизель, необхідно обов’язково попередньо стиснути повітря, в його циліндрі.
У даному випадку, очевидно, потрібно, щоб обидва поршні зсунулися назу-
стріч один одному до центра циліндру 1 (рис. 4.2, в)). З цією метою викорис-
товується повітря зі спеціального резервуару (на рисунку не показаний/ При
пуску двигуна це повітря подається через пускові клапани 8 у крайні порож-
нини компресорних циліндрів 2, чим примушує поршні зсуватися та стискати
повітря у внутрішніх компресорних порожнинах, а потім, коли поршні пере-
криють продувальні вікна 5, - і в чизельному циліндрі 1. Наприкінці цього
ходу стиснуте в компресорних циліндрах повітря через нагнітальні клапани 7
заповнює порожнину, що оточує дизельний циліндр; повітря в циліндрі дизе-
ля продовжує стискатися, при чому різко підвищується не лише його тиск,
але й температура. Коли температура повітря перевищить величину, при якій
рідке паливо займається, в циліндр дизеля через форсунку 4 впорскується
порція палива у вигляді розпиленого струменя. Паливо від високої темпера-
тури займається та згоряє, при чому різко зростає (до 13-15 МПа) тиск у ди-
зельному циліндрі 1. Починається робочий цикл дизеля. Продукти згорання
розширюються та примушують поршні розходитися в різні сторони У внут-
рішніх компресорних порожнинах відкриваються всмоктувальні клапани 6 й
іуди надходить атмосферне повітря. У зовнішніх порожнинах відбуваєгься
стиснення повітря (пускові клапани 8 вже закриті), тобто створюються своє-
рідні повігряні буфери. Як тільки дизельні поршні відкриють продувальні ві-
кна 5, через ліві з них у циліндр дизеля порине стиснене повітря, що знахо-
диться навколо циліндра, змішається з продуктами згоряння, пройде через
увесь циліндр, продує його та видалиться через праві продувальні вікна до
67
ресивера Р, а потім - на лопоті газової турбіни ГТТ. Поршні зупиняються у
гой момент, коли тиск у повітряних буферах підніметься на стільки, що пе-
решкодить їх подальшому руху.
Далі, під дією стиснутого в буферах повітря поршні починають рухатися
у зворотному напрямку, тобто на зустріч один одному. Усмоктувальні клапа-
ни 6 закриються, розпочнеться стиснення повітря в компресорі та дизельно-
му циліндрі, й цикл повториться.
Проміжний ресивер Р призначений для згладжування коливань тиску по-
вітря при його надходженні до турбіни, права в тім, що генератор спрямо-
вує гарячі гази в турбіну не безперервно, а періодично, порціями (імпульса-
ми), приблизно 600-1000 вихлопів за хвилину. Тому тиск повітря перед тур-
біною коливається, що знижує її економічність. Накопичення газів у певному
об’ємі ресивера дещо компенсує це негативне явище.
Суміш повітря з продуктами згоряння після виходу з генератора має тиск
біля 0,4-0,6 МПа та температуру близько 400-500 °С. тому енергії суміші ви-
стачає для того, щоб турбіна розвинула значну потужність. Крім того, у дано-
му випадку турбіна не витрачає ніякої потужності на привод компресора, тоб-
то вся її потужність може бути повністю використана на потреби тяги поїзда.
У розглянутому вище робочому циклі ВПГГ припускається вільно під ді-
єю газів або повітря. Зрозуміло, що таким чином ВПГГ працювати може. Але
ясно, що навіть невелике відхилення в швидкості руху одного з поршнів мо-
же порушити весь робочий процес машини. Треба, щоб обидва поршні гаран-
товано приходили одночасно в свої крайні положення, тобто працювали син-
хронно. Це досягається тим, що поршні зв’язуються між собою спеціальним
механізмом синхронізації. Принципові схеми двох типів таких механізмів зо-
бражені на рис. 4.7.
Характеризуючи роботу комбінованого ГТД слід відмітити, що робочому
процесу ВПГГ властиве велике співвідношення граничних температур циклу,
що забезпечує його високу ефективність, яка практично дорівнює дизелю з
наддуваиням. Частина теплового перепаду (в області високих температур)
спрацьовується в поршневому двигуні та йде на привод компресора інша ча-
стина теплоперепаду (в області понижених температур) використовується в
тяговій турбіні. Тому при проектуванні потужного автономного локомотива з
двигуном такого типу слід ретельно враховувати долю потужності, яка буде
споживатися на роботу передачі з тим, щоб точно визначити необхідну оди-
ничну потужність ВПГГ.
68
Наприклад, на газотурбовозі ГТ-101
Луганського тепловозобудівного за-
воду (Україна), двигун скомпонова-
ний з чотирьох ВПГГ типу ОР-95 та
газової турбіни Брянського машино-
будівного заводу (Росія). Його номі-
нальна потужність, віднесена до ста-
ндартних атмосферних умов, при ти-
ску газів у колекторі на виході з тур-
біни не більше 0,105 МПа становила
2208 кВт. Питома ефективна витрата
палива при цьому була не більша
226 г/(кВтгод). Тривала адіабатична потужність становила 625 кВт, а макси-
мальна годинна - 688 кВт. Діаметри поршнів дизеля та компресора 280 і
750 мм відповідно; хід поршнів 385 мм. Степінь стиснення в дизельній час-
тині 8,4-12,5, максимальний тиск циклу 12 МПа. Середня швидкість поршня
8,6-8,9 м/с. Кількість циклів за хвилину - 700. Тиск газу, що вироблявся,
0,45 МПа, його температура 485-515 °С, витрата 2,15—2,3 кг/с. Паливо ди-
зельне всіх марок, його питома витрата 207 г/(кВт-год).
В якості палива могли бути використані й дистиляти перегону нафти.
Циркуляційні витрати становили: охолоджувальної води - 26 т/год; охо-
лоджувального масла - 12-16 т/год; витрата змащувального масла була
1,35 кг/год.
Тривалість підготовки ВПГГ до пуску після тривалої стоянки - 3-4 хв,
тривалість запуску (в гарячому та холодному стані) - 35-45 с.
Тиск пускового повітря 2-2,7 МПа, маса одного ВПГГ 6000 кг, габаритні
розміри; довжина 4000 мм, ширина 1500 мм, висота 2300 мм.
Газова турбіна - реактивна, п’ятиступінчаста, з двостороннім відбором
потужності. Номінальна потужність на валу турбіни - 2208 кВт, діапазон ро-
бочих частот обертання (від холостого ходу до номінального режиму) —
4000 -8500 хв '. Параметри газу на вході в турбіну; тиск 0,45 МПа, темпера-
тура близько 500 °С. Витрата газу через турбіну при роботі усіх чотирьох
ВПГГ-9,15-9,3 кг/с.
Ротор турбіни суцільно кований, дискової конструкції. Протокова части-
на виконана з однаковим діаметром ступенів по кореню лопатей. Робочі ло-
69
паті суцільно фрезеровані, «ялинковими» хвостовиками, єдиного в усіх
ступенях профілю.
Вхідний патрубок турбіни - двостінний, що полегшує швидкий пуск.
Внутрішній кожух виготовлений з листової сталі, скріплений по роз’єму бол-
тами та підвішений на фланцях. Середня частина циліндра турбіни мала лег-
ку обійму, іцо охоплювала всю протокову частину. До неї прикріплені діаф-
рагми з напрямними лопатями. Простір між внутрішнім кожухом і патруб-
ком, зовнішнім і внутрішнім циліндрами заповнений термоізоляційним мате-
ріалом. Деформації внутрішнього тонкостінного кожуха на зовнішній
несучий корпус не передаються.
Внутрішній відносний к.к.д. турбіни - 87-88 %. Маса турбіни з обшив-
кою та ізоляцією 3500 кг. Габаритні розміри: довжина 2800 мм, ширина
1750 мм, висота 1460 мм. Матеріал елементів протокової частини турбіни -
перлитна сталь.
4.6.	Регулювання ГТД
Система автоматичного регулювання одно- та багатовальних ГТД відкри-
того циклу - електродинамічна. Вона включає пристрої для запуску та зупин-
ки, управління, авторегулювання та захисту і виконує при цьому такі функції:
-	запуск І ТД (дозування та програмування подачі палива, управління кла-
панами перепуску повітря та поворотним напрямним апаратом компресора);
-	підтримання роботи ГТД на режимі прийняття навантаження (звичай-
ний холостий хід) та гга режимі економічного холостого ходу, тобто з най-
меншою витратою палива;
-	обмеження подачі палива при розгоні двигуна (захист від помпажу) та
граничної частоти обертання роторів (захист від розносу);
настройку ГТД на будь-який режим роботи (за допомогою контролера
машиніста), управління подачею палива та регулювання робочих параметрів
передачі.
Робочим тілом системи регулювання є масло ГТД; передбачений спеціа-
льний регулятор для підтримання постійної температури масла.
До складу системи регулювання входить командний агрегат, дистанцій-
ний сельсиновий ггривод управління від контролера машиніста, паливний аг-
регат з клапанами перепуску за обмеження подачі палива, імпульсний і мас-
ляний насоси з трубопроводами та сітчастий масляний фільтр. Для стабіліза-
ції процесу регулювання в схему уведено ізодромний зворотний зв’язок.
70
Граничний регулятор частоти обертання ротора турбіни чинить дію на
автоматичний затвор, який відсікає подачу палива до форсунок.
Агрегати запуску забезпечують розкручення та виведення ГТД на оберти
холостого ходу. Температурний режим запуску дотримується тумблером об-
меженням подачі палива. Допоміжний дизель-генератор супроводжує розгін
ГТД приблизно до 4500 4900 хв1. Паливо в камерах згоряння займається
вже при 800-1400 хв4. Процес запуску автоматизований. Тривалість запуску
з холодного стану 3-4 хв. Можливим є також ручний запуск.
Система автоматичного регулювання ГТД комбінованого типу виконує
такі ж основні функції, як і відповідна система одно- або багатовального ГТД
відкритого циклу. Але є й деякі специфічні особливості.
Перш за все, передбачений захист від недопустимого збільшення ходу
поршня ВПГГ, падіння тиску масла в системі змащування підшипників тур-
біни та редукторів, перевищення частоти обертання ротора турбіни, падіння
тиску повітря в системі управління, а також від втрати живлення в електрич-
них колах постійного струму системи управління. При спрацюванні елемен-
тів захисту відбувається зупинка одного з ВПГГ або два двигуна у цілому.
Світлова сигналізація діє при спрацюванні граничного автомата часто їй
обертання ротора турбіни, аварійного захисту по тиску змащувального масла,
падінні тиску масла та води в системах охолодження ВПГГ.
Система управління дозволяє відключати один або кілька ВПГГ і включа-
ти їх. При самовільній зупинці ВПГГ режим роботи всієї установки автомати-
чно змінюється. Після запуску ВПГГ, який зупинився, установка самостійно
виходить на вихідний режим.
Широкий діапазон економічної сумісної роботи всіх ВПГГ і газової турбі-
ни досягається регулюванням з рециркуляцією повітря з продувального реси-
вера в усмоктувальні колектори ВПГГ. Витрата палива на один ВПГГ стано-
вить: при холостому ході 19 кг/год, а на номінальному режимі 129 кг/год.
Описана силова установка призначена для роботи з безступінчастою гід-
ромеханічною реверсивною передачею (з комплексним гідротрансформатором
ГТК-ПТ) і карданним приводом колісних пар, але може бути застосована елек-
трична передача.
Управління всіма агрегатами силової установки здійснювалося за допомо-
гою машиніста, який включає до себе електричну та пневматичну системи.
Пневматична система забезпечує регулювання режиму роботи силової устано-
вки за рахунок зміни подачі палива в ВПГГ та управління різними виконавчи-
71
ми механізмами (атмосферними та рсциркуляційними клапанами газопроводів
вентилями зупинки ВПГГ, жалюзі холодильних камер та ін.). Електросистема
включає до себе пусковий клапан, вентилі управління подачею газу, вентилі
зупинки, кінцеві вимикачі та ін.
Сучасний рівень розвитку електронної техніки безумовно дозволив би
створити і застосувати на газотурбовозах більш доскон т и еми автоматич-
ного управління, які б позитивно вплинули на загальний к.к.д. локомотива.
4.7.	Основні технічні дані газотурбовозів та деякі аспекти застосуван-
ня газотурбінних установок (ГТУ) для тяги поїздів
Основні технічні дані газотуроовозів, що були побудовані вітчизняними
локомотивобудівними заводами, наведені в табл. 4.1. Сьогодні вони мають
лише історичний інтерес. Але слід замислитися над тим, що по ряду показни-
ків локомотивні ГТУ перевершують дизельні енергетичні установки. Це, перш
за все, агрегатна потужність, надійність, питома маса, загальні експлуатаційні
витрати на вимірювач перевізної роботи (приблизно в 1,5 рази).
Таблиця 4.1
Основні технічні дані вітчизняних газотурбовозів [10]
Найменування параметра	Значення параметра для га- зотурбовоза серії		
	Г1	ГП1	ГТ101
Потужність, кВт	2576	2576	2208
Тип газотурбінного двигуна (ГТД)	ГТ-3,5	ГТ-3,5	4ВПГГОР-95
Тип тягової передачі	ЕП	ЕП	ГМ
Ширина колії, мм	1524	1524	1524
Службова маса, т	140	129	129
Навантаження від колісної пари на рейки, кН	228,3	210,7	210,7
Колісна формула	Зо-Зо	Зо-Зо	3-3
Дотична сича тяги при тривалому режимі, кН	230,3	122,5	245
Розрахункова швидкість (при тривалому режимі), км/год	32	50	20
Конструкційна швидкість, км/год	100	160	100
Діаметр коліс, мм	1050	1050	1050
Мінімальний радіус кривих, мм	125	125	125
Примітка: * Тії — електрична постійного струму; ГМ — гідромеханічна
За даними, що містяться в спеціальній літературі [5, 10] та ін., газотурбово-
зи, які використовуються в інших країнах світу (наприклад, в США, на залізни-
цях Юніон Пасифік), витрачали низькосортного важкого палива на вимірювач
перевізної роботи приблизно вдвічі більше, ніж тепловози якісного дизельного
палива. Але витрати на паливо для газотурбовозів були практично однаковими
внаслідок низької вартості важкого палива, на якому працювали локомотивні
ГТУ. Загальні експлуатаційні витрати на вимірювач перевізної роботи при газо-
турбінній тязі опинилися приблизно в 1,5 рази меншими, ніж при тепловозній.
Це пояснюється в основному економією коштів, що витрачаються на утримання
локомотивів, поїзних бригад і ремонт силових установок.
Для порівняння в табл. 4.2 і 4.3 наведені деякі технічні дані зарубіжних
газотурбовозів, що в різні роки були побудовані та експлуатувалися в розви-
нених країнах світу. Аналіз цих даних і даних, що наведені вище свідчить,
що номінальний к.к.д. тих ГТУ, що були побудовані, нижче, ніж к.к.д. тепло-
возних дизелів. Крім того економічність локомотивних ГТУ у порівнянні з
економічністю дизелів різко знижується при навантаженнях. На рис. 4.8 зо-
бражені властивості відносного к.к.д. цих двох типів енергетичних установок
й від відносної потужності Ае [4].
Видно, що при 50 °о-вій завантаженості к.к.д. ГТУ нижче, ніж, дизеля,
приблизно на 8-9 %, але при 25 °о-вій завантаженості - майже в двічі. До то-
го ж, витрата палива ГТУ на холостому ході досить велика і становить 20-
25° о від номінальної. Тому на газотурбовозах необхідно застосовувати до-
поміжний дизель малої потужності, який використовується для приводу до-
поміжного устаткування, а також при маневровій роботі та поодинокому пря-
муванні локомотива.
Існує чимало способів підвищення к.к.д. ГТУ: можна підвищувати темпе-
ратуру робочого газу перед турбіною, ускладнити робочий цикл за рахунок
застосування регенерації теплоти, охолодження повітря між ступенями стис-
нення, вторинного підведення теплоти; можна також удосконалити аероди-
наміку проточної частини турбомашин.
Для локомотивних ГТУ доцільними є перші два способи, оскільки підви-
щення температури робочого газу перед турбіною та особливо ускладнення
схеми термодинамічного циклу дозволяють не тільки підвищити номіналь-
ний к.к.д., але й стабілізувати його в широкому діапазоні зміни навантажень.
73
Таблиця 4.2
Основні технічні дані зарубіжних газотурбовозів з газотурбінними двигунами відкритого циклу [5]
Найменування параметра	Значення параметра для газотурбовоза фірми						
	Броун-Боварі (Швейцарія)	Броун-Боварі (Англія)	Метрополітен Вікерс (Англія)	Дженерал- Електрік (США)	Алко (США)	Заводи Чехії	Інгліш- Електрік (Англія)
Тип ГТД	одновальний					двовальний	
Потужність ГТД, кВт	1620	1840	2208	3312	6256	2355	1897
Тип тягової передачі	електрична					механічна	
Частота обертання ротора турбокомпресора, хв-1	5200	5300	7000	6900	4860	5550	8200
Температура газів перед турбіною, °С	600	600	700	700	790	650	777
Степінь підвищення тиску в компресорі	4,0	4,0	5,4	5,8	6,7	4,8	—
Коефіцієнт регенерації теплоти	0,5	0,425	0	0	0	0,4	0
К.к.д. ГТД, %	16,0	15,8	18,0	16,0	20,2	22,0	—
Маса локомотива, т	92,1	121,1	131,5	250,0	408,0	—	123,4
Повна довжина локомотива, мм	16400	19200	20400	25500	50300	—	—
Таблиця 4.3
Основні технічні дані зарубіжних газотурбовозів з вільнопоршневим
генератором газу (ВПГТ) і газовою тяговою турбіною (ГТТ) [5]
Найменування параметра	Значення параметра для газотурбо- воза фірми		
	Рено (Франція)	Рено (Франція)	Г етаверкен (Швейцарія)
Тип газотурбінного двигуна	впгг+гтт		дг*'+гтт
Потужність ГТД, кВт	1200	2200	1300
Кількість генераторів газу	1	2 (	1
Тип тягової передачі	механічна		
Частота обертання ротора турбіни, хв-1	12320	12280	12500
Температура газів перед турбіною, °С	500	470	500
К.к.д. локомотива, %	32	32	,	—
Маса локомотива, т	54	120	60
Довжина локомотива, мм	16150	21300	—
Конструкційна швидкість локомотива, км/год Примітка: ДГ - дизель-генератор	125	128	90
Удосконалення та розвиток транспортних ГТУ в напрямі реалізації знач-
них потужностей при відносно малих розмірах та ще й з належною економіч-
ністю нерозривно пов’язані із загальним рівнем технічного прогресу в галузі
виробництва термостійких і механічно міцних матеріалів (металів та метало-
кераміки), використанням у турбомашинах охолоджуваних лопатей та ін. Від-
повідні матеріали та технології на початку 60-х років минулого століття вже
існували, але вони були надто коштовні та використовуватися лише в прести-
жному в той час аерокосмічному комплексі та на погребу оборони держави.
Тому при поставлених завданнях розвитку обсягу перевезень на залізнично-
му транспорті у держави не знайшлося ні бажання, ні коштів, ні часу па мас-
штабні дослідження в галузі вдосконалення локомотивних ГТУ.
Газотурбовози, що на той час були побудовані, серійного продовження не
отримали, хоча вже експлуатація газотурбовоза Г1 показала, що при масі поїз-
да 2500-2800 т з урахуванням стоянок з неувімкненою ГТУ, що не перевищу-
75
вали 1,5 годин за поїздку, витрата умовного палива склала 80-95 кг на 104ткм
брутго, що в 1,8-2,2 рази більше витрати палива розповсюдженим тоді тепло-
возом ТЗЗ. Однак слід враховувати, що ГТУ перших вітчизняних іазотурбово-
зів стійко працювали на важкому паливі з утриманням сірки до 3 %.
Рис. 4.8. Залежність економічності
енергетичних установок від потуж-
ності: 1 - дизель; 2 - ГТУ
Колєменським тепловозобудів-
ним заводом (Росія) у 1965 році був
розроблений проект пасажирського
односекційного газотурбовоза з
двовальним ГТД відкритого циклу
потужністю 4400 кВт і механічною
передачею. Для пуску ГТД, пооди-
нокого прямування локомотива та
привода допоміжних агрегатів на
газотурбовозі був передбачений до-
поміжний дизель ІД 12-400, що пра-
цював постійно.
Був також розроблений техніч-
ний проект восьмивісного газотур-
бовоза потужністю 5900 кВт з три-
вальним ГТД відкритого циклу та
електричною передачею. Розрахун-
ковий к.к.д. газотурбовоза становив
22,7 %. Але ці розробки так і зали-
шилися проектами.
В результаті техніко-економічних досліджень, що були виконані різними
організаціями, доводилася перспективність газотурбінної тяги. Простота
конструкції, невеликі габаритні розміри та мала маса на одиницю потужності
- ці властиві ГТД якості мають суттєве значення при розробці швидкісних
пасажирських локомотиві. Крім того, застосування ГТД на локомотивах до-
зволило б:
-	різко підвищити секційну потужність локомотива;
—	суттєво спростити конструкцію, зменшити її вартість, а також вартість
експлуатації, технічного утримання й ремонту локомотива;
застосувати тягові передачі простіших типів: механічну та електричну
змінного струму без перетворення частоти;
—	використати для тяги поїздів низькосортне рідке паливо;
-	скоротити потребу в змащувальних матеріалах.
Все це в масштабах галузі дало б значний економічний ефекг.
76
5.	ТЯГОВІ ПЕРЕДАЧІ АВТОНОМНИХ ЛОКОМО ГИВІВ
5.1.	Призначення тягової передачі
Тривала практика експлуатації локомотивів різних типів, починаючи з
паровозів, дозволяє вважати, що можлива область їх використання обмежу-
ється певними умовами: зчепленням коліс з рейками, потужність силової
установки (у електровоза - тягового обладнання) та максимальною (констру-
кційною) швидкістю. Але в швидкісно-силовому просторі, обмеженому цими
умовами, локомотив повинен мати змогу реалізовувати будь-які можливі
значення сили тяги при всіх швидкостях руху. А для того, щоб локомотив
мав найкращі можливі економічні характеристики, потрібно, щоб у всьому
діапазоні швидкостей потужність силової установки (або тягового обладнан-
ня) була постійною.
У магістральних тепловозів, наприклад, діапазон швидкостей, який охоп-
лює зону постійної потужності дизеля, має широту кш =5-6, тобто, максима-
льна швидкість (при постійній потужності дизеля) у 5-6 разів більше міні-
мальної швидкості діапазону. У цьому діапазоні й дотична сила тяги тепло-
воза змінюється в 5-6 разів. Реалізація таких тягових спроможностей при
безпосередньому зв’язку колінчастого вала дизеля з рушійними колісними
парами (що неможливо конструктивно) або при наявності якогось при сірою
(між дизелем і рушійними колісними парами) з постійним передаточним чи-
слом була б можливою, якщо б дизель мав широту (коефіцієнт) пристосову-
ваності кпс = 5-6 та відповідно широкий діапазон частот обертання колінча-
стого вала. Але, як добре відомо, в дійсності характеристики тепловозних ди-
зелів не відповідають таким вимогам, що примупіує відмовитися від застосу-
вання передач з постійним передаточним числом. Задача розв’язується
шляхом застосування спеціальних тягових передач (у деяких літературних
джерелах - «передач потужності», хоча цей термін не досить точний). Приз-
наченням таких передач є пристосування характеристик дизеля до умов тяги
завдяки неперервній зміні передаточного числа.
Тяговою передачею називається пристрій або система пристроїв, що
створює коло, по якому потужність (у деяких літературних джерелах - «кру-
тячий момент») первинного двигуна (у тепловозів - дизеля) передається до
рушійних колісних пар локомотива, на яких вона реалізується у вигляді кру-
тячого моменту, а в контакті з рейками — у вигляді дотичної сили тяги.
77
Як було показано вище, основними тяговими параметрами локомотива є
дотична сила тяги тривалого режиму ?коо (у електровозів - ще й годинного
режиму /7КГ), швидкість тривалого режиму Иод при усталеному русі на керів-
ному підйомі (у електровозів - ще и швидкість годинного режиму ґг) та ма-
ксимальна (конструкційна) швидкість Гк, яка у більшості випадків відпові-
дає руху на горизонтальній ділянці або спуску.
При постійному передаточному числі між валом дизеля та осями колісних
пар (так звана безпосередня передача) сила тяги Гк і швидкість V руху локо-
мотива зумовлені ефективним крутячим моментом Ме та частотою обертання
ид колінчастого вала дизеля. Закони зміни Л7е = ./(^д) 1	~/(^) принци-
пово однакові і для повного використання зчіпної маси локомотива необхідним
є дизель з номінальною ефективною потужністю , кВт, рівною
N =
і¥езч
/7	. У
1 к34 * к
З? 6 • Лп * Рдоп
(5-1)
де Гкзч - максимальна дотична сила тяги по зчепленню коліс локомотива з
рейками, кН;
Ик - конструкційна швидкість локомотива, км/год;
т|п - к.к.д. передачі;
Рдоп _ коефіцієнт, що враховує витрати потужності на привод допоміж-
ного устаткування локомотива.
Відповідно, при русі по керівному підйому потужність дизеля буде
кВт, причому
р V
л к оо г ОО
З, 6 • Т]п • РдОП
(5.2)
Якщо поділити вираз (5.1) на вираз (5.2), то при г|п = сопзі і рдоп = сопзі
отримаємо
34 _	34	Рк
со оо
Для магістральних локомотивів останніх випусків відношення /7КЗЧ/Лсоо
2 2,5, а — 2-4, тому для тепловозів з безпосереднім приводом був би
78
потрібний дизелі, з потужністю, яка б у 8 10 разів перевищувала номінальну
потужність локомотива Цілком зрозуміло, що такий дизель буде мати масу й
габаритні розміри, при яких розмістити иою на гепловозі буде неможливо І
як би не вдалося, то такий дизель завжди працював би при малому наванта-
женні іа з низьким к.к.д. Крім тою, на тепловозі з безпосередньою переда-
чею необхідно було б розв’язувати проблеми розгону поїзда зі стану спокою
до якоїсь навіть мінімальної швидкості Ктіп .
Використання на тепловозі тягової передачі зі змінним передаточним чи-
слом дозволяв усунуїи вказані вище недоліки. Зміна передаточного числа
надач можливість збільшити силу тяі и у порівнянні з силою гяги тепловоза з
безпосередньою передачею без збільшення потужності дизеля. Для нього пе-
редаточне число між вихідним валом дизеля та колесами тепловоза повинно
бути збільшене до значення, при якому може бути отримана максимальна си-
ла тяги Ек 1Ч,обмежена лише зчепленням коліс з рейками. Якщо під час руху
поїзда передаточне число змінювати плавно від значення /'2, якс відповідач
максимальній силі іяги, до значення /] при русі з максимальною швидкістю,
то при будь-якій швидкості руху потужність дизеля може бути реалізована
повністю. При цьому
к  К — 3,6 ?/е ном Т|п Рд0П — соплі.	(5.4)
Якщо прийняти рн = соплі і РДОІІ = соплі, то тягова характеристика ло-
комотива буде являїи собою рівнобічну гіперболу, обмежену зверху макси-
мальною силою тяги по зчепленню коліс з рейками, а знизу максимальною
(конструкційною) швидкісно.
Таким чином основна роль іяювої передачі поляни у перетворенні заданих
постійних крутячого моменіу іа кутової швидкості вала первинною двигуна на
змінний момент обертання та кутову швидкість колісних пар іепловоза.
На електровозі тягова передача не потрібна, юму що він споживач пос-
тійну (по величині) напругу з контактної мережі. Енергетичне коло електро-
воза постійного струму складається лише з тягових електродвигунів, а елект-
ровоза змінною струму — ще з понижувального тягового трансформатора та
перетворювача змінного струму на постійний або перетворювача кількості
фаз і частоти (залежно від гину іягових електродвигунів). До допоміжною
ус гаг кування електровозів належать струмоприймач, пускорег улювальні, ко-
79
нтрольно-вимірювальні та захисні прилади, допоміжні електричні машини,
акумуляторна батарея та ін.
При експлуатації електровозів також, як і при експлуатації тепловозів не-
обхідно регулювати швидкість руху та силу тяги. Але регулювати напругу
контактної мережі неможливо. Тому на електровозах кутова швидкість валів
тягових електродвигунів регулюється різними способами, які будуть розгля-
нуті нижче.
5.2.	Вимоги до тягової передачі
До тягової передачі пред’являється певний комплекс вимог, які виходять
з об’єктивних особливостей її застосування на тепловозах.
Вище було показано, що найбільш раціонально було б використовувати
дизель при постійному крутячому моменті, але режим ведення поїзда весь
час змінюється. Тому до передачі висувається вимога «непрозорості», тобто
зміна моменту на вихідному валу передачі, який безпосередньо пов’язаний з
колесами тепловоза, не повинна передаватися на її вхідний вал, пов’язаний з
дизелем. Бажано, щоб сила тяги змінювалася автоматично залежно від про-
філю колії і при цьому на всіх режимах забезпечувалося використання повної
потужності дизеля.
Дизель не можна запустити під навантаженням. Тому на період пуску пе-
редача повинна забезпечувати можливість відключення від дизеля тягового
навантаження. Роз’єднання колінчастого вала дизеля та рушійних колісних
пар часто буває необхідним і під час руху. Тому передача повинна забезпечу-
вати можливість плавного включення навантаження як при зрушенні з місця,
так і після руху на вибігу.
На тепловозах установлюються нереверсивні дизелі, а локомотив повинен
мати можливість рухатися в обох напрямах. У зв’язку з цим до передачі
пред’являється вимога забезпечення реверсування руху тепловоза.
Потужність дизеля може змінюватися залежно від атмосферних умов,
стану дизеля, якості палива та інших факторів. Тому доцільно, щоб тягова
передача автоматично забезпечувала режим роботи, який може реалізувати
дизель у даних конкретних умовах.
Ускладнення конструкції тепловоза та функцій, що виконує машиніст,
призводи ь до необхідності автоматизації роботи окремих агрегатів і тепло-
воза в цілому. Тяі ова передача повинна допускати таку автоматизацію
80
Збільшення потужності тепловозів при обмеженій зчіпній масі збільшує
ймовірність буксування колісних пар. Передача безпосередньо не може запо-
бігти порушенню зчеплення коліс з рейками та виникненню буксування. Але
відомо, що коефіцієнт зчеплення різко знижується із збільшенням швидкості
ковзання колеса, тому передача повинна мати такі характеристики, які б ви-
ключали можливість різкого збільшення частоти обертання колісної пари при
порушенні зчеплення (так зване розносне буксування). Такі характеристики
мають, наприклад, тягові електродвигуни незалежного збудження або асинх-
ронні тягові електродвигуни. Звичайно на передачу покладається виявлення
буксування, що тільки-но починає виникати, та автоматичне його припинен-
ня. Одночасно машиніст повинен отримувати сигнал про буксування, яке
щойно розпочалося.
Зростання швидкостей руху все гостріше ставить проблеми достатнього
забезпечення поїздів гальмовими засобами та автоматизації процесів гальму-
вання. Тому останнім часом до передач стали висуватися такі вимоги, як за-
безпечення додаткового гальмівного зусилля (реостатне та рекуперативне га-
льмо на електровозах, реостатне - на тепловозах з електричною передачею та
гідравлічне - тепловозах з гідравлічною передачею). Тягова передача повин-
на також забезпечувати можливість управління з одного поста кількома сек-
ціями або тепловозами.
Крім вимог, що пов’язані зі специфічними умовами роботи тепловоза та
перелічені вище, передача повинна задовольняти й загальним вимогам, що
пред’являються до будь-якого механізму або машини. До них перш за все ві-
дносяться вимоги високої економічності, що має особливе значення при збі-
льшенні потужності тепловозів. Також повинен бути забезпечений достатньо
високий к.к.д. передачі при всіх експлуатаційних режимах роботи.
Жорсткі габаритні розміри рухомого складу та обмежені навантаження
від колісних пар на рейки примушують пред’являти високі вимоги до розмі-
рів і маси передачі. Це, перш за все, відноситься до агрегатів, що встановлю-
ються на осі колісної пари або на рамі візка. Неабияке значення мають і пи-
тання вартості, маси кольорових і легованих металів, які використовуються в
конструкції передачі, тощо
Аналіз розвитку тепловозобудування свідчить про неперервну тенденцію
до ускладнення основного й допоміжного устаткування, до підвищення зага-
льної степені автоматизації роботи тепловоза. У зв’язку з цим особливого
значення набуває надійність локомотива, тому що будь-яка його відмова, що
81
викликає зрив графіка руху поїздів, призводить до значних збитків. Для раці-
ональної експлуатації тепловозів дуже необхідним також є забезпечення про-
стори їх обслуговування й ремонту.
5.3.	Класифікація тягових передач
При обранні типу передачі перелічені ВИІЦС ВИхМОГ'И обов’язково оціню-
ються стосовно до конкретного її типу, тому що різноманітність і складність
цих вимог призвели до значної різноманітності принципових схем і констру-
кцій, як передач взагалі, так і їх окремих елементів.
Залежно від способу та засобів передачі в конструкціях тепловозів енергії
(крутячого моменту) історично склалися такі принципові тини тягових передач:
-	механічна, коли енергія від вхідного вала до вихідного передається че-
рез головну муфту, багатоступінчасту коробку передач (подібну до автомобі-
льної) і окремі механічні ланки, а регулювання роботи здійснюється перек-
люченням ступенів передачі;
-	гідравлічна, коли енергія від вхідного вала до вихідного передається за
допомогою гідравлічних насосів і турбін (двигунів), а зміна моменту, що при
цьому передасться, забезпечується головним чином за рахунок вибору при-
родних характеристик гідравлічних машин;
гідромеханічна (поєднання двох зазначених вище типів передач), коли
регулювання передачі здійснюється обома способами - гідравлічним і меха-
нічним; у деяких випадках та або інша передача діє в певних зонах, розмежо-
ваних величиною потужності, що передасться;
електрична, коли за допомогою електричного тягового генератора здій-
снюється перетворення механічної енергії дизеля на електричну, яка тягови-
ми електродвигунами знов перетворюється на механічну, що передається до
рушійних колісних пар; необхідні характеристики при цьому забезпечуються
відповідним регулюванням електричних машин — тягового генератора і тяго-
вих електродвигунів;
—	електромеханічна, коли енергія передасться частково або повністю ме-
ханічним способом або з перетворенням на електричний;
—	електрогідравлічна, коли енергія послідовно передається через електри-
чні та гідравлічні ланки;
-	газова (повітряна), коли енергія передасться за допомогою газоподібних
стиснутих тіл: повітря, водяної пари, газу.
82
Але на вітчизняних тепловозах розповсюдження отримали: на магістра-
льних електрична тягова передача, на маневрових - електрична, гідравлічна
і гідромеханічна. Механічна тягова передача застосовується на автомотрисах.
У 50 60-х роках минулого століття була зроблена спроба застосувати гід-
равлічну та гідромеханічну передачі на магістральних тепловозах (ТГ100,
ТГ102, 1 ТІ06), але після експлуатаційних досліджень побудову таких тепло-
возів було припинено. Гідравлічна передача широко розповсюджена на магі-
стральних тепловозах Австрії, Франції, Швейцарії та деяких інших країн.
Що стосується електрогідравлічної передачі, то поки що йдуть тільки
проектні розробки (в Росії та Німеччині).
На початку 70-х років минулого століття Ленінградським інститутом ін-
женерів залізничного транспорту була зроблена спроба встановити електро-
механічну передачу на одному екземплярі маневрового тепловоза ТЗМ1, але
в подальшому вона застосувалася лише на важких тракторах.
При проектуванні тепловоза вибір типу передачі здійснюється таким чи-
ном: розраховується кілька варіантів передач і за порівняльними даними, з
урахуванням перелічених вище вимог і призначення (роду служби) локомо-
тива обирається той чи інший варіант. В якості основного параметра, який
визначає тип пере іачі, приймається потужність, що передається. Так у біль-
шості країн світу приймається:
-	механічна передача - при потужності не більше 221 кВт;
-	гідравлічна — при потужності не більше 736 кВт.
Але в деяких країнах з 1966 року і по цей час будуються потужні магіст-
ральні тепловози з гідравлічною передачею, в основному невеликими парті-
ями. Наприклад, у Німеччині будуються на експорт такі з секційною потуж-
ністю 2940, 3385 і навіть 4048 кВт (при двох дизелях у секції).
Проте електрична передача за більшістю показників (к.к.д., надійністю,
міжремонтних пробігах та ін.) перевершує гідравлічну передачу и тому
отримує переважне розповсюдження.
>3
6.	ЕЛЕКТРИЧНІ ПЕРЕДАЧІ
6.1.	11ркіІИ1.І1 її дії, класифікація га загальні основи регулювання
електричних передач
В електричних передачах перетворення заданих майже постійно крутячо-
го моменту та частоти обертання колінчастого вала дизеля на змінні у широ-
ких межах крутячий момент і частоту обертання колісних нар тепловоза
здійснюється шляхом перетворення спочатку механічної енергії на електрич-
ну, а пот ім електричної на механічну. Тому будь-яка електрична тягова пе-
редача складається з тягового (головного) генератора, який механічно
з'єднується з колінчастим валом дизеля та тягових електродвигунів, які елек-
трично зв’язані з тяговим генератором, а механічно - з осями колісних пар.
Залежно від гину тягових електричних машин розрізняються системи елект-
ричної передачі пост ійного, змінно-постійного та змінного струму.
В електричних тягових передачах вал якоря генератора безпосередньо
зв’язаний з колінчастим валом дизеля через механічне з’єднання - жорстку
або напівжорстку муфту. Тому задача повного використання потужності ди-
зеля при різних умовах ведення поїзда вирішується при електричній передачі
через регулювання напруги генератора , В, приблизно обернено пропор-
ційно струму навантаження /г, А, тому що, як відомо, потужність генератора
Р,., кВт, описуєт ься формулою
Тобто за умови постійності потужності залежність напруги генератора
від його струму повинна бути близькою до рівнобічної гіперболи. Але струм
і напругу генератора не можна збільшувати безмежно. Величина максималь-
ної напруги генератора Ц 111ах обмежена насиченням магнітного кола, тем-
пературою нагрівання обмоток збудження, діелектричною міцністю ізоляції
та іншими факторами. Найбільший струм генератора /, тах обмежений тем-
пературою нагрівання елементів силового кола електричної схеми тепловоза
та умовами комутації.
Відомо, що з тяговим генератором електрично зв’язано ще кілька силових
електричних машин тягових електродвигунів (частіш за все послідовного
збудження), які в силовому колі тягової передачі можуть бути з’єднані нара-
84
лсльно-послідовно або послідовно-паралельно. На тепловозах потужністю
більше 2000 кВт у секції переважне застосування отримало паралельне з’єд-
нання. Частота обертання якорів тягових електродвигунів, отже й швидкість
руху тепловоза визначається величиною напруги на їх затискачах та магніт-
ного потоку їх полюсів. Зміна швидкості руху тепловоза (частоти обертання
якорів тягових електродвигунів) у передачах постійного та змінно-постійного
струму може досягатися:
-	зміною схеми включення тягових електродвигунів у силове коло;
-	зміною величини магнітного потоку (поля) полюсів тягових електрод-
вигунів шляхом його ослаблення, для чого паралельно до обмотки збудження
двигунів включаються шунти - резистори постійного електричного опору;
при цьому при послідовно-паралельному з’єднанні двигунів з можливістю
переключення на послідовне звичайно застосовується один ступінь ослаб-
лення поля, тобто тільки один шунт для кожного двигуна, а при двох інших
схемах з’єднання - два ступеня.
При заданих параметрах струму на затискачах тягового генератора послі-
довне з’єднання тягових електродвигунів характеризується мінімальним зна-
ченням напруги, (отже й мінімальною швидкістю руху тепловоза) та макси-
мальним значенням струму; при паралельному з’єднанні, навпаки, напруга
досягає максимуму (що відповідає максимальній швидкості руху), а струм -
мінімуму.
Вибір схеми з’єднання тягових електродвигунів і кількості ступенів осла-
блення поля визначається, головним чином, величиною потужності теплово-
за (по дизелю), конструкційною швидкістю та допустимими параметрами
сгруму тягових електричних машин. При заданій схемі з’єднання тягових
електродвигунів і ступеня ослаблення поля в деяких межах зміна швидкості
руху тепловоза досягається за рахунок саморегулювання тяі ових електродви-
гунів і тягового генератора.
У передачах змінного струму частота обертання ротора асинхронного тяго-
вого електродвигуна може регулюватися зміною частоти струму живлення або
зміною кількості полюсів. Більш детально це питання розглядається в [4].
Розміщення тягових електродвигунів на візках і конструкція механічної
ланки передачі від них до колісних пар (тяговий привод) детально розглядаєть-
ся в [4, 14—21] та інших джерелах.
85
6.2.	Електрична передача постійного струму
Електричні передачі постійного струму, до складу яких входять тяговий
генератор постійного струму та тягові електродвигуни постійного струму по-
слідовного збудження, до 70-х років минулого століття мали найбільше роз-
повсюдження, тому що вони легко регулюються, мають велику перевантажу-
вальну здатність, дозволяють найбільш просто автоматизувати процеси регу-
лювання та управління. Однак цим передачам властиві й недоліки, головним
з яких є обмеження потужності тягового генератора по комутації.
Машинна постійна генератора
6,1 -І О3 Дя2/я”г
(6.2)
де аш1 - коефіцієнт полюсного перекриття;
- середнє значення електромагнітної індукції у повітряному зазорі;
А - лінійне електричне навантаження якоря, А/м;
£>я - діаметр якоря генератора, м;
/я - активна довжина якоря генератора, м;
пг — частота обертання якоря генератора, хв1;
Рг — потужність генератора, кВт.
Окружна швидкість якоря, Ея, м/с,
тЮдИг
я 60
Середнє значення міжламельної напруги,
еср = 258 Ія Гя ®с апп 10 ’ 6,	(6.4)
де О)с — кількість витків у секції обмотки якоря (звичайно сос= 1).
Використовуючи формули (6.2-6.4), можна отримати
ЗЕ Ле
Рг = —? ср.	(6.5)
"г
Якщо прийняти, наприклад, максимально допустимі значення Ея < 70 м/с;
4
А < 6 • 10 А/м ; еср < 21 В, можна отримати
86
ггпах ’^г — 2,646 кВтс.
Величина добутку Ргтах пг є визначальною при підборі конкретного ге-
нератора до конкретного дизеля при їх проектному компонуванні в систему,
що зветься “дизель-генератор”. Фірма Ганц-Електрик (Німеччина), наприклад,
рекомендує формулу Ргтах =2,65 106, у вітчизняній спеціальній літерату-
рі [21] вказана (при двоходових обмотках якоря) величина Ргтах =(2-
2,2)-106. Якщо прийняти максимальну частоту обертання якоря пг = 1100 хв ',
то Ргтах = 2400 кВт. При більших значеннях потужності забезпечити надійну
роботу тягового генератора постійного струму не вдається, тому генератор по-
тужністю 2700 кВт при частоті обертання якоря 1000 хв 1 був побудований
Харківським заводом «Електроважмаш» тільки в якості дослідного зразка.
Якщо в наведених вище міркуваннях врахувати необхідність регулюван-
ня тягового генератора по напрузі, то слід записати:
^гтах ' ,7г ~ Л'оо ’ ,7гоо * ^нг »
(6-6)
де Рго0 - потужність генератора при тривалому режимі, кВт;
иго0 - частота обертання якоря генератора при тривалому режимі, хв
&иг ~ коефіцієнт регулювання генератора по напрузі;
нг
(6.7)
де тах - максимальна напруга генератора, В;
(7Г00	- напруга генератора при тривалому режимі, В.
Якщо прийняти к.к.д. генератора т|г= 0,94, то отримане вище значення
РГтах ,7г =2,646 кВт с дає необхідну ефективну потужність дизеля усього
7Уе = 2530 кВт, що явно недостатньо з точки зору вимог до сучасного магіс-
трального тепловоза.
Ллє, крім обмеження по потужності, тягова передача постійного струму
має й інші недоліки, які пов’язані з використанням генераторів постійного
струму. Цс, перш за все, обмеження по частоті обертання якоря генератора,
що визначається порушенням щіткового контакту при великих окружних
швидкостях колектора та міцністю окремих елементів конструкції якоря. Па-
87
явність колектора та щіткового апарата негативно відбивається на надійності
генератора та на витрати кольорових металів.
За бага тьох причин (обмеження міжламельних напруг на колекторі, наси-
чення маї пітної системи та ін.) максимальна напруга тягового генератора теж
обмежена і становить Ц'П1ах=700-900 В, що при збільшенні потужності теп-
ловозів призводить до зростання сірумових навантажень, отже й до підви-
щення втрати кольорових металів. Технічні характеристики тягових елект-
ричних машин постійного струму наведені в табл. 6.1. і 6.2.
Таблиця 6.1
Основні технічні характеристики тягових і операторів постійного струму [8-10]
Гни гене- ратора	Потуж- ність, кВт	Напру- га’1, В	Струм*\ А	Частота обер- тання якоря, хв 1	Маса, кг	На яких тепло- возах встанов- люється
ГП-ЗООБ	780	870/645	900/1210	750	5000	ТЗМ2, Т9М2М
ГП-300Т	700	780/584	896/1200	750	5000	ТЗМ4
ГП-ЗПБ	2000	700/465	2870/4320	850	8900	2Т310М, ЗТЗЮМ
ГП-311В	2000	635/465	3150/4320	750	9000	ТЗП60, 2ТЗП60
ГП-312	1270	570/356	2230/3570	750	7400	М62, 2М62, М62С
Г11-319	780	840/430	930/1815	1000	4300	ТЗМ5
МІ 1 г- 99/47А	1350	820/550	2460/4000	850	7460	ТЗЗ
ІВ802	885	377/565	1565/2350	750	4650	чмзз, чмззт
Примітка: * чисельник - тривалий режим при вищій напрузі генератора; зна-
менник-теж при нижчій напрузі генератора.
Виготовлювач завод «Електроважмаш» (Україна, м Харків)
88
Таблиця 6.2
Основні технічні характеристики тягових електродвигунів постійного струму
Тип тягового електродвигуна	Потужність, кВт	Напруга*', В	Струм*', А	Частота обертання ♦ )	-і якоря , хв	Маса, кг	Передаточне число редуктора	Тип підвішування ♦ *)	На яких тепловозах встановлюється
ЗД-107А	112	215/290	605/405	264/2060	3100	4,55	ОО	ТЗМ2
ЗД-107Т	86	195/260	600/450	236/2240	3100	4,41	ОО	ТЗМ4
ЗД-108А	305	475/635	700/525	610/1870	3550	2,32	ОР	ТЗП60, 2ТЗП60
ЗД-118АТ	86	173/260	600'400	206/1340	3100	4,41	ОО	ТЗМ4
ЗД-118АТ	257	435/650	650/435	580/2290	3100	4,41	ОО	Т3114
ЗД-118А	105	203/290	605/424	247/1300	3100	4,41	ОО	ТЗМ2, Т9М2М
ЗД-118А	192	356/570	590/372	474/2290	3100	4,41	ОО	М62, 2М62, М62С
ЗД-118А, Б	305	463/700	720/476	585**}/2290	3100	4,41	ОО	2Т310М, ЗТЗІОМ, 2Т3116, 2ТЗ116 А
ЗД-120А	135	205/360	800/456	245/1890	3000	4,41	ОО	ТЗМ7
ЗД-120А	411	512/750	880'600	657/2320	3000	3,65	ОО	Т9129
ЗД-121А	413	542/750	830/600	704”)/2320	2950	3,12	ОР	ТЗП70
ЗД-126У1	411	—	1033/1450	580/1890	3000	4,27	ОО	2Т9121
Примітка: 1 чисельник — тривалий режим при вищій напрузі генератора, знаменник
- теж при нижчій напрузі генератора
} ОО — опорно-осьове підвішування; ОР — опорно-рамне
6.3.	Електрична передача змінно-постійного струму
Електрична передача змінно-постійного струму включає синхронний тяго-
вий генератор, статичний перетворювач (випрямляч) змінного струму на пос
тійний і тягові електродвигуни постійного струму послідовною збудження.
89
Оскільки у синхронного генератора обмотка збудження розміщена на ро-
торі, а робоча обмотка - на статорі, то при використанні цього типу генера-
тора в якості тягового виключається проблема комутації при будь-якій прак-
' тично здійснюваній секційній потужності тепловоза. Крім того, перевагами
тягових електричних машин змінного струму є:
—	зменшення маси машини при підвищенні надійності з-за відсутності ко-
лектора та щіткового апарата;
-	зниження експлуатаційних витрат внаслідок зменшення витрат на тех-
нічне утримання машин та їх ремонт;
-	скорочення витрат дороговартісних матеріалів - міді та електротехніч-
ної сталі і, відповідне, зниження вартості машини.
Тому, синхронному генератору не властиві ті недоліки, які є у генератора
постійного струму, але використання на тепловозах генераторів змінного
струму протягом тривалого часу гальмувалося відсутністю достатньо надій-
них потужних випрямлячів.
Розвиток напівпровідникової техніки дозволив розв’язати цю проблему, і
на початку 70-х років XX століття розпочався випуск тепловозів з передачами
змінно-постійного струму: Т3109 (1970 рік), 2Т3116 (1971 рік), ТЗП70 (1973
рік), ТЗП75 (1976 рік), 2Т3121 (1977 рік) та ін., які випускалися малими парті-
ями на експорт або являлися перехідними варіантами й на вітчизняних заліз-
ницях розповсюдження не отримали (Т3114, Т3116А, Т3129, Т3130 та ін.).
Але показовим є те, що проектування локомотивів йшло широким фронтом,
велися інтенсивні пошуки оптимальних технічних і конструктивних рішень.
К.к.д. тягової передачі змінно-постійного струму приблизно дорівнює
к.к.д. передачі постійного струму. Пояснюється це тим, що хоча синхронний
генератор має к.к.д. на 1,5-2 % вищий, ніж генератор постійного струму, до
енергетичного кола передачі змінно-постійного струму уведено новий еле-
мент - випрямну установку, к.к.д, якої т) = 0,98-0,985.
Роботі синхронного генератора разом з випрямною установкою властива
певна специфіка. Для зменшення пульсації випрямленої напруги, якою жив-
ляться тягові електродвигуни постійного струму, генератор оснащений двома
самостійними (незалежними) обмотками, одну з яких зміщено відносно іншої
на ЗО електричних градусів. Кожна обмотка приєднана до окремого трифаз-
ного випрямного моста. Випрямлячі на стороні постійного струму з’єднані
паралельно. Можливе й послідовне з’єднання випрямлячів.
90
Технічні характеристики вітчизняних тягових генераторів змінного стру-
му наведені в табл. 6.3.
'	Таблиця 6.3
Основні технічні характеристики тягових генераторів змінного струму [8, 9]
Тип генератора	Потужність, кВт	Напруга \ В	Струм*\ А	Частота обер- тання якоря, хв1	Маса, кг	На яких тепло- возах встанов- люється
ГС-501А	2000	600 535	2x1383 2x2270	1000	6000	Т3109,У300, Т3114, 2Т9116
ГС-501А	2190	535 290	2x1330 2x2350	1000	6000	Т3109.Т3114, Т3132, 2Т3116
ГС-501А	2800	580 360	2x1500 2x2400	1000	6000	ТЗП70,Т3129
ГС-501А	2800	580 366	2x1520 2x2400	1000	8200	2Т3121, 2Т3116А
ГС-504А	2800	575 350	2x1500 2x2480	1000	6500	ТЗП70, Т9120
ГС-515	1400	280 175	2x1540 2x2500	1000	5200	ТЗМ7
Примітка: } чисельник - тривалий режим при вищій напрузі генератора, знамен-
ник — те ж при нижчій напрузі генератора.
Виготовлювач — завод «Електроважмаш» (Україна, м. Харків)
Відомо, що в електричних передачах постійного та змінно-постійного
струму застосовується ще одна тягова електрична машина - тяговий електро-
двигун постійного струму з послідовним збудженням (так званий серієсний).
Ведуться роботи з застосування електродвигунів незалежного та змішаного
збудження, але поки що виключне використання на тепловозах електродви-
гунів послідовного збудження пояснюється тим, що їх характеристики в най-
більшій мірі відповідають умовам тяги поїздів, а саме:
-	при одному й тому ж значенні струму якоря початковий (пусковий) мо-
мент у них більше;
-	більш рівномірно поділяється навантаження між електродвигунами, що
працюють паралельно, та краще використовується зчіпна маса локомотива;
—	їм властива більш висока степінь електричної та механічної стійкості,
тому що ці машини менш чутливі до коливань напруги, що до них підводить-
ся, та навантаження.
91
Схема з’єднання (послідовне, паралельне або послідовно-паралельне)
обирається, виходячи з таких міркувань:
—	досягнення оптимальних значень напруги і струму генератора та елект-
родвигунів;
-	о гримання найбільшого коефіцієнта використання зчіпної маси локомо-
тива;
-	зменшення кількості комутаційної апаратури;
-	максимального спрощення монтажу;
-	підвищення надійності локомотива в експлуатації.
Відомо також, що тяговий електродвигун послідовного збудження має всі
переваги й недоліки, властиві електричним машинам постійного струму. Але
слід враховувати, що він має вкрай обмежені габаритні розміри та працює у
виключно тяжких умовах (великі динамічні навантаження, значна забрудне-
ність середовища, що його безпосередньо оточує, різкі зміни температур, ви-
сока вологість, тощо). Граничні параметри тягового електродвигуна обме-
жуються значенням добутку
Рдтах «Д=(1>1-13) Ю ,В Ахв-'.
(6.8)
Тому, якщо взяти, наприклад, идгаах =2320 хв 1 (табл. 6.2, тяговий електрод-
вигун ЗД-121Л тепловоза ТЗП70), то при звичайному опорно-рамному підві-
шуванні на візку можна принципово розмістити тяговий електродвигун поту-
жністю до /д ~600 кВт. Але реально поки при частоті обертання идтах =
2300-2400 хв 1 досягається потужність двигуна 7^тах” 415^435 кВт, що при
екіпажі секції тепловоза з шістьма колісними парами відповідає потужності
дизеля іля 2940 кВт. Для іепловозів більшої секційної потужності (по дизе-
лю) доведеться або застосовувати екіпажну частину з більшою кількістю колі-
сних пар, або суттєво ускладнювати конструкцію тягових електродвигунів
(робити зварні кістяки, застосовувати компенсаційні обмотки, тощо).
Елементарні розрахунки показують, що за інших рівних умов розміри та
маса електричної машини залежать від співвідношення між її струмом і на-
пругою. Якщо проаналізувати практику проектування та будівництва тепло-
возних тягових електричних машин, починаючи з післявоєнних (1945) років,
то можна помітити, що мінімальні розміри та масу генераторів потужністю
до 2000 кВт можна отримати, якщо максимальна напруга на колекторі георс-
тичи не перевищуватиме 800—950 В (практично всі тягові генератори остан-
92
ніх випусків мають напругу до 800 В - табл. 6.1 і 6.3). А тягові електродвигу-
ни, у яких оптимальне теоретичне значення максимальної напруги на колек-
торі не перевищує 800 В (а цс тягові електродвигуни реальною потужністю
до 150 кВт) не можна включати “на напругу генератора”, тобто паралельно.
Практично всі тягові електродвигуни останніх випусків мають напругу, яка
не перевищує 750 кВт (табл. 6.2). Тому для тепловозів невеликої секційної
потужності треба обирати послідовно-паралельне з’єднання тягових електро-
двигунів (як це було зроблено на тепловозах ТЗЗ, ТЗМ1,ТЗМ2 та ін.). В іс-
нуючих габаритах виконати тяговий електродвигун, розрахований на струм
900 А та напругу 800-950 В досить важко. Тому із збільшенням потужності
тепловоза для можливості її реалізації через тягові електродвигуни їх необ-
хідно включати паралельно, а зовнішню характеристику генератора «зверху»
(тобто по напрузі) обмежувати, що практично робиться автоматично, за до-
помогою спеціальних пристроїв. З точки зору кращого використання зчіпної
маси та експлуатаційної надійності тепловоза паралельне з’єднання тягових
електродвигунів є найбільш сприятливим. З іншого боку, із збільшенням кі-
лькості паралельних кіл збільшується кількість комутаційної апаратури. Од-
нак цей фактор не є визначальним при виборі схеми з’єднання тягових елект-
родвигунів.
6.4.	Електрична передача змінного струму
Електрична передача змінного струму є перспективною, але вивчена вона
поки що не всебічно. Існують різні схемні рішення такої передачі (рис. 6.1).
Найбільш перспективною можна вважати принципову схему б). За цією
схемою змінний струм постійної частоти, що виробляється синхронним гене-
ратором СГ, за допомогою випрямної установки В перетворюється на постій-
ний, а постійний у перетворювачі частоти шістьма автономними інверторами
ПЧІ перетворюється на змінний регулівноі частоти, яким живляться асинх-
ронні тягові електродвигуни з короткозамкненим ротором АД.
Переваги асинхронних тягових електродвигунів загальновідомі. Але за-
стосування на тепловозах тягової передачі змінного струму, не дивлячись на
давнє існування інтересу до цієї справи, стримувалося відсугністю надійних і
економічних перетворювачів частоти змінного струму з явно вираженою
ланкою постійного струму.
93
Рис. 6.1. Схеми електричної тягової передачі змінного струму:
Д- дизель; СГ -синхронний генератор; ПЧ-статичний перетворювач частоти;
В - випрямляч; ГІЧІ- перетворювач частоти з автономними інверторами;
АД-синхронні тягові електродвигуни
Справа в тім, що частоту обертання ротора асинхронного електродвигуна,
отже й моменту на його валу Л/д можна регулювати двома способами: змі-
ною частоти напруги живлення або кількості полюсів. Перший спосіб -
більш раціональний, але при ньому для стійкої роботи асинхронних електро-
двигунів з короткозамкненим ротором необхідно витримувати відоме спів-
відношення Костенка
£дк=Ль= (Еї,	(6.9)
Цй /с2
де 1,2 — умовні номери паралельно включених асинхронних тягових елект-
родвигунів;
С7д - напруга живлення електродвигуна, В;
/с - частота змінного струму, Гц;
Л/д — момент на валу електродвигуна, И-м.
З цього співвідношення виходить, що для того щоб витримувати однакові
моменти на валах електродвигунів, необхідно одночасно із зміною частоти
регулювати й напругу, при чому:
-	при Мд = соп8і - за законом —— - —— — соп$1;
Цц2 /с2
-	при М,.	= соп8( — за законом —— = —— .
Д	^д2	\/с2
Виконання таких умов не було можливим до початку 70-х років минулого
століття, коли рівень розвитку електронної техніки дозволив створити перет-
ворювач з необхідними параметрами. З цього часу розпочалося, спочатку
обережне, застосування багатофазних асинхронних тягових електродвигунів
94
на л ктровозах тепловозах. Завдяки появі статичних перетворювачів з не-
обхідними параметрами та здатністю одночасного регулювання частоти й
напруги стали можливими різні системи використання асинхронних тягових
електродвигунів (рис. 6.2).
Рис. 6.2. Класифікаційна схема можливих систем застосування
асинхронних тягових електродвигунів
У 1975-76 роках Ворошиловградським (нині Луганський) тепловозобуді-
вним заводом спільно з Харківським заводом «Електроважмані» (Україна) і
Талліннським електромеханічним заводом (Естонія) був створений макетний
зразок дослідного односекційного шестиосного тепловоза ТЗП120 потужніс-
тю по дизелю 2944 кВт з тяговою електричною передачею змінного струму.
На дизель-генераторі 2-9ДГ з дизелем 2-5Д49 встановлений тяговий агрегат
А711 з синхронним тяговим генератором ГС-504А потужністю 2800 кВт з
максимальною напругою 575 В і максимальним струмом 2х2480Л. Змінний
струм частотою 35—100 Гц, що виробляється тяговим генератором (статорні
обмотки якого з’єднані в “дві зірки”), перетворювався випрямною установ-
кою УВКТ-5 на постійний, який за допомогою перетворювача частоти ПЧТ-
ЗУ2 (з шістьма автономними інверторами ШИ-1БУ2, по одному на кожний
95
тяговий електродвигун) знов перетворювався на змінний трифазний (за схе-
мою рис. 7.1 б)), що регулювався по частоті від 0,2 до 120 Гц. Номінальна
потужність перетворювача становила 6х250 кВт. Асинхронні тягові електро-
двигуни 9Д-200 мали номінальну потужність по 380 кВт кожний, номіналь-
ний струм 415 А та максимальну фазну напругу 550 В, частоту обертання ро-
тора: максимальну 2460 хв-1, тривалого режиму 490 хв1, к.к.д. двигуна ста-
новив при тривалому режимі 90 %. Двигун мав масу 2390 кг.
На основі випробувань цього тепловоза були зроблені рекомендації щодо
побудови дослідного двосекційного тепловоза 2Т3120, але це так і не було
здійснено, а асинхронні тягові електродвигуни з короткозамкненим ротором
й досі не отримали розповсюдження на локомотивах. І лише зараз, з 1996 ро-
ку, Дніпропетровським електровозобудівним заводом і Українським науково-
дослідним інститутом електровозобудування спільно з фірмою «Сіменс»
(Німеччина) розгорнулися роботи зі створення електровоза ДСЗ з асинхрон-
ними тяговими електродвигунами.
6.5.	Вибір основних параметрів тягових електричних машин
Умови роботи тягових електричних машин локомотивів характеризують-
ся такими особливостями:
-	тягові генератори та елекгродвигуни працюють при змінних електрич-
них і механічних навантаженнях і в різних кліматичних умовах; оточуюче
середовище містить значну кількість пилу та вологи, коливання температури
атмосферного повітря досягають 100 °С: від -50 до +50 °С;
—	тяговий генератор і особливо тягові електродвигуни розміщуються в
дуже обмеженому просторі і на малих площадках, в умовах вібрації та знач-
них динамічних навантажень; в особливо тяжких умовах працюють тягові
електродвигуни, які нічим не захищені від агресивного впливу довкілля.
Тягові електричні машини повинні мати:
—	мінімальні габаритні розміри, масу, а також відносно невелику вартість
при високій експлуатаційній надійності;
—	високу стійкість до динамічних навантажень;
високу витривалість щодо різних змін струму в процесі експлуатації,
термостійкість і вологостійкість ізоляції;
ефективну систему вентиляції з захистом від проникнення бруду, пилу
та вологи;
96
-	можливо більшу кількість уніфікованих вузлів (складальних одиниць) і
деталей;
-	високу економічність.
Тягові генератори. Потужність тягового генератора Рг, кВт, визначається
з виразу:
— (*Хе — 2-^доп ) Лг'	(6.10)
де Лте - ефективна потужність дизеля, кВт;
2>УД0П ~ сумарна витрата потужності дизеля на привод допоміжного
устаткування, кВт; звичайно £ Удоп = (0,1 - 0,15).Уе ;
т|г — к.к.д. тягового генератора, приймається в межах т|г =0,93-0,95.
Максимальна напруга на затискачах тягового генератора становить
^гтпах =800-900 В для всіх схем з’єднання тягових етектродвигунів, крім
паралельного; для схем з паралельним з’єднанням тягових електродвигунів
-650-750 В.
1 Шал
Тривала (розрахункова) напруга тягового генератора 67г, В. визначається
за формулою
і/гоо =(0,625-0,715)^гтах.	(6.11)
З урахуванням габаритних обмежень рекомендується приймати коефіцієнт
саморегулювання тягового генератора кгс (діапазон зміни струму та напруги)
в межах гіперболічної частини його зовнішньої характеристики рис. 6.3
Лтпах _ ^гтах
Кге=7 ~~й
-‘ггпіп СГШ1П
Основні параметри генератора по струму та напрузі визначаються за
умови постійності його потужності Рг, кВт,
-З
Рг = 1/ГІГ 10 = сопзі;
(6.13)
(6.14)
Л'тіп
^гтах
^гтіп
(6.15)
9’
Ог тіл
г _ ^гтах
гтіп ~	>
кгс
Рис. 6.3. Теоретична зо-
внішня характеристика тя-
гового генератора:
1 - обмеження по напрузі;
2 - обмеження по максималь-
ній потужності дизеля; 3 - об-
меження по струму
(6.16)
^гтах
Цтш
(6.17)
Слід мати на увазі, що розміри генератора повинні відповідати можливо-
сті вписування тепловоза в габарит рухомого складу. Наприклад, для габари-
ту 1Т граничними є такі розміри генератора:
-	постійного струму: зовнішній діаметр статора 1600 мм, максимальний
діаметр якоря 1200 мм (при нормальному ряді діаметрів якоря £>я 660, 740,
850 і 990 мм);
-	синхронного: зовнішній діаметр статора 1600 мм; діаметр його розточ-
ки 1230 мм; діаметр якоря 1219 мм.
Ці дані неважко перевірити відповідними розрахунками. Якщо необхідно,
отримані результати перевіряються по заводських нормалях. Крім того, діа-
метр якоря £)я перевіряється на міцність при його обертанні з частотою, яка
відповідає максимальній частоті обертання колінчастого вала дизеля; окружна
швидкість якоря ґя, обчислена за формулою (6.3), не повинна перевищувати
70 м/с для генераторів постійного струму і 180-200 м/с для синхронного.
Основні розміри генератора - активна довжина якоря /я, м, та його діа-
метр £)я , м, пов’язані залежністю (див. формули (6.2-7.3))
98
2	_ 6,1103Рг
• сі —	’————— в
апп -^Дг
(6.18)
Для попередніх розрахунків рекомендується приймати:
-	для генераторів постійного струму: апп =0,68-0,72; /?д=0 65-
0,75 Вб/м2 (Тл); А = 5,0 1 04-5,5 -104 А/м;
-	для синхронних генераторів: а1ІП =0,72-0,74; В&= 0,62- 0,70 Вб/м2 (Тл);
Л=6,0 104-6,8 1 04 А/м.
Для генераторів потужністю понад 1000 кВт величина А може бути при-
близно обчислена за емпіричною формулою
Л=410
Гя+25
гя + ю
(6.19)
де величина Уя обчислюється за формулою (6.3). При цьому за умови меха-
нічної міцності кріплення обмоток у пазах якоря слід дотримуватися співвід-
ношення
71	1
60
<ГЯ <70 м/с.
71
(6.20)
Після узгодження вибору величин Ря і пу визначається активна довжина
якоря /я, м,
/я= 6’І'10/г.......	(6.21)
апн ^5 Л пу
Потім перевіряється можливість виготовлення тягового генератора за
співвідношенням
0,8-3,0,	(6.22)
яке впливає на величину маси машини. І Іайменша маса генератора виходить
при величині Пя//я =0,8.
Тепловозні генератори постійного струму звичайно виконуються восьми-
або десятиполюсними, синхронні - дванадцятинолюсними. їх розміри по ши-
рині (діаметру) обмежуються поперечними розмірами дизельною приміщення
тепловоза.
99
Тягові електродвигуни. Потужність на валу тягового електродвигуна
г_ Лд»
™Д
(6.23)
де - кількість тягових електродвигунів, підключених до тягового генера-
тора; при індивідуальному приводі колісних пар величина дорів-
нює кількості колісних пар, при груповому - кількості рушійних ко-
лісних пар, що приводяться одним тяговим електродвигуном;
т]д - к.к.д. тягового електродвигуна; приймається в межах т|д= 0,85-088.
Параметри тягового електродвигуна по струму та напрузі визначаються із
співвідношень	,	4 ОС 7дсо —	,	(6.24) тп І	- ^ГТПаХ .	/£ ПСЧ 4тах —	’	(6.25) тп ,	_ 4тт 4тіп _	’	(6.26) Цюо=	;	(6.27) тг V ^дтах =~——"і	(6.28) V ТТ	4тш ^дтт _	’	(6-29) тс
Де Адоо» Літах’ Літіп	- струм тягового електродвигуна відповідно при три- валому режимі, максимальний, мінімальний, А;
Д оо ’ <4 тах ’ Цц тіп	— напруга тягового електродвиїуна відповідно при тривалому режимі, максимальна, мінімальна, В;
	- кількість паралельних ланок у колах з’єднання тя- гових електродвигунів при підключенні до тяго- вого генератора;
тг Vі	- кількість тягових електродвигунів, з’єднаних пос- лідовно в одній паралельній ланці.
100
Потрібні конструктивні розміри якоря та магнітної системи тягового еле-
ктродвигуна залежать головним чином від величини моменту Л/д, що їм пе-
редається, тобто від потрібної сили тяги локомотива . Діаметр якоря елек-
тродвигуна та його активна довжина визначається подібно до того, як цс ро-
биться для тягового генератора, тільки величина магнітної індукції в повіт-
ряному зазорі приймається в межах 0,9-1,1 Вб/м2 (Тл), а лінійне
навантаження якоря - в межах 400- 600 А/см.
При визначенні габаритних розмірів тягового електродвигуна, які при
опорно-осьовому підвішуванні обмежуються діаметром колеса локомотива
та шириною колії, рекомендуються такі можливі границі для вибору параме-
трів електродвигуна у складі колісно-моторного блока (рис. 6.4); « = 130
150 мм, А =120—130 мм, с =18-35 мм, е= 15 мм.
Рис. 6.4. Схема розміщення
тягового електродвигуна у
складі колісно-моторного
блока:
1 - колісна пара; 2 - тяговий
електродвигун;3 - ведуча шес-
терня тягового осьового редук-
тора; 4 — ведене зубчасте колесо
тягового осьового редуктора;
5 — кожух тягового осьового
редуктора
Приймаючи певне значення зазору а між верхньою гранню головки рей-
ки та нижньою кромкою кістяка тягового електродвигуна, визначається мож-
ливий вертикальний габаритний розмір кістяка//, мм,
// = Д,-2д + 2е	(6.30)
і розмір цен тралі
л_тА~і ~гг)	(б.зі)
2
де т7 - модуль зачеплення, мм;
2, - кількість зубців ведучої шес герні тягового осьового редуктора;
22 - кількість зубців веденого зубчастого колеса тягового осьового реду-
ктора.
101
Практикою тягового електромашинобудування встановлені такі коефіціє-
нти кс співвідношення величин Н і І)я:
для чотириполюсної машини при восьмигранному кістяку

(6.32)
— для шестиполюсної машини при круглому кістяку

(6.33)
Після визначення з цих співвідношень можливого значення діаметра
якоря Ия робиться його уточнення відповідно до нормального ряду діамет-
рів Оя = 327; 368; 423; 493; 560...990 мм. Звичайно при £>к =1050 мм вихо-
дить /7тах =780 820 мм і £>ятах= 485-585 мм. З урахуванням раціонально-
го розкрою листів електротехнічної сталі при формуванні гіла якоря тягового
електродвигуна виходить значення Ря тах =493 мм.
З іншого боку, діамегр якоря £>я та частота його обертання перевіряють-
ся на допустимі максимальні значення:
Ок — 2а — 2е
п =—£-----------
кс
1000Гкрр
"дтах= 60кЛк ;
лдоо Уділах „ >
(6-34)
(6.35)
(6.36)
де |ір - розрахункове значення передаточного числа тягового осьового реду-
ктора.
Після всіх наведених вище контрольних розрахунків перевіряється мож-
ливість консгрукіивної реалізації тягового електродвигуна з визначеними
вище параметрами:
но максимальній лінійній швидкості на окружності якоря Иатах, м/с,
V =
гатах
^^я^дтах
~60~
<60 м/с;
(6.37)
< V
— г а дон
102
- по приведеному моменту електродвигуна Мдп, кВт/хв 1,
МдП=-------.	(6.38)
'7ДОО
Величина Л/дп повинна знаходитися в межах: для колії 1520 мм - 0,70-
0,78 кВт/хв 1, для колії 1435мм - 0,58-0,66 кВт/хв 1
Можна довести, що при ширині колії 1520 мм і опорно-осьовому підві-
шуванні тягового електродвигуна активна довжина якоря /ятах =460
495 мм. При плоскому укладенні провідників обмоток у пазах якоря ці розмі-
ри необхідно ще зменшити на 25-30 мм з урахуванням перегину півничків
колекторних пластин.
Після всіх цих розрахункових обґрунтувань робиться схематичне масш-
табне креслення, подібне до рис. 6.4, для взаємного погодження відповідних
розмірів рами візка і перевіряється величина А - відстань від нижньої кром-
ки кожуха тягового осьового редуктора до верхньої грані головки рейки:
4-2с)
Д= к- > --------'-> 120-130 мм;	(6.39)
^2~,772'22’	(6.40)
де т7 — модуль зачеплення — в основному приймається рівним 10 м, а іноді
11 мм.
6.6. Характеристики тягових електричних машин
Характеристики тягових електричних машин доцільно розглянули на
прикладі автономного локомотива — тепловоза, тому що на ньому окрім тяго-
вих електродвигунів є ще й тяговий генератор.
Теоретична зовнішня характеристика тягового генерагора зображена на
рис. 6.3. Вона відображує залежність напруги на його затискачах С/г від
струму /г з фізичними обмеженнями цих параметрів. У підрозділі 6.1. відмі-
чалося, що струм і напругу генератора не можна збільшувати безмежно. Ве-
личина максимальної напруги обмежена насиченням магнітного кола, темпе-
ратурою нагрівання обмоток збудження, діелектричною міцністю ізоляції га
іншими факторами.
103
Найбільша сила струму обмежена температурою нагрівання елементів
силового кола електричної схеми тепловоза та умовами комутації. Робоча ча-
стина характеристики за умови сталої потужності повинна мати характер, на-
ближений до рівнобічної гіперболи; вона обмежується лише потужністю ди-
зеля. Відповідно до цих обмежень гранична характеристика генератора має
три зони (див. рис. 6.3). З цього рисунку видно, що повна потужність дизеля
використовується лише в межах струмів і напруг, що належать гіперболічній
частині характеристики. При інших навантаженнях потужність дизеля по-
винна бути зменшена.
Але більш характеристичною при проектуванні часто опиняється інша
залежність - залежність відносної напруги генератора С7Г = £/г / [/го0 від від-
носного струму 7Г =/г //гоо. У даному випадку С/г і /г - поточні значення
напруги і струму. Така залежність носить назву “універсальна (безрозмірна)
характеристика генератора”. На цій характеристиці одночасно зображується
залежність к.к.д. генератора від його відносного струму г|г = / (/г ).
Справа в тім, що у електричних машин єдиного призначення з однаковою
системою збудження та однаковим використанням електричних і магнітних
матеріалів є певна подібність, яка висловлюється у близькому співпаданні їх
універсальних (безрозмірних) характеристик. Тому, щоб узгодити роботу
конкретного типу генератора з конкретним, тим чи іншим типом дизеля, і
побудувати граничну зовнішню характеристику, у попередніх проектних ро-
зрахунках може опинитися достатнім мати універсальну характеристику ге-
нератора. Така універсальна характеристика засновується на характерних для
даного типу генератора певних співвідношеннях напруг і струмів, а також
к.к.д. генератора за умови дотримання його постійної потужності та розрахо-
вується таким чином.
Потужність тягового генератора в тривалому режимі Ргоо , кВт,
— Пгоо = ^гоо Л’оо ' Ю >	(6.41)
Де Пгоо - к.к.д. тягового генератора в тривалому режимі;
^гоо - напруга генератора в тривалому режимі, В;
/гоо - струм генератора в тривалому режимі, А.
104
Залежно від режиму руху тепловоза струм генераіора може змінюватися
від значення /г= 0 до значення /г = /гтах . При цьому в діапазоні від /г= 0
до /г=/гтіп (зона обмеження по напрузі генератора) потужність дизеля
змінна, тобто = уаг, а в діапазоні від Іг = /гтіп до /г = /гтах постійна,
тобто 7Уе = соп«Д (зона 2 на рис. 6.3).
При зміні струму від /гтіп до /гтах
/г=^сПг=Ц-410"3>	(6.42)
де 7Уе, т|г, С/г, /г - поточні значення ефективної потужності дизеля, к.к.д.,
напруги і струму генератора відповідно.
Поділивши рівність (6.42) на рівність (6.41), отримаємо (з урахуванням,
шо в діапазоні струмів від /ггпіп до /гтя¥ N.. ® сопкі)
1 111111	І 111С1Л V*	'
Лгео ^ГОО
або
(6.44)
А
де иг =игІІ}Г(Хі, /г =/г//го0 , Цг = Пг/Лгоо~ Відносні безрозмірні значення
напруги, струму та к.к.д. гене-
ратора відповідно.
За виразом (6.44) будується універсальна (безрозмірна) необхідна зовні-
шня характерноїика іяі свої о генератора рис. 6.5 в зоні обмеження по макси-
мальній потужності дизеля. При її побудові значення /, = о, обира-
ються довільно, з рівним кроком (можна рекомендувати крок 0,1 або 0,2, до
максимальної величини 1,6 1,8) Відповідні до значень /г величини г|І по-
кажусь середні значення к.к д. для генераторів потужністю ві і 700 ю
2800 кВі. При цьому при /г=1 Ог =гЬоо.
Магнітна система генераіора розраховує ться на максимальну напругу
тах =(Ь5— 1,6)-С/гоо.
За цієї умови будується зовнішня характеристика генератора в юні обмежен-
ня по напрузі.
105
Величина С/Гоо
визначається по
обраному зна-
ченню £/гтпяу.
Оскільки тяговий
генератор пра-
цює на тягові
електродвигуни,
то величина
^гтах залежить
від кількості та
способу вклю-
чення (з’єднання)
тягових електро-
двигунів. Прак-
Рис. 6.5. Універсальна (безрозмірна) характеристика
тягового генератора
(пп - номінальна частота обертання якоря)
такою проектування тягових генераторів установлено, що найвигідніше значен-
ня £/Гтах становить: при послідовно-паралельному з’єднанні тягових електрод-
вигунів - 800-900 В, при паралельному 600-700 В. У цих випадках отримується
найменша питома маса електричної тягової передачі.
Паралельне з’єднання тягових електродвигунів забезпечує найкраще ви-
користання зчіпної маси локомотива та призводить до меншого зниження йо-
го сили тяги при одному несправному тяговому електродвигуні. Тому, не ди-
влячись на деяке збільшення кількості апаратів управління, для сучасних те-
пловозів слід рекомендувати тільки схему паралельного з’єднання тягових
електродвигунів. Ллє, щоб переконатися в цьому, слід розрахувати та зіста-
вити кілька варіантів з’єднання.
Універсальна (безрозмірна) характеристика тягового електродвигуна пос-
тійного струму. Потужність тягового електродвигуна при тривалому режимі
Рдоо, кВт, визначається з виразу
т
(6.45)
де т кількість тягових електродвигунів у схемі з’єднання.
Значення напруги С/д, В, і струму /д, А, тягового електродвигуна визна-
<аюіься по напрузі та струму тягового генератора відповідно до прийнятої
схеми їх з’єднання.
106
Універсальна характеристика тягового електродвигуна рис. 6.6 відобра-
жає залежність йд =/(7д), Л?д =/(7д), Л?д =/(7д) і Фд = /(7Д) при на-
прузі на затискачах електродвигуна (7Д = £/доо = СОП5І. При цьому:
7ц ~ 7ц/7цоо ’ '7Д = Пп/П№ » Мд - ^Тц/^Тдоо > *7ц - ^д/^доо >
де /д , /д і /доо ~ значення струму електродвигуна відносне, поточне і
при тривалому режимі відповідно, А;
йд, ид, идоо — значення частоти обертання якоря електродвигуна відно-
сне, поточне і при тривалому режимі відповідно, хв'1;
Л/д, Л/д і Мдоо - значення крутячого моменту на валу якоря відносне,
поточне і при тривалому режимі відповідно, Нм;
фд, Фд і Ф о° — значення магнітного потоку відносне, поточне і при
тривалому режимі відповідно, Вб.
У дійсності напруга на затискачах тягового електродвигуна змінюється
відповідно до характеру зміни напруги тягового генератора. Значення крутя-
чого моменту електродвигуна Мд практично не залежать від напруги. Тому
на змінну напругу перераховується тільки залежність йд = /(7ц)- При цьому
береться до уваги, що частота обертання ид приблизно пропорційна до вели-
чини напруги (7 Тому перерахунок можна виконувати за наближеною фо-
рмулою:
77 д ~ 77 ду 77 ~ 77 ду^ »	(6.46)
77 гу
де йд - відносне значення частоти обертання якоря тягового електродвигуна
при відносному значенні напруги (7, яке визначається за універса-
льною характеристикою тягового генератора;
йлу - відносне значення частоти обертання якоря тягового електродвигу-
на, що береться з його універсальної характеристики, йду=1.
Для розширення діапазону зміни величин і нд, у якому потужність дизеля
використовується повністю, або для зменшення маси тягового генератора
при заданому діапазоні зміни величин Л/д і ид застосовується ослаблення
магнітного поля тягових електродвигунів.
107
Рис. 6.6. Універсальні (безрозмірні)
характеристики тягового електрод-
вигуна при повному магнітному
полі
Для отримання залежностей
"д=/Рд) ‘ ^д=/(Лі) в режимі
ослаблення магнітного поля необ-
хідно знати величину коефіцієнта
ослаблення поля яка визначається
таким чином.
1.	Знаходиться відносне значен-
ня максимальної частоти обертання
й. тах , при якому використовується
повна потужність дизеля
-	_ Лдтах
,7дтах ,7доптах	»	(6-47)
лД°о
де йдопгпах - максимальне відносне
значення частоти обертання якоря
тягового електродвигуна при даному
степені ослаблення поля.
2.	По графіку йд=/(/д) для
значення струму /ДГП1П знаходиться
відносна величина ядппгпах в режимі повного поля тягових електродвигунів
(в індексі “пп” означає “повне поле”) та при повному використанні потужно-
сті дизеля; величина /дтіп при цьому визначається з універсальної характе-
ристики тягового генератора.
3.	По графіку намагнічування електродвигуна Фд = /(/д), рис. 6.6, зна-
ходиться значення відносного магнітного потоку Фдг1птіп в режимі повного
поля при струмі якоря Літіп .
4.	Обчислюється значення відносного магнітного потоку електродвигуна
Фдоптіп в режимі ослабленого поля при значенні відносного струму якоря
/дтіп’ 11РИ однакових значеннях відносних напруги та струму тягового елек-
тродвигуна частота обертання якоря ид буде приблизно обернено пропорцій-
ною до відносного значення магнітного потоку, тобто
108
^доп тах ~ пп тіп
лдіштах ^доптіп
(6.48)
звідки
Фдоп тіп
;	,7д пп тах
д пп тіп —
Адептах
(6.49)
5.	По значенню відносного магнітного потоку Ф 1оптіп і кривій намагні-
чування (рис. 6.6.) знаходиться значення відносного струму електродвигуна
Адопшіп ПРИ частоті обертання якоря йдОПтах в режимі ослабленого поля.
6.	Наприкінці обчислюється величина коефіцієнту ослаблення поля
доптіп
(6.50)
дтт
За умови нормальної комутації значення повинне бути не менше 0,2. Якщо
ап <0,5, то необхідно вибрати (розрахувати ще один) проміжний степінь
ослаблення поля.
Залежність йдоп = /(/д) в режимі ослабленого поля будується за спів-
відношенням
_	_ ФДПП
77ДОП ~ ЛДПП ф •	(6.51)
фдоп
Задаючись значеннями /д, можна визначити /доп = /д-ап після чого по
значеннях 7д і /доп та кривій Фд = /(/д) знаходяться значення Фдпп і
Фд н, а по кривій й" пп = /(/д) Для значення струму /д визначається зна-
чення ЙДІІП. Підставляючи отримані значення лдпп, ФДПп і ^доп У формулу
(6.51), можна обчислити величину лдоп.
Крутячий момент електродвигуна Л/д пропорційний до струму якоря /д
та магнітного потоку Фд. За умови /доп = ^дпп буде справедливим співвід-
ношення
^доп ~ ФДОІІ ,	(6.52)
А^ДПН ^дпп
109
звідки
^оп«А7дпп5^.	(6.53)
^дпп
За виразом (6.53) розраховується та будується залежність Л/доп =
= /(/д) в'рсжимі ослабленого поля.
Для вибору оптимальних режимів роботи тягового електродвигуна слід
враховувати залежність його к.к.д. г|д (як на валу якоря, так і приведеного до
обода колеса локомотива) від струму /д та степеня ослаблення магнітного
поля ап. У попередніх розрахунках встановити таку залежність можна на пі-
дставі узагальненої залежності відносного к.к.д. г|д = Лд/Лдоо ВІД струму
7Д = кс7ДО0 і степеня ослаблення магнітного поля ап (рис. 6.7, [16]). У наве-
дених вище виразах т]д - поточне значення к.к.д. електродвигуна, т|до0 - те
ж при тривалому режимі; 7Д - поточне значення струму електродвигуна, кс
- коефіцієнт струму; як видно з рисунку, величина цього коефіцієнта знахо-
диться в межах кР= 0,4-1,6.
Наведені на рис. 6.7 графіки залежності г[д = /(ап, 7ДОО) передбачають
використання тягового електродвигуна в режимі ослабленого поля при ап >
0,36, що, як відомо, робиться для вантажних тепловозів. Відомо також, що
коли один і той же тяговий електродвигун використовується на пасажирсь-
кому тепловозі, то застосовується так зване поглиблене ослаблення поля до
степеня ап «0,25.
Реальна зовнішня характеристика тягового генератора також, як і теоре-
тична, відображує залежність напруги генератора ІУГ від його струму 7Г, але
в чис льному вигляді. Вона може бути отримана шляхом перерахунку та пе-
ребудови універсальної характеристики генератора на підставі вихідних да-
них проектування локомотива таким чином (на прикладі генератора постій-
ного струму).
Знаходиться необхідна потужність генератора при гривалому режимі Ргоо,
кВт,
— ^еЛгооРдоп •	(6 54)
ПО
Рис. 6.7. Графіки залежності відносного к.к.д. тягового електродви-
гуна від коефіцієнта ослаблення магнітного поля і струму якоря
При цьому величина г|Г00 може бути прийнята в межах 0,93 0,95, а величина
|3	- визначена з вираіу
*с-2>до..
до" ~ N.
(6.55)
де £7УДОІІ — витрати потужності дизеля на привод допоміжних агрегатів,
кВт; аналіз багатьох систем приводи допоміжних аїрегатів
свідчить, що величина £^дои коливається в межах 8 12%
від ефективної потужності дизеля /Уе .
Визначається напруга генератора при тривалому режимі Ц. ,,, В,
Цг тах
^г тах
^гоо ~
(6.56)
Величина 6/гіпах У попередніх розрахунках може бути прийнята: для гене-
раторів потужністю 700 2800 кВт - в межах 700 950 В, а величина (У, гпах ви-
значається по універсальній характеристиці генератора у такому порядку.
Спочатку знаходиться відносне значення максимальної швидкості руху
тепловоза Гтах,при якій використовується повна потужність дизеля
тих
тах
(6.57)

III
де Ипіах - максимальна швидкість руху тепловоза, км/год; для магістральних
тепловозів ґпіах ~ Кк (причому величина конструкційної швидкос-
ті І'к задається у вихідних даних на проектування); для маневро-
вих тепловозів ґтах = (0,6 - 0,8) Ик;
Гоо —швидкість локомотива при тривалому режимі (розрахункова),
км/год; - також наводиться у вихідних даних.
Для знайденої величини Йтах но кривій нд = /(/д універсальної харак-
теристики тягового слекіродвигуна рис. 6.6, зважуючи на тс, що ґ = йд, для
максимального значення ослаблення магнітного поля апіах визначається ве-
личина і х = /д//до0, при якому використовується повна потужність дизеля.
Для отриманої величини /д по універсальній характеристиці тягового гене-
ратора рис. 6.5 знаходиться величина (Уггпах, яка підставляється у вираз
(6.56) для визначення величини (7ГОО.
Струм генератора при тривалому режимі /гоо , А, знаходиться з виразу
І03Дсс.
(6.58)
У І ОС'
Після цього параметри універсальної характеристики перераховуються на
дійсні (реальні). Для цього беруться послідовно кілька значень /г (з кроком
0,05 0,1), які перераховуються на реальні значення струму /г за формулою
/г = /г-4оо.	(6.59)
Таким чином, отримуються поділки осі струму (осі абсцис) майбутньої зов-
нішньої характеристики генератора.
Подібно до наведеного виїде визначаються дійсні (реальні) значення на-
пруги генератора С/г, В, за формулою
(6.60)
після чого в системі координат Іг~иг будується зовнішня характеристика
генератора 6/г = /'(/г) — крива 2 па рис. 6.3. Па побудовану характеристику
наносяться обмеження по напрузі (лінія 1) га по струму (лінія 3)
112
Отримана реальна зовнішня характеристика генератора є граничною, то-
му що вона розраховувалася за умови повного використання номінальної
ефективної потужності дизеля.
Електромеханічні характеристики тягового електродвигуна відображують
залежності ид=/(/д,ап), Л/д=/(/д,ап) і г|д =/(/д, ап). Іноді до них
додається ще й залежність 1/д=/(/д . Елекгромеханічн характеристики
отримуються шляхом розрахункового перетворення універсальної (безрозмі-
рної) характеристики тягового електродвигуна, що викопується в такій пос-
лідовності (на прикладі електродвигуна постійного струму послідовного збу-
дження при аГІ =1).
Спочатку визначається потужність електродвигуна при тривалому режимі
за формулою (6.45), а після цього - сила тяги на ободах коліс одного колісно-
моторного блока (КМБ) при тривалому режимі Едо0, кН,
доо
(6.61)
причому величину цдоо можна приймати в межах 0,85-0,92.
Визначається крутячий момент електродвигуна при тривалому режимі
Л/Д00,кНм,
(6.62)
Лм
де £>к	— діаметр колеса локомотива, м, (за проектним завданням);
п	— передаточне число тягового осьового редуктора, що ви-
значається спеціальним розрахунком і реалізується як
відношення кількості зубців гк веденого зубчастого ко-
леса до кількості зубців 21п ведучої шестерні, тобто
Ер = 2к/2ш ’
Т|м ~ 0,97—0.98 — к.к.д. зубчастої пари тягового осьової о редуктора.
Обчислюється частота обертання якоря тягового електродвигуна при три-
валому режимі /7Д00 , ХВ ’,
113
Пл^ = «ділах 7Г2-’	(6-63)
'тах
ле п - максимально допустима частота обертання якоря електродвигуна
• за умови механічної міцності кріплення обмоток у пазах якоря;
приймається за технічними даними обраного електродвигуна, а у
попередніх розрахунках - в межах 2200-2300 хв 1.
Як відмічалося вище, для магістральних тепловозів Ктах — ¥к, для маневро-
вих итах =(0,6-0,8)Кк.
Знаходиться струм якоря електродвигуна при тривалому режимі /до0, А,
з виразу
Доо
/д —>	(6-64)
де т - кількість електродвигунів при паралельному їх з’єднанні; при послі-
довно-паралельному - кількість паралельних ланок (приймається за
проектним завданням).
За графіком рис. 6.7 визначаються величина відносного к.к.д. електродви-
гуна т[д =г1д/г1доо (Д-1151 повного поля - ПП, ап = 1) для різних значень від-
носного струму електродвигуна /д = /д//доо (від 0,4 до 1,6 з кроком 0,1-0,2).
Отримані значення т|д перераховуються на дійсні (реальні). При цьому дійс-
ні величини струму якоря електродвигуна визначається за формулою
(д ~ (д ‘ ^доо?	(6.65)
а відповідні величини к.к.д. - за формулою
Пд=Пд Пдсо-	(6.66)
При цьому величини тідоо (для повного поля ПП, апп =1) приймаються в
межах 86—92 %. Аналіз характеристик багатьох типів тягових електродвигу-
нів дозвеляє вважати, що відповідні значення Т|до0 для першого степеня
ослаблення магнітного поля ОШ можна приймати на 1,5-2,0% більші, ніж
для повного поля ПП, а для другого степеня ОП2 - на 1,0-1,5 % вище, ніж
для першого степеня ОП1.
114
у попередніх розрахунках, за відсутністю необхідних даних, величину
Пдоо залежно від потужності тягового електродвигуна можна орієнтовно
приймати за ірафіком рис. 6.8, [16]. Цей графік, побудований для тягових
електродвигунів тепловоза та електровоза, може бути корисним для зістав-
лення з виконаними вище розрахунками величин г} .
М& Пі
Рис. 6.8. Графіки залежності к.к.д. тя-
гового електродвигуна від потужнос-
ті при тривалому режимі:
1 - для тепловозного електродвигуна;
2 - для електровозного електродвигуна
Рис. 6.9. Електромеханічні харак-
теристики тягового електродвигуна:
1	- для повного поля ПП, ап =1;
2	- ОП1; 3 - ОП2. (У ТЕД електровоза
може бутті до шести ступенів ослаблен-
ня поля)
Після цього для кількох, взятих з певним кроком 0,1-0,2, значень /д, за
універсальними характеристиками електродвигуна для повного поля ГІП,
апп=Ь розраховуються ряди значень: /д=/д-/до0, пп= пц-
= М	ц = цл • т|поо, за якими будуються електромеханічні харак-
теристики тягового електродвигуна для повного поля ІII І, аІНІ = 1. Аналогіч-
но перераховуються електромеханічні характеристики для першого степеня
ослаблення поля ОП1 та, якщо необхідно, для другого 0112. Побудовані еле-
ктромеханічні характеристики мають вигляд рис. 6.9.
115
6.7. Вибір параметрів колісно-моторного блока та його характерис-
тики
У конструкції колісно-моторного блока вал якоря тягового електродвигу-
на з’єднано з віссю колісної пари через постійну зубчасту передачу, яка має
передаточне число р. = 22/^1 - При заданих величинах потужності тягового
електродвигуна і силі тяги колісно-моторного блока зміна величини переда-
точного числа відбивається на величинах потрібного моменту електродвигу-
на Л/ та частоти обертання його якоря ид: збільшення значення ц зменшує
потрібну величину Л/д і збільшує частоту обертання лд, причому маса елек-
тродвигуна зменшується і навпаки, зменшення значення ц збільшує потрібну
величину Л/д, масу машини та зменшує частоту обертання ид.
Швидкість руху локомотива V, км/год, при цьому пов’язана з частотою
обертання колісної пари пк, хв-1, співвідношенням
60л£)к пк
1000
(6.67)
де £)к - діаметр колеса локомотива, м;
пк — частота обертання колеса локомотива, хв-1;
а частота обертання колеса локомотива пов’язана з частотою обертання тяго-
вого електродвигуна співвідношенням
Пп
пк= — .	(6.68)
При попередніх проектних розробках розрахункова величина передаточ-
ного числа |ір знаходиться за умови забезпечення заданої розрахункової
швидкості локомотива Кр =
^=0,1884^^1,	(6.69)
*к
причому величина Ок підставляється в м, ило0 - у хв-1,	- у км/год.
Але розрахункова величина |ір повинна дозволяти локомотиву досягти
максимальної швидкості руху не меншої, ніж конструкційна ґк,при величині
Лд, що не перевищує максимально допустиму идтах за умови комутації, ме-
ханічної міцності конструкції якоря тягового електродвигуна та ін. Тому у
попередніх розрахунках приймається: для електродвигунів постійного стру-
му идтах— 2200-2300 хв , для асинхронних електродвигунів	2390-
2870 хв1 при дотриманні нерівності
Гк<0,1884Як^.	(6>70)
М-р
Зубчасту передачу доводиться вписувати в обмежені габаритні розміри
при заданій міжцентровій відстані (централі) А (рис. 6.4). Ці обставини сут-
тєво утруднюють вибір її оптимальних параметрів. Тому для підвищення
працездатності зубчастої передачі застосовуються різні заходи; використо-
вуються високоякісні леговані сталі для виготовлення зубчастих коліс, флан-
кування, коригування зубців, контурне загартування робочих поверхонь, зу-
бчасті колеса з пружними елементами та ін. Окремо слід виділити застосу-
вання косозубчастих коліс, але це можливо лише при двосторонній передачі
(електровози), тому що зусилля вподовж осі колісної пари, що виникають у
зачепленні, при такій передачі взаємно компенсуються, а при односторонній
передачі (тепловози) для цього доводилося б уводити якийсь додатковий
осьовий компенсатор, що ускладнило б і без того достатньо щільно укомпле-
ктовану у вкрай обмеженому просторі конструкцію колісно-моторного блока.
Але найбільш ефективним заходом, що забезпечує належну компактність
передачі без зниження її надійності залишається відомий метод корекції зуб-
ців. Якщо некориговані шестерні, зубці яких нарізані стандартним інструме-
нтом, мають мінімальну кількість зубців £] = 17, то при позитивній корекції
ця кількість може бути доведена до 6.
Розрахунки та досить тривала практика використання на тепловозах і
електровозах зубчастих осьових редукторів свідчать, що за умови необхідної
міцності з’єднання зубчастої шестерні з. валом якоря тягового елекгродвигу-
на зубців на ній повинно бути не менш ніж 14. Сумарна кількісіь зубців зуб-
частої передачі 2^ повинна бути
= 2\ + ^2 - (Рр +•	(6-71)
Для редуктора пасажирського локомотива сумарна кількість зубців може бу
ти попередньо оцінена за формулою:
117
г-£=(2Л-т£)
1
т7
(6.72)
де Л - довжина централі, мм;
т£ - модуль зачеплення, мм.
модуль зачеплення приймається рівним 9-11 мм при крутячому моменті на ко-
лісній парі що не перевищує 20 кН м; при більшому крутячому момент, модуль
зачеплення збільшується до 11-12 мм. Модуль тг = 11 мм застосовувався та-
кож на деяких локомотивах випуску 40-50-х років минулого століття.
Параметри тягових осьових редукторів найбільш типових локомотивів пі-
зніших випусків наведені в табл. 6.4 (для зубчастих передач електровозів з
косозубими шестернями га колесами в таблиці вказані нормальні модулі).
Таблиця 6.4
Параметри тягових осьових редукторів локомотивів [4]
Серія локомотива	Передаточ- не число редуктора, Вр	Кількість зубців		Модуль зачеплення мм	Довжина централі А, мм
		ведучої шестерні, 2\	веденого зубчастого колеса, ^2		
1	2	3	4	5	6
ТЗЗ, М62, 2М62, ТЗМ1	4,41	Тепловоза 17	і 75	10	468,8
2Г310М, 2Т3116, ТЗМ20	4,53	15	68	10	468,8
213121	4,32	22	95	10	595
131160	2,32	31	72	10	520
ТЗП70 , ТЗП75	3,12	25	78	10	520
ЧМ 32,ЧМЗЗ,ЧМ35 					—	Г 5,07	15	[	76	10	—
ВЛ8 О Т11 А ТА ти і	«	Е 	3,90	лектровози 21	82	10	.—
нл ю, влц, дзі П ПАЛ п пал		3,82	23	88	10	617,5
плой, пЛоОк В ТІ80 П пйл,-	—	3,82	23	88	10	617,5
оЛбІІк ВЛ80т ППйЛь-	4,63	19	88	10	594
17-ЛоІ/К, ВЛ82 ВЛХ7іи				4,19	21	88	10	594
	3,38	26	88	10	594
118
Продовження табл. 6.4
1	2	3	4	5	6
ЧС2	1,75	44	77	12	726
ЧС7	1,73	45	78	12	
ЧС4, ЧС8	2,64	28	74	12	—
Примітка: ^тепловоз ТЗМ2 має редуктор з модулем зачеплення т7 = 11мм,
2) починаючи з №008
Геометричні параметри шестерні та зубчастого колеса, а також коефіціє-
нта зміщення (корекції) визначаються згідно з чинним стандартом. Поперед-
ньо для нормального вихідного контуру зубців згідно зі стандартом вибира-
ються такі параметри:
-кутпрофілю а ........................................20°
-	коефіцієнт висоти головки к'а........................1
-	коефіцієнт граничної висоти Л/.......................2
-	коефіцієнт радіального зазору с ....................0,25
При формуванні тягового осьового редуктора разом з кожухом повинні
бути витримані такі співвідношення (на прикладі односторонньої зубчастої
передачі, рис. 6.10)
б/2<є/к-284,	(6.73)
де	64 =	+ 62 + 83.	(6.74)
Ширина зубчастого колеса
Ьк<^-Вд-^ЬІУ	(6.75)
де ІУ& - відстань між внутрішніми гранями бандажів коліс колісної пари;
Вд - довжина кістяка тягового електродвигуна;
(6.76)
де Ь\ — відстань між внутрішньою гранню бандажа колеса локомотива та
ближньою кромкою зубчастого колеса редуктора;
/?2 - відстань між кістяком тягового електродвигуна і ближньою кром-
кою зубчастого колеса редуктора;
—	відстань між кістяком тягового електродвигуна та внутрішньою
гранню бандажа колеса локомотива з боку, протилежною тяговому
осьовому редуктору (на рис. 6.10 не показана).
119
Рис. 6.10. Схема формування тягового
осьового редуктора (з кожухом) вер-
тикальному та горизонтальному на-
прямках
Після взаємного узгодження
наведених вище параметрів, з ме-
тою найбільшої можливої уніфі-
кації консгрукціи, обирається
конструктивний зразок колісно-
моторного блока з числа тих, що
добре себе зарекомендували в
експлуатації, мають хороші пока-
зники динаміки та надійності.
Стосовно до обраного конс-
труктивного зразка колісно-
моторного блока попередньо ви-
значена величина передаточного
числа цр перевіряється на відпо-
відність потрібним параметрам тягового режиму проектного локомотива.
Вихідними даними для перевірки служать такі параметри тягового режи-
му, передбачені технічним завданням на проектування:
-	діаметр колеса локомотива , м;
-	розрахункова дотична сила тяги локомотива (дотична сила тяги при
- тривалому режимі) (У'К№), кН;
-	кількість тягових електродвигунів т ;
-	розрахункова швидкість локомотива (швидкість тривалого режиму)
Гр (Ко), км/год;
-	конструкційна швидкість локомотива , км/год;
-	параметри обраного тягового електродвигуна: потужність Рд, кВт,
максимально допустима частота обертання якоря идтах , хв ’; частота обер-
тання якоря при тривалому режимі яд сг?, хв .
Перевірка величини передаточного числа цр здійснюється у такій послі-
довності.
Визначається величина передаточного числа у першому наближенні ці
2Л/ДОС
(6.77)
120
Дс Рцоо	доіична сила іяіи на ободі коліс одного колісно-мої орного блока
при тривалому режимі, кН;
А^доо крутячий момент на валу якоря тягового електродвигуна при три-
валому режимі, кИ-м.
Величина Гдоо визначається з виразу
р
г 1 коо
7доо=------,	(6.78)
пі
а величина А/Доо з виразу
Чіоо =9-5 — -	(6.79)
Лдоо
Отримана величина перевіряється по найбільшій допустимій частоті
обертання якоря тягового електродвигуна л?д тах , хв ’, для чого спочатку ви-
значається частота обертання коліс локомотива лктах, хв ’, при конструк-
ційній швидкості Ик, км/год,
1000- Ук
тах ~	77 »	(6.80)
60 -КІР
їх
а потім визначається величина передаточного числа редуктора у другому на-
ближенні
л/дтах
їй =-------
лк тах
(6.81)
за умови, що при конструкційній швидкості локомотива частота обертання
якоря тяювого електродвигуна не буде перевищувати допустиму.
З двох наближень р.| і Ц2 обирається менше значення, що, по-перше, за-
довольнить обидві зазначені вище умови, а, по-друге, забезпечить більш впе-
внені гарантії розміщення конструкції редуктора з кожухом в межах нижньої
частини габариту рухомого складу (див. рис. 6.10).
Остаточно розрахункове передаточне число Цр визначає гься за умови,
що довжина централі А , мм, у порівнянні з обраним конструкційним зразком
колісно-моторного блока залишилися незмінною. Для цього при прийнятій
довжині централі А і модуля зачеплення т7 визначається загальна кількісіь
121
зубців ТЯГОВОГО ОСЬОВОГО редуктора , а потім кількість зубців ведучої шес-
терні 2| і веденого зубчастого колеса Ці параметри тягового осьового ре-
дуктора зв’язані між собою рівнянням
л_(21 + 22) "’г
/1 — — ------------------
2	2
(6.82)
Величина передаточного числа цр визначається розв’язанням системи рівнянь
21 + 22 ~
— - Ці або Ц2 (тс, Щ° менше),
Л
(6.83)
де — загальна кількість зубців тягового осьового редуктора обраного конс-
труктивного зразка колісно-моторного блока; якщо А - довжина
централі цього зразка, а т2 - його модуль зачеплення, то з виразу
(6.82) виходить

2А
т2
(6.84)
Величина визначена за цим виразом, підставляється до першого з рів-
нянь системи (6.83), яка після цього отримує остаточний для розв’язання вигляд
(6.85)
— = Ці або Ц2 (тс> п1° менше).
Отримані у розв’язку цієї системи величини 7] і 22 округляються до ці-
лочисельних розрахункових значень 2|р і 22р. Бажано, щоб одна з них була
непарною (для кращих умов роботи зубчастого зачеплення).
Після цього остаточно визначається величина рр
(6.86)
Відповідно до отриманої величини цр перевіряються:
- величина лдтах за формулою
122
,7дтах
,7ктах —	»
Рр
(6.87)
величина за формулою
,	2Л/доо • р.р
кр=—5—;
к
(6.88)
Д =
>120-130 мм,
(6.89)
25 мм.
При цьому отримана величина пдтах не повинна перевищувати допус-
тим) для обраного тягового двигуна, а величина /\.р повинна відповідати
проектному завданню.
Електротягові характеристики колісно-моторного блока (КМБ). Ці харак-
теристики іноді називають електромеханічними характеристиками тягового
електродвигуна, приведеними до обода колеса локомотива.
Як було показано вище (підрозділ 6.5 і рис. 6.4), тяговий електродвигун
на тепловозі (і електровозі) працює у складі колісно-моторного блока. Крутя-
чий момент з вала якоря електродвигуна через зубчасту пару тягового осьо-
вого редуктора з передаточним числом передається на колісну пару ло-
комотива, яка в контакті свого обола з рейкою реалізує крутячий момент,
трансформу ючи його на дотичну силу тяги, а частоту обертання - на швид-
кість ру'ху локомотива. Таким чином, у колісно-моторному блоці здійснюєть-
ся перетворення обертальних параметрів Л/д і пд на лінійні Гд і Г відпові-
дно, на ободах коліс.
Тому зрозуміло, що електромеханічні характеристики тягового електрод-
вигуна “приводяться" до ободів коліс колісної пари через параметри тягового
осьового редактора та обертання колісної пари. Такі приведені характеристи-
ки мають назв\ «електротягові характеристики колісно-моторного блока».
Вони графічно відображають залежності Г = /(/д,ап); /7д = /(/д,ап і
Пд = г (/д,ап). Перетворювання електромеханічних характеристик на едек-
тротягові (якщо колісно-моторний блок вже сформований і передаточне чис-
ло тягового осьового редуктора визначено) здійснюється таким чином.
В межах діапазону струмів осі абсцис електромеханічних характеристик
прийнятого для проекту тягового електродвигуна вибирається ряд значень
струму (з кроком 50-200 А). Для вибраних значень струму по кривих
"д =/(/Д’ап); мд=/(7д’ап); 11д=/({д’ап) електромеханічних харак-
теристик тягового електродвигуна (рис. 6.9) визначаються ряди відповідних
значень ид, Л/д, г|д спочатку для повного поля ПП, а потім-для ОП1 і ОП2.
Значення нд перераховуються на значення V за формулою
бОл/Х
-----—п
1000рр д
(6.90)
а значення М„ - на значення /•' за формулою
2Цп
(6.91)
Значення т|д зменшуються з урахуванням механічного к.к.д. тягового осьо-
вого редуктора і отримуються нові значення к.к.д. на ободі колеса
Пб^Пд’Пм-	(6-92)
Після цього в єдиній системі координат будуються графіки залежностей
* ”/(7д’ап)’ ^д=/(/д,ап), г1б=/(^д,ап для повного поля ПП, а та-
кож для ОП1 і ОП2. Побудовані електротягові характеристики за характером
кривих подібні до електромеханічних рис. 6.9.
На отриманих графіках обов язково вказуються величини Г)к і р для
яких розраховувалися електротягові характеристики - без зазначення цих ве-
личин характеристики не дійсні.
124
7.	ГІДРАВЛІЧНІ ПЕРЕДАЧІ
7.1.	Принцип дії, класифікація та основні вимоги до гідравлічних
передач
Принцип дії гідравлічної передачі заснований на передачі обертального
моменту (потужності) дизеля до рушійних колісних пар тепловоза через ріди-
ну, що циркулює в замкненому об’ємі. Дизель передає енергію гідравлічному
насосу, який подає її під тиском до гідравлічного двигуна(гідромотора або гід-
ротурбіни). Гідравлічний двигун зв’язаний з рушійними колісними парами те-
пловоза через систему шестерень та карданних валів. Жорстокий механічний
зв’язок між валом дизеля та колесами тепловоза при цьому відсутній.
Таким чином, у гідравлічних передачах відбувається подвійне перетво-
рення енергії: спочатку механічна енергія обертання колінчастого вала дизе-
ля в гідравлічному насосі передається рідині та перетворюється на її статич-
ний тиск або кінетичну енергію, а потім у гідравлічному двигуні (гідромоторі
або гідротурбіні) знов перетворюється на механічну енергію, але вже обер-
тання колісних пар.
У цьому відношенні можна провести деяку аналогію з електричною пере-
дачею, де енергія також перетворюється двічі: тяговий генератор за рахунок
механічної енергії дизеля виробляє електричну енергію, яка, в свою чергу,
перетворюється тяговими електродвигунами знов на механічну та передаєть-
ся до рушійних колісних пар. Отже, рух рідини в гідравлічній передачі відіг-
рає роль електричного струму в електричній передачі. Відсутність в обох ви-
падках безпосереднього зв’язку колінчастого вала дизеля з рушійними коліс-
ними парами локомотива полегшує регулювання передаточного числа між
ними та дозволяє змінювати його в певних межах плавно.
Гідравлічні передачі поділяються на два основні типи: гідростатичні
(об’ємні) та гідродинамічні.
У гідростатичній передачі енергія передається за рахунок високого тиску
рідини при незначних її витратах (швидкостях). Гідравлічний насос і гідрав-
лічний двигун (мотор) у таких передачах виконуються у вигляді поршневих
або роторно-лопатевих машин, у яких об’єм змінюється примусово (за допо-
могою поршнів або лопатей). Гідростатичні передачі не знайшли застосуван-
ня в якості силових (тягових) з-за різних технічних труднощів, що виникають
при передаванні великих потужностей (великі втрати на тертя, наявність ви-
токів рідини при великих тисках та ін.). Однак такі передачі невеликої ноту-
125
жності застосовуються для привода допоміжних агрегатів тепловозів (напри-
клад, вентиляторів холодильників на тепловозах ТЗП60, ТЗІІ70, ТГ16).
В якості тягових на тепловозах майже виключно застосовуються гідроди-
намічні передачі, в яких використовується кінетична енергія рідини, що цир-
кулює в замкненому постійному об’ємі. В якості робочої рідини застосову-
ється веретенне масло АУ, а також веретенне 2 або 3, турбінне 22П з присад-
кою ВТИ-1. Ці передачі складаються з відцентрових насоса і турбіни, в яких
має місце не зміна об’ємів, а зміна швидкості течії рідини. Роль відцентрово-
го насоса при цьому виконує спеціальний апарат - лопатевий гідротрансфор-
матор, а роль гідродвигуна - лопатева гідротурбіна. Розрізняються гідроди-
намічні передачі, в яких потужність передається тільки через різну кількість
послідовно працюючих гідравлічних апаратів на всіх режимах роботи тепло-
воза (так звані гідравлічні або однопотокові передачі) і гідромеханічні або
багатопотокові передачі, в яких потужність частково або повністю на окре-
мих режимах передається, обминаючи гідравлічні елементи, через механічну
передачу (механічну коробку зміни швидкостей). Гідравлічні (однопотокові)
передачі були застосовані на тепловозах ТГМ1,ТГМ23, ТГМЗА, ТГМЗБ,
ТГМ6, ТГ16, а гідродинамічні (двопотокові) - на тепловозах ТГМ2, ТГМЗ,
дизель-поїзді Д1.
Гідродинамічна передача в будь-якій своїй схемній і конструктивній реа-
лізації повинна забезпечувати:
-	автоматичне переключення передач залежно від швидкості руху тепло-
воза та кутової швидкості обертання колінчастого вала дизеля;
-	при переключенні передач і роботі дизеля по його зовнішній характе-
ристиці зниження дотичної сили тяги тепловоза не більше, ніж на 40 %;
—	примусове змащування деталей, що обертаються;
нормальну та безаварійну експлуатацію при температурах від —50 °С до
+40 °С;
час реверсування передачі не більш 2 с з моменту миттєвого зменшен-
ня навантаження дизеля при загальмованому тепловозі;
відношення швидкості руху на горизонтальній ділянці колії до швидко-
а керівному підйомі (розрахунковій швидкості) не менше 5 для магістра-
льних і 10-12 для маневрових тепловозів;
ироку уніфікацію вузлів (складальних одиниць) і деталей.
126
При проектуванні тепловозів ці вимоги задовольняються шляхом підбору
схеми і конституції гідродинамічної передачі та розрахунку її парамегрів ві-
дповідно до призначення тепловоза та інших вихідних даних.
Згідно з наведеними вище ознаками гідродинамічні однопотокові переда-
чі поділяються на одно- та багатоциркулящйні. В одноциркуляційній пере іа-
чі звичайно використовується один гідравлічний насос (гідротрансформатор
ГТ) у поєднанні з багатоступінчастою механічною коробкою зміни передач
(МКЗП). Багатоциркуляційна передача характеризується застосуванням різ-
них комбінацій кількох послідовно працюючих гідравлічних апаратів: два
або три гідротрансформатори; гідротрансформатор та одна або дві гідромуф- ,
ти; два гідротрансформатори та одна гідромуфта. Класифікаційна схема гід-
родинамічних однопотокових передач зображено на рис. 7.1, [23, 24].
Рис. 7.1. Класифікація гідравлічних однопотокових передач
Гідродинамічні багатопотокові (гідромеханічні) передачі поділяються на
однопотокові, двопотокові та змішані. До однопотокових відносяться такі
передачі, в яких уся потужність дизеля підводиться до коліс тепловоза єди-
ним потоком; при цьому, залежно від ступеня швидкості руху, або послідов-
но через гідротрансформатор і МКЗП, або тільки через гідротрансформатор,
або, частіш за все (при прямій передачі) тільки через МКЗП
До двопотокових відносяться такі передачі, в яких потужність від дизеля
до коліс тепловоза підводиться двома шляхами через гідротрансформатор і
механічним. Іноді, коли на тій чи іншій швидкості рух} (наприклад, на пря-
мій передачі) потужність передається єдиним шляхом, тоді у таких оомеже-
них умовах двопотокова передача перетворюється на однопотокову та нази-
вається змішаною.
Залежно від того, де відбувається розділення потоку потужності - до або
після гідротрансформатора - двопотокові передачі поділяються на передачі з
підсумовуванням потужності та передачі з розділенням потужності. Конс-
труктивно підсумовування потужності або її розділення забезпечується за
допомогою спеціальних диференційних зубчастих механізмів планетарною
типу, встановлених до гідротрансформатора (розділення потужності) або піс-
ля (підсумовування потужності).
Крім цього, як однопотокові, так і двопотокові передачі можуть бузи як з
проміжним валом, так і без нього, тобто співосні. За наявності, в однопотоко-
вій передачі послідовно з’єднаних зубчастих передач обов’язковим в її конс-
трукції є проміжний вал. Співосні передачі складаються з і ідроірансформа-
тора та триланкових диференціалів і відрізняються більшою компактністю та
меншою масою. Але двопотокові та змішані передачі розповсюдження на те-
пловозах не отримали.
Класифікаційна схема гідромеханічних (одно- та багатопотокових) пере-
дач зображена на рис. 7.2, [23, 24].
Рис. 7.2. Класифікація гідромеханічних (одно- та багатопоіокових) передач
7.2.	Загальна характеристика іідравлічних передач
Гідравлічні передачі у порівнянні з електричними мають ряд переваг:
—	менш габарити та питомий показник маси на одиницю потужності, що
передається (3,0-4,5 кг кВт замість 6,8 -10,9 кг/кВт у електричних передач)
що дозволяє створити тепловози з потужністю дизеля, що припадає на одну
128
рушійну колісну пару, до 883 кВт проти 55 кВт у потужних тепловозів з еле-
ктричною передачею;
-	значна економія кольорових металів: на потужних магістральних теп-
ловозах (ТГ102, що експлуатувався на дослідному ТГ106) - до 2,0-2,7 кг/кВт;
на маневрових тепловозах і дизель-поїздах - до 6,8-8,2 кг/кВт;
-	досягається більш високе значення коефіцієнта зчеплення коліс з рей-
ками, завдяки чому буксування спостерігається значно рідше та легше усува-
ється;
-	нечутливість до стану довкілля (запиленості, вологості тощо).
Історично склалося так, що перелічені вище переваги на минулому етапі
розвитку тепловозобудування призвели до широкого застосування тепловозів
з гідродинамічними передачами в ряді країн Європи (Німеччині, Франції,
Італії та ін.), які були вимушені за характеристиками та станом верхньої бу-
дови колії обмежувати навантаження від колісної пари тепловоза на рейки до
167-196 кН та застосувати швидкохідні дизелі (пд= 140-150 хв ’). Тривалий
досвід експлуатації тепловозів з гідродинамічними передачами виявив їх не-
доліки в порівнянні з тепловозами з електричними передачами, що послужи-
ло підставою для деякого зниження інтересу до тепловозів з гідравлічними
(гідродинамічними) передачами, а в деяких країнах - до припинення замов-
лень на них (Англія, Італія).
Головним недоліком гідравлічних передач (і тепловозів з ними, опинила-
ся більш висока витрата палива (приблизно на 4-6 %) у порівнянні з теплово-
зами, оснащеними електричними передачами, при однакових умовах експлу-
атації та характеристиках дизелів. Це пояснюється тим, що найвищі значення
к.к.д. гідропередачі досягаються лише у вузькому діапазоні режимів роботи
та переважно на високих швидкостях руху тепловоза (режим гідромуфти).
Порівняльні випробування тепловозів з електропередачами, проведені в Іта-
лії, показали що величина середньо експлуатаційного к.к.д. електричних пе-
редач становить біля 85 %, а гідравлічних - тільки 77 % [14].
Гідравлічні передачі декілька поступаються перед електричними по степе-
ню використання вільної потужності дизеля на режимах часткових наванта-
жень і степеню автоматизації роботи. Відносно надійності, довговічності та
величини експлуатаційних витрат на тепловози з гідропередачами (у йорів
нянні з тепловозами, оснащеними електропередачами) однозначні висновки
відсутні. Але є дані про те, що при експлуатації на залізницях Німеччини (де
застосовувалися виключно тепловози з гідропередачами) середній безаварій-
129
ний пробіг гідропередач склав 2,1 млн.км, а пробіг без псрсборки — 700-
800 тис.км, що знижує на 15—20 % поточні втрати на ремонт у порівнянні г-
електропередачами при приблизно однакових витратах на дизельне паливо. Зз
даними залізниць Англії, де проводилися порівняльні експлуатаційні спосте-
реження за тепловозами з різними передачами, тепловози з гідропередачами
витрачали в експлуатації паливо у середньому на 4—6 % інтенсивніше, ніж те-
пловози з електропередачами, причому тепловози з гідропередачами показали
більш низьку надійність. Приблизно такі ж дані наводять Італійські залізниці.
У спеціалістів різних країн, які проводили порівняльний аналіз різних ти-
пів тягових передач, склалися неоднозначні думки стосовно рівня надійності
та експлуатаційних витрат на тепловози з гідропередачами та з електропере-
дачами постійного струму. Така неоднозначність може бути в значній мірі
пояснена тим, що специфіка гідропередач, які мають велику кількість зубчас-
тих коліс, підшипників, рухомих муфтових з’єднань, карданних валів та ін-
ших механічних ланок, потребує не тільки ретельно розробленої високоякіс-
ної технології виготовлення, але й ретельно обміркованого високоякісного
поточного технічного обслуговування та підходу до системи плановопопере-
джувальних ремонтів. А ці речі в різних країнах здійснюються по-різному.
Наприклад, у вузькому колі вітчизняних фахівців науки і практики існувала
думка, що система плановопопереджувальних ремонтів для гідропередач не-
придатна, що їх ремонт треба здійснювати за технічним станом, який пови-
нен засвідчуватися даними технічної діагностики. Така думка практично
співпадала зі стратегією провідної в світі фірми - виробника гідропередач
Фойт (Австрія). Але офіційного визнання така думка у свій час не отримала.
Гідропередачі отримали широке розповсюдження на маневрових і проми-
слових тепловозах (особливо малої потужності), дизель-поїздах і навіть на
магістральних тепловозах великої потужності, до 4420 кВт, але на останніх —
тільки за кордоном.
На вітчизняних магістральних і промислових залізницях (України та кра-
їн СНД) експлуатується значна кількість маневрових і промислових теплово-
зів з гідропередачами, а також дизель-поїздів. При цьому прагнення до уніфі-
кації конструкцій гідропередач призвело до створення двох основних їх мо-
дифікацій. УГП 750/1200 і УГП 800/1200 (УГП означає „уніфікована гідрав-
лічна передача ) для застосування на тепловозах у двох варіантах: з одним
або двома дизелями у секції.
130
Але ці пдропсрсцачі при їх застосуванні на маневрових і промислових
тепловозах опинилися недостатньо надійними, а маневрові якості тепловозів
з ними - недостатньо задовільними. Експлуатаційний к.к.д. цих передач за-
нижений, тому що при змінних навантаженнях, характерних для маневрових
тепловозів, гідравлічні апарати працюють 50-80 % часу в несталих режимах
наповнсння-спорожнсння.
Експлуатаційні витрати для маневрових тепловозів з гідравлічними пере-
дачами опинилися вищими, ніж для тепловозів з електричними передачами.
Починаючи з 2006 р. на залізницях України уведено в експлуатації пере-
важно у приміських пасажирських перевезеннях рельсовий автобус виробни-
цтва фірми «Реза» (м. Бидгощ, Польща) з гідродинамічної передачею Т221
виробництва фірми «УоіІЇї». Починаючи з 01.12.2009 р. у м. Львів цей авто-
бус застосовується у міському залізничному транспорті.
Подальші перспективи застосування гідравлічних передач на магістраль-
них (переважно пасажирських) тепловозах визначатимуться успішністю їх
можливого вдосконалення (головним чином, підвищення к.к.д.), а також хо-
дом розвитку та практичного застосування електричних передач змінно-
постійного та змінного струму.
7.3.	Структура гідравлічної (гідродинамічної) передачі та її силові
апарати
До силової структури гідравлічної передачі входять силові апарати: гід-
ротрансформатор, гідромуфти (одна або дві), гідравлічна коробка зміни пе-
редач, реверс або ревсрс-режимний редуктор, карданний валопровід, розда-
вальні (розподільні) та осьові редуктори.
Існують гідропередачі з двома-трьома гідротрансформаторами, без гідро-
муфт. У таких схемах перший гідротрансформатор, що включається в роботу
при зрушенні тепловоза з місця, називається пусковим, а інші маршовими.
Силова структура гідромеханічної (двопо токової) передачі відрізняється
тим, що замість гідромуфт і гідравлічної коробки зміни передач використову-
ється механічна коробка зміни передач з фрикційними або іншими муфтами.
Основні силові гідроапарати — гідро трансформатори та гідромуфти - роз-
раховуються, проектуються та виробляються промисловістю на основі теорії
подібності, стандартними та типорозмірними рядами. До одного типорозмір-
ного ряду надходить певна кількість геометрично-подібних і ідротрансфор-
маторів (гідромуфт) різних геометричних розмірів, розрахованих на різну но
131
тужність. Кожний типорозмірний ряд гідроапаратів має єдину так звану уні-
версальну (існують також назви: безрозмірну, приведену) характеристику.
Універсальні характеристики гідротрансформаторів і гідромуфт розгляда-
ються нижче. Перехід до реальних параметрів гідроапаратів здійснюється за
допомогою так званих коефіцієнтів подібності, кожен з яких має певний фі-
зичний зміст; відповідні теоретичні засади детально розглядаються в курсі
«Гідравлічні передачі локомотивів».
Гідротрансформатор (рис. 7.3) складається з лопатевого насосного колеса
2, яке жорстко насаджене на ведучий вал 1, з’єднаний через мультиплікатор
(підвищувальний редуктор з колінчастим валом дизеля).
Рис. 7.3. Гідротрансформатор:
а) схема; б) деталі; 1 - вал насосного колеса (ведучий); 2 - насосне колесо; 3 -
напрямний апарат; 4 - турбінне колесо; 5 — вал турбінного колеса (ведений);
6 - корпус
Якщо внутрішні порожнини гідротрансформатора не заповнені робочим мас-
лом, то ведений вал 5 і жорстко насаджене на нього турбінне колесо
4роз’єднані з ведучим валом 1. При заповненому маслом корпусі 6 насосне
колесо 2, що обертається з великою частотою, відкидає робоче масло па ло-
паті турбінного колеса 4, передаючи таким чином крутячий момент. З тур-
бінного колеса масло потрапляє в нерухомий, з’єднаний з корпусом 6 напря-
мний апарат 3 (існує ще назва “реактор”), де змінює напрям руху, отже й
швидкість і знов потрапляє на лопаті насосного колеса 2, завершуючи за-
мкнений рух (круг циркуляції). Крутячий момент з веденого вала 5 через сис-
тему зубчастих коліс коробки зміни передач, роздавальних, осьових редукто-
рів та карданних валів передається на рушійні колісні нари тепловоза.
132
Наведений вище опис відповідає гідротрансформатору І класу коли на-
прямний апарат по кругу циркуляції масла конструктивно розташований пе-
ред насосним колесом. Якщо напрямний апарат розташований по кругу цир
куляшї масла перед турбінним колесом, то гідротрансформатор відноситься
до II класу. При цьому характерним є те, що у гідротрансформатора І класу
турбінне колесо може Обертатися тільки в напрямі руху насосного колеса
тоді як у гідротрансформатора II класу напрям обертання турбінного колеса
може бути будь-яким залежно від розташування (спрямування) лопатей на-
прямного апарату.
Діаграми (трикутники) швидкостей на кромках лопатей робочих коліс і
напрямного апарату гідротрансформатора зображені на рис. 7.4. Теоретичні
основи процесів, що протікають у гідротрансформаторі, детально розгляда-
ються в курсі «Гідравлічні передачі локомотивів». З точки зору проектування
локомотивів важливо усвідомити лише те, яким чином ці процеси відбива-
ються на параметрах гідротрансформатора та впливають на їх вибір при фо-
рмуванні тягових якостей проектного локомотива.
Рис. 7.4. Трикутники швидкостей гідротрансформатора:
а) насосне колесо; б) турбінне колесо; в) напрямний апарат; М],	— окружні шви-
дкості робочих коліс; XV], XV 2 - відносні швидкості; С], С2 - абсолютні швидкості;
сІі/ * с2и ~ проекції абсолютних швидкостей на напрями окружних швидкостей;
Р1» Р2 ~ кУги лопатей; О], а 2 - кути лопатей напрямного апарата, Г],	- раді-
}си лопатей робочих коліс; індекси “я”, “т” і “а” позначають належність парамет-
ри до насосного, турбінного колеса і напрямного апарата відповідно; індекси “1” і
“2” позначають “при вході” та “при виході” відповідно
Справа в тім, що зміна швидкостей руху робочої рідини масла — та на-
прямів їх векторів у трикутниках швидкостей рис. 7.4 при переході з лопатей
насосного колеса на лопаті турбінного колеса, а звідти - на лопасті напрям-
ного апарата і знов на лопаті насосного колеса призводить до зміни моментів
кількості руху робочої рідини, отже величини її кінематичної енергії та різної
частоти обертання насосного ип і турбінного пл коліс. Відношення ит/ин
називається передаточним відношенням гідротрансформатора та позначаєть-
ся як (1/4-г), /ІТ - передаточне число гідротрансформатора. Таким чином
1 _ Нг
/гт ин
(7.1)
Окреслення лопатей робочих коліс і напрямного апарата підбираються
таким чином, що, не дивлячись на зміну напряму руху робочої рідини, забез-
печується постійний кут її входу на лопаті насосного колеса. Отже, умови їх
обтікання робочою рідиною не змінюються при зміні роботи турбінного ко-
леса і цс дає можливість перетворювати (трансформувати) момент, що пере-
дається гідротрансформатором. Оскільки момент на будь-якому валу взагалі
прямопропорційний до потужності та обернено пропорційний до частоти
обертання, то при постійній потужності та зменшенні частоти обертання тур-
бінного вала момент на ньому повинен збільшуватися; при постійній потуж-
ності та збільшенні частоти обертання турбінного вала момент на ньому по-
винен зменшуватися.
В обох випадках призначення напрямного апарату однакове: збільшувати
кінетичну енергію робочої рідини (динамічний напір) за рахунок перетво-
рення частини статичного тиску шляхом зміни швидкості та напряму потоку
на нерухомих лопатях внаслідок їх реакції. Так як напрямний апарат сприй-
має реактивні сили, при зміні режиму роботи турбінного колеса (у гідротран-
сформаторах І класу) на нього діє змінний по величині і знаку крутячий мо-
мент Л/на, Нм, що передається на нерухомий корпус. Знак цього моменту
залежить від напряму потоку на лопатях напрямного апарата. Момент тур-
бінного колеса Л/т, Н м, зі ідно з законом збереження енергії дорівнює
Мт — Ми ± Л/1іа ,	(7.2)
де - момент насосного колеса, Нм.
134
При цьому якщо напрямиш апарат розташований по кругу циркуляції рі-
дини перед турбінним колесом (гідротрансформатор II класу), то він збіль-
шує момент, який передається турбінному колесу, у порівнянні з моментом
на ведучому валу. Якщо напрямний апарат розташований перед насосним
колесом (гідротрансформатор І класу), то реактивний момент (момент на на-
прямному апараті) підсумовується з моментом, який рідина придбає у насос-
ному колесі, що також призводить до збільшення моменту на валу турбінно-
го колеса. Таким чином, в обох схемах здійснюється перетворення моменту й
частоти обертання веденого вала при постійному моменті й частоті обертан-
ня
ведучого вала.
Відношення моменту турбінного колеса Л/т до моменту насосного коле-
Л/н називається коефіцієнтом трансформації моменту гідротрансформато-
са
ра
Мт
(7.3)
Теоретично при загальмованому валу турбінного колеса його момент має
бути нескінченно великим. Однак з-за значних витрат при цьому режимі мо-
мент буде мати скінченні значення, які в декілька разів перевищуватимуть
момент насосного колеса (звичайно при ит =0	=4-5). При збільшенні лт
коефіцієнт трансформації моменту	зменшується згідно з певним законом
Таким чином, гідротрансформатор може бути використаний не тільки
для передачі енергії між двома нежорстка зв’язаними валами. Він також зда-
тний залежно від співвідношення частоти обертання веденого ит (турбінно-
го) та ведучого лн (насосного) валів плавно змінювати величину крутячого
моменту на веденому валу Л/т при постійній частоті обертання ведучого ва-
ла ин і моменту на ньому . При цьому змінюється й к.к.д. гідротрансфор-
матора Г|гг.
К.к.д. гідротрансформатора являє собою відношення потужності, що зні-
мається з турбінного колеса , кВт, до потужності, що витрачається (дизе-
лем) на обертання насосного колеса , кВт,
_1
7УТ _ Л/тлт
N М п
135
Передаточне число /гг може змінюватися від нуля до одиниці, але тільки при
єдиному значенні /ГГр, яке називається розрахунковим (або оптимальним),
досягається найвище (максимальне) для даного гідротрансформатора значен-
ня к.к.д. При цьому режимі в робочій порожнині гідротрансформатора вста-
новлюється практично безударна циркуляція масла з мінімальними втратами.
При будь-якому відхиленні режиму від оптимального в той чи інший бік ви-
никають ударні явища при переході масла з колеса на колесо. Чим помітніше
відхилення від розрахункової точки, тим більші ударні витрати, отже й ниж-
че к.к.д. гідротрансформатора. В точках 1//^= 0 к.к.д, як це виходить з фор-
мули (7.4). дорівнює нулю.
Максимальна величина к.к.д. гідротрансформатора залежно від його типу
та потужності знаходиться в межах 83-86 %. Максимальна величина к.к.д.
гідравлічних з урахуванням втрат у роздавальних і карданних приводах ста-
новить 82-83 % (на ступені маршових гідротрансформаторів), що декілька
поступається перед к.к.д. електричних передач.
Описаний вище характер зміни крутячого моменту в основному відпові-
дає основним вимогам до тягової характеристики тепловоза.
Залежність розглянутих вище параметрів від відношення (7.1) відображу-
ється на двох основних характеристиках гідротрансформаторів: універсаль-
ній (безрозмірній) та зовнішній (тяговій).
Універсальна (безрозмірна) характеристика гідротрансформатора (типу
Г1ІС5, наприклад) зображена на рис. 7.5. Вона відображує три графічні від-
носні залежності: Пгг =/(«т/«н): 4ї = /(«т/«н): ^гт =/(”т/«н)-
Іноді на універсальній характеристиці зображується ще й залежність
Аї = /(ит/ян) - При цьому Д, і Лт - так звані коефіцієнти момент в насос-
ного турбінного коліс відповідно, а у — щільність робочої рідини. Фізичний
зміст коефіцієнта моменту виходить з основних положень теорії подібності:
якщо є зразок гідротрансформатора з активним діаметром змоченої частини
м, що працює з частотою обертання насосного колеса нн = 1 хв-1 при
щільності робочої рідини у= 1 кг/дм3, то крутячий момент насосного колеса
такого і ідротрансформатора називається коефіцієнтом моменту насосного
колеса і позначається як Лн, кН-м. Подібним чином тлумачиться й коефіці-
єнт моменту турбінного колеса, який позначається т4г, кН*м. Ці параметри в
136
деяких літературних джерелах називається параметрами одиничного гідрот-
рансформатора.
Рис. 7.5. Універсальна характеристика
гідротрансформатора
Зрозуміло, що якщо взяти реа-
льний гідротрансформатор, геомет-
рично подібний до одиничного, але
з зазначеними вище параметрами
£>а і ин значення яких відрізня-
ються від одиниці, то реальні мо-
менти, що поглинаються насосним і
турбінним колесами, будуть відпо-
відно
(Аі V) * ,7н '	’
а >
(7.5)
(7.6)
а коефіцієнт трансформації момен-
ту буде
При цьому добутки
2 п5
— /7Н •	,
(7-7)
(7.8)
(7-9)


і

являють собою коефіцієнти подібності (вимірювачі) моменту насосного і ту-
рбінного коліс відповідно.
У формулах (7.5) і (7.6) величини Яиу і Ар у можуть бути замінені відпо-
відно на величини уХн і уХт — енергоємності гідроапарата по насосному і
турбінному колесах без усяких додаткових перетворень.
Описаною вище перебудовою універсальна характеристика для обраних
параметрів реального гідротрансформатора перетворюється на його зовніш-
ню характеристику рис. 7.6, яка відображує залежності А'Г-Г=Л/Т/Л/Н —
-/(^г/,7н)’ Ч, = У(ит/ин ) ,т)гт — ./(^т/^н ) •
137
Окремо слід зупинитися на визначені величини активного діаметра Ра, м,
реального гідротрансформатора, що можна зробити на підставі таких міркувань.
Ефективний момент дизеля Л/д, Нм, знаходиться за формулою
М„ = 9550——
*	V)
"дном
(7.10)
Рис. 7.6. Зовнішня характерис-
тика гідротрансформатора
Якщо привести ефективний момент
дизеля до вала насосного колеса гідрот-
рансформатора з урахуванням передато-
чного числа підвищувального редуктора
/пр, то можна отримати таку рівність
• ЯдНОм ' Лпр ’	(У-11)
де л?н - частота обертання насосного
колеса гідро грансформатора, хв
Лпр - к.к.д. підвищувального редуктора;
Л/д - момент дизеля, приведений до
вала насосного колеса гідротрансформа-
тора, Н м; величина М'д визначається за
формулою
у, _ 'пдукял Лпр
Мд -
(7.12)
"н
Якщо в цю формулу підставити значення Л/д з виразу (7.10), то отримаємо
М'д =9550 -?Рдоі1Ппр
"н
(7.13)
Але величина пн визначається з відомого співвідношення
60м„
пн =------
п£)а
сі
(7-14)
де и„ - максимально допустима швидкість обертання насосного колеса гід
ротрансформатора, м/с.
Підставимо формулу (7.14) у формулу (7.12) і отримаємо
138
г, _ ^еРдопПпрЛ^а
Д 60н
п
Якщо тепер прийняти Д/д Л/н, де значення Л/д описане формулою (7.15), а
значення Л/н - формулою (7.5), то можна записати таку рівність
^еРдопЛпрЯ-^а . ГЛ5 2
60»н -^алн.
У правій частині рівності (7.16) замінимо пи на праву частину формули
(7.14) та запишемо
(7.16)
^еРдопЛпр71^	Х
звідки після необхідних перетворень отримаємо
51 60г/,
о
>а =0,37Цн2<рРдопЛпр
(7.18)
При цьому в проектних розрахунках можна приймати величину ї/н , зважаю-
чи на різні матеріали, з яких може бути виготовлене насосне колесо гідрот-
рансформатора, з урахуванням його необхідної міцності, таким чином
-	для чавунного литва ин = 40 м/с;
-	для стального литва ин = 50 м/с;
-	для сталі ии = 65 м/с;
-	для литва з алюмінію ин = 100 м/с.
Величина Ану може бути прийнятою для всіх гідротрансформаторів орі-
єнтовно рівною 10-10 "4 с2/м.
Необхідно також мати на увазі, що, виходячи з конструктивних мірку-
вань, пов’язаних з обмеженням габаритних окреслень гідравлічної передачі
при її проектуванні для установки на тепловозі, доцільно приймати величину
£>а в межах 0,45-0,75 м.
Якість гідротрансформатора визначається формою графіка залежності
Літ = /(пт/пн)- Чим більш полога форма кривої в області верхівки (розра-
хунковий режим), тобто ширше діапазон порівняно високих значень к.к.д.,
139
Рис. 7.7. Гідромуфта: 1
— насосне колесо; 2 - ту-
рбінне колесо; 3 - вал
насосного колеса (веду-
чий); 4 - вал турбінного
колеса (ведений); 5 - ко-
рпус (кожух)
тим більш досконалим є гідротрансформатор. Очевидно, що не є доцільним
допускати тривалу роботу гідротрансформатора при малих і великих значен-
нях ит/лн , тобто в тих зонах, де його к.к.д. не є високим. Такі режими робо-
ти при малих передаточних відношеннях гідро трансформатора або при малих
швидкостях руху тепловоза допустимі лише короткочасно. Якщо у гідротра-
нсформатора момент насосного колеса не залежить від моменту та частоти
обертання турбінного колеса, зміни зовнішнього навантаження не впливають
на навантаження дизеля. Момент Л/н залишається практично постійним у
всьому діапазоні зміни моменту Л/т. Така характеристика умовно називаєть-
ся “непрозорою”, а сам трансформатор - теж “непрозорим”.
“Прозорим” називається гідротрансформатор, у якого момент насосного
колеса змінюється разом зі зміною частоти обертання турбінного колеса. Бі-
льшість тепловозних гідротрансформаторів має деяку “прозорість’ характе-
ристики, що вимагає узгодження характеристик дизеля та гідропередачі.
Гідродинамічна муфта (гідромуфта) рис. 7.7 складається з відцентрового
насоса та гідравлічної турбіни з гранично зближеними лопатевими система-
ми. Роль насоса виконує насосне колесо 1, закріплене на ведучому валу 3, а
роль турбіни - турбінне колесо 2, закріплене на
веденому валу 4. З насосним колесом скріплено
корпус 5, який охоплює й турбінне колесо. Таким
чином утворюється гідроапарат з кругом цирку-
ляції рідини в порожнині корпусу та міжлопате-
вих просторах насосного та турбінного коліс.
Вхідні та вихідні кромки лопатей насосного
колеса розміщуються в безпосередній близькості
до вихідних і, відповідно, вхідних кромок лопа-
тей турбінного колеса з зазором, необхідним
лише для забезпечення вільного обертання та
теплового розширення коліс. Лопаті насосного
та турбінного коліс, як правило, виготовляються
плоскими, радіально розташованими на однако-
вій відстані одна від одної, без внутрішнього то-
ра. Ведучий та ведений вали встановлені в раді
ально упорних підшипниках кочення. Для ізоля-
ції порожнини гідромуфти від зовнішнього про-
стору на обох валах установлені ущільнення
140
Дія гідромуфти, як і гідротрансформатора заснована на принципі перет-
ворення енергії в лопатевих системах насосного і турбінного коліс. Робоча
рідина, яка потрапляє з насосного на турбінне колесо та пройшла по його ло-
патях, повертається на лопаті насосного колеса, замикаючи круг' циркуляції.
При цьому зміни моментів кількості руху на лопатях обох коліс, отже й кру-
тячі моменти дорівнюють один одному, тобто
МТ=М„.	(7.19)
Ця рівність випливає з рівняння (7.2) при Л7на =0 (в гідромуфті напрямний
апарат відсутній) і висловлює властивість і призначення гідромуфти - переда-
чу крутячого моменту без зміни його величини з ведучого насосного па ведене
турбінне колесо. Передача енергії в гідромуфті відбувається за рахунок проко-
взування коліс, тобто відставання турбінного колеса від насосного, величина
якого оцінюється значенням коефіцієнта ковзання (або просто ковзання) 5 та
визначається величиною передаточного відношення гідромуфти
5 = ^н 2т =1_«т
«н	"н
(7.20)
де /гм - передаточне число гідромуфти.
К.к.д. гідромуфти г}гм з урахуванням рівності (7.19)
Лгм
Мгп.г _ лт 1
,7н	7гм
(7.21)
Із збільшенням величини Лт І наближенням ЇЇ ДО - СОП8Ї відношення
отже й величина к.к.д. гідромуфти наближається до одиниці. Практи-
чно досягається найвище значення т]гм =0,97-0,98. При зменшенні величини
ит (при ин = соп8ї) величина к.к.д. гідромуфти зменшується та при пт= 0
стає рівним нулю.
Найвищому значенню к.к.д. г|гм =0,97-0,98 відповідає ковзання 5= 0,03-
0,02, а найменшому т]гм = 0 — значення 5=1 (режим роботи гідромуфти при
зупиненому турбінному колесі — так званий “столовий режим”).
Момент, що передається гідромуфтою при її найвищому (розрахунково-
му) значенні к.к.д., називається нормальним Л/норм .
Величина активного діаметра гідромуфти визначається таким же чином
як і гідротрансформатора.
141
Графік зміни відносного моменту, що передається гідромуфтою у вигляді
залежності Л/г/Л/НОрМ = /(ит/ин) та к.к.д. (або ковзання 5) у вигляді зале-
жності ргм = / (лт/ин) являє собою універсальну характеристику гідромуф-
ти (рис. 7.8). З цієї характеристики видно, що за рахунок збільшення ковзан-
ня та зниження к.к.д. можна значно підвищити момент, що передається, у по-
рівнянні з нормальним, якщо тільки вказане збільшення моменту допускає
характеристика дизеля. Характеристика гідромуфти є повністю “прозорою”,
тобто за будь-яких умов роботи гідромуфти завжди дотримується рівність
моментів насосного і турбінного коліс.
Рис. 7.8. Універсальна характеристика Рис. 7.9. Зовнішня характеристи-
гідромуфти	ка гідромуфти
Гідромуфти класифікується за способом управління ними: зміною часто-
ти обертання ведучого вала, степенем заповнення робочої порожнини та фо-
рмою протокової частини.
У тепловозних гідропередачах застосовуються гідромуфти, що управля-
ються зміною частоти обертання ведучого вала. Зовнішня (тягова) характе-
ристика такої гідромуфти зображена на рис. 7.9. Вона побудована для змінної
частоти обертання насосного колеса за умови, що момент, який передається,
дорівнює нормальному, тобто при Л7/Л/норм = 1. При цьому діапазон зміни
частоти обертання турбінного колеса гідромуфти становить від 0 до ит = пн,
діапазон зміни ин - від 0 до пи = пт відповідно.
Комплексний гідротрансформатор. Характеристики гідроапаратів рис. 7.6
і 7.9 наочно показують, що області високих значень к.к.д. (р^., ргм >80 %)
142
обмежені невеликими інтервалами значень передаточного відношення. Але
якщо сумістити характеристики гідротрансформатора і гідромуфти, то їх за-
гальний інтервал передаточних відношень значно розшириться. Така сумі-
щена характеристика принципово зображена на рис. 7ДО. Неважко помітити,
що тут вже інтервал передаточних відношень, які відповідають заданій вели-
чині т]3 значно розширюється за рахунок підсумовування інтервалів вигідних
відношень Ит/ин гідротрансформатора і гідромуфти, тому що до інтервалу
між точками 1 і 2 додається інтервал між точками 2 і 3. Так що якщо припус-
тимо, скажімо, що т|3 =0,8 то діапазон передаточних відношень лт/лн , у
якому величина т]3 >0,8, на суміщеній характеристиці буде вже простягати-
ся від точки 1 до точки 3. Такий же результат можна отримати шляхом сумі-
щення характеристик кількох гідротрансформаторів (суміщені характеристи-
ки трьох гідротрансформаторів зображені на рис. 8.11, а також їх суміщення
з характеристиками гідромуфти.
Рис. 7.10. Суміщена характеристика гід- Рис. 7.11. Суміщена характеристика
ротрансформатора і гідромуфти	трьох гідротрансформаторів
Суміщені характеристики двох гідротрансформаторів і одної гідромуфти
зображені на рис. 7.12 на прикладі комплексного гідротрансформатора - гід-
равлічного апарата з єдиним кругом циркуляції рідини, що може працювати в
режимах гідротрансформатора і гідромуфти.
Ідея будови комплексного гідротрансформатора, схема якого зображена
на рис. 7.13, полягає в тім, що рухомий напрямний апарат який складається з
двох частин 3 і 7 може блокуватися залежно від величини передаточного від-
ношення . Блокування може здійснюватися за допомогою кулачкової
муфти вільного ходу (як на рис. 7.13), що працює подібно до втулки заднього
колеса велосипеда, або за допомогою інших механізмів. Напрямний апарат
143
може бути розчленений не тільки на дві частини, але й на більше частин
(ступенів) з установкою кожного з них на окремому блокувальному пристрої.
На вітчизняних тепловозах застосовуються комплексні гідротрансформатори
ГТК-ІІ і ГТК-ПТ з двома ступенями напрямного апарата.
Рис. 7.12. Характеристика комплекс-
ного гідротрансформатора
Але на закордонних тепловозах
широко застосовуються гідро транс-
форматори фірм Фойт та Мекідро з
більшою кількістю ступенів напря-
много апарата. Повне заклинювання
всіх ступенів напрямного апарата
блокувальними муфтами забезпе-
чує при малих значеннях передато-
чного відношення пусковий режим
роботи гідротрансформатора з най-
більшим коефіцієнтом трансформа-
ції моменту.
Наступне послідовне розкли-
нювання ступенів напрямного апа-
рата та приведення їх в обертання
разом з турбінним колесом забез-
печує перехід на проміжні (маршо-
ві) режими роботи з меншими зна-
ченнями коефіцієнта трансформації
моменту. І Іовне розклинювання
всіх ступенів напрямного апарата
перетворює гідротрансформатор на
гідромуфту.
Блокувальні муфти заклинюють
і розклинюють ступені напрямного
апарата автоматично при зміні зна-
ка реактивного моменту на тому чи
іншому ступені, що відбувається
при певних значеннях передаточ-
ною відношення. Таким чином,
Рис. 7.13. Схема комплексного гід-
ротрансформатора Аллісона:
1 - насосне колесо, 2 - турбінне коле-
со; 3 — перший напрямний апарат; 4 -
муфта вільного ходу першого напрям-
ного апарата; 5 — вал турбінного коле-
са; 6 — муфта вільного ходу другого
напрямного апарата; 7 — другий напря-
мний апарат
комплексний і ідро трансформатор автоматично включається та працює на
економічних режимах з вищими значеннями к.к.д.
144
7.4.	Схеми гідравлічних передач
На тепловозах, дизель-поїздах і автомотрисах застосовуються гідравлічні
передачі при таких градаціях ефективної потужності дизеля:
-	до 220 кВт - на промислових тепловозах нормальної та вузької колії, а
також на автомотрисах (І градація);
—	до 230—370 кВт — на промислових і маневрових тепловозах, дизель-
поїздах і автомотрисах (II градація);
—	550—880 кВт — на маневрових і вантажно-пасажирських магістральних
тепловозах секційною потужністю 730 -750 кВт (III градація);
-	1300-1470 кВт - на пасажирських і вантажних магістральних теплово-
зах секційною потужністю 1100-1470 кВт (IV градація).
При проектуванні тепловозів різного призначення наведені вище градації
потужності неможливо реалізувати в якійсь єдиній схемі гідравлічної переда-
чі, тому що при застосуванні однієї схеми (будь вона навіть реалізована в різ-
них конструктивних варіантах) для широкого діапазону потужностей - від 220
до 1470 кВт - та різних розрахункових і конструктивних швидкостей теплово-
за ніяк не можна отримати високе значення к.к.д. гідроапаратів, тягової пере-
дачі та локомотива у цілому, про що досить ясно свідчать розглянуті вище ха-
рактеристики гідроапаратів. Хоча, з точки зору уніфікації гідравлічних пере-
дач створення конструкції, яка б могла працювати в достатньо широкому діа-
пазоні потужностей з достатньо високим к.к.д. було б дуже доцільним.
Частково такі ідеї були реалізовані шляхом створення гідравлічних передач
УГП-350/500, УГП-750/1200, а потім - і УГП-800/1200 (які охоплюють діапа-
зон потужностей 260-885 кВт) для магістральних і маневрових тепловозів.
Добре відомо, що за умови найбільшої економічності гідравлічні апарати
повинні працювати з високим к.к.д, 80-82 % не менше, в достатньо широко-
му діапазоні передаточних відношень. Інтервал економічної роботи гідравлі-
чних апаратів обмежений граничними передаточними відношеннями
(^т/лн) ах і (лт/лн)п1іп (наприклад, на рис. 7.6 або 7.10 між точками 1 і 2).
Відношення
("т/”н)тах
("тМщіп
(7.22)
називається діапазоном передач гідравлічного апарата. Майже для всіх відо-
мих конструкцій гідравлічних трансформаторів і муфт Дп = 1,9 2,4.
145
У той же час діапазон швидкостей руху тепловоза Аш - відношення
конструкційної швидкості до розрахункової (швидкості тривалого режиму)
_ к
НІ у
гр
значно ширший, ніж діапазон передач Ап. Цим обумовлюється необхідність
застосування в гідравлічній тяговій передачі кількох гідравлічних апаратів
(багатоциркуляційні передачі) або одного гідравлічного апарата у поєднанні
з механічною коробкою зміни передач (гідромеханічні передачі одно-, дво-
потокові та змішані).
Для забезпечення цих необхідних вимог створено ряд достатньо різнома-
нітних систем гідродинамічних передач - рис. 7.14, [4]. З цього рисунку вид-
но, що застосовуються в основному однопотокові (гідравлічні) передачі. Це:
-	однопотокова двоциркуляційна (з двома комплексними гідротрансфор-
маторами) - схема а)\
-	однопотокова трициркуляційна (з трьома гідротрансформаторами, з
яких маршовий має двоступінчасте турбінне колесо) - схема б);
-	однопотокова трициркуляційна (з одним гідротрансформатором і двома
гідромуфтами) - схема в);
—	однопотокова двоциркуляційна (з чотирма з’єднаними попарно “дзер-
кально” розташованими комплексними гідротрансформаторами, кожна пара
яких одночасно заповнюється робочою рідиною і створює один круг цирку-
ляції) - схем г);
-	однопотокова трициркуляційна (з двома гідротрансформаторами і одні-
єю гідромуфтою) - схема д);
однопотокова одноциркуляційна (з одним гідротрансформатором і ме-
ханічною коробкою зміни передач) — схема е).
Менше розповсюдження отримали такі схеми:
-	двопотокова з підсумовуючим рядом (з одним комплексним гідротран-
сформатором з планетарним механізмом) - схема ж)\
—	двопотокова з розділовим рядом (з одним комплексним гідротрансфор-
матором з планетарним механізмом ) - схема з).
Практичний досвід створення та експлуатації тепловозів різного призна-
чення й різної потужності, накопичений проектно-конструкторськими, нау-
ково-дослідними установами та локомотивними депо свідчить, що питання
щодо застосування тієї чи іншої схеми гідравлічної передачі на певному теп-
146
ловозі не може вирішуватися однозначно. Наприклад, на промислових тепло-
возах малої потужності та автомотрисах можна застосовувати гідромеханічну
передачу з гідромуфтою або з гідротрансформатором (з планетарним механі-
змом або без нього) у поєднанні з механічною коробкою зміни передач. Але,
як відомо, використовуються й інші схеми.
Рис. 7.14. Принципові схеми гідродинамічних передач:
а) Л60 для тепловоза ТГ102; б) К32 для тепловоза ТГП50; в) ГП400 для тепловоза
ТГМ1; г) для тепловоза ТГ106; б) УГП для тепловозів ТГМ21; ТГМ23; ТГ46;
ТГМЗА; ТГМ5, ТГМ6; 217; е) К184 (Німеччина); ж) гідромеханічна з підсумовую-
чим рядом; з) гідромеханічна з розділовим рядом
На маневрових і промислових тепловозах потужністю до 370 кВт доцільно
використовувати трициркуляційну передачу з одним (пусковим) гідротранс-
форматором і двома гідромуфтами. Діапазон швидкостей Аш при такій пере-
дачі не перевищує 4,5. Однак застосування спеціального режимного пристрою
(звичайно об’єднаного з редуктором реверса в єдиний ревсрс-режимний реду-
ктор) дозволяє вдвічі збільшити конструкційну швидкість локомотива.
147
Тепловози середньої потужності (550-880 кВт) в основному виконують
маневрову роботу, але іноді використовуються з поїздами у місцевих ванта-
жних та приміських пасажирських перевезеннях. Тягова характеристика та-
кого тепловоза повинна бути у великій мірі універсальною, а діапазон швид-
костей Лш (при Vр =13-15 км/год ) повинен становити як мінімум 6-7. Ця
вимога задовольняється трициркуляційною гідравлічною передачею з двома
гідротрансформаторами і однією гідромуфтою. Але практично різноманіт-
ність схем, що використовуються на таких тепловозах, достатньо широка.
У магістральних тепловозів потужністю 1300-2200 кВт розрахункова та
конструкційна швидкості значно наближаються одна до одної, тому у них ді-
апазон швидкостей не перевищує 3,5. Такий діапазон може бути забезпече-
ний трициркуляційною гідравлічною передачею з одним гідротрансформато-
ром і двома гідромуфтами. Але в цьому випадку використовувати передачу,
яка б могла забезпечити діапазон швидкостей, менший ніж 5, недоцільно то-
му що знижується економічність її роботи в зоні високих швидкостей при ча-
сткових навантаженнях дизеля. Ця обставина послужила однією з причин
припинення побудови потужних тепловозів з гідравлічними передачами - пі-
сля того, як це виявилося при експлуатації тепловозів ТГ102 і експлуатацій-
них випробуваннях тепловоза ТГ106.
Вибір схеми гідравлічної передачі та її параметрів здійснюється на підс-
таві аналізу характеристики, яка формується по зовнішніх (тягових) характе-
ристиках гідравлічних апаратів залежно від способу їх з’єднання та вимог,
що при цьому висуваються вихідними даними на проектування тепловоза.
7.5.	Вибір гідродинамічної передачі та визначення її основних
параметрів
Вихідними даними при виборі конструктивної і кінематичної схеми гід-
родинамічної передачі та визначенні її основних параметрів виступають:
-	номінальна ефективна потужність дизеля , кВт;
коефіцієнт вільної потужності дизеля, тобто доля ефективної потужнос-
ті, що використовується безпосередньо для тяги рт;
-	номінальна частота обертання колінчастого вала дизеля пд, хв-1;
-	мінімальна частота обертання колінчастого вала дизеля идтіп, хв-1, при
якій допускається робота дизеля по зовнішній характеристиці;
148
-	конструкційна швидкість локомотива Кк, км/год;
-	розрахункова швидкість локомотива (швидкість тривалого режиму)
км/год;
—	зовнішня характеристика дизеля та універсальні характеристики гідрав-
лічних апаратів.
Вибір гідравлічних апаратів та інших тягових елементів передачі здійс-
нюється на підставі визначення її кінематичної та конструктивної схем, осно-
вних параметрів та характеристик гідравлічних апаратів. Кінематична схема
при цьому обирається залежно від призначення, потужності діапазону швид-
костей тепловоза та остаточно уточнюється шляхом зіставлення очікуваних
граничних і часткових техніко-економічних характеристик локомотива при
порівнянні різних варіантів схеми.
Припустимо, що проектується тепловоз, для якого треба забезпечити
конструкційну швидкість Ик =140 км/год та розрахункову Рр =25,5 км/год.
Таким чином для цього необхідним є діапазон швидкостей Аш, що дорівнює
140
Ш 25,5
(7.24)
і в межах якого (на вимогу повного використання та постійності потужності
дизеля) дотична потужність тепловоза не повинна змінюватися, а к.к.д. гід-
ропередачі - суттєво відрізнятися від найвищого значення.
Попередньо обираються (по їх характеристиках) типи гідравлічних апа-
ратів. Припустимо, обрано тип гідрогрансформатора і тип гідромуфти, які
мають зовнішні характеристики рис. 7.15.
Якщо, наприклад, розглядається ступінь (діапазон) швидкостей руху теп-
ловоза, що забезпечується роботою гідротрансформатора, то з урахуванням
останньої вимоги щодо роботи при найвищих значеннях к.к.д. т]гм = гпах
вихідною для аналізу буде абсциса передаточного відношення пт лп зовні-
шньої характеристики обраного гідротрансформатора, яка відповідатиме
умові Мт = Мн (точка с на рис. 7.15, а)). Цій точці, як видно, відповідає зна-
чення пт /нн =0,8, правіше якого вже спостерігається крутий “спад кривої
Літ ~ / (,7т / цп ) • Точка с проектується на криву Г|1Л. = /(лт ин) 1 отримана
точка с переноситься паралельно осі абсцис на лівии бік кривої
Лгт = /(,7т /ип), на якій ставиться точка с". Ця точка проектується на ось
149
абсцис і відповідне значення /?, І пи відмічається цифрою 1. сіцо абсциса
точки с відповідає точці 2 на осі І ин , то діапазон швидкостей руху тепло-
воза, який відповідає зоні економічної (найвигідніїпоі) роботи гідротрансфо-
рматора буде міститися в інтервалі передаточних відношень між точками 1 і
2 Точці 1 відповідає иг / т?н » 0,49, а точці 2 — 0,8.
Рис. 7.15. Визначення зон (інтервалів передаточних відношень ) най-
вигіднішої роботи гідравлічних апаратів:
а) пдро трансформатора; б) гідромуфти
У розглянутому прикладі відношення
г2 (пт / «н )2	0,8
— -------------~------=1,0.5.	( /,2з)
И («г/«,<)2	0,49
•Тут і ^2 — швидкості руху тепловоза, іцо відповідають значенням
иг ! "н =0,49 і и, / /7И =0,8 відповідно.
Якщо ступінь швидкості, іцо розглядається, представлена гідромуфтою,
то зона її економічної роботи буде простягатися в межах від пх / пп «0,6 до
/7Г /лн «0,97 (значення 0,6 на рис. 7.15, б)) відповідає величині г|ІМ «0,84,
як і в точці с" на характеристиці і ідротрансформатора рис. 7.15, а)). Діапазон
економічних швидкостей їсиловоіа для гідромуфти буде
0,97
И	0,6
(7.26)
150
Ці інтервали різні для різних конструкцій гідромуфти, але в основному
вони визначаються допустимими зниженнями економічності роботи гідро-
муфти при ступеневому зменшенні частоти обертання колінчастого вала ди-
зеля (відповідно до позицій контролера машиніста), а також тим, що змен-
шення цієї швидкості має границю по стійкому горінню палива в циліндрі
дизеля, яка становить приблизно (О,33-О,5)идном, [16].
Якщо необхідно, щоб гідравлічні апарати працювали в зонах найвищої
ефективності, треба послідовно, один за одним в точках 1 включити їх в ро-
боту, а в токах 2 - виключати, що здійснюється автоматично, за допомогою
спеціальних пристроїв.
Вище було показано, що забезпечити весь діапазон швидкостей руху теп-
ловоза від V - 0 до И = Ик роботою одного гідравлічного апарата при його
використанні в зоні найвищої ефективності неможливо. При застосуванні кі-
лькох гідравлічних апаратів, наприклад трьох гідротрансформаторів, весь ді-
апазон швидкостей руху тепловоза Дш розподіляється між ними за таких
умов, щоб кожен з них працював у діапазоні п^Іпу{, заключеному між точ-
ками 1 і 2 (рис. 7.15, а)). Тоді
Дш=Дщ-Дщ-Дщ,	(7.27)
де Дщ, Дщ, Дщ - діапазони ступеня швидкостей руху тепловоза відповідно
для пускового, першого маршового і другого маршового
гідротрансформаторів;
(7.28)
де Ц', И/', V™ - початкові швидкості руху діапазонів;
^2, У£ -кінцеві швидкості руху діапазонів.
Зрозумілого Ц'=Ир; УІ=У\ У{ = У\”;	=
При рівних діапазонах швидкостей руху
(7.29)
де і - індекс номера діапазону;
2 - кількість діапазонів.
151
Для розглянутого вище прикладу при трьох гідротрансформаторах потрі-
бний діапазон швидкостей ступеня буде
З±1 = 3/д^ = ^5 = 1,7.	(7.30)
Отриманий результат указує на тс, що для робочого діапазону передачі 5 5
необхідно ретельно підбирати характеристики гідравлічних апаратів, обира-
ючи ті з них, які мають розширений діапазон швидкостей ступеня.
У табл. 8.1 наведені бажані робочі діапазони передач для тепловозів різ-
ного роду служби та дизель-поїздів.
Таблиця 7.1
Робочі діапазони гідравлічних передач
Тип тягового рухомого складу	Параметри передачі	
	робочий діапазон	потужність, кВт
Магістральні тепловози потужністю	5,0	2x736
1472-2944 кВт	5,0	2x1 Ю4
	5,0	2x1472
Маневрові і промислові тепловози	4,5	110-368
	6,0	589-1472
Дизель-поїзди	3,5	442
	3,5	736
152
8.	ІНШІ ТИПИ ТЯГОВИХ ПЕРЕДАЧ
Складність і різноманітність вимог, що пред’являються до тягових передач
локомотивів с Зумовила різноманітність їх кінематичних і конструктивних
схем, заснованих на різних принципах дії. Історичний шлях розвитку систем
тягових передач ствердив пайширше розповсюдження двох розглянутих вище
передач: електричної та гідродинамічної. Але цей шлях проходив через спроби
застосування на локомотивах різного призначення та різної потужності й ін-
ших типів передач: безпосередньої, газової (повітряної), механічної. Досвід
експлуатації підтвердив як доцільність використання (обмеженого можливими
його сферами) одних з них, так і недоцільність використання інших.
Оскільки, як було показано вище, електровози тягової передачі, як такої,
не мають, далі буде йтися тільки про тепловози.
8.1.	Безпосередня передача
Безпосередньою називається передача з шатунно-важільним або зубчас-
тим механізмом з постійним передаточним відношенням, яке реалізується в
механічних ланках. На початковому етапі тепловозобудування (починаючи з
1906 року) робилися численні спроби створення тепловозів з безпосередніми
передачами (за старовинною класифікацією - тепловози безпосередньої дії).
Схема одного з таких тепловозів зображена на рис. 8.1. Цей тепловоз був
призначений для пасажирської служби та побудований у 1912 році заводами
Зульцер (Швейцарія) та Борзіг (Німеччина).
На тепловозі був установлений двотактний реверсивний У-подібний чо-
тирициліндровий дизель з потужністю 515 кВт. Колінчастий вал дизеля од-
ночасно являвся відбійним валом передачі, зовнішні кривошипи якого
з’єднувалися за допомогою зчіпних дишел з кривошипами двох рушійних
колісних пар тепловоза 7 з колесами діаметром 1750 мм. Передаточне відно-
шення механізму дорівнювало одиниці.
Зрушення з місця та розгін тепловоза здійснювався за рахунок енергії сій
снутого повітря, що подавалося до циліндрів дизеля з пускових повітряних рс
зервуарів 6 і допоміжного дизель-компресора 2, який використовувався також
для деякого підвищення потужності головного дизеля на найбільш важких ді
лянках колії. При досягненні швидкості 10 км/год забезпечувався сіійкии спа
лах палива в циліндрах головного дизеля, який при цьому переводився з робо
153
ти на стиснутому повітрі на роботу з паливом. З-за великої витрати повітря
при розгоні тепловоза його максимальний к.к.д. не досягав 13 °о.
Рис. 8.1. Схема тепловоза заводів Зульцер-Борзіг з безпосередньою
передачею: 1 - баки для води, палива та масла; 2 - допоміжний дизель-
компресор; 3 - головний дизель; 4 - випускний колектор; 5 - продувальні
насоси дизеля, 6 - пускові повітряні резервуари; 7 - рушійні колісні пари
Цей, а також інші тепловози з безпосередньою передачею, що потім бу-
дувалися в обмежених кількостях, мали багато суттєвих конструктивних і
експлуатаційних недоліків. Головним і найбільш принциповим з них була
дуже велика невідповідність між фактичною тяговою характеристикою та
характеристикою, необхідною для умов експлуатації тепловоза. Справа в тім,
що при безпосередній тяговій передачі сила тяги тепловоза залишалася прак-
тично постійною в цьому діапазоні швидкостей, тому що крутячий момент на
колінчастому валу дизеля, як відомо, дуже мало змінюється залежно від час-
тоти його о ертання. Навіть уведення підвищеного наддування дизеля при
малій час о і с бертання колінчастого вала не дозволяло досягти необхідної
величини коефіцієнта пристосовуваності. Це призводило до недостатності
сили тяі при зрушенні місця та розгоні і до надлишку — при великих шви-
дкостях руху.
Тепловози з безпосередньою передачею подальшого розповсюдження не
отримали та являють лише історичний інтерес.
8.2.	Газова (повітряна) передача
Газовою передачею називається система пристроїв, призначена для пере-
дачі енергії від колінчастої о вала дизеля до рушійних колісних пар тепловоза
154
за допомогою газоподібних робочих тіл (повітря, продуктів згоряння палива,
водяної пари або їх суміші), яка дозволяє трансформувати крутячий момент і
частоту обертання колінчастого вала дизеля.
У 1929 році заводами МАН і Єселінген (Німеччина) з такою газовою
(пневматичною) передачею був створений пасажирський тепловоз з колісною
формулою 2-3-2 (рис. 8.2). На тепловозі був установлений чотиритактний
шестициліндровий реверсивний дизель 4 потужністю 883 кВт (при частоті
обертання колінчастого вала 450 хв ’), який працював на чотирициліндровий
компресор подвійної дії 2, що забезпечував стиснення повітря до 0,7 МПа
при подачі 175,5 м3/хв. Для зниження витрати потужності на компресор до
його циліндрів впорскувалася вода (до 5,5 кг/хв).
Рис. 8.2. Схема тепловоза МАН-Есслінген з повітряною передачею:
1 - холодильники; 2 - компресор; 3 - повітропідігрівач; 4 - головний дизель; 5 -
розподільні золотники; 6 - циліндри повітряної розширювальної машини; 7 - веду-
че дишло; 8 - кулісний механізм; 9 - зчіпні дишла
З компресора стиснуте повітря спрямовувалося до повітропідігрівача З,
де його температура підвищувалася до 360° за рахунок теплоти продуктів
згоряння дизеля, що відпрацювали. Нагріте стиснуте повітря з домішкою во-
дяної пари через розподільні золотники 5, які дозволяли регулювати степінь
наповнення, потрапляло до циліндрів 6 повітряної розширювальної машини,
подібної до паровозної парової, де відбувалося перетворення теплової енергії
та енергії тиску повітря на механічну роботу, яка передавалася на рушійні
колісні пари тепловоза за допомогою кривошипно-шатунного та спарниково-
го механізмів 7, 9. Реверсування та зміна степеня наповнення циліндрів здій-
снювалося за допомогою кулісного механізму 8.
Дизель запускався стиснутим повітрям з балонів, зарядка яких здійсню-
валася допоміжним компресором, що працював від дизеля.
155
Характеристики, отримані під час випробувань (рис. 8.3), свідчать, що
характер зміни сили тяги тепловоза на зчіпному пристрої (в ті часи ще не бу-
ло автозчепів, а була гвинтова стяжка і оцінка тягових якостей локомотива по
дотичній силі тяги ще не була загальноприйнятою) залежно від швидкості
руху був достатньо близький до гіперболічного. Характер зміни потужності
також не дуже відрізнявся від характеру, властивого сучасним локомотивам,
але максимальне значення к.к.д. тепловоза становило лише приблизно 23 %.
Рис. 8.3. Характеристики тепловоза
МАН - Есслінген з повітряною пе-
редачею: АГІ - потужність тепловоза
на зчіпному пристрої; Г|т - к.к.д. теп-
ловоза на зчіпному пристрої; Рп - си-
ла тяги тепловоза на зчіпному при-
строї;
----при максимальній частоті обертання
колінчастого дизеля, пп = 450 хв”1;
----- при тривалій частоті обертання
колінчастого вала дизеля идоо = 400 хв”1
Порівняно низьке значення к.к.д. на низьких та високих швидкостях ру-
ху, низькі динамічні якості, громіздкість конструкції і велика маса тепловоза
(в тому числі й пристроїв тягової передачі) послужили причиною відмови від
подальшої побудови тепловозів з газовою (повітряною) передачею.
Спроби створення тепловозів з іншими різновидами газової передачі з
використанням в якості робочого тіла продуктів згоряння дизеля або з засто-
суванням дизель-компресора спеціальної конструкції (тепловоз професора
О. М. Шемста) - або не були до кінця здійснені, або не отримали розповсю-
дження після побудови дослідних зразків, тому що вони мали ті ж принципо-
ві недоліки, що й тепловоз з повітряною передачею.
8.2.	Механічна передача
Механічною вважається передача, що складається з окремих механічних
ланок — основної (головної) муфти та багатоступінчастої коробки зміни пере-
дач, яка дозві л‘ при переході від ступеня до ступеня швидкості руху тепло-
воза змінювати передаточне відношення між рушійними колісними парами
156
та колін ас їм валом дизеля, що ри' водить до відповідної трансформації
крутячого моменту та частоти обертання.
Принципова схема тепловоза з механічною передачею зображена на
рис. 8.4. Крутячий момент від колінчастого вала 2 дизеля через головну муф-
ту 3 передається на вхідний вал 4 багатоступінчастої механічної коробки змі-
ни передач (МКЗП) 5. Головна муфта (фрикційна, гідравлічна, електромагні-
тна або інша) повинна забезпечити від’єднання вала дизеля від рушійних ко-
лісних пар при пуску дизеля, переключенні ступенів коробки зміни передач,
реверсуванні та, головне, безударнс навантаження дизеля. Коробка передач,
що складається з системи зубчастих коліс і допоміжних муфт, дозволяє сту-
пінчасто змінювати передаточне відношення між вихідними 6 і вхідними 4
валами Кількість передач - в основному три-чотири, але є конструкції з ві-
сьма ступенями. Це залежить від роду служби тепловоза, характеристики ди-
зеля та інших факторів.
Рис. 8 4. Схема тепловоза з механічною передачею:
1 - дизель; 2 - колінчастий вал; 3 - головна муфта; 4 -
вхідний вал механічної коробки зміни передач (МКЗП);
5 - МКЗП; 6 - вихідний вал МКЗП; 7 - шестерня вихідно-
го вала; 8 — шестерня відбійного вала; 9 — відбійний вал;
10 - спарниковий (дишловий) механізм
Шестерня 7
вихідного вала
коробки зміни пе-
редач знаходиться
у постійному за-
чепленні з шесте-
рнею 8 відбійного
вала 9, від якого
крутячий момент
валів передається
на рушійні колісні
пари за допомо-
гою спарникового
(дишлового) ме-
ханізму 10. Меха-
нізм реверсування
руху тепловоза
звичайно компонується в МКЗП.
Таким чином, тепловози з механічною передачею характеризуються пос-
тійним жорстким кінематичним зв’язком колінчастого вала дизеля з рушій-
ними колісними парами в певному інтервалі швидкостей руху. Цей зв язок
здійснюється за допомогою пар конічних і циліндричних зубчастих коліс А,
157
Б В та ін , а також муфт зчеплення М2, М. тощо (рис. 9.5). На цьому ри-
сунку зображена МКЗП. Для забезпечення просто ги переключення ступенів
передачі рекомендується визначати інтервали швидкостей, виходячи з умови,
яка відповідає геометричній прогресії, наприклад
Л. - Л - Л - с = СОП8І ,	(8.1)
к2 и3 г4
де с -0,45 0,70.
Рис. 8.5. Принципова схема
МКЗП:
Д — дизель; ГМ - головна муфта;
М\, М2, М2 - муфти переключення
ступенів швидкості; А, Б, В, Г-
циліндричні пари шестерень; К-
конічна пара шестерень; 1,2-
проміжні вали; 3 - вихідний вал
Характерною особливістю механічних передач є зниження сили тяги гк
до нуля в момент переключення ступенів швидкості (рис. 8.6, точки с\ е\Г).
Тому характер зміни сили тя-
ги залежно від швидкості руху
виходить ступінчастим і кожно-
му інтервалу швидкості відпові-
дає лише одна точка (Л, сі, /або
/?), що знаходиться на бажаній
гіперболічній характеристиці 1
(див. рис. 8.6).
Після переключення ступеня
швидкості сила тяги стрибком
змінюється до новою значення,
але при цьому відбувається деяка
вірага швидкості руху (точки с"
е , <>"). Зниження сили тяги до
Рис. 8.6. Тягова характеристика
тепловоза з механічною передачею
158
нуля при переключенні ступенів швидкості створюють великі динамічні на-
вантаження на валу дизеля та поздовжні зусилля в поїзді, які можуть призве-
сти до обриву поїзда, особливо під час реалізації великої сили тяги.
При зрушенні з місця головна муфта ГМ (рис. 8.5) працює в режимі ков-
зання, а частота обертання колінчастого вала дизеля збільшується від идтіп
до Идпіах (крив3 Рис- 8.6); для подальшого збільшення швидкості руху
необхідно виконати переключення передач.
Машиніст включає муфти ГМ і М\ (див. рис. 8.6), що забезпечує роботу з
максимальним передаточним числом Цгпах. Перед включенням муфти ГМ
машиніст знижує частоту обертання колінчастого вала дизеля до величини,
яка при новому передаточному числі буде відповідати швидкості руху тепло-
воза. Новий режим визначає точка с. Подальше збільшення швидкості руху
відбувається аналогічно, по ламаній лінії ссІе/^И (див. рис. 8.6), внаслідок то-
го, що машиніст включає і виключає муфти М2 або в певній послідов-
ності, синхронізуючи кожного разу частоту обертання колінчастого вала ди-
зеля та швидкість руху тепловоза.
До переваг механічної передачі слід віднести простоту конструкції, від-
носно малу масу, низьку вартість виготовлення, мінімальну витрату кольоро-
вих металів, високий к.к.д. (80-90 %), тому що втрати в зубчастих зачеплен-
нях, що працюють у масляній ванні, досить малі), можливість використання
на кожному ступені передачі повної потужності дизеля.
Але механічна передача має й серйозні недоліки. Це, перш за все, ступін-
частий характер зміни дотичної сили тяги. Дійсна тягова характеристика 2
(див. рис. 8.6) не відповідає характеристиці постійної потужності 1. В резуль-
таті повна потужність дизеля використовується лише в окремих точках (в, б/,
/, Л), тобто лише при трьох конкретних значеннях ШВИДКОСТІ руху (Ц,^,^).
Ступінчастість тягової характеристики, необхідність відключення дизеля при
переключенні ступенів швидкості (передачі), різке зниження (до нуля) сили
тяги в ці моменти, можливі ривки при наступному включенні головної муфти
ГМ - все це призводить до зниження коефіцієнта використання потужності
дизеля. Передача “прозора” при всіх режимах роботи. До інших недоліків
слід віднести різке ускладнення конструкції МКЗП при збільшенні кількості
ступенів понад п’яти і особливо — понад восьми. Збільшення кількості дета-
лей, що труться, знижує надійність передачі.
159
Першим в світі потужним тепловозом з дизелем потужністю
= 880 кВт і механічною передачею був збудований за проектом вітчизняних
інженерів у Німеччині локомотив 3 у3 (1925 р.). Після пробігу 250 тис.км він
був знятий з експлуатації з-за зруйнування конічної шестерні МКЗП. У дос-
лідному порядку була зроблена спроба створення механічних передач для па-
сажирських тепловозів потужністю до 1470 кВт (Англія) зі спеціальними ди-
зельними установками, які б дозволяли в діапазоні робочих швидкостей руху
розвивати приблизно постійну потужність. Однак, складності, що виявилися
при створенні таких достатньо простих силових установок, позбавили перс-
пективи застосування в майбутньому механічної передачі на магістральних
тепловозах великої потужності.
Все це призвело до того, що механічні передачі застосовуються тільки на
тепловозах малої потужності, призначених для легкої маневрової роботи (в
основному на промислових підприємствах, іноді - на під’їзних коліях і заліз-
ничних станціях), мотовозах і автодрезинах. Вони, як правило, оснащуються
автомобільними або тракторними двигунами внутрішнього згоряння і буду-
ються як для нормальної, так і для вузької колії. Різновиди механічних передач
при цьому розрізняюіься в основному кінематичними схемами (кількістю сту-
пенів швидкості) та конструкціями МКЗП. У деякі конструкції включаються
гідромеханічні ланки, але принцип дії передачі при цьому не змінюється.
160
9.	ТЯГОВІ ЯКОСТІ, ПАРАМЕТРИ ТЯГОВОГО РЕЖИМУ
ЛОКОМОТИВІВ ТА ЇХ РЕАЛІЗАЦІЯ У ПРОЕКТНИХ
РОЗРОБКАХ
9.1.	Поняття про тягові якості локомотива. Параметри тягового
режиму
Розглянуте вище технічне завдання на проектування локомотива (підроз-
діл 2.2) встановлює параметри, які характеризують локомотив як тягову оди-
ницю залізничного рухомого складу, та узагальнений підхід до їх формуван-
ня й визначення. Ці параметри потім уточнюються, конкретизуються способи
їх визначення та реалізації (на стадії технічної пропозиції). Але якщо збагну-
ти зміст цих різноманітних параметрів у взаємозв’язку, то можна зробити ви-
сновок, що переважна їх більшість реалізується під час руху локомотива з по-
їздом, тобто в тяговому режимі, а уся сукупність параметрів характеризує тя-
гові якості локомотива.
Локомотиви принципово відрізняються один від одного. Електровози, як
контактні локомотиви, споживають енергію для тяги поїзда з електричної ко-
нтактної мережі. Тепловози, як автономні локомотиви, мають для цього спе-
ціальну енергетичну установку - дизель, газотурбовози - газову турбіну. І
навіть у тепловозів різних типів передача енергії від її джерела до рушійних
колісних пар здійснюється принципово різними способами. Тобто на різних
локомотивах для реалізації тягового режиму застосовуються різні комплекси
тягового обладнання - машин, агрегатів та інших пристроїв і приладів — які
складають систему створення та передачі крутячого моменту від двигуна до
рушійних колісних пар. Ці комплекси як раз і формують тягові якості локо-
мотивів. Вони носять, як відомо, назву «тягові передачі».
У спеціальній технічній і навчальній літературі поняття «тягові якості»
чітко не визначаються, але при підході до проектування основних характери-
стик локомотива як тягової одиниці залізничного рухомого складу сутність
цього поняття повинна бути усвідомлена.
На підставі викладених вище міркувань можна визначити, що під тягови-
ми якостями локомотива розуміється комплекс його властивостей, технічних
параметрів, характеристик і технічно-економічних показників, що забезпе-
чують необхідні умови та режими ведення поїзда відповідно до призначення
локомотива.
161
Основними складовими цього комплексу є:
- найменша схильність до буксування;
—	використання локомотива з найвищим к.к.д.;
—	повнота використання зчіпної маси локомотива в усіх режимах руху,
особливо при зрушенні з місця;
-.реалізація максимальної дотичної сили тяги при зрушенні з місця та ро-
згоні з поїздом розрахункової маси;
—	забезпечення технічного ресурсу до капітального ремонту за умови
проходження в деко певних видів технічного обслуговування та поточного
ремонту зі встановленою періодичністю;
-	можливість перерозподілу (за необхідністю) навантаження від колісних
пар на рейки;
-	безумовне забезпечення безпеки руху за будь-яких обставин і якнайме-
нший негативний вплив на довкілля.
Тягові якості локомотива реалізуються при тяговому режимі. Тому при
проектуванні локомотива великого значення набуває врахування параметрів
тягового режиму, які характеризують та оцінюють різні сторони локомотива
як з технічної, так і економічної точки зору. До основних таких параметрів
можна віднести:
-	степінь постійності та повноти використання потужності енергетичної
установки (автономного локомотива) та тягового обладнання електровоза в
усьому діапазоні швидкостей;
-	широта діапазону швидкостей;
-	розрахункові величини дотичної сили тяги та швидкості тривалого ре-
жиму (для тепловозів і електровозів), а для вантажних електровозів - ще й
годинного режиму;
-	величина максимальної дотичної сили тяги локомотива;
-	величина конструкційної швидкості (для маневрових тепловозів з гідра-
влічною передачею - на маневровому та поїзному режимах);
—	навантаження від колісної пари на рейки;
-	коефіцієнт зчеплення коліс з рейками;
-	коефіцієнт використання зчіпної маси;
-	коефіцієнт тяги;
-	питома дотична потужність;
-	питома зчіпна маса та ін.
162
Тягові якості локомотива та параметри тягового режиму реалізуються че-
рез цілеспрямоване узгоджене використання характеристик дизеля, тягових
електричних машин, а у тепловозів з гідравлічною передачею — гідравлічних
апаратів. Ці параметри не тільки характеризують (з абсолютної точки зору)
тягові якості локомотива, але й використовуються для порівняльного якісно-
го аналізу різних варіантів технічних (схемних і конструкційних) рішень, що
досить часто доводиться робити при обранні оптимального варіанта при про-
ектуванні локомотива.
У автономних локомотивів параметри тягового режиму формуються по
характеристиках енергетичної установки та тягового обладнання. Наприклад,
у тепловозів з електричною передачею - це тяговий генератор, перетворюва-
льна установка (при передачі змінно-постійного струму) та тягові електрод-
вигуни; у тепловозів з гідравлічною передачею - це гідротрансформатори,
гідромуфти та механічні ланки тягової передачі.
У електровозів зазначені вище параметри формуються по характеристиках
тягових електродвигунів та перетворювальних установок (залежно від виду
струму - випрямної установки, перетворювача частоти, автономних інверторів).
Як відомо, основними характеристиками, що формують тягові якості ло-
комотива, є:
-	дизеля та газотурбінного двигуна - зовнішня та регуляторні характери-
стики;
-	тягового генератора — зовнішня характеристика (з обмеженнями по на-
прузі, струму та потужності енергетичної установки);
-	у тягового електродвигуна — електромеханічні характеристики;
-	у колісно-моторного блока тепловоза з електричною передачею та елек-
тровоза - електротягові характеристики (електромеханічні характеристики
тягового електродвигуна, приведені до ободів коліс рушійної колісної пари;
-	у гідротрансформатора і гідромуфти - універсальні (безрозмірні), зов-
нішні та навантажувальні характеристики;
-	у локомотива (тепловоза, електровоза) у цілому — тягова та техніко-
економічні характеристики.
лід мати на увазі, що взаємне використання усіх силових агрегатів по
ходу передачі енергії має бути узгоджене згідно з єдиним принципом: поту-
жність, що витрачається одним агрегатом (умовно — двигуном) на привод ін-
шого агрегату, повинна бути необхідною та достатньою для подолання його
опору (механічного або електричного). Дотримання цього принципу забезпе-
163
чує найвищу економічну ефективність роботи будь-якої системи типу «дви-
гун-навантаження», а сам принцип до гримується у так званій робочій точці
спільної характеристики роботи системи; тобто робоча точка - це точка пере-
гину зовнішньої (тягової характеристики двигуна з навантажувальною харак-
теристикою агрегату, що приводиться в дію цим двигуном. При змінному
режимі роботи системи параметр тягового режиму, що визначається для при-
водного агрегату, повинен суворо відповідати характеру зміни відповідного
параметра двигуна, тобто його значення повинне знаходитися на одній кри-
вій характеристики двигуна, що відображує характер зміни цього параметра.
Взаємне узгодження всіх зазначених вище характеристик агрегатів тяго-
вої передачі по всьому колу передавання енергії від її джерела до колісних
пар локомотива узагальнюється та відображається на його тяговій та техніко-
економічних характеристиках. Але для того, щоб сформувати ефективну з
технічної та економічної точок зору тягову характеристику, треба правильно
врахувати взаємозв’язок параметрів тепловоза, дизеля та передачі. Тому при
проектуванні треба обирати таке основне тягове обладнання, починаючи з
енергетичної установки, яке б оптимально відповідало призначенню локомо-
тива та сприяло формуванню відповідних тягових якостей.
9.2.	Взаємозв’язок параметрів тепловоза, дизеля і тягової передачі
Тягові та технічно-економічні характеристики тепловоза в значній мірі
залежать від правильного узгодження характеристик тепловоза у цілому, ди-
зеля та тягової передачі. Такий висновок виходить з наведеного вище. Зага-
льним параметром при цьому виступає дотична потужність тепловоза Акр,
кВт, що визначається за формулою
^кр ~	~ РдОп)Пп >	(9-ї)
де ас - кількість секцій у складі тепловоза;
<2д	- кількість дизелів в одній секції;
Рдоп ~ частка потужності, що витрачається на привод допоміжних агрегатів;
т)п - к.к.д. тягової передачі.
Потужності дизеля та допоміжних агрегатів не є постійними, а залежать
від багатьох випадкових факторів (маси та довжини поїзда, атмосферних
164
умов тощо), тому тягова передача розраховується на вхідну потужність, що
дорівнює максимально можливій.
Структура та розміри тягової передачі в значній мірі визначаються вели-
чиною крутячого моменту на вході до неї. Збільшення частоти обертання ко-
лінчастого вала дизеля призводить до зменшення габаритних розмірів і маси
не тільки власно дизеля, але й агрегатів передачі. Максимальна частота обер-
тання колінчастого вала дизеля обмежується надійністю та міцністю його
конструкції, к.к.д. та іншими параметрами дизеля й агрегатів передачі, при-
чому умови оптимального узгодження параметрів дизеля з різними типами
передач утворюються по-різному.
При електричній передачі постійного струму частоту обертання обмежує
конструкція тягового генератора. В передачі змінно-постійного струму таке
обмеження відсутнє. Навпаки, синхронний генератор доцільно розрахувати й
виконувати на більшу частоту обертання якоря. Для гідравлічних передач оп-
тимальною є така частота обертання вхідного вала, яка взагалі неприйнятна
для дизеля. Тому при гідравлічній передачі між колінчастим валом дизеля та
вхідним валом гідравлічних апаратів завжди встановлюється підвищуваль-
ний редуктор. Але при великих потужностях в одній силовій установці габа-
ритні розміри та маса підвищувального редуктора можуть різко зменшити
виграш від збільшення швидкохідності власно гідравлічної передачі. Водно-
час неминуче виникають труднощі і з забезпеченням надійності.
Для стійкої сумісної роботи дизеля та передачі залежність моменту опо-
ру Л/п, Н м, на вході в передачу від частоти обертання вхідного вала пд, хв-1,
повинна мати певний характер. Неважко показати [22], що стійка сумісна ро-
бота дизеля та передачі буде забезпечена за умови
<4
(9.2)
де Мд - крутячий момент на валу дизеля, Нм.
Ця умова є необхідною, якщо дизель не має автоматичного регулятора часто-
ти обертання, а за наявності такого регулятора — якщо дизель працює при ма-
ксимальній подачі палива. У випадку електричної передачі при об’єднаному
регуляторі потужності та частоті обертання, які впливають як на подачу па-
лива, так і на момент опору тягового генератора, умова (9.2) не є
обов’язковою. Але при її дотриманні суттєво поліпшується якість перехідних
165
процесів у системі “дизель-генератор” при різних збуреннях. У гідравлічній
передачі умова (9.2) забезпечується природними характеристиками насосних
коліс гідравлічних апаратів.
При проектному обґрунтуванні тягових якостей тепловоза слід мати на
увазі, що параметри вихідного елемента передачі, який пов’язаний безпосе-
редньо з рушійною колісною парою, визначаються заданими характеристи-
ками тепловоза: розрахунковою силою тяги та швидкістю (для вантажних те-
пловозів - при тривалому режимі). До речі, під тривалим розуміється грани-
чний режим, у якому тепловоз може працювати без обмеження часу. У теп-
ловозів з електричною передачею це обмеження створюється перегріванням
обмоток тягових електричних машин відносно температури довкілля, у теп-
ловозів з гідравлічною передачею - перегріванням масла гідравлічної пере-
дачі. Визначальний параметр при цьому — це дотична сила тяги тепловоза,
тому що від її величини залежить нагрівання як обмоток тягових електрич-
них машин, так і масла гідравлічної передачі.
У загальному випадку сила тяги тривалого режиму повинна дорівнювати
силі тяги по зчепленню коліс з рейками, але при цьому різко збільшуються
розміри та маса вихідного елемента й передачі в цілому. Зростає також і по-
тужність, що витрачається на охолодження тягових агрегатів. Крім того, сила
тяги по зчепленню коліс з рейками використовується відносно рідко та про-
тягом короткого часу (зрушення з місця, рух по важких підйомах, які звичай-
но мають невелику протяжність, та ін.). Тому, як правило, дотичну силу тяги
тривалого режиму як розрахункову вибирають меншою, ніж максимальна
Коефіцієнт гяги Зт, як показник тягового режиму, при цьому становить
(табл. 9.1). У цій таблиці потужність тепловозів не зазначена, але можна лег-
ко помітити, що в межах кожної групи тепловозів із зростанням потужності
величина коефіцієнта потужності теж, як правило, декілька зростає.
Розміри тягової передачі в значній мірі визначаються й широтою діапазо-
ну швидкостей (у деяких джерелах — коефіцієнту кратності зміни швид-
костей при номінальній потужності). Передача повинна, з одного боку, роз-
вивати тривалу (розрахункову) силу тяги, а з іншого — забезпечувати викори-
стання повної потужності дизеля при максимальній швидкості руху. Тому ро-
зміри та маса тягової передачі визначаються [22] не потужністю дизеля Ус, а
деякою його розрахунковою потужністю Уер, кВт, причому
Аер “	’ Ае •
(9-3)
166
Для вантажних тепловозів останніх випусків коефіцієнт кш = 3,5 5,0,
який зменшуються із зросіанням потужності при приблизно постійній вели-
чині конструкційної швидкості Ик. Для пасажирських тепловозів кНІ 1,5
2,2, тому для потужних пасажирських тепловозів доцільно проектувати сне
ціальну тягову передачу, а не обмежуваїися простим зменшенням (як в ме-
ханічному, так і в електричному аспектах) передаточною числа між вихід-
ним елементом передачі та рушійною колісною парою, як це робилося до
останніх часів.
Таблиця 9.1
КосфІЦІСНІ твій вії чи пінних і чеських 1 силово и'в
	Розрахункова до- тична сила іяі и, кр» 1	Зчіпна маса ().іЧ, т	Косфіийні іяіи
Серія іеиловоза			3,, кН/т
	Вант ажні		
133	396	252	1,571
М62, (2М62)	196 (392)	116,5 (233)	1,682
2ТЛОМ	490	276	1,775
2 ГИ 16	496	276	1,797
	І Іасажирські		
ТЗІІ60	124	126	0,984
ТЗІ170	167	129	1,294
	Маневрові		
ТІ К2 (21)	70,6 ”	28	2,521
ТГМ23	107,8 і'	39 (44) ”	2,764 (2,450)2'
ІГМЗЬ, ТІ М4	191,1 11	68		2,810
ТГМ6А	246 ”	90	2,733
ЧМ32	117,6	74	1,589
чмзз	225,4	123	1,832	
ЧМ35	322	168	Щ7	
ТЗМ2	200	123,6	1,618
ТЗМ7	314 (343) 2)	168(І80)?)	1,869 (і,906)2)
Примі і ка: 11 на маневровому режимі; 2) з баластом
Як невдалий приклад слід навести персі вороння вантажною локомоіива
на пасажирський шляхом простої зміни передаточною числа іяювою осьо-
167
вого редуктора (тепловоз ТЗЗ та ін.). Використання спеціально спроектова-
ної передачі дозволить зменшити її масу та загальну масу тепловоза, отже
поліпшити його динамічні характеристики, що особливо важливо для паса-
жирських локомотивів. Для маневрових тепловозів кш = 6—11. Параметри
тривалого режиму та максимальна швидкість руху тепловоза обираються на
підставі детальних техніко-економічних розрахунків.
При виборі типу дизеля залежно від роду служби тепловоза необхідно
враховувати форму його економічної характеристики. Так, при характерис-
тиці що відповідає кривій 1 на рис. 9 1, потужність дизеля швидко зростає в
зоні малих частот обертання колінчастого вала. Це доцільно для маневрового
тепловоза, коли треба швидко розвинути потужність, яка б забезпечила вели-
ке прискорення маневровою поїзда, починаючи зі зрушення з місця, В той же
час, у зоні великих значень 7Уе і лд маневровий тепловоз працює порівняно
рідко. Така характеристика дозволяє використовувати дизель переважно в
режимі малих величин ид що у більшості випадків забезпечує зниження зно-
су основних деталей дизеля.
Рис. 9.1. Форми економічних
характеристик дизелів
Дизель, що має економічну характерис-
тику, яка відповідає кривій 3, недоцільно за-
стосовувати на локомотивах, тому що навіть
на маневровому тепловозі протягом більшої
частини часу його доведеться використову-
вати при підвищених значеннях ид, що зни-
зить строк служби. Для магістральних ван-
тажних тепловозів, що працюють у широко-
му діапазоні поіужностей, найбільш доціль-
ною є форма економічної характеристики,
яка відповідає кривій 2, тому що в цьому ви-
падку забезпечується рівномірне розподілен-
ня потужностей по позиціях контролера ма-
шиніста.
Коли при проектуванні локомотива обирається дизель, то слід взяти до
уваги, що при цьому важливу роль відіграє й зона розташування максималь-
них значень його к.к.д. Для магістральних вантажних тепловозів дизель по-
винен мати максимальний к.к.д. у можливо більш широкому діапазоні поту-
жностей (як мінімум, від 0,1 до 1,0Агепом). Максимум економічності дизеля
168
пасажирського тепловоза повинен відповідати потужності, близькій до номі-
нальної, тому що цей тепловоз в умовах експлуатації відносно рідко працює
при часткових навантаженнях. Дизелі маневрових тепловозів повинні мати
максимальний к.к.д. в зоні порівняно невеликих потужностей.
9.3.	Принципи регулювання сумісної роботи дизеля і тягової передачі
Розглянуті вище типи тягових передач визначають специфічні особливос-
ті узгодження своїх характеристик з характеристиками дизеля, прийнятого
для проектного тепловоза. Ці особливості залежать в основному від обраної
системи регулювання потужності дизеля та тягової передачі.
При електричній передачі можливі два варіанти регулювання: роздільне
та об’єднане. Під розподільним розуміється таке регулювання, коли дизель і
передача мають окремі регулятори, які пов’язані тільки через об’єкт регулю-
вання — дизель-генератор. Такі системи застосовувалися на тепловозах старо-
го покоління - ТЗЗ, ТЗМ2 та деяких інших, які практично на залізницях не
експлуатуються (тепловоз ТЗМ2 у кількості біля 200 одиниць ще використо-
вується на промисловому залізничному транспорті). На тепловозі ТЗЗ розді-
льне регулювання створювалося при виключеному вузлі регулювання поту-
жності. Ізодромний регулятор дизеля підтримував задану частоту обертання
колінчастого вала незалежно від зміни навантаження. Система регулювання
тягового генератора забезпечувала постійність його потужності та задані об-
меження по струму та напрузі.
Описані системи прості за своїми схемами та конструкціями, вони забез-
печують динамічну стійкість, особливо по передачі. Але системи роздільного
регулювання мають серйозні недоліки. Це, перш за все, неповне використан-
ня вільної потужності дизеля: при відключенні допоміжних навантажень по-
тужність дизеля, що вивільнюється, не використовується для тяги. Аналогіч-
но, при зменшенні потужностей тягового генератора з-за нагрівання його об-
моток незалежного збудження: у цих випадках регулятор частоти обертання
колінчастого вала дизеля зменшує подачу палива на відповідну величину.
Відомо, що дизель дуже чутливий до перевантажень. Тому потужність
тягового генератора встановлюється мінімальною з урахуванням усіх факто-
рів. Але навіть у цьому випадку можливість перевантаження дизеля не ви-
ключається при зміні якості палива, наприклад, відмові паливної апаратури
або зміні атмосферних умов тощо. Внаслідок цього знижується економіч-
ність і довговічність дизеля, а також продуктивність тепловоза у цілому.
169
і ч ТОЧКИ зору роботи дизеля по економічній
ФУ.~““	’• ”безпсчу'
характеристиці. Су 1	завжди може стабільно підтримувати нот-
" ЇЇХ-"р“ р°мі"““ї регу”“ві
кож не досягається повна іжпрс р	с[|стемах доданого регулювання,
Розглянуті вище недоліки відсут
„ Я " ™“" ”
еі—— Схем. фупк.Ш—х »..». ™ системи Ю6Р.Ж0Н.
“рн ” 9.2. Ді«е»	“»І“Ч“ТОГ°	”* У
вальному органі ВО порівнюється з сигналом заданої частоти мдо, який над-
ходить з контролера машиніста КМ. Одночасно в задавальному пристрої ЗП
формується сигнал завдання циклової подачі палива и?ІІО, при якій забезпе-
чується робота дизеля з потужністю , що відповідає економічній характе-
ристиці при заданій частоті обертання колінчастого вала идо.
Рис. 9.2. Схема функціональних зв’язків об’єднаного регулятора частоти обе-
ртання колінчастого вала і навантаження дизеля:
КМ~ контролер машиніста; ВО- вимірювальний орган; ЗП- задавальний при-
стрій; СДС- серводвигун; ВМ- вимірювач моменту; СДМ— серводвигун моменту;
СЗ - система збудження тягового генератора; Д — дизель; Г- тяговий генератор; ДГ
-дизель-генератор; ид - дійсна частота обертання колінчастого вала дизеля; ид0 -
задана частота обертання колінчастого вала дизеля; и?по — задана циклова подача
палива, т — дійсна циклова подача палива ; Д/и — сигнал розузгодження подачі
палива, Ди сигнал розузгодження частоти обертання колінчастого вала дизеля;
/г струм тяі свого генератора; /3 - струм збудження тягового генератора; Мг -
момент на валу якоря тягового генератора
При відхиленні частоти обертання ид від заданої величини ид0 сигнал
розугодження Ди надходить до серводвигуна СДС, який змінює відповідним
170
чином подачу палива т. В результаті змінюється момент на колінчастому
валу дизеля Л/д і відновлюється частота його обертання идо. Одночасно ве-
личина циклової подачі палива т у вимірювачі моменту ВМ порівнюється з
заданою гапо і сигнал розузгодження Д/и через серводвигун моменту СДМ
надходить до системи збудження СЗ тягового генератора. Система збуджен-
ня впливає безпосередньо на струм збудження /3 тягового генератора і, по-
середньо, на струм якоря Іг тягового генератора Г, змінюючи момент на ва-
лу його якоря Мг таким чином, щоб викликати зворотне за знаком розузго-
дження частоти обертання Ди. У результаті серводвигун СДС знов змінює
подачу палива, й процес повторюється до тієї пори, поки частота обертання
колінчастого вала дизеля ид і циклова подача палива т не досягнуть заданих
значень идо і гапо відповідно.
Описана система об’єднаного регулювання використана на тепловозах
2Т310М (В, Л), 2Т3116, ТЗП60, ТЗП70, ТЗП75. Вона забезпечує компенса-
цію будь-яких збурень, що виникають як у самій системі (зміна потужності
на привод допоміжних агрегатів, температури обмотки збудження тягового
генератора, відмова паливної апаратури дизеля та ін.), так і назовні (зміна
профілю колії, атмосферних умов тощо).
Однак для забезпечення динамічної стійкості системи доводиться різко
збільшувати постійну часу серводвигуна моменту СДМ, тобто інерційність
системи регулювання. З-за цього зростає тривалість перехідного процесу, й
дизель більшу частку часу працює в нестабільних режимах. Крім того, опи-
сана система, будучи типовим прикладом програмного регулювання, забез-
печує суміщення характеристики тягової передачі з номінальною економіч-
ною характеристикою дизеля, але аж ніяк не може враховувати зміни пара-
метрів дизеля в процесі експлуатації. Недоліком системи є й те, що при будь-
якому відхиленні частоти обертання колінчастого вала дизеля перш за все
вступає в дію регулятор частоти обертання, який змінює подачу палива, а по-
тім вже — регулятор моменту.
Але при використанні об’єднаної системи регулювання забезпечуєгься
краще підтримання взаємодії характеристик дизеля та тягової передачі, ніж
при роздільному регулюванні.
У оптимальному варіанті процес регулювання повинен здійснюватися та-
ким чином. При відхиленні (під впливом будь-якого збурення) частоти обер-
тання колінчастого вала дизеля від заданої величини вступає в роботу регу-
171
лятор навантаження, який намагається відновити задану частоту обертання
відповідно зміною величини навантаження. Подача палива у цьому випадку
залишається постійною. Тільки для того, як регулятор навантаження вичер-
пав свої можливості, повинен починати діяти регулятор частоти обертання. У
цій системі дизель більшу частину часу буде працювати у стаціонарних режи-
мах. Для створення таких систем необхідно забезпечити високу швидкодію
системи регулювання тягового генератора, чого поки досягти не вдається.
При об’єднаному регулюванні забезпечується повна “непрозорість” тяго-
вої передачі, за виключенням ділянок обмеження напруги та струм зовніш-
ньої характеристики тягового генератора. Однак у зоні обмеження по струму
тепловоз працює тільки в режимі пуску (зрушення з місця) або під час руху
по особливо тяжких підйомах, а у зоні обмеження по напрузі - тільки під час
руху з великими швидкостями при часткових навантаженнях дизеля.
Протягом останніх років багато з провідних зарубіжних дизелебудівних
фірм працюють над створенням електронних систем регулювання дизелів. Ці
дослідження ведуться, головним чином, у двох напрямках:
-	створення електронних регуляторів для традиційних систем подачі па-
лива на заміну механічних або гідромеханічних регуляторів;
-	створення систем електронного управління впорскуванням палива.
Специфіка цих систем розглядається в спеціальній літературі з двигунів
внутрішнього згоряння; їх розгляд тут не є необхідним, тому що з точки зору
формування тягових якостей тепловоза результати їх діяння - такі ж, як і си-
стеми, що описані вище, тільки досягаються вони на іншій принциповій ос-
нові та з іншим рівнем якості регулювання.
Системи електронного регулювання отримують широке розповсюдження
на автомобільних двигунах; нажаль, на тепловозних дизелях вони розповсю-
дження у вітчизняній практиці поки не отримали.
Теоретичні основи та фізичний зміст описаних вище процесів і систем ре-
гулювання, а також їх параметри та характеристики детально розглядаються
в навчальних дисциплінах, пов’язаних з двигунами внутрішнього згоряння та
автоматизацією управління тепловозами.
9.4.	Узгодження характеристик дизеля і передачі
На підставі розглянутого вище можна вважати, що під узгодженням хара-
ктеристик дизеля і передачі розуміється таке суміщення зовнішньої (еконо-
мічної) характеристики дизеля з навантажувальною характеристикою основ-
172
ного силового агрегату тягової передачі, при якому їх робочі точки (точки
перетинів) будуть відповідати умові постійності потужності дизеля та знахо-
дитися при цьому в зоні найвищих значень к.к.д.
При електричній передачі (незалежно від роду струму) тяговий генератор
з’єднаний з колінчастим валом дизеля безпосередньо, без проміжного підви-
щувального або понижувального редуктора. Тому узгодження характеристик
дизеля та тягового генератора досягається за допомогою описаного вище ре-
гулювання тим, що дизель працює по так званій генераторній характеристиці
(крива СД на рис. 9.3).
Рис. 9.3. Узгодження характеристик дизеля і тягового генератора
На цьому рисунку крива А'В' - зовнішня характеристика Л7Д = /(ид);
АВ - швидкісна характеристика = /(ид). Точки лдтіп, лді, «д2- - «ді4’
Пд15 (идтах) позначають фіксовані регулятором частоти обертання колінча-
стого вала дизеля по позиціях контролера машиніста (у припущенні, що в да-
ному випадку він має п’ятнадцять позицій). Крива С'Д' - обмежувальна ха-
рактеристика. Лінії 1,2 ... 13, 14, 15 - регуляторні характеристики - залеж-
ності Л/д = /(ид) у випадках зміни зовнішнього навантаження від нуля до
максимального та управління подачею палива регулятором при фіксованому
положенні його органа настройки.
Відношення максимального моменту дизеля Мц (в точці В зовнішньої
характеристики) до моменту при номінальному режимі (в точці А’) дає зна-
чення коефіцієнта пристосовуваності дизеля кп
173
к"=^Г-	(9'4)
МА'
Цей коефіцієнт — показник дуже характеристичний. Його величина характе-
ризує здатність дизеля до саморегулювання режиму роботи під впливом змі-
ни зовнішнього навантаження: зниження частоти обертання колінчастого ва-
ла та зменшення крутячого моменту Л/д при її зниженні. Для тепловоз-
них дизелів у кращому випадку кп -1,15-1,25 (по зовнішній характеристиці),
а дизелі з високим газотурбінним наддуванням мають кп ~ 1, тобто властиві-
стю саморегулювання не володіють. Надто низькі значення коефіцієнта ки
або повна відсутність пристосовуваності у тепловозних дизелів останніх випу-
сків є однією з причин необхідності складних тягових передач між колінчас-
тим валом дизеля та рушійними колісними парами тепловоза, на які поклада-
ються не тільки передача, але й трансформація величини крутячого моменту.
Тепловозні дизелі з високим наддуванням і приводним відцентровим або
газотурбінним нагнітачем звичайно не можуть працювати по зовнішній хара-
ктеристиці в усьому діапазоні частот обертання, тому що з пониженням ве-
личини Л7д суттєво зменшується величина коефіцієнта надлишку повітря а ,
підвищуються максимальні температури процесу згоряння, збільшується те-
плонапруженість деталей циліндро-поршневої групи, яка може досягти недо-
пустимих (за величиною моторесурсу та надійності роботи) величин. Водно-
час температура газів, що відпрацювали, підвищується до границь, недопус-
тимих за умови роботи газової турбіни нагнітача. У зв’язку з цим для таких
дизелів установлена так звана обмежувальна характеристика (крива СД' на
рис. 9.3), яка в де якому інтервалі величин /?д розташована нижче зовніш-
ньої, але вище генераторної. Поле можливих режимів роботи дизеля в цьому
випадку обмежене площею О С'ДАА^.
Однією з характеристик є умова роботи дизеля по навантажувальній ха-
рактеристиці, що іноді при електричній передачі обирається замість роботи
по генераторній характеристиці, залежно від типу обраного дизеля. Наванта-
жувальною називається характеристики зміни будь-якого параметра роботи
дизеля (залежно від показника його навантаження, наприклад, ефективної
потужності Уе або середнього ефективного тиску палива в циліндрі />е).
Але слід мати на увазі, що при роботі по навантажувальній характеристиці
збільшення навантаження на дизель супроводжується значним зниженням
174
коефіцієнта надлишку повітря, деяким зменшенням індикаторного к.к.д. і
суттєвим підвищенням механічного к.к.д., що призводить до відповідних
змін усіх інших параметрів. Такий характер зміни параметрів роботи власти-
вий як дизелям без наддування, так і дизелям з наддуванням від приводного
або газотурбінного нагнітача.
Фізичний зміст описаних вище процесів та їх параметрів разом з їх необ-
хідними обґрунтуваннями детально розглядається в циклах навчальних дис-
циплін, пов’язаних з двигунами внутрішнього згоряння, елекгричним облад-
нанням та автоматизацією управління локомотивами.
При гідравлічній (гідродинамічній) передачі вал насосного колеса гідрот-
рансформатора або гідромуфти зв’язаний з колінчастим валом дизеля через
підвищувальний редуктор. Це необхідно тому, що частоти обертання колін-
частого вала навіть швидкохідного дизеля не вистачає для нормальної роботи
гідравлічних апаратів: енергія їх робочої рідини при частотах обертання на-
віть 1500 хв ’ недостатня для передачі необхідного крутячого моменту.
Для усталеного режиму роботи гідравлічного апарата справедливі такі рі-
вності
"Рдоп ' Лпр =	(9-5)
де 7Уе - ефективна потужність дизеля, кВт;
7УН - потужність на валу насосного колеса гідротрансформатора, кВт;
Рдоп “ коефіцієнт, що враховує витрату потужності дизеля на привод до-
поміжних агрегатів (у деяких літературних джерелах його нази-
вають коефіцієнтом вільної потужності дизеля);
г]Пр ~ к.к.д. підвищувального редуктора;
^Д^дЛпрРдОП =	(9-6)
де Л/д і Мн - момент, відповідно, дизеля та насосного колеса гідравлічного
апарата (гідротрансформатора або гідромуфти), Н м;
ин ~ частота обертання насосного колеса гідравлічного апарата, хв 1
Момент Мд на колінчастому валу дизеля визначається зовнішньою
(швидкісною) характеристикою Л7Д = /’(л7д). Момент насосного колеса гід-
равлічного апарата, приведений до колінчастого вала дизеля Мнд, Н м, ви-
значається з виразу
175
МНД - мн р • О ’	(9.7)
''д'ІпрРдоп 'пр'ІпрНдоп
де і = пп!п - передаточне число підвищувального редуктора.
Момент, що сприймається валом насосного колеса гідравлічного апарата
визначається згідно з законами подібності за формулою
5 2
~ У^н^а пн >
де Хн - енергоємність гідравлічного апарата, (Н хв2)/м4;
Ва - активний діаметр (діаметр змоченої частини) гідравлічного апарата, м.
Залежність (9.8) являє собою квадратичну параболу. З урахуванням цієї
формули величина Л/нд, буде
(9.8)
— Мн _ У^н^3а
^прЛпрРдоп 4ірЛпрР.
(9.9)
і па-
/7Н _ У^н^а лд
Д°п 'прПпрРдоп
Для непрозорого гідротрансформатора енергоємність уХн залишається
постійною при будь-якому режимі роботи. При усталеному режимі момент
на валу дизеля врівноважується моментом опору. Цей режим відповідає точці
перетину зовнішньої (швидкісної) характеристики дизеля Мд=/(мд) і па-
раболи навантаження насосного колеса гідравлічного апарата Мн = /(ид),
яка визначається за рівнянням (9.9), тобто кожному значенню частоти обер-
тання колінчастого вала дизеля відповідає тільки один усталений режим су-
місної роботи дизеля з гідродинамічною передачею.
Непрозорі гідротрансформатори забезпечують постійний режим роботи
дизеля незалежно від швидкості руху тепловоза, що, безумовно, сприяє збі-
льшенню довговічності силової установки. При часткових навантаженнях
парабола навантаження, як правило, не співпадає з економічною характерис-
тикою транспортних дизелів. Отже, обираючи точку узгодженої роботи, яка б
відповідала режиму номінальної потужності, доводиться завідомо ити на Де-
яке погіршення показників з витрати палива при часткових навантаженнях
Але сьогодні провідними європейськими фірмами вже створені транспортні
дизелі (в Україні, зокрема, дизель Д80), економічні характеристики яких від
176
повідають вимогам узгодження з характеристиками гідравлічних апаратів
“непрозорого” типу.
У прозорих гідротрансформаторів енергоємність уХн змінюється в широ-
ких межах залежно від передаточного числа /гг; кожному значенню уХн від-
повідає своя парабола навантаження. У гідротрансформаторів з прямою про-
зорістю величина уХн зменшується при збільшенні передаточного відношен-
ня 1/і = ит/нн (рис. 9.4, а)), що призводить до зменшення моменту Л/н, а у
гідротрансформаторів зі зворотною прозорістю величина уХн зростає при
збільшенні передаточного відношення 1/і (рис. 9.4, б)). Також, як і при не-
прозорому гідротрансформаторі, характеристики дизеля і прозорого гідрот-
рансформатора суміщаються при передаточному відношенні 1//*, яке забез-
печує найвищий к.к.д. гірр. Навантажувальна парабола, що визначається ве-
*
личиною уХн (крива Б на рис. 9.5), повинна проходити через точку IV, яка ві-
дповідає режиму номінальної потужності дизеля.
Рис. 9.4. Універсальні (безрозмірні) характеристики гідротрансформаторів:
а) з прямою прозорістю ; б) зі зворотною прозорістю
У цьому випадку у гідротрансформатора з прямою прозорістю при переда-
точному відношенні 1//] <1//* навантажувальна парабола проходить більш кру-
то 9 крива А на рис. 9.5, а)). Такі гідротрансформатори дозволяють більш повно
навантажувати дизель при малих швидкостях руху тепловоза, тому їх доцільно
використовувати в якості пускових ступенів гідродинамічної передачі.
177
У гідротрансформатора зі зворотною прозорістю навантажувальна пара-
бола при 1/і < 1/Г (крива В на рИС- 9 5’ б)) пр0Х0ДИГЬ бІЛЬШ КРУТО> Й ТОМу такі
гідротрансформатори, які дозволяють більш повно навантажувати дизель при
великих швидкостях руху тепловоза, доцільно використовувати в якості ма-
ршових (поїзних) ступенів передачі.
Рис. 9.5. До узгодження характеристик дизеля і гідротрансформатора:
а) з прямою прозорістю; б) зі зворотною прозорістю; 1, 2, 3 — регуляторні характе-
ристики дизеля; А, Б, В- навантажувальні параболи гідротрансформатора при 1/ір
і/і* і 1//2 і £е - питома ефективна витрата дизельного палива
Навантажувальна здатність гідромуфти залежить від режиму роботи, то-
му область режимів її сумісної роботи з дизелем визначається пучком пара-
бол навантаження, також як і у випадку прозорого гідротрансформатора.
Необхідне суміщення характеристик дизеля і гідравлічних апаратів дося-
гається підбиранням величин активного діаметра їх насосних коліс Оа і пе-
редаточного числа підвищувального редуктора /Пр, виходячи з рівності (9.9).
При збільшенні величини £)а і зменшенні величини /Пр крутизна навантажу-
вальних парабол збільшується і точки сумісної роботи дизеля й гідравлічного
апарата зміщуються по зовнішній (швидкісній) характеристиці дизеля в об-
ласть менших частот обертання колінчастого вала ид. І навпаки, при змен-
шенні величини £)а і збільшенні величини /Пр точки узгодженої роботи змі-
щуються в область більших частот обертання
178
Критерієм оптимальності узгодження (суміщення) характеристик дизеля і
гідравлічних апаратів (гідротрансформаторів і гідромуфт) с максимальне зна-
чення коефіцієнта віддачі потужності фд і коефіцієнта витрати палива Фд.
Коефіцієнт фд показує, яка частина потужності може бути передана на вал
турбінного колеса гідравлічного апарата в робочому діапазоні швидкостей
02
І
./V	(101°)
(’/'2 - 1/'І )
де Nе.	— ефективна потужність дизеля, кВт;
V	- потужність на валу турбінного колеса гідравлічного апара-
та, кВт;
1//2 - 1/г’і) - область передаточних відношень гідравлічного апарата, що
характеризує їх робочий діапазон; якщо це гідротрансфор-
матор - то (1Лгт2 ~У*гт1) > якщо гідромуфта - то
(1/7гм2 У^гмі)-
Коефіцієнт Фд показує відношення середньої питомої витрати палива
#ес до номінальної #сн
<рд= — -	(9.11)
Яен
Як показали дослідження сумісної роботи транспортних дизелів з гідрав-
лічними апаратами, краще узгодження по екстремальних значеннях коефіці-
єнта віддачі потужності та коефіцієнта витрати палива забезпечують гідрот-
рансформатори, а не гідромуфти.
9.5.	Визначення максимальної сили тяги локомотива
Сила тяги локомотива на ободах його рушійних коліс (так звана дотична
сила тяги) Рк , кИ, як відомо, являє собою певну долю сумарного вертикаль-
ного навантаження рушійних колісних пар на рейки Про-, кіІ, причому
X Ро ~ 2зч ’ 8 ’
(912)
179
дС	— навантаження від колісної пари на реики, кН;
О	— зчіпна маса локомотива, т;
ЇЛч
(>= 9,81 м с? - прискорення сили ваги.
З урахуванням наведеного вище можна записані
/•’к = V • Сзч • і’-	(9.13)
де - коефіцієнт пропорційності, який іноді не зовсім точно називають ко-
ефіцієнтом тяги.
Величина дотичної сили тяги обмежується зчепленням коліс локомотива
з рейками, тому іцо, згідно з відомим законом фізики, якщо сила тяги Гктах
перевищує силу зчеплення коліс з рейками виникає проковзування їх
при обертанні (залізничний термін - “буксування”). Тому, щоб цього не тра-
плялося, обов’язково повинна дотримуватися умова
Летах — Лзч*	(9.14)
Власно, якщо розкріпи праву частину цього виразу та підставити в нього
максимальне значення коефіцієнта пропорційності \|/тах> позначивши його
через , тобто = Утах * то ВІ,ЙДС формула для обчислення дотичної сили
тяги локомотива по зчепленню коліс з рейками
Летах “ Ліч = Сзч ‘’Ук•	(9-15)
При цьому величина \|/к називається коефіцієнтом зчеплення коліс з рейка-
ми. Ця назва, як і позначення д/ к загальноприйняті. Фізична природа коефі-
цієнта зчеплення досить складна, його фізичний зміст відрізняється від фізи-
чного змісту, скажімо, таких понять як фізичний коефіцієнт зчеплення або
коефіцієнт тертя спокою, та детально розглядається в навчальних дисциплі-
нах, пов язаних з вивченням питань теорії та практики тяги поїздів.
Тут поняття про коефіцієнт зчеплення доцільно розглядається лише з то-
чки зору його впливу на формування тягових якостей локомотива га враху-
вання у проектних розробках.
Множники £)зч і у формулі (9.15) являють собою величини, що змі-
нюю іься. їх слід тлумачити в статистичному змісті. Але варіація величини
(?$ч 1 аии 0 невелика, тому що вона зумовлюється ліпне можливими відхи-
180
леннями від номінального значення внаслідок допусків при побудові та змі-
ною маси локомотива по мірі витрачання запасів палива, масла води та піску.
Зміна маси локомотива звичайно не перевищує 6-7 %. Більш значні гра-
ниці зміни величини к. Найбільший вплив на неї чинить стан робочих по-
верхонь рейок і бандажів коліс локомотива, що суттєво залежить від погод-
них факторів, чистоти колії та ін. Наприклад, спостереження свідчать, що
при чистих, сухих рейках обмитих інтенсивним дощем, величина \|/к досягає
значення 0,4 та більше, а при забруднених рейках і бандажах коліс - 0,1 і ме-
нше. Крім того, на величину к впливають:
-	швидкість руху локомотива;
-	тип і конструкція тягової передачі та тягового привода, а у локомотивів
з електричною передачею - ще й особливості електричної схеми;
-	розподіл навантаження між окремими рушійними колесами, особливо
під час руху;
-	якість верхньої будови колії, яка визначається параметрами та показни-
ками її технічного утримання (бальністю та ін.).
-	параметри тягового режиму локомотива в момент зрушення з місця та ін.
Перелічені фактори при діянні на конкретний локомотив чинять вплив на
величину \|/к по-різному. Такі фактори, як загальна компоновка екіпажної
частини, тип та консгрукція тягової передачі и тягового привода, особливості
електричної схеми не викликають значних і швидких змін величини \|/к. Але
фактори іншого роду, особливо якість і стан верхньої будови колії та банда-
жів коліс, метеорологічні умови та ін., являють собою сукупність величин,
що мають випадковий характер і визначають розкид значень коефіцієнта зче-
плення \|/к для даного локомотива.
Наприклад, дослідження, проведені Куртіусом і Кніффлером на електро-
возах Е19 (Німеччина), дали їм змогу стверджувати, що при індивідуальному
приводі рушійних колісних пар зрушення з місця та рух локомотива зі швид-
кістю до 20 км/год створюють розподіл величин к, який підкоряється нор-
мальному (Гаусівському) закону розподілу ймовірностей з математичним
2
сподіванням фк = 0,315 та середнім квадратичним відхиленням о — 0,04.
Таким чином, якщо застосувати “правило 3о”,то зі імовірністю Р^= 0,997
можна отримати
Уктах =Фк +3о = °’3!5 + 0’06 = 0’375;
(9.16)
Ч'ктт =Ук-30 = 0,315-0,06 = 0,255.
181
У дослідах, що провадилися на англійських залізницях [17], під час руху
електровоза зі швидкістю 12 км/год по сухих і вологих рейках були отримані
значення фк = 0,34, уКтах = 0>43 * Уктіп-®’2-
В експлуатаційних умовах широко розповсюдженим засобом підвищення
величини ук у несприятливих умовах є подача піску під колеса локомотива,
але це робиться короткочасно, згідно з певними технічними вимогами. Але у
нормальних умовах локомотив повинен розвивати силу тяги по зчепленню
без застосування піску.
Величина коефіцієнта зчеплення (як математичне сподівання) у вигляді
залежності	/(У) визначається згідно з [26], за емпіричними формула-
ми, наведеними в табл. 9.2. З цієї таблиці видно, що при визначенні розраху-
нкового значення коефіцієнта зчеплення ук (т°бто його математичного спо-
дівання) у нормальних умовах, без наявності крутих кривих на розрахунко-
вих і найважчих підйомах, наприклад, при зрушенні з місця при V = 0 отри-
муються значення \|/к: Для тепловозів - 0,330-0,331, для електровозів -
0,286-0,360.
Характерним моментом реалізації максимальної дотичної сили тяги є та-
кож так звана швидкість порога Кп. Під швидкістю порога розуміється шви-
дкість руху локомотива, що відповідає умові /?зч = Рк, тобто точці зустрічі
залежностей Рзч =/(И) і Рк- яка забезпечує реалізацію дотичної
сили тяги без буксування коліс при номінальній потужності локомотива.
Величини коефіцієнта зчеплення при швидкостях порога, обчислені для
різних типів і серій локомотивів за формулами табл. 9.2, наведені в табл. 9.3.
При визначенні розрахункового значення коефіцієнта зчеплення (тобто його
математичного сподівання) у нормальних умовах, наприклад, для тепловозів,
при швидкості порога спостерігається помітне зниження величини \|/к: для ма-
гістральних вантажних тепловозів (Ип=11-21 км/год) - до 0,248- 0,219, для ма-
неврових (Ип — 4,5—8,5 км/год) — до 0,274—0,257. Дотична сила тяги пасажирсь-
ких тепловозів зчепленням коліс з рейками не обмежується. Але слід враховува-
ти, що наведені вище значення є середніми, що дозволяє з достатньою ймовірні-
стю реалізовувати максимальну силу тяги тепловозів без буксування.
Для вантажних електровозів зниження розрахункового значення ук Деи^°
помітніше: з 0,36 при У = 0 до 0,267-0,256 при Уп =36,8-56 км/год.
Зарубіжні дані дещо відрізняються як в якісному, так і в кількісному від-
ношеннях від прийнятих на цей час для залізниць України. Для тепловозів і
182
електровозів часто застосовується формула Куртіуса-Кніффлера (табл. 9.2),
згідно з якою при У= 0 отримується значення у к = 0,331.
Слід відмітити, що тут і у подальшому при розгляді впливу різних факто-
рів на величину сили тяги по зчепленню, а також заходів, що дозволяють її пі-
двищувати, мова не йде про засоби підвищення коефіцієнта зчеплення техно-
логічними прийомами (очищенням поверхонь головок рейок плазмовим по-
лум’ям), хімічними (застосуванням різних хімікаліїв з цією ж метою). Аналі-
зуються лише фактори схемно-конструктивного плану (удосконалення
екіпажної частини, тягового привода, застосування різних технічних засобів
тощо).
Таблиця 9.2
Розрахункові значення коефіцієнта зчеплення [26]
Тип (серія) локомотива	Розрахункова формула для визначен- ня коефіцієнта і|/к	Значення \|/к при V = 0
1	2	3
Т310, 2Т310Л	Тепловози 4 уі/к ~ 0,118 +	 к	22 + У	0,3
Усі інші	\і/к — 0,118 + 27,5 + Г	0,3
При наявності на розрахункових та найважчих підйомах кривих малого радіуса (7? < 800 м)	V к кр — V к ' кр’ 3,57? 400 + 37?	
ВЛ10, ВЛ11, ВЛ82, ВЛ82М при роботі на постійному та змінно- му СТруМ!	Електровози ш =0,28 +			0,00071-' 50 + 20И	0,34
ВЛ8	8 \і/к — 0,25 + 100 + 20Е	0,33
Електровози змінного струму ВЛ60, ВЛ50р, ВЛ60пк, ВЛ80т, ВЛ80к, ВЛ80Р, ВЛ80с	ш,, =0,28 +—		0.0006Г 50 + 6Е	0,36
При рекуперативному гальму- ванні (всі електровози)	уРк=0,8ук	
При реостатному гальмуванні (електровози ВЛ80т; ВЛ80с)	\|/РС =0,09 + ——	0.00005И 56 + V	0,286
183
Продовження табл. 9.2
1	2			3
Зниження величини \|/к при на- явності кривих малого радіуса (А<500 м) на розрахункових та найважчих підйомах (усі елект- ровози)	V к кр ~ V7 к ’ ^кр» 250 + 1,557? кр” 500 + 1, їй	
Тепловози та електровози (фор- мула Куртіуса-Кніффлера)	\|/к = 0,161 + к	44 + К	0,331
Таблиця 10.3
Значення коефіцієнта зчеплення \|/к при швидкостях порога
Серія локо- мотива	Швидкість порога Ип, км/год	Значення Ук	Серія локо- мотива	Швидкість порога Кп, км/год	Значення Ук
Тепловози			ТГМ6А	8,5	0,257
2Т310Л	17,5	0,219	ТГМ4	8	0,259
2Т310мв	12	0,244	ТГМ23Б	-	• 5-2)	0,272
2Т3116	15	0,236	ТГК2(21)	4,5 2)	0,274
Т3109	14,5	0,237	Електровози		
Т3129	21	0,221	ВЛ22М	36,8	0,258
2Т3116А	20	0,223	ВЛ8	40	0,259
Т3114	19	0,226	ВЛ60	42,8	0,267
М62	13	0,241	ВЛ60р	42,8	0,267
2Т3121	15	0,236	ВЛ60к	56	0,256
ТЗМ1	4,5	0,274	ВЛ60к	58,2; 46,73)	0,255; 0,2643)
ТЗМ2	6,5	0,265	чез	83	0,237
ТЗМ7		0,265			
ТЗЗ	11	0,248			
Примітка: без баласта;
2)
на маневровому режимі;
3)
перше число - з тяговими електродвигунами НБ-418К, друге - з ПБ-414Б
184
9.6.	Залежність сили тяги локомотива від величини ковзання колеса
Детальне теоретичне та експериментальне вивчення процесу перекочу-
вання рушійного колеса, що розвиває силу тяги, по рейці свідчить, що цей
процес супроводжується виникненням так званого пружного ковзання - кпи
пу (від англійського “єгєер”). Цим терміном позначається дуже невелике тан-
генціальне зміщення колеса відносно рейки під дією СИЛи тяги Воно відріз
няється від дійсного ковзання колеса по рейці, що виникає після того як го
ризонтальна сила в зоні контакту (дотична сила тяги) перевищить силу тертя
(зчеплення) між бандажем і рейкою.	Е
Площадка контакту складається з двох зон; зони зчеплення “о” та зони
ковзання “б” (рис. 9.6). Дотичні напруження та деформації в об’ємах металу
бандажа та рейки, що примикає до зони контакту, викликають невеликі змі-
щення (зсуви) частинок контактної площадки бандажа відносно частинок ко-
нтактної площадки рейки головним чином у зоні “б”
Рис. 9.6. Площадка контакту
між бандажем і рейкою:
а - зона зчеплення; б - зона
пружного ковзання
Внаслідок цього в процесі перекочу-
вання колеса виникає деяке поступово зро-
стаюче (за час оберту колеса) тангенціальне
зміщення бандажа відносно рейки, яке до-
рівнює різниці довжини кола бандажа та
фактичної відстані, що пройшло колесо
вподовж рейки за один оберт. Залежність
горизонтальної сили Гк від відносного
пружного ковзання колеса 5ПК, що являє
собою відношення абсолютного тангенціа-
льного зміщення до шляху, пройденого за цей же час колесом внаслідок чис-
того кочення (або відношення швидкості цього зміщення Кпк до швидкості
руху К), наведена на рис. 9.7, а). Для спрощення розрахунків зручніше кори-
стуватися схемою, зображеною на рис. 9.7, б), де області пружного та дійсно-
го ковзання обмежені прямими лініями. Тоді для області пружного ковзання
сила тяги Гк , кН, буде
“ кр ‘ ^пк>
(9.17)
Де АГКр — коефіцієнт крипу, значення якого для коліс локомотива діаметром
1050 мм становить 5000-10000 кН.
185
&)
Рис. 9.7. Залежність відношення Рк/Ркш^ від пружного ковзання:
а) експериментальна; б) спрощена; Т - область пружного ковзання;
II — область дійсного ковзання

Після досягнення критичного значення сили тяги /угпах, кН,
к тах “ 2зч ’ £ * V к >
(9-18)
при якому пружне ковзання переходить у дійсне, значення коефіцієнта тертя
починає знижуватися по мірі зростання швидкості дійсного ковзання і тоді
розпочинається буксування.
За результатами дослідів, проведених Центральним науково-дослідним
інститутом залізничного транспорту (ЦНІІ МШС) [17], залежність
Гк = /(^пк) ПРИ	може бути описана виразом

ПК
1800
(9.19)
або, при Рк <бзч^М/к’ більш простою формулою (9.17), в якій коефіцієнт
крипу становить
кр=400 ^•ук,
(9.20)
Ро
де —-— статичне навантаження від колеса на рейку, кН.
За даними випробувань, проведених на залізницях Чехії та Словаччини,
при зрушенні з місця та дуже малій швидкості зміщення Кпк= 0,004 м/с пру-
жне ковзання становило 5ПК~ 0,03 при величині коефіцієнта зчеплення =
186
0,4- Но мірі зростання швидкості руху збільшувалася й швидкість пружного
ковзання (нри граничній вс іичині 0,01), а в зв’язку з цим знижувався й
коефіцієнт зчеплення ук, як показано в табл. 9.4. У цій таблиці швидкість
руху 5 км/год фактично відповідає зрушенню з місця, а 120 км/год - усеред-
неній конструктивній швидкості локомотива.
Таблиця 9.4
Взаємозв’язок швидкості руху, швидкості пружною ковзання і коефіцієнта
зчеплення
Швидкість руху, Г , км/год	5	40	80	120
Швидкість пружного ковзання, Ц1К м/с	0,004	0,110	0,220	0,330
Коефіцієнт зчеплення \|/к	0,4	0,28	0,235	0,215
Треба зауважити, що відносна величина шляху, пройденого у результаті
ковзання, практично опиняється більшою, ніж граничні значення 5ИК, що ві-
дповідають переходу від пружного до дійсного ковзання. Цей факт дослідни-
ки пояснювали тим, що нри більших значеннях коефіцієнта
Ч/К=2І-<Ч/К =0,33-0,35	(9.21)
у процесі роботи локомотива з електричним індивідуальним тяговим приво-
дом виникало явище “переміжного буксування”, добре відоме та вивчене на
вітчизняних залізницях [17].
Явище переміжного буксування полягає в тім, що окремі колісні пари те-
пловоза або електровоза починають проковзувати (дійсне ковзання) та обер-
татися дещо швидше (приблизно на 25 -50 %), ніж інші, що котяться в режимі
пружного ковзання. Таке проковзування звичайно нетривале й не встигає пе-
рейти у справжнє буксування, тому що коефіцієнт зчеплення змінюється не-
значно, і коли локальні умови зчеплення колісної пари, що проковзує, поліп-
шуються, вона починає котитися без ковзання. Однак, мовби натомість, по-
чинає проковзувати якась інша колісна пара, яка випадково опинилася у
якийсь момент менш навантаженою або такою, що рухалася, наприклад, по
місцево забруднених рейках.
Такий процес позачергово проковзування то однієї, то іншої колісної па
ри може перейти у справжнє буксування кількох або навіть усіх колісних пар
локомотива. Однак процес “переміжного буксування звичайно залипш іься
187
непоміченим для машиніста та навіть не викликає спрацювання реле буксу-
вання звичайної конструкц і, що застосовується на локомотивах.
9.7.	Урахування особливостей процесу буксування при індивідуаль-
ному і груповому приводах
У деяких країнах світу (Франції, Італії та ін.) застосовується моно-
моторний тяговий привод як на електровозах, так і на тепловозах з електрич-
ною передачею. У технічній літературі, особливо цих країн, однією з важли-
вих причин застосування такого типу привода вважається та обставина, що
він, як і будь-який груповий привод є більш сприятливим з точки зору стабі-
льності сили тяги локомотива та повноти використання його зчіпної маси. Це
стає зрозумілим при аналізі залежності
'Ик — ./(^ков )»
(9.22)
де Кков - швидкість ковзання колеса по рейці (рис. 9.8).
Рис. 9.8. Залежність коефіці-
ента тяги на окружності бан-
дажів коліс при груповому
приводі від швидкості ков-
зання: 1 - при чистих рейках;
2 - при забруднених рейках
Коли всі рушійні колісні пари зв’язані
загальним приводом працюють в режимі
пружного ковзання, тобто якщо, напри-
клад, при невеликій швидкості руху локо-
мотива швидкість ковзання Кков< 0,005
м/с, то у випадку руху окремих коліс по
забруднених ділянках рейок для них бу-
дуть мати місце менші значення коефіціє-
нтів зчеплення, ніж для інших коліс (крива
2 на рис. 9.8). Це призведе до деякого пе-
ревантаження нормально працюючих ко-
ліс, але не спричинить буксування (якщо є
деякий запас по реалізації коефіцієнта зче-
плення, тобто у < \|/к ), тому що значення
швидкості ковзання буде збережене в нор-
мальних межах. Перерозподіл наванта-
ження на колісні пари внаслідок дії сили тяги на автозчепі тут також не
спричинить буксування.
У випадку електричного індивідуального привода картина буде дещо ін-
шою. Колісна пара, що потрапила на забруднене місце рейкової колії, перейде
188
в режим дійсного ковзання, у зв язку з чим значення коефіцієнта тертя почне
різко знижуватися й виникне буксування цієї колісної пари, особливо якщо
вона розвантажена. Буксування може не припинитися навіть після переміщен-
ня на іншу ділянку колії, якщо коефіцієнт тертя опиниться достатньо низьким.
Таким чином, може виникнути буксування іншої колісної пари, особливо
якщо при даній електричній схемі зменшення струму в силовому колі тягово-
го електродвигуна колісної пари, що буксує, призводить до підвищення на-
пруги на затискачах тягового генератора, отже до збільшення крутячих мо-
ментів тягових електродвигунів інших колісно-моторних блоків (схема з
“м’якою” гіперболічною характеристикою тягового генератора по напрузі). В
результаті буксування може розповсюдитися на всі колісні пари.
За даними використання тепловозів на залізницях Німеччини, коефіцієнт
зчеплення при груповому приводі рушійних колісних пар вище, ніж при інди-
відуальному приводі, на 8—10 %. При цьому мається на увазі, що груповий
привод - це карданний тяговий привод тепловозів з гідравлічними передачами.
За французькими даними з цього питання коефіцієнт зчеплення при груповому
електричному (з карданними валами) приводі вище на 15 %. Спостереження за
роботою маневрових тепловозів на вітчизняних залізницях (як відомо, у нас
магістральних локомотивів з груповим приводом немає) також підтверджують
перевагу коефіцієнта зчеплення при груповому приводі на 8-10 %.
Усе наведене вище є справедливим, якщо діаметри всіх рушійних коліс-
них пар однакові. Нерівність діаметрів (що іноді в умовах експлуатації спо-
стерігається) змінює розподіл крутячих моментів між колісними парами,
швидкостей ковзання та, як наслідок, знижує загальний коефіцієнт зчеплення
для локомотива у цілому.
9.8.	Вплив тягового привода на використання зчіпної маси локомотива
Вище, в підрозділах 9.5—9.7 було докладно розглянуто і доведено, що реа-
лізація максимальної сили тяги локомотива по зчепленню коліс з рейками ви-
значається зчіпною масою локомотива та навантаженням від рушійної коліс-
ної пари на рейки. В ідеалі локомотив повинен мати постійні та однакові по
значенню вертикальні навантаження від усіх коліс на рейку, що забезпечувало
б рівномірність їх зносу та повне використання зчіпної маси. Однак у реальних
умовах у будь-якого, навіть найпростішого, двоосного екіпажа спостерігається
нерівномірний розподіл вертикальної сили 2Р, яка передається на рейки одні-
єю колісною парою. Ця нерівномірність викликається кількома причинами.
189
-	по-перше, при статично-невизначній системі пружного підвішування
виникають різні натиснення коліс на рейки, які викликаються відхиленням
розмірів і жорстокості пружного підвішування від номінальних значень; зни-
зити нерівномірність навантажень у цьому випадку можна шляхом установ-
лення жорстоких допусків на геометричні та пружні характеристики елемен-
тів "пружного підвішування, ретельним підбиранням ресор і пружин по гру-
пах жорстокості та геометричних розмірах (пружин - по висоті у вільному
стані), а також регулюванням деформацій пружних елементів,
-	по-друге, різні натиснення коліс на рейки викликаються також й верти-
кальними нерівностями колії, наявність яких залежить від багатьох факторів і
зменшити вплив яких на локомотив можна лише утриманням у належному
стані верхньої будови колії;
-	по-третє, перерозподіл навантажень між окремими колісними парами
екіпажа викликається різноспрямованими вертикальними реакціями від дії
на візок моментів сил тяги та гальмування, поява яких обумовлюється розта-
шуванням ТЕД на візках, а також різницею висог прикладання до візка до-
тичної сили тяги (на рівні верхньої грані голівки рейки та сили опору руху
(на рівні автозчепу або шкворневого вузла). Для зниження впливу на візок
моменту, який викликаний силами тяги та гальмування, у ©двосекційних ло-
комотивів створюють компенсаційний момент сил, які діють від кузова на ві-
зок. З цією метою застосовують довантажуючи пристрої або систему переда-
чі поздовжніх зусиль між візком і кузовом через похилі тяги. У двосекційних
локомотивів вирівнювання навантажень може досягатися ще й застосуванням
вертикальних силових зв’язків між секціями.
Якщо перші дві причини в певній мірі можуть бути випадковими, то тре-
тя закладається самою конструкцією екіпажної частини і схемою тягового
приводу.
У проектній і конструкторській практиці в якості критерію оцінки тяго-
вих властивостей локомотива прийняте поняття „використання зчіпної маси”,
яке характеризується величиною ри — статичним коефіцієнтом використання
зчіпної маси, яка припадає на одну колісну пару. Коефіцієнт г|и, обумовле-
ний схемою та конструктивними параметрами екіпажа, визначається як дете-
рмінована величина. Він характеризує зміну вертикального навантаження від
колісної пари на рейки при розвиненні локомотивом сили тяги, отже і техні-
чний рівень засобів, що застосовані для вирівнювання навантажень від коліс-
них пар на рейки по всьому екіпажу локомотива.
190
Зрозуміло, що незадовільне використання зчіпної маси локомотива вияв-
ляється, перш за все, при зрушенні з місця з поїздом достатньо великої маси.
При цьому з-за розвантаження окремої колісної пари: АР дотична сила тяги
/г ’ ЯКУ вона Розвиває’ перевищує силу зчеплення коліс з рейками Гзп і як
наслідок виникає буксування цієї колісної пари. Слід мати на увазі, що при ін-
дивідуальному тяговому приводі водночас обов’язково будуть буксувати й
інші колісні пари, ТЕД яких електрично з’єднані послідовно, якщо цс перед-
бачено силовою електричною схемою локомотива. Але, не зважаючи на цс,
при проектуванні тепловозів коефіцієнту використання зчіпної маси достат-
ньої уваги не приділялося доти, доки при відносно невеликій потужності (у
порівнянні з електровозами) тепловози мали достатньо велику зчіпну масу з-за
наявності дизель-генераторної установки, чого не має на електровозах. Разом
із зростанням питомої потужності тепловозів нового покоління і зниженням їх
питомої зчіпної маси проблеми використання зчіпної маси постали й перед
проектувальниками тепловозів. Достатньо відмітити, що параграф, присвяче-
ний коефіцієнту використання зчіпної маси в навчальній літературі по тепло-
возах з’явився в [14] лише у виданні 1974 року. При проектуванні електровозів
проблеми використання зчіпної маси завжди приділялася належна увага.
Звичайно вживане поняття про коефіцієнт тяги локомотива Зт не може
оцінити ступінь використання зчіпної маси локомотива 2зч • ТомУ цс поняття
можна доповнити (особливо для локомотивів з індивідуальним приводом ко-
лісних пар) поняттям про коефіцієнт використання дотичної сили тяги \ри
ч,и=_А_ = _^_.	(9.23)
Летах УкЄзч&
У цій формулі відношення Лс/^к можна розглядати як умовну величину
зчіпної маси, при якій локомотив мав би змогу розвивати силу тяіи велич
ною Гк. Тоді значення уи Дасть УЯВУ ПР° тс’ яка чаСТКа ЗЧІПН0Ї ВИК°"
ристовується (умовно) для створення необхідної сили тяги величино к
Значення уи лежить у межах від 0 до 1.
Уведемо тепер поняття про коефіцієнт викорисіання зчіпної ма' Ли
ефіцієнт зчіпної маси - це відношення найменшого статичного наваї
від колісної пари на рейки 2/}піп до середнього статичною наванта
тобто
191
25піп	(9.24)
и 2Р
1 Іри цьому
2/^бзч.Л,	(9.25)
пі
дс 2зч “ зчіпна маса локомотива;
т - кількість рушійних колісних пар;
2Лпіп=2Р-Д^тах.	(9-26)
дс Л/’гпах - максимальне розвантаження колісної пари, яке залежить від осо-
бливостей конструкції локомотива та схеми його тягового при-
вода, т.
З урахуванням коефіцієнта використання зчіпної маси г|и, дотична сила
тяги, що реалізується і -тою колісною парою, Р1, кН, буде
^=(2Р),-ук-Пи.	(9.27)
Значення можуть відрізнятися від одиниці в той чи інший бік, але їх сума
(для локомотива, що має лише рушійні колісні пари, без бігункових і підтри-
муючих) завжди дорівнює кількості рушійних колісних пар, тобто
=	(9.28)
З наведеного вище легко зрозуміти, що коефіцієнтом використання зчіп-
ної маси зручно користуватися при визначенні найбільшої величини Рк з
урахуванням перерозподілу навантажень між рушійними колісними парами
внаслідок дії сили тяги на автозчеп, тобто на певній висоті від головок рейок,
з-за коливань та ін.
Уведемо поняття «коефіцієнт розвантаження колісної пари» і вирази-
мо через нього величину АРтах
^тах=*р.ркп>	(929)
де ^кп “ Дотична сила тяги одного колісно-моторного блока (КМБ), кН;
/?кп=2Р-і|/к-Пи.	(930)
Перепишемо вираз (9.24) з урахуванням уведеного поняття
192
2/’-Кр-2Рч'кпи 2Р(1-КрЧ/кПи)
2р	2Р ” ^Р^кЛи»
звідки
1
^=7-7------*
1 + А?р\|/К
У момент зрушення з місця к|/к ~ 0,3 [26], тоді
Ли і . л з
1 + 0,3-ук
(9.31)
(9-32)
(9.33)
З останньої формули видно, що найкраще використання зчіпної маси має мі-
сце при Кр = 0. Шляхом розрахунків установлено, що для візків тепловоза 133
Кр= 1,176, тепловоза 2Т310Л - ^=0,856, тепловоза 2Т3116 - /Ср = 0,49.
Якщо з розглянутих вище причин нерівномірності розподілу навантажень
від колісних пар на рейки виділити головну, то це буде третя причина, що пі-
дтверджується наведеними вище цифрами. Справа в тім, що на цих теплово-
зах різні схеми розташування ТЕД.
Розглянемо вплив на використання зчіпної маси способу розташування
ТЕД та різниці висот прикладання до візка сил тяги та сил опору руху локо-
мотива при трьохосних візках, які найбільш розповсюджені.
У випадку посадки веденого зубчастого колеса тягового осьового редук-
тора на вісь колісної пари, при опорно-осьовому підвішуванні ТЕД величина
т]и сильно залежить від того, як розташований окремо взятий ТЕД відносно
напряму руху локомотива: за чи перед віссю колісної пари. На рис. 9.9, а)
ТЕД розташований по ходу локомотива за віссю, на тому ж рисунку, 6) - пе-
ред віссю. У першому випадку вертикальна складова сила Р3 від моменту на
вінці веденого зубчастого колеса буде розвантажувати колісну пару, а в дру-
гому - довантажувати.
Як видно з рис. 9.10, ця сила зворотна по знаку, буде також навантажува-
ти підшипники вала якоря ТЕД, а складові цієї сили, що діятимуть на вісь ко-
лісної пари Рв та пружинну підвіску ТЕД Ри, будуть
(9.34)
(9.35)
193
Напрям руху
Рис. 9.9. Силове діяння від роботи ТЕД на
вісь пари
При обертанні якоря
ТЕД виникає реактивний
момент Л/р і рівновеликий
йому, але зворотний по зна-
ку, реактивний момент ста-
тора Мс, причому
Л/р -|МС|. На рис. 9.10, а)
момент Л/р навантажує вісь
колісної пари силою Рс
(9-36)
і розвантажує пружинну підвіску ТЕД на величину
др = Р -Р
ги гс 
На рис. 9.11, б) - картина
зворотна.
Якщо по ходу локомотива
ТЕД розташований за віссю ко-
лісної пари (рис. 9.9, а)), то ве-
личина розвантаження колісної
пари становитиме
Щ = Р3-рв~рс =
(9.37)
Напрям руху
, і МР
С + СІ С + СІ
І Іри розташуванні ТЕД перед віссю
Рис. 9.10. Силове діяння від роботи ТЕД
на його пружинну підвіску та підшип-
ники валу якоря
(рис. 9.9, б)) колісна пара буде дован-
тажена такою ж силою А/д. Як було показано вище, величина А/д найбільш
значна при зрушенні з місця з поїздом великої маси й досягає (залежно від
потужності локомотива та маси поїзда) 36-45 кН. На рис. 9.11 зображене різ-
носнрямованс розташування на візках ТЕД відносно напряму руху, який поз-
начений стрілкою „х”. Такс розташування застосовувалося на багатьох ти-
194
пах локомотивів старого покоління (наприклад, на тепловозах ТЗМ1, ТЗМ2,
ТЗЗ, Т37, Т310, 2Т310Л). У такому випадку колісні пари І, II і IV недован-
тажені на однакову величину, а колісні пари III, V і VI - перевантажені. Сила
тяги на автозчепі створює момент Л7р відносно осей колісних пар
Мр = Е.\к-^
Ь	2
(9.39)
який загалом навантажує задній візок і розвантажує передній. При цьому си-
ла тяги Ра може бути визначена таким чином
а ^ктах бзч-^^О’
(9.40)
де Гктах - максимальна сила тяги локомотивів (при зрушенні з місця), кН;
(Х„	— зчіпна маса локомотива, т;
Ио - основний питомий опір руху локомотива, кН/т, [27].
Рис. 9.11. Силове діяння від роботи ТЕД при їх різноспрямованому
розташуванні в екіпажі
У той же час на надресорну будову локомотива діє момент за рахунок зу-
силь АРп, що передаються через кронштейни підвісок ТЕД (колісні пари II і
ПІ, IV, V ) та малих відстанях т між кронштейнами підвісок зусилля АРП на
кронштейнах між цими колісними парами можна вважати за зрівноважені і
момент Мц від сил ДРП визначити як
Л/п — ДРП£П.
(9.41)
195
Різниця моментів Мп - Л/р = М буде змінювати навантаження на елеме-
нти пружного підвішування переднього і заднього візків. При збалансовано-
му пружному підвішуванні різниця цього навантаження ЛРП становитиме
М
3/2 ’
(9.42)
Найменше навантаження від колісної пари на рейки 2Рт;п визначить об-
меження сили тяги, яку розвиває ця колісна пара
2/’тіп=2/’-ЛР0-АРм=2Р-ДР,
(9-43)
дс ДР = ДРО+АРМ.
Для загального випадку уведемо такі позначення: додаткове навантажен-
ня (розвантаження) колісної пари І від моменту М: АРм1, колісної пари II -
АРм2 ••• шостої - ДРм6. 3 рис. 9.11 видно, що за абсолютною величиною
=ЛРм6і АРм2	АРмЗ =А/?м4- Т°Ш результуючий (дослідний) мо-
мент М, наприклад для одного візка, можна описати таким чином
М ~ ^мі Ч + АРм2 * ^2 + А/мЗ ' Ь •	(9.44)
Виразимо ДРм2 і ЛРмз через ДРм1
АРм2=А^Г7-,	(9.45)
1\
(9.46)
ч
і підставимо ці вирази в (9.44). Після простих перетворень дістанемо

(9-47)
звідки
м
(9.48)
Тепер можна записати в загальному виразі статичні навантаження від
будь якої колісної пари за номером і
196
2/}=2Р±ДР0±ДРм.	(9 49)
У цьому виразі знаки визначаються схемою взаєморозміщення ТЕД. Напри-
клад для схеми рис. 9.12
2Р\ = 2Р - ЛР0 + ДРм1; 2Р2 = 2Р - ДР0 + ДРм2;
2Р3=2Р + ДР0+ДРм3; 2Р4 = 2Р-АР0-ДРм4;
2Р5 = 2Р + ДР0 - ДРм5; 2Р6 = 2Р + ДР0 - ДРм6.
Розглянемо тепер односпрямовану, так звану „гуськову” схему розташу-
вання ТЕД на візках (рис. 9.12). Для такої схеми можна записати (згідно з
узагальнюючим виразом (9.49):
2Р1=2Р-ДРо+АРм1;2Р2=2Р-ДРо+ДРм2;
2Р3 = 2Р - АР0 + АРм3 ; 2Р4 = 2Р + АР0 - АРм4;
2Р5 = 2Р + ДР0 - ДРм5; 2Р6 = 2Р + ДР0 - ДРм6.
(9-50)
(9 51)
(9.52)
Розрахунки [14] свідчать, що для схеми рис. 9.11 при технічних даних, які
відповідають тепловозу ТЗЗ т]и= 0,78, а для схеми рис. 10.12 і технічних да-
них тепловоза 2Т310Л (варіант з безщелепними візками) т]и -0,86, тобто,
зміна розташування ТЕД підвищила величину г|и приблизно на 8 %.
Рис. 9.12. Схема силового діяння від роботи ТЕД при їх односпрямованому
розташуванні на візках (зустрічний варіант)
Пізніше завод-виготовлювач розробив для тепловоза 2Т310Л новий варі-
ант візка з односпрямованим розташуванням ТЕД рис. 9.13.
19
Рис. 9.13. Схема силового діяння від роботи ТЕД при їх односпрямованому
розташуванні на візках (розбіжний варіант)
Подальші пошуки способів підвищення степеня використання зчіпної ма-
си призвели до створення шкворневих систем, які передають силу тяги Р^ з
рами візка на автозчеп у площині осей колісних пар через видовжені шкворні
спеціальної конструкції. Такий спосіб зменшує величину моменту Мр (вираз
(9.39)). Шкворневі системи з видовженими шкворнями застосовані на тепло-
возах ТЗП70 і ТЗМ7.
Як видно з розглянутого вище матеріалу, шляхи поліпшення використан-
ня зчіпної маси локомотивів різноманітні. Серед них, окрім вибору способу
розташування ТЕД на візках та типу шкворневої системи, являє інтерес за-
стосування так званих довантажувачів зчіпної маси. Створено декілька ефек-
тивних конструкцій таких довантажувачів, усю сукупність яких неможливо
розглянути в межах даного курсу, принаймні з двох причин:
- по-перше, довантажувані застосовуються досить обмежено, в основно-
му , на деяких електровозах, велика потужність яких при зрушенні з місця та
русі по крутому підйому з важким поїздом використовується неповністю з-за
нестачі зчіпної маси:
— по-друге, принципово майже всі довантажувані діють однаково: їх
конструкції передбачають створення додаткового (до статичного від маси ку-
зова з у статку ванним) натиснення на рами візків у потрібному місці, там, де
колісні пари розвантажуються в момент зрушення з місця; це, в основному,
системи з застосуванням пневматичних, часто гальмових циліндрів з важе-
лями, існують і гідравлічні системи.
Конструкції довантажувачів описано нижче, в [19. 21] та інших літерату-
рних джерелах.
9.9.	Поліпшення тягових якостей локомотивів за рахунок зменшення
розвантаження колісних пар при дії сили тяги
Розглянуті вище схемні варіанти конструкції екіпажної частини локомо-
тивів (однобічне розташування тягових електродвигунів, застосування видо-
вженого шкворня з метою передачі тягового зусилля в площині колісних пар,
а якщо можливо, то ще нижче, що особливо зручно реалізувати при двоосних
візках), похилі тяги та мономоторний привод (що також найбільш доцільно,
головним чином, для локомотивів з двоосними візками), можуть бути допов-
нені ще одним конструктивним рішенням, спрямованим на поліпшення ви-
користання зчіпної маси локомотива. Мова йде про застосування довантажу-
вачів (рис. 9.14) — пристроїв, що компенсують шкідливий вплив розванта-
ження окремих колісних пар на використання зчіпної маси локомотива.
Особливо необхідним є застосування побічних пристроїв для локомотивів
з двоступінчастим пружним підвішуванням, хоча їх можна використовувати
при будь-яких інших компонуваннях екіпажної частини.

Рис. 9.14. Схема довантажувана, що використовується на електровозі ВЛ80:
а) розташування довантажувані в на візках; б) механізм довантажувана; 1 — пневмо-
циліндр; 2 — колінчастий важіль; 3 — ролик; 4 — зовнішня поперечна балка рами віз-
ка; 5 — буферний брус головної рами електровоза
Довантажувальний пристрій (рис. 9.14) складається з пневмоциліндра 1, в
якості якого звичайно застосовується гальмовий циліндр, укріпленого на бу-
199
фсрному брусі 5 головної рами локомотива, та колінчастого важеля 2. На го-
ризонтальному кінці важеля є ролик 3, який при впусканні у циліндр 1 стис-
нутого повітря передає тиск на зовнішню поперечну (тобто ту, що знаходить-
ся з боку автозчепу і на яку вказує стрілка на рис. 9.14) балку 4 рами візка, не
заперечуючи при цьому повертанню візка в кривих ділянках колії. Цим дова-
нтажується розвантажена передня (по ходу) колісна пара. Тиск повітря у ци-
ліндрі 1 змінюється за допомогою спеціального реле.
Однак, застосування довантажувана не призводить до повного вирівню-
вання навантажень, які передаються колісними парами на рейки. У кращому
випадку, при проектуванні, та розміщенні довантажувана можна нейтралізу-
вати діяння додаткових навантажень, що виникають в опорних точках коліс-
но-моторного блока. При розташуванні шкворня візка, наприклад, на висоті
= г..
1	IV
(рис. 9.15), це будуть сили
тобто, перші
доданки у формулах
^кп
/
^з-
гк_4Г(Я-гк)
2£
(9.53)
Д/>2;4 =
Гкпгк 4Р(Н-г„)
___1x11 ІХ |	х	їх /
І ~	2/7
(9.54)
У цих формулах індекси 1.. .4 позначають номери колісних пар візків, а інші
позначення відповідають рис. 9.15.
У*1  г
Зазначені вище сили ———— можна нейтралізувати моментом
КП 'К
прикладеним до рами візка (рис. 9.14, б)). При цьому проти-
лежний за напрямом момент буде прикладений до головної рами локомотива.
Такий же момент опиниться прикладеним до головної рами і в зоні розмі-
щення іншого (заднього) візка. Сума цих моментів і моменту -4Р(Н - гк),
що діє на головну раму внаслідок прикладення сили тяги 4Р на осі автозче-
пу, буде дорівнювати —4РН. В результаті головна рама буде перевантажува-
ти колісні пари заднього візка, та розвантажувати першу та другу колісні па-
ри силами АР[ - АР} —	~	— 4/ • ——, тобто буде мати місце ситуація,
яка спостерігалася у випадку одностороннього розташування тягових елект-
родвигунів у триос них візках (рис. 9.12 і 9.13):
200
|ЛР| =
(2зч ‘ ’ V к ' Н
~.... ЗА
(9.55)
>
ДС £?зч '  Vк “ ^ктах •
Таким чином, максимальне значення коефіцієнта використання зчіпної
маси, яке можна стримати для розвантажених колісних пар за допомогою до-
вантажувачів, можна виразити формулою
Е Н
_ 1	1 к тах 11
Ли тах ~	7 „	>
 Рст
(9.56)
де п - кількість розвантажених колісних пар.
При значенні коефіцієнта зчеплення <|/к =0,25 - т|итах ~ 0,94.
Якщо довантажувач, розміщений за спрощеною схемою (рис. 9.14), ана-
логічною рис. 9.16 по типу візка, то сила П, що діє на раму візка від механіз-
му довантажувана, визначається за умови рівності додаткового навантажен-
ня, що передається на передню колісну пару, та розвантаження
г	І
&Р' = -Ркп • — від дії тягового привода. У цьому випадку П • — = -АР', звід-
I	В
КИ 11 — Гки • Гк
. Залежно від напряму руху
локомотива включаються в
дію відповідні довантажувані.
Рис. 9.16. Схема розташу-
вання довантажувана, що
передає навантаження на
зовнішню поперечну бал-
ку рами візка (спрощений
варіант); /д - відстань від
довантажувана до середи-
ни візка
201
Рис. 9.15. Схеми перерозподілу навантажень від колісних пар двоосних візків
на рейки:
а) при двоступінчастому пружному підвішуванні; б) при застосуванні довантажу-
вана, що передає момент Л/на раму візка; Ь — відстань між серединами візків;
П - зусилля, що створює навантажувач
9.10.	Підвищення стабільності тягових якостей локомотива за ро-
зрахунок застосування поліпшених електромеханічних характерис-
тик тягового привода
Під час руху локомотива, що розвиває значну силу тяги, виникає, як було
показано вище, перерозподіл навантаження від колісних пар на рейки. На-
приклад, у тепловозів 2Т310Л (В), М62,та інших з візками щелепного типу
перша, друга та четверта (по ходу) колісні пари розвантажуються, а третя,
п’ята та шоста - перевантажуються. Зміна навантажень може бути досить
значною (до 20 % статичного навантаження). При збільшенні швидкості руху
перерозподіл навантажень відбувається, в більшій мірі, внаслідок динамічної
взаємодії коліс і нерівностей рейкової колії. Необхідно також мати на увазі
202
деяку різницю електромеханічних характеристик для комплекту тягових еле-
ктродвигунів локомотива (секції). Внаслідок переліченого вище, а також з-за
різного стану поверхні головок рейок під рушійними колісними парами ло-
комотива може виникнути проковзування (буксування) однієї або кількох ко-
лісних пар, для яких поєднання факторів призвело до того, що сила тяги пе-
ревищила силу зчеплення коліс з рейками.
Збільшення частоти обертання колісної пари, що забуксувала, призведе
до зменшення струму її тягового електродвигуна (маються на увазі тягові
електродвигуни послідовного збудження). Це, на свою чергу, спричинить
зменшення струму тягового генератора (у тепловоза), та збільшення напруги
на його затискачах, внаслідок гіперболічності зовнішньої характеристики.
Але збільшення напруги на затискачах тягового генератора призведе до збі-
льшення напруги й на затискачах тягового електродвигуна колісної пари, що
буксує, викличе зростання струму тягових електродвигунів, отже й сили тяги
в групі колісних пар, що не буксують. В результаті може виникнути буксу-
вання всіх колісних пар, що часто спостерігається в експлуатації. Такі ж осо-
бливості мають і тепловози з електропередачею змінно-постійного струму,
наприклад 2Т3116.
Щоб буксування, що вже розпочалося, не розповсюдилося на всі колісні
пари, необхідно забезпечити роботу тягового генератора при цьому за так
званою жорсткою характеристикою, тобто при незмінній напрузі. Нагадаємо,
що в нормальних умовах зовнішня характеристика генератора має бути гіпе-
рболічною.
У літературі можна знайти, що Луганським тепловозобудівним заводом
спільно з науково-дослідними установами залізничного транспорту була роз-
роблена електрична схема, що забезпечувала таку роботу тягового привода на
тепловозі 2Т310Л (у дослідному варіанті): суть схеми полягала в тім, що ро-
бота збуджувача регулювалася не по сумі струмів тягових електродвигунів (як
в електричній схемі серійного тепловоза), а по найбільшому струму тягових
електродвигунів, тобто по струму тягового електродвигуна однієї з колісних
пар, що не буксують. При цьому жорсткість зовнішньої характеристики тяго-
вого генератора зберігалася, навіть якщо серед рушійних колісних пар секції
тепловоза залишалася лише одна, що реалізувала силу тяги без буксування.
Запропонована електрична схема відрізнялася також підвищеною чутли-
вістю пристроїв, що виявляли та припиняли буксування. Це досягалося
включенням реле буксування на обмотки головних і додаткових полюсів (а
не одних лише головних полюсів). В результаті значно підвищувалася чутли-
вість реле при ослабленому магнітному полі тягових електродвигунів, а щоб
203
чутливість при повному полі не опинилася надмірною, в коло його (реле) ко-
тушки через реле управління уводився при цьому режимі додатковий елект-
ричний опір. Дослідна схема мала також деякі інші зміни, які були спрямова-
ні на поліпшення регулювання потужності тягового генератора в процесі бу-
ксування колісних пар. Випробування тепловоза з цією експериментальною
електричною схемою підтвердили її переваги в порівнянні з серійною. Кое-
фіцієнт тяги при зрушенні тепловоза з місця та розгоні був на 15 % вище, ніж
при серійній схемі. Робота тепловоза відрізнялась високою стабільністю тя-
гового режиму, буксування спостерігалося, як правило, лише у окремих колі-
сних пар. Значно ефективніше відбувалося припинення буксування. Але ві-
домості стосовно подальшої долі експериментальної електричної схеми в лі-
тературі відсутні. Наведений приклад свідчить про те, що при проектуванні
локомотивів недоліки попередніх зразків повинні ретельно аналізуватися за
всіма можливими підходами до розв’язання проблем: шкідливі механічні
процеси можуть бути послаблені електротехнічними та електромеханічними
засобами і навпаки.
Слід враховувати й інші можливості поліпшення тягових якостей локо-
мотивів. Відомо, наприклад, що значно більш стабільні тягові якості мають
локомотиви з тяговими електродвигунами незалежного збудження, електро-
механічні характеристики яких більш жорсткі. Внаслідок цього при таких
електродвигунах нестримний розвиток буксування колісних пар (так зване,
розносне буксування, що приводить до пошкоджень тягових електродвигу-
нів) у цьому випадку виключений.
Перспективні локомотиви з передачею змінного струму та асинхронними
тяговими електродвигунами будуть володіти цінними якостями, властивими
цьому типу електродвигунів (частота обертання їх якорів пропорційна часто-
ті струму живлення). Тому треба ретельно вивчити досвід створення україн-
ського електровоза ДСЗ, що будується спільно з фірмою «Зіепіепз» (Німеч-
чина) і який буде мати цілий ряд сучасних оригінальних конструктивних і
схемних рішень. В електричній схемі цього електровоза тягові електродвигу-
ни включені паралельно, тому буксування однієї та навіть усіх колісних пар
при частоті струму живлення, що відповідає швидкості руху електровоза, ви-
никнути просто не може. У цьому відношенні електрична передача з асинх-
ронними тяговими електродвигунами при застосуванні на тепловозах повин-
на забезпечити більш високі значення коефіцієнта тяги, властиві локомоти-
вам з груповим приводом колісних пар.
Ці особливості слід селективно враховувати при проектуванні характери-
стик локомотива.
204
10. СТРУКТУРНИЙ ТА ЯКІСНИЙ АНАЛІЗ ТЯГОВОЇ І
ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ЛОКОМОТИВА
Як відомо, на відміну від електровоза, автономний локомотив - тепловоз
- має дизель-генераторну установку. Наведені вище матеріали свідчать, що
енергетична установка чинить великий вплив як на власно тягові якості і ха-
рактеристики локомотива, так і на технологію їх формування. З урахуванням
цього доцільним буде розглянути спочатку основні методичні підходи до
проектування тягових і техніко-економічних характеристик тепловозів, а по-
тім, електровозів, які мають принципово однакову з тепловозами з електрич-
ною передачею систему створення і передачі тягового зусилля за допомогою
тягових електродвигунів.
При підході до проектування характеристик автономного локомотива,
слід, перш за все, взяти до уваги, що вибір конструкції та параметрів силових
агрегатів тягової передачі, це одна справа, а застосування їх у конкретній
схемній і конструктивній реалізації в прийнятій системі передачі енергії з
метою отримання високоефективних характеристик локомотива, як тягової
одиниці залізничного рухомого складу - зовсім інша.
Тому, скажемо так, одні й ті ж тягові електродвигуни при їх живленні від
різних тягових генераторів, та ще й при різних з’єднаннях в електричній схе-
мі локомотива, або при різних степенях ослаблення магнітного поля можуть
утворювати тягові режими, які за характером реалізації тягових зусиль бу-
дуть значно відрізнятися один від одного. Як наслідок, при цьому будуть
отримуватися й різні тягові й техніко-скономічні характеристики локомоти-
ва. З цього можна зробити висновок: щоб мати змогу при проектуванні сфор-
мувати ефективні характеристики локомотива з можливо високим і стабільним
к.к.д. в усьому діапазоні швидкостей руху, слід перш за все усвідомити фізич-
ний зміст і характерні особливості його тягової характеристики.
10.1.	Тягова характеристика і регулювання тягового режиму теплово-
за з електричною передачею постійного та змінно-постійного струму
Тягові якості локомотива реалізуються під час тяги поїзда в точках кон-
такту рушійних колісних пар з рейками залежно від швидкості руху та відо-
бражуються на його тяговій характеристиці.
205
Рис. 10.1. Ідеальна тягова характерис-
тика локомотива (тепловоза з електрич-
ною передачею)
Тяговою характеристикою називається графік залежності дотичної сили
тяги локомотива Ек , кН, від швидкості руху V, км/год, і позиції контролера
машиніста Пк. Наприклад, у автономного локомотива — тепловоза — така іде-
альна характеристика має вигляд, наведений на рис. 10.1. Крива Б0Е0 відо-
бражує характер залежності дотичної сили тяги тепловоза від швидкості руху
Ек = /(У), яка реалізується, припустимо, на останній позиції контролера
машиніста Пк (у тепловозів залежно від роду служби звичайно застосову-
ються 8-16 позиційні контролери) при номінальній ефективній потужності
дизеля Дзетах ’ кВт- кРиві типу БоГо Для інших проміжних позицій контро-
лера розміщуються на тяговій характеристиці в межах простору між осями
координат і кривою Б0Г0. Таким чином, повна ідеальна тягова характерис-
тика відображає залежність Ек = /(V, Пк ).
Ідеальна тягова характеристи-
ка має лише два обмеження: по
зчепленню коліс з рейками /?зч і
по конструкційній швидкості ло-
комотива. Реальна тягова характе-
ристика має ще обмеження по
струму тягових електродвигунів
при тривалому режимі Е^ та ко-
роткочасному (пусковому) струму
тягового генератора Ркп. Тягова
характеристика електровоза остан-
нього обмеження не має, зате у
вантажних електровозів (і у де-
яких пасажирських) є обмеження
по струму тягових електродвигу-
нів при годинному режимі.
Основні вимоги до тягової ха-
рактеристики локомотива дикту-
ються, в основному, такими необ-
хідними умовами:
—	використанням локомотива у цілому та всіх його тягових агрегатів з
найвищим к.к.д.;
206
—	використанням повної та постійної потужності енергетичної установки
в межах, по меншій мірі, від розрахункової швидкості руху Ир до конструк-
ційної Кк;
-	реалізацією сили тяги без розривів, поштовхів та „стрибків”, тобто у ви-
гляді нспереривної плавної кривої на тяговій характеристиці.
Існує ще ряд вимог, які мають менш принципове значення з точки зору
розуміння та призначення тягової характеристики. Але основною, є вимога
використання повної та постійної потужності енергетичної установки, тому
що, наприклад, ефективне використання власно магістральних тепловозів та
їх дизелів можливе лише тоді, коли дотримується ця вимога.
Відомо, що дизель має найкращі економічні показники, коли він працює з
постійною потужністю.
З цього виходить, що залежність Гк = /(у) повинна якнайбільше на-
ближатися до рівнобічної гіперболи в діапазоні швидкостей руху від Уц до
Ук (або, по меншій мірі, від Ур до Ик), що забезпечується рівнянням
Г V
^к=—-------= СОП8І,	(10.1)
3,6
де Ак - дотична потужність локомотива, кВт.
Для дотримання цієї умови в електричній передачі зовнішня характерис-
тика тягового генератора, також повинна мати певну гіперболічну частину
(рис. 10.2), що знаходиться в межах від /гг = 2870 А до /гб = 5900 А (генера-
тор ГП-311Б тепловоза Т310М), і тоді Рг =	= соп8і. При цьому макси-
мальний струм генератора (в точці А) становить /гтах = 6500 А.
Регулятори дизелів тепловозів останніх випусків забезпечують постій-
ність частоти обертання колінчастого вала лд та потужності Ас при певному
положенні (позиції) контролера машиніста, отже й потужність тягового гене-
ратора Рг буде залишатися приблизно постійною.
Візьмемо, для прикладу, ідеальну тягову характеристику вантажного теп-
ловоза, потужністю по дизелю 2208 кВт з електричною передачею постійно-
го струму (рис. 10.1), на якій покажемо лише обмеження по струму тягового
електродвигуна при тривалому режимі (додатково до вже показаних об-
межень по зчепленню коліс з рейками і по конструкційній швидкості).
207
Рг > кВт	Уг, В
Рис. 10.2. Характеристики тя-
гового генератора ГП-311Б
Перетинання цього обмеження з кривою
Рк = /(Vу) визначає розрахункову швид-
кість тепловоза, припустимо, = 24,6 км/год
(тепловоз ТЗІОМ одна секція).
Гіперболічна частина тягової характе-
ристики, як видно з рис. 10.1, лежить у ді-
апазоні швидкостей руху від Гп =
=12 км/год до Кк=100 км/год, для якого
значення граничного діапазону швидкос-
тей Апш становить
^пш
Гк 100
£-12-
«8,33.
(Ю-2)
Якщо взяти зовнішню характеристику тягового генератора ГП-311Б
(установленого на тепловозі Т310М ) ІІГ = /(7Г), суміщену з характеристи-
кою Рг = /(/г) (рис. 10.2), то буде видно, що її гіперболічна частина знахо-
диться в діапазоні струмів від /гг=2870 А до /ГБ=5900 А. Таким чином, ши-
рота діапазону струмів Ас визначається величиною
^гб
/гг
5900
2870
«2,06.
(Ю.З)
Як видно, можливості регулювання тягового генератора по струму значно
менші, ніж необхідність регулювання сили тяги в тепловоза. Додаткової змі-
ни дотичної сили тяги в діапазоні швидкостей Апш можна досягти зміною
крутячого моменту тягових електродвигунів постійного струму шляхом спе-
ціального їх регулювання.
На рис. 10.3 зображені електротягові характеристики колісно-моторного
блока з тяговим електродвигуном ЗД-118А потужністю Р =305 кВт при діа-
метрі колеса локомотива (тепловоза Т310М) £>к=1050 мм і передаточному
числі тягового осьового редуктора ц = 4,53 в межах зміни напруги електрод-
вигуна IIд, що відповідає частині кривої (7Д = /(/д) між точками Гі Б. Еле-
ктродвигуни типу ЗД-118А можуть працювати з тяговими генераторами ГП-
311Б, ГП-311А, МПТ-120/55 тепловозів типів Т310, 2Т310В, а також
2Т310М при паралельному з’єднанні.
208
Рис. 10.3. Електротягові характеристики колісно-
моторного блока тепловоза Т310М з тяговим
електродвигуном ЗД-118А постійного струму
Спеціальне регу-
лювання цих електрод-
вигунів досягається
трьома ступенями пов-
ноти магнітного поля:
повним (100 %, ПП) і
двома ослабленими
(ОП1 і ОП2). Степінь
ослаблення ап, що оці-
нюється у відсотках
або частках одиниці,
при застосуванні одно-
го й того ж електрод-
вигуна на різних теп-
ловозах може бути різ-
ною; у випадку, що ро-
зглядається, при ОП1
ап=60 %, при ОП2 ап
=36 %. На пасажирсь-
ких локомотивах за-
стосовується так зване
поглиблене ослаблення
поля (з метою досяг-
нення більшої швидко-
сті руху), при якому на
ОП2 величина ап мо-
же бути знижена до 24-25 0 о .
Точці Бо на рис. 10.1 відповідає точка Б\ на кривій К = при пов-
ному полі ап=100 % на рис. 10.3 і точка Б2 на кривій Гд =/(/д) ПРИ ап
=100 °о. При цьому величина струму якоря електродвигуна становить
’ = _££ = 522° Я 980 А.
л£ 6	6
(10.4)
На режимі ОП1 (ап= 60 % ) тепловоз переходить при швидкості руху 1
38 км/год шляхом спрацювання реле переходу РП1. Будемо вважати, що цей
209
перехід здійснюється при постійній швидкості, тобто V — СОП8І (точки а—б на
рис. 10.3). Подальше зростання швидкості руху йде по кривій V = /(^д) для
ап =60 % (0111) до V =62,5 км/год, від “б” до точки “в”, після чого спрацьо-
вує реле переходу РП2 і далі зростання швидкості руху йде по кривій
Г = /(/д) для ап =36% (ОП2), від точки “г” до точки яка відповідає
конструкційній швидкості тепловоза V = 100 км/год.
Аналогічно можна простежити й за зміною сили тяги Рд тягового елект-
родвигуна.
Таким чином, не дивлячись на звужений діапазон використання тягового
генератора по струму, за допомогою спеціального регулювання тягових елек-
тродвигунів забезпечується використанням гіперболічної частини зовнішньої
характеристики тягового генератора в діапазоні швидкостей руху 12-
100 км/год, широта якого А[1Ш =8,33.
З рис. 10.3 видно, що при Ип=12 км/год /д=1080 А (в точці А) і Рд =76
кИ (в точці А2 на кривій Рд = /(^д) при ап=100 %, ПП), а дотична сила тяги
тепловоза Рк = 6ЕД =6-76 = 456 кН. При Кк=100 км/год (точка на кривій
К = /(/д) при а„ =36 %, ОП2) Рд =12 кН (точка Г2 на кривій Рд = /({д)
при ап =36 %, ОП2), а дотична сила тяги тепловоза Рк =6-12 = 72 кН. Та-
ким чином, діапазон регулювання дотичної сили тяги тепловоза Арп буде
(для однієї секції)
Ари =-^" = ^«6,33.	(10.5)
Л<100	/2
Різниця між величинами Арп і Дпш пояснюється певним відхиленням
форми реальної тягової характеристики тепловоза від ідеальної гіперболи, а
також меншою величиною к.к.д. тягового електродвигуна т|д при великих
значеннях с груму 7Д (див. криві цд = /(/д) нарис. 10.3).
Описане вище досить широке регулювання швидкості та дотичної сили
тяги тепловоза стало можливим завдяки трикра гному використанню гіпербо-
лічної частини зовнішньої характеристики тягового генератора при трьох
режимах роботи тягових електродвигунів - ПП, ОП1 і ОП2. Особливості та-
кого регулювання відображуються на тяговій характеристиці локомотива
210
тим, що неперервна крива Гк - /(у) в діапазоні швидкостей від Ип до Кк
розподіляється на три вітки відповідно до ступенів ослаблення поля тягових
електродвигунів.
Наведені положення є загальними для тепловозів з електричними переда-
чами постійного струму і змінно-постійного струму стосовно до тягових ге-
нераторів постійного струму і синхронних з випрямлячем відповідно.
Реальна тягова характеристика однієї секції тепловоза 2Т310М зображена
нарис. 10.4.
Рис. 10.4. Тягова характеристика однієї
секції тепловоза серії ТЗ1 ОМ
Слід зауважити, що пос-
тійне (паралельне) з’єднання
тягових електродвигунів є ха-
рактерним для магістральних
(вантажних і пасажирських
тепловозів великої потужнос-
ті, 2208 кВт на секцію та бі-
льшої, які водять великовагові
поїзди відносно стабільної ма-
си. Що стосується маневрових
і промислових тепловозів, ос-
нащених дизелями відносно
невеликої потужності, що во-
ни переміщують групи ваго-
нів, маса яких змінюється у
широких межах. Для розфор-
мування великовагових поїз-
дів маневровий тепловоз по-
винен мати відносно велику
зчіпну масу й розвивати при
малих швидкостях руху вели-
ку силу тяги, достатню не
тільки для переміщення поїзда
(групи вагонів), але й для
отримання великих приско-
рень, які б забезпечували високу продуктивність тепловоза. Однак ці режими
роботи є короткочасними, тому, як вже відмічалося вище, сила з яги гривало-
го режиму не є характерною для маневрових тепловозів, і її можна прииняіи
211
значно меншою ніж іранична сила тяги но зчепленню Язч. На рис. 10.5 зо-
бражена тягова характеристика маневрового тепловоза ЧМЗЗ, з якої видно,
що величина сили тяги тривалого режиму Ркоо не тільки менша у порівнянні
з секцією магістрального вантажного тепловоза (рис. 10.4), але й реалізується
при значно меншій швидкості руху.
Рис. 10.5. Тягова характеристика мане-
Під час руху по під’їзних колі-
ях маневрові тепловози повинні
розвивати відносно великі швид-
кості руху, але маса поїзда у цьо-
му випадку звичайно невелика.
Тому при великих швидкостях ру-
ху можна допустити деяке змен-
шення потужності дизеля, що реа-
лізується. У маневрових теплово-
зів з електричною передачею ши-
рота діапазону (кратності)
регулювання дотичної сили тяги
Артах ~^ктах/^ктіп = 8-11,
Ар — Гкоо/^ктт — 5 — 6. (Нагада-
ємо, що у вантажних тепловозів
потужністю 1472-2208 кВт
Артах = 5,5—9, Ар =3,5—5).
Необхідна широта діапазону
регулювання сили тяги в трива-
лих режимах роботи може бути
отримана різними сполученнями
трьох способів регулювання еле-
ктричної передачі: зміною магні-
тного потоку (напруги) тягового
врового тепловоза ЧМЗЗ	генератора; зміною магнітного
потоку тягових електродвигунів,
перегрупуванням тягових електродвигунів. Магнітний потік генератора малої
потужності можна змінити завдяки його виконанню зі змішаним збудженням.
Генератори великої потужності викопуються з незалежним збудженням, яке
змінюється за допомогою спеціальної сисісми регулювання
212
У тягових електродвигунів, які мають послідовне Збудження, забезпечу-
ється автоматична змша (в деяких межах) магнітного потоку Крім того за
стосовуєгься (на тепловозах невеликої потужності, 73^990 кВт) пепеклю
чення груп тягових електродвигунів з послідовного на послідовно
паралельне з’єднання. Конкретний спосіб регулювання при проектуванні
обирається залежно від потужності тепловоза прийнятих типів тягових гене-
раторів і тягових електродвигунів.
Оскільки на тепловозах з електричною передачею змінно-постійного
струму використовуються тягові електродвигуни постійного струму послідо
вного збудження, тобто такі ж, як і на тепловозах з електричною передачею
постійного струму, то і тягові характеристики обох типів тепловозів мають
однаковий характер — такий як зображено на рис. 10.4 і 10 5
10.2.	Особливості регулювання тягового режиму тепловозів з елект-
ричною передачею змінного струму
У тепловозній електричній передачі змінного струму в якості тягових ви-
користовуються асинхронні тягові електродвигуни з короткозамкненим ро-
тором, які отримують живлення від синхронного тягового генератора змінно-
го струму.
У світовій практиці створення тепловозів з електропередачею змінного
струму найбільш розповсюджений частотний спосіб регулювання режиму
роботи асинхронних тягових елекгродвигунів (отже й тепловоза у цілому).
Кутова швидкість ротора такого електродвигуна оз2>РаД/с>
со2 =
(10.6)
де /і ~ частота напруги живлення електродвигуна, Гц;
р - кількість пар полюсів, звичайно для тепловозних електродвигунів ре-
комендується приймати р=3;
У - відносне ковзання ротора яке рекомендується приймати в межах
0,025-0,040.
Частота обертання ротора ид, хв що відповідає цій кутовій швидкості
(Ю.7)
213
З вирайв (10.6) і (10.7) видно що плавною регулювання обертання ротора
асинхронного слскгродвигуна в широких межах необхідно в таких же межах
регулювати частоту напруги живлення.
При часто» йому управлінні (схема аналогічна слсктровозній рис. 10.10)
необхідно регулювати не тільки частоту але й амплітуду напруги стаюра.
Співвідношення між частотою і напругою, що подається на статор асинхрон-
ного електродвигуна ігри частотному управлінні, називається законом часто-
тного управління асинхронного електродвигуна Найбільш загальним < закон
частої ного управління для ідеалізованого асинхронного електродвигуна (у
якого активний опір обмотки якоря гя= 0, магнітне коло не насичене, охоло-
дження примусове). Цей закон дозволяє забезпечити оптимальний режим ро-
боти при синусоїдальній формі напруги і записується у вигляді
й = /4м,	(10.8)
де (7 = С//(/н -відносний параметр напруги;
/ = /1//1и ~ відносний параметр частоти;
М = Л7/А7Н -відносний параметр обертального моменту.
Тут (7, /], М - поточні значення напруги, частоти й обертального моменту
відповідно; (7Н, _/} н, Л/и - номінальні значення напруги, частоти й оберта-
льного моменту відповідно.
Враховуючи падіння напруги в обмотках статора, формулу (10.8) можна
псрсписаіи у вигляді:
— при постійному моменті навантаження
Е\
— = сопяі;	(Ю.9)
71
- при постійній потужності
Е\
-г=г=соп<л.	(10.10)
у71
У цих формулах /і| - електрорухома сила (е.р.с.) слскгродвигуна
Е’|=Ч/1Ф,	(10.11)
де Ф маї пітний потік, Вб;
с’і маг пі тна стала;
214
с* 2'2-9,81/а’	(1012)
де р - кількість пар полюсів;
7 - кількість провідників обмотки ротора;
а — кількість паралельних гілок обмотки ротора.
Частота струму ротора електродвигуна /2 пропорційна його абсолютно-
му ковзанню
/2 =(®і,	(ю.із)
2пр
де - кутова швидкість магнітного поля статора, рад/с.
В теорії частотно-керованого електропривода частота струму ротора та
абсолютне ковзання оцінюються по відносному параметру р
„ сої - со2 /2
Р = —‘----- = Ч~,	(10.14)
/1
де індекс “н” позначає номінальне значення.
Відносне ковзання ротора У
_=^2=/ = Р.	(іо.і5)
°>і /і /
Кутова швидкість ротора со2 , Рад/с,
®2=И1Н(7-Р),	(10.16)
а відносно до неї частота обертання л2 ,хв
«2=«1н(7-Р)-	О017)
При аналітичних розрахунках характеристик частотно-керованого асинх-
ронного електродвигуна відносний параметр р відіграє таку ж роль, як і від-
носне ковзання Т при постійній частоті напруги живлення.
При електричній передачі будь-якого типу для підтримання постійної по-
тужності дизеля напруга генератора в робочій зоні має бути приблизно обер-
нено пропорційно струму навантаження. Оскільки напруга, прикладена до
асинхронного електродвигуна, змінюється за тим же законом, що й напруга
ягового генератора, то для кожної зони зовнішньої характеристики зягової о
215
генератора обирається оптимальний закон частотного управління асинхрон-
ного тяговим електродвигуном.
Відомо, що розгін поїзда доцільно здійснювати при постійній силі тяги і
постійному крутячому моменті асинхронного тягового електродвигуна. Тому
в зоні обмеження струму тягового генератора управління тяговим електрод-
вигуном відповідає формулі (10.9). У зоні обмеження по потужності дизеля
потужність , кВт. що підводиться до асинхронного електродвигуна є пос-
тійною, тобто ~ соп8І. У цій зоні регулювання асинхронного електродви-
гуна здійснюється згідно із залежністю (10.10).
Випрямляч ланки постійного струму має однобічну провідність. Обмін
реактивною енергією між тяговим генератором і асинхронним тяговим елек-
тродвигуном відсутній. Тому спрямлений струм генератора визначається ак-
тивною складовою струму навантаження двигуна. При цьому, якщо регулю-
вання асинхронного електродвигуна в зоні обмеження по струму генератора
відповідає формулі (11.50), а в зоні обмеження по потужності дизеля — фор-
мулі (11.51), то практично дотримуються рівність
/г=Ф,
(10.18)
де Іг - //гоо ; Ф ~ Ф/Ф^ , при цьому Іг і /гоо, А, - поточне і тривале зна-
чення спрямленого струму тягового генератора відповідно, а Ф і Вб, —
поточне і тривале значення магнітного потоку асинхронного електродвигуна.
Розміри і маса тягового генератора, незалежно від роду струму, визнача-
ються співвідношенням між його максимальною напругою £/гтах, на яку ро-
зраховується магнітна система, і напругою тривалого режиму £/гоо. Це спів-
відношення оцінюється коефіцієнтом /<г
^гтах
^гоо
(10.19)
тому, відповідно, й розрахункову потужність генератора Ргр, кВт, можна ви-
разити через коефіцієнт кг
Л’р^гЛ’оо.	(10.20)
Таким чином, чим більше коефіцієнт кг (який називається коеф цієнтом
регулювання напруги), тим більше величина розрахункової потужності гене-
216
ратора Рір, його розміри та маса. В електричній передачі змінного струму з
асинхронними тяговими електродвигунами значення кг обумовлюється ха-
рактеристиками та регулювальними властивостями асинхронних електродви-
гунів і прийнятим законом частотного управління. В результаті розрахунків
установлено, що коли управління асинхронним електродвигуном відповідає
формулі (10.18), для підтримання постійної потужності дизеля в усьому діа-
пазоні зміни сили тяги і швидкості руху тепловоза потрібне значення коефі-
цієнта кг повинне знаходитися в межах 1,9-2,5.
Для зменшення коефіцієнта кг застосовується двозонове регулювання
асинхронного електродвигунів при ® СОП81. Перша зона відповідає зміні
напруги генератора від £/г1тііп до 77гтах. Друга зона відповідає подвійній
умові
С7Г = 11 г тах = соп81;	(10.21)
/г = Ц 1ПЯХ = СОП8І .	(10.22)
При зростанні частоти (отже й швидкості руху) ця подвійна умова може
бути виконана тільки шляхом збільшення абсолютного ковзання асинхронно-
го електродвигуна. Зростання частоти при постійній напрузі призводить до
зменшення магнітного потоку електродвигуна, тому такий режим роботи
асинхронного електродвигуна подібний до режиму ослабленого поля елект-
родвигуна постійного струму з послідовним збудженням.
Момент, що розвиває асинхронний електродвигун у режимі Щ =сопзі,
/і=уаг, зменшується приблизно обернено пропорційно квадрату частоти
(тобто швидкості руху тепловоза). У той же час сила тяги (отже й момент
електродвигуна), що відповідає потрібній тяговій характеристиці тепловоза,
зменшується приблизно обернено пропорційно швидкості руху (частоті). Це
призводить до зменшення перевантажувальної здатності асинхронного тяго-
вого електродвигуна. Таким чином, при заданому діапазоні зміни швидкості
руху зменшення коефіцієнта кг обмежене зниженням перевантажувальної
здатності асинхронного електродвигуна. Ця здатність оцінюється коефіцієн-
том кп, який визначається як відношення
^ = Л/2кр/Л/2>	(10.23)
де ^2кр і ^2 ~ відповідно критичне і поточне значення моменту на валу
ротора.
217
У розрахунках звичайно приймаємо кІІГпіп-1,2-1,25. На рис. 10.6 зображені
графіки залежності кг = /(/тах) ПРИ -СОП8Ї Для тепловозних асинхрон-
них двигунів. Тут /шах потрібне найбільше значення коефіцієнта регулю-
вання частоти. При цьому кг = £/гтах .
Рис. 10.6. Графіки залежності
кг = /(/тах ) ПРИ кп = СОП5(; ]~5 -
криві, що відповідають кп, рівному
1,5; 1,4; 1,3; 1,2; 1,1
10.3. Тягова характеристика і регулювання тягового режиму тепло-
воза з гідродинамічною передачею
Для тепловоза з гідравлічною (гідродинамічною) передачею область мо-
жливих тягових характеристик обмежена тими ж умовами, що й для теплово-
за з електричною передачею. Особливістю є те, що маневрові та промислові
тепловози цього типу можуть мати два конструктивно обумовлені режими
роботи - маневровий і поїзний, - що відбивається на їх тягових характерис-
тиках та обмеженнях дотичної сили тяги.
Крутячий момент передається від колінчастого вала дизеля до рушійних
колісних пар через систему зубчастих коліс і гідравлічних апаратів — гідрот-
рансформаторів і гідромуфт відповідно до обраної кінематичної схеми тяго-
вої передачі тепловоза. Тайа схема на момент початку розрахунку тягової і
техніко-економічних характеристик тепловоза повинна бути детально розро-
блена. Розглядаючи цю схему з точки зору її впливу на майбутню тягову ха-
рактеристику тепловоза, треба мати на увазі, що механічна коробка зміни пе-
редач (МКЗП) маневрового або промислового тепловоза може мати спеціа-
льний режимний пристрій для створення двох режимів роботи (маневрового і
поїзного). Цей пристрій може бути конструктивно об’єднаний в окрему ме-
ханічну ланку - реверс-режимний редуктор (РРР).
218
Мінімальна швидкість руху, що визначається швидкістю порога Гп. на
маневровому режимі звичайно знаходиться в межах 5-8 км год, а на поїзному
режимі вона взагалі може бути невизначеною. Це наочно видно, наприклад, з
рис. 10.7. На цьому рисунку зображена найбільш якісна з точки зору викори-
стання повної та постійної потужності дизеля тягова характеристика одного з
найбільш досконалих вітчизняних маневрово-промислових тепловозів -
ТГМ6А - з гідродинамічною передачею схеми ГТ+ГТ+ГМ (два гідротранс-
форматори і одна гідромуфта).
Рис. 10.". Тягова характеристика теп-
ловоза ТГМ6А: — швидкість поїзного
режиму; 1 м - швидкість маневрового ре-
жиму; ГТН - пусковий гідротрансформа-
тор; ГТМ - маршовий гідротрансформа-
тор; ГМ — гідромуфта
Максимальна (конструкційна)
швидкість ґ = К„ звичайно ста-
11 ІоЛ	ЕХ
новить:
- для магістральних тепловозів
100-120 км год;
— для маневрових і промисло-
вих тепловозів середньої потужно-
сті 80-90 (40-50) км год: малої по-
тужності - 60 (30) км год (у дужках
вказана конструкційна швидкість
маневрового режиму).
Величина максимальної швид-
кості в аналітичних розрахунках
може бути попередньо визначена за
формулою
0.1884£)кнлтах
К ДІ11ЛХ
* тах ““	’	“
гп
0,1884Вкпдтах
= —------к д —, (10.24)
7мтіп ';гтіп
де - діаметр ру шійного колеса
локомотива, м;
77ділах — номінальна (максимальна) частота обертання колінчастого вала
дизеля, хв1;
/п — передаточне число усієї тягової передачі від колінчас ого вала
дизеля до рушійних колісних пар:
219
'п= —.	(10.25)
”к
де /?к	- частота обертання колісних пар тепловоза, хв1; приймається при
конструкційній швидкості тепловоза;
/МП11П ~ передаточне число всіх зубчастих пар тягової передачі;
(м тіп ~ *пр*сш?ор ’	(10-26)
де /пр - передаточне число підвищувального редуктора (між колінчастим ва-
лом дизеля і валом насосних коліс гідравлічних апаратів) — величина
постійна
Пп
'пр= —.	(10 27)
«н
де ин - частота обертання вала насосних коліс гідравлічних апаратів, хв ’;
/сш ~ передаточне число зубчастих пар, що передають обертання від ва-
ла турбінного колеса гідравлічного апарата (гідротрансформатора
або гідромуфти), який працює на даному ступені швидкості, на
вхідний вал осьового редуктора - величина постійна;
/Ор - передаточне число осьового редуктора - величина постійна;
7гтіп ~ передаточне число гідравлічного апарата (гідротрансформатора
або гідромуфти), що працює на даному ступені швидкості
*гтіп= —,	(10.28)
"н
де лт - частота обертання вала турбінного колеса гідравлічного апарата, хв1.
З формули (10.24) видно, що регулювання швидкості (у даному випадку
досягнення її максимальної величини) можна здійснити (при постійних вели-
чинах /Пр і /Ор в основному за рахунок мінімального передаточного числа
відповідної ланки МКЗП /гтіп і мінімального передаточного числа відповід-
ного гідравлічного апарата /гтіп. При цьому слід врахувати, що величина
7гтіп Змінюється в попередньо вибраному діапазоні залежно від навантажен-
ня (опору руху поїзда).
220
Максимальна дотична сила тяги тепловоза Ектах , кН, при аналізі параме-
трів й майбутньої тягової характеристики може бути визначена за формулою
2Л/дРдоп7мтах4’тахгІгтахгІмтах
Летах =-------------------------------->	(10.29)
Мс
при максимальних значеннях усіх величин, що знаходяться в її чисельнику,
тому що величина Ок постійна. У цій формулі
Л/д - крутячий момент на колінчастому валу дизеля, кіім;
Рдоп “ коефіцієнт, що враховує витрати потужності на привод допомі-
жних агрегатів;
тігтах “ максимальний к.к.д. гідравлічного апарата, що працює на дано-
му (першому) ступені швидкості;
пМтах “ максимальний к.к.д. механічної частини тягової передачі;
Лмтах ЛпрПсш^Іор ’
(10.30)
де г|пр “ КЖ.Д. підвищувального редуктора між колінчастим валом дизеля і
валом насосних коліс гідравлічних апаратів;
г|сш - к.к.д. механічної ланки МКЗП, що використовується на першому
ступені швидкості;
г|оо - к.к.д. тягового осьового редуктора.
Оскільки величини Пїір і Лор “ постійні, Л/д - теж практично постійна,
то величина г|мтах може бути досягнута лише за рахунок мінімальної кіль-
кості зубчастих зачеплень, що використовуються на першому ступені швид-
кості, при якій величина т]сш може бути максимальною.
Отриману за формулою (10.29) величину /?ктах слід порівняти з величи-
ною дотичної сили тяги по зчепленню коліс з рейками Гзч. Таким чином фо-
рмується обмеження максимальної сили тяги на майбутній тяговій характе-
ристиці тепловоза.
Обмеження по силі тяги тривалого режиму Екао обумовлюється теплоро-
зсіювальною здатністю теплообмінників для охолодження масла гідродина-
мічної передачі.
221
З наведених вище формул видно, що на певному ступені швидкості зале-
жність дотичної сили тяги від швидкості руху V -	/(у) - форму-
ється в основному за рахунок зміни частоти обертання колінчастого вала ди-
зеля ид, передаточного числа /г і к.к.д. т|г гідравлічного апарата що працює
на даному ступені швидкості. У гідротрансформатора при цьому змінюється
ще й величина коефіцієнту трансформації моменту Кгл. З характеристики гі-
дротрансформатора, наприклад, рис. 7.6 видно, що в межах усього діапазону
зміни величини передаточного відношення ит/лн (і, відповідно, величини/г)
характери зміни величин /<гт і різні. Що впливає на форму залежності
Ек =/(И) на даному ступені швидкості, тому тягова характеристика, побу-
дована на основі суміщення характеристик дизеля і гідравлічних апаратів при
цьому не може бути гіперболічною, що видно з рис. 10.7, а лише в якійсь не-
значній мірі наближається до гіперболічного характеру. Як відомо, це є недо-
ліком тепловоза з гідравлічною передачею.
10.4. Регулювання електровозів і їх тягові характеристики
Електрорухомий склад залізниць (ЕРС), до якого відносяться електровози
та електропоїзди, приводиться в рух тяговими електродвигунами, які, на від-
міну від тягових електродвигунів тепловозів, отримують живлення від елект-
ричних станцій через лінії електропередачі (ЛЕП) і контактний провід (тяго-
ва передача на ЕРС, як відомо, відсутня). Залежно від роду струму, що підво-
диться до тягових електродвигунів, електрорухомий склад і електровози зок-
рема поділяються на ЕРС постійного струму і змінного струму. У першому
випадку, як відомо, розрахункова напруга контактної мережі становить
3000 В, у другому — 25000 В. Технічні характеристики ЕРС, що експлуату-
ється на залізницях України наведені в [3, 18, 20, 21] та інших джерелах.
Енергетичне коло ЕРС постійного струму складається лише з тягових
електродвигунів. ЕРС змінного струму містить також понижувальний тяго-
вий трансформатор і перетворювачі змінного струму на постійний або перет-
ворювачі кількості фаз і частоти. Залежно від типу тягових електродвигунів.
Допоміжного устаткування ЕРС відносяться струмоприймач (пантограф), пу-
скорегулювальна, контрольно-вимірювальна та захисна апарагура, допоміжні
електричні машини, акумуляторна батарея, вентилятори, повігроочищувачі
(повітряні фільтри) та ін.
222
При експлуатації ЕРС в тяговому режимі необхідно регулювати швид-
кість руху V і дотичну силу тяги Рк . Напруга контактної мережі завжди по-
стійна. Тому зазначене вище регулювання можна здійснити тільки за допо-
могою систем і пристроїв, що розміщуються безпосередньо на ЕРС. Але слід
відмітити, що проводяться дослідження зі створення систем управління ру-
хом ЕРС на локальних дільницях зі спеціальних керуючих станцій на основі
комп’ютерних технологій.
Способи та локомотивні технічні засоби регулювання чинять великий
вплив на тягові характеристики ЕРС і електровозів зокрема. Тому проекту-
вання тягової характеристики можна здійснити тільки з урахуванням прийня-
того способу регулювання.
Розглянемо (на прикладі електровозів) основні способи регулювання ЕРС.
Електровози постійного струму оснащуються тяговими електродвигуна-
ми постійного струму послідовного збудження. У тяговому режимі електро-
воза частоту обертання якоря тягового електродвигуна постійного струму
можна регулювати зміною напрути, що до нього підводиться, та зміною маг-
нітного потоку. Використовуються обидва способи. Оскільки, як було зазна-
чено вище, регулювати напругу контактної мережі неможливо, на електрово-
зі постійного струму зміну напруги на затискачах тягових електродвигунів
можна здійснити або включення електричних опорів послідовно з обмотками
електродвигунів, або переключенням з’єднання електродвигунів з послідов-
ного на послідовно-паралельне.
Перший спосіб не є економічним внаслідок витрат електричної енергії в
опорах, тому він застосовується тільки для обмеження струму тягового елек-
тродвигуна і плавності зростання швидкості в період пуску. По мірі збіль-
шення швидкості руху локомотива пускові опори поступово відключаються.
Другий спосіб регулювання - економічний і тому є основним на електро-
возах постійного струму. При цьому способі напруга, що підводиться до тяго-
вого електродвигуна, змінюється ступінчасто. Величина цієї напруги залежить
від кількості послідовно включених тягових електродвигунів. Для електровоза
з шістьма тяговими електродвигунами, наприклад, при напрузі в контактному
проводі 3000 В напруга, що підводиться до електродвигуна, становить при по-
слідовному з’єднанні 500 В, при послідовно-паралельному — 1500 В.
З метою усунення ступінчастої зміни напруги, що підводиться до тягово-
го електродвигуна, при регулюванні електровозів і моторних вагонів елект-
ропоїздів можна застосовувати так званий імпульсний спосіб. При цьому
223
способі здійснюється плавне регулювання напруги за допомогою спеціаль-
них імпульсних перетворювачів напруги. Таке управління засноване на пері-
одичному підключенні тягового електродвигуна до джерела живлення. В ре-
зультаті передача енергії в коло навантаження отримує імпульсний характер,
власно у процесі регулювання можна змінювати або тривалість імпульсів,
або їх частоту. Залежно від цього перший спосіб називається широтно-
імпульсним, регулюванням, а другий — частотно-імпульсним.
При широтно-імпульсному регулюванні (рис. 10.8) періодичне підклю-
чення електричного кола елсктродвиїуна до джерела живлення здійснюється
за допомогою тиристорного ключа К. Для згладжування пульсації струму по-
слідовно з тяговим електродвигуном М включаться дросель Р. Паралельно з
колом навантаження включається некерований діод//, через який проходить
струм електродвигуна в проміжки часу, коли ключ К розімкнений. Замикання
і розмикання ключа К здійснюється з періодом Т. Протягом певного проміж-
ку часу Дт ключ К замкнений, а зайву частину періоду (Т - Дт) - розімкне-
пий. При замкненому ключі до кола навантаження прикладена напруга, яка
дорівнює напрузі джерела живлення. Після розмикання ключа джерело жив-
лення відключається. Напруга на затискачах електродвигуна дорівнює серед-
ньому значенню напруги за період. При плавній зміні проміжку часу Дт се-
реднє значення напруги на затискачах електродвигуна плавно змінюється.
Рис. 10.8. Спрощена схема широт-
но-імпульсного регулювання:
М тяговий електродвигун; К - тири-
сторний ключ; Р- дросель; Д- неке-
рований діод
Магнітний потік електродвигунів пос-
лідовного збудження можна змінювати
шунтуванням обмотки збудження опо-
ром, варіюванням числа витків обмот-
ки збудження. Перший спосіб не вима-
гає ускладнення конструкції електродви-
лася система однофазного струму промислової
гупа, і тому він широко застосовується.
Звичайно виконуються два та більш сту-
пенів регулювання магнітного потоку.
ІЦо стосується системи електричної
тяги на змінному струмі, то відомо ба-
гато її варіантів. Кращим з них опини-
частоти, яка виконується за
трьома схемами:
зі статичним перетворювачем однофазного змінного струму на постій-
ний і колекторними тяговими електродвигунами пульсуючого струму;
224
-	зі статичними перетворювачами однофазного змінного струму промис-
лової частоти на багатофазний струм регулівної частоти з асинхронним тяго-
вими електродвигунами;
-	з вентильними тяговими електродвигунами.
Схему зі статичними перетворювачами і колекторними тяговими електрод-
вигунами пульсуючого струму на цей час можна вважати основою (рис. 10.9). За
такою схемою виконані серійні електровози однофазного змінного струму
ВЛ60; ВЛ60к; ВЛ80; ВЛ80к; ВЛ80т; ЧС4; ЧС4Т і електропоїзди ЗР9П. Па цьому
ЕРС застосовується двонапівперіодне випрямлення струму. Схема з’єднання ве-
нтилів — мостова. Тягові електродвигуни завжди з’єднані паралельно.
Рис. 10.9. Принципова схема елемента
силового кола електровоза з ТЕД
пульсуючого струму: Т- тяговий тран-
сформатор, Р — реактор; М\, МІ — ТЕД;
/П-КВ - контактори; ИШХ-ИШ2 - індук-
тивні шунти
Для зменшення пульсації ви-
прямленого струму в коло тягових
електродвигунів включається реак-
тор Р. Швидкість руху ЕРС регу-
люється зміною напруги, що підво-
диться до тягових електродвигунів,
шляхом підключення їх до різних
виводів вторинної обмотки тягово-
го трансформатора Т. На електро-
возах ЧС4 та деяких інших регулю-
вання здійснюється з боку вищої
напруги. При такому способі регу-
лювання напруги не потрібні пус-
кові реостати і не має необхідності
переключати схеми з’єднання тяго-
вих електродвигунів. Крім того,
швидкість руху ЕРС з тяговими
електродвигунами пульсуючого
струму регулюється зміною магніт-
ного потоку електродвигунів.
Раніше в якості вентилів випрямних установок використовувалися і ігнітро-
ни. Сьогодні використовують кремнієві діоди, які відрізняються високими на-
дійністю та к.к.д. (до 99,6 %), а також граничною температурою нагрівання (до
+140 °С і вище) і невеликою масою.
На ЕРС застосовується й безколекторні тягові електродвшуни: асинхрон-
ний, короткозамкнений (з живленням від статичного перетворювача частоти) і
225
вентильний. В обох випадках електрична схему ЕРС складається з тягового еле-
ктродвигуна, перетворювача частоти й кількості фаз та системи управління.
Принципова схема перетворювача частоти і фаз електровоза з частотним
управлінням зображена па рис. 10.10. Перетворювач складається з керовано-
го випрямляча /71,фільтра С і автономного інвертора АИ. Тиристори інверто-
ра мають спеціальний пристрій для їх відключення від комутаційного кон-
денсатора, який постійно підзаряджується від допоміжного випрямляча /72. У
силове коло інвертора входить також додатковий трифазний міст на діодах,
який служить для повернення реактивної енергії асинхронного тягового еле-
ктродвигуна колу постійного струму.
Рис. 10.10. Принципова схема силового
кола асинхронного тягового електродвигу-
на (ТЄД) електровоза з частотним управ-
лінням: Т-тяговий трансформатор; Ф —
фільтр; /71 - керований випрямляч, /72 - до-
поміжний випрямляч; М ТЕД; АИ - автоно-
мний інвертор
Рис. 10.11. Принципова схема сило-
вого кола електровоза з вентильним
ТЕД: Т- тяговий трансформатор; ПЧФ
- вентильний перетворювач частоти і
кількості фаз; Р1- Р4 - згладжувальні
реактори; М- вентильний ТЕД; /7 - не-
симетричний керований міст
Електровоз оснащений датчиками кутової швидкості колісних пар і сис-
темою автоматичного регулювання, яка підтримує у асинхронних електро-
двигунів постійну абсолютну частоту ковзання. Це дозволяє отримати в об-
226
мотці рогора незмінний струм, який сприяє найкращому використанню по-
тужності тягового електродвигуна.
Вентильний електродвигун, принципова схема включення якого на елек-
тровозі зображена на рис. 10.11, подібний до синхронного: на статорі укладе-
на трифазна обмотка, на роторі - обмотка збудження постійного струму. Фа-
зні обмотки електродвигуна через вентильний перетворювач частоти п кіль-
кості фаз ПЧФ і згладжувальні реактори Р\ Р4 підключені до основної вто-
ринної обмотки тягового трансформатора Т, а обмотка збудження через
несиметричний керований міст II до додаткової вторинної обмотки тягово-
го трансформатора Т. Взаємодія магнітного потоку рогора із струмом у про-
відниках обмотки статора створює обертальний момент електродвигуна. Пе-
реключення струму в обмотках статора здійснюється вентильним перетворю-
вачем ПЧФ. Електродвигун оснащений датчиком положення ротора. Таким
чином система управління забезпечує жорсткий зв’язок між тяговим елект-
родвигуном і вентильним перетворювачем.
На електровозах струм збудження вентильного електродвигуна регулю-
ється автоматично, пропорційно зміні струму статора. Тому електромехані-
чні характеристики такого електродвигуна аналогічні характеристикам елек-
тродвигуна з послідовним збудженням, що певним чином відбивається на тя-
гових характеристиках ЕРС.
Принципово тягові характеристики електровозів постійного і змінного
струму подібні одна до одної (рис. 10.12 і 10.13).
На цих рисунках зображені графіки залежності Рк = / (Г) при потужнос-
ті тягових електродвигунів, яка відповідає обмеженню дотичної силн тяги по
напрузі Еки (при цьому залежність для інших позицій контролера та ступенів
ослаблення поля, яких може бути більше, ніж у тягових електродвигунів теп-
ловозів, розміщуються у просторі зліва між кривою та осями координат).
Крім цих залежностей, зображені обмеження силн тяги по струму тягових
електродвигунів /гкі та зчепленню коліс з рейками 7<зч.
При аналізі тягових якостей електровоза, які формуються на підсіаві ха-
рактеристик тягових електродвигунів, звичайно перш за все визначаться
степінь жорсткості електромеханічних характеристик 1 ЕД і гяіової харакіе-
ристики локомотива — інтенсивність зміни моменту на валу ротора слекіро-
двигуна Л/д від частоти обертання нд та дотичної сили тяги Гк від швид-
кості V. Для такої оцінки застосовуються два показники, коефіцієнт жорсі
227
кості х і коефіцієнт відносної жорсткості х- Наприклад, для тягової харак-
теристики ці коефіцієнти обчислюються за формулами
Рис. 10.12. Тягова характеристика
електровоза ВЛ80к
Рис. 10.13. Тягова характерис-
тика електровоза ЧСЗ
(IV '
У ^к
Лс (IV'
(10.31)
(10.32)
Коефіцієнти х і X ~ величини непостійні, вони залежать від навантаження,
отже.від швидкості руху. Залежно від величини х розрізняються м’які та жо-
рсткі характеристики. При однакових навантаженнях м’яким характеристи-
кам властиві менші значення х, н’ж жорстким.
Відомо, що тягові електродвигуни послідовного збудження мають відно-
сно м які електромеханічні характеристики з х~ 2,0—5,5, причому конкретне
значення х залежить від степеня насичення магнітної системи і величин по-
вітряного зазору, які в найбільшій мірі визначають характер залежності сили
тяги, що розвиває на ободах коліс електродвигун даного типу, від швидкості
руху. При великих навантаженнях тягова характеристика	стає
більш жорсткою.
228
Якщо % = соп8і, то Т?кИ% = соп8І. У логарифмічних координатах - це
крива з кутовим коефіцієнтом %. При %=1 добуток ГКГ = соп8і - це гіпер-
бола або характеристика постійності, яка є, як відомо, сприятливою з точки
зору навантаження й використання пристроїв енергопостачання електрифіко-
ваних залізниць.
Оскільки характеристики тягових електродвигунів послідовного збу-
дження більш жорсткі, ніж гіпербола, то для поліпшення використання цих
електродвигунів удаються до штучного регулювання магнітного потоку шля-
хом регулювання збудження, внаслідок чого отримують певну множину
м’яких тягових характеристик в широкому діапазоні швидкостей руху.
При жорстких характеристиках, властивих, наприклад, електродвигунам з
незалежним збудженням, збільшується сила зчеплення коліс з рейками, що
реалізується. Тому жорстка тягова характеристика значно більш сприятлива з
точки зору використання зчіпної маси локомотива.
При зриві зчеплення сила тяги електродвигуна з жорсткою характерис-
тикою знижується значно інтенсивніше, ніж у електродвигуна з м'якою хара-
ктеристикою і, отже швидше приходить до рівноваги з силою зчеплення, за-
вдяки чому швидше відновлюється нормальне кочення колеса по рейці. За-
стосування електродвигунів з незалежним збудженням особливо ефективно
на горбкуватих профілях колії тому що дозволяє реалізувати коефіцієнт зче-
плення на 20-25 % більший, ніж при м’яких характеристиках. Недоліком жо-
рсткої характеристики є велика чутливість до нерівномірності розподілу на-
вантаження між тяговими електродвигунами, що працюють паралельно, з-за
різниці в їх фактичних характеристиках внаслідок технологічних і експлу-
атаційних причин.
Для тягових електродвигунів з жорсткими характеристиками широко ви-
користовується регулювання магнітного потоку та напруги, а для синхро-
нних і асинхронних електродвигунів змінного струму - ще й частота струму
живлення, для чого застосовуються спеціальні тиристорні перетворювачі. За-
вдяки цьому відкриваються нові перспективи використання багатофазних
асинхронних електродвигунів і вентильних в якості тягових на локомотивах.
Аналіз інших параметрів тягової характеристики електровоза, що про-
ектується, здійснюється подібно до того, як це було наведено у підрозділі
10.1. При цьому слід враховувати, що на характері (зовнішньому вигляді) за-
лежностей
Ек =/(И) тим чи
іншим чином відбиваються способи регулю-
229
вання величини Ек і V залежно від роду струму та типу тягових електродви-
гунів:
—	ступінчастим регулюванням швидкості (на електровозах постійного
струму);
—	зміною напруги, що підводиться до тягового електродвигуна, та опору
елекгричного кола;
—	зміною магнітного поля тягових електродвигунів;
-	» зміною режиму роботи статичних перетворювачів (при тягових елект-
родвигунах постійного струму).
Після наведеної вище аналітичної роботи остаточно обирається спосіб ре-
гулювання та типи і характеристики пристроїв, що його забезпечують, уто-
чнюються властиві йому параметри, після чого здійснюється детальний роз-
рахунок тягової і техніко-економічним характеристикам проектного локомо-
тива.
10.5. Техігіко-економічні характеристики локомотивів і їх структур-
ний аналіз
Тягові якості і параметри тягового режиму локомотива при проектуванні
остаточно оцінюються через його так звані техніко-економічні харак-
теристики, серед яких основною є характеристика к.к.д. локомотива, тому що
через к.к.д. звичайно зрівнюється економічна ефективність різних видів тяги.
Техніко-економічні характеристики автономних локомотивів (тепловозів,
газотурбовозів) і дизель-поїздів прийнято представляти у вигляді графічних
залежностей ДГе = /(К);	=/(И); 6Г =/(Г); Пп=/(О; Пл=/(П’де
“ ефективна потужність енергетичної установки, Сг — година витрата па-
лива; .Ук — дотична потужність локомотива; ц І — к.к.д. тягової передачі; т|л
— к.к.д. локомотива (для тепловоза звичайно застосовується позначення цт,
для електровоза - т|св).
Універсальна формула для визначення к.к.д. тепловоза має вигляд
%=3600-А- = тіст1пПдОп,	(10.33)
де 3600 - тепловий еквівалент роботи, кДж/(кВт-год);
230
#к - дотична потужність локомотива (потужність, віднесена до обода
рушійного колеса), кВт;
Сг - годинна витрата палива, кг/год;
Ни - теплота згоряння (нижча теплотвірна здатність) палива, кДж/кг;
Ни -42500 кДж/кг;
г]е - ефективний к.к.д. дизеля;
т|п - к.к.д. допоміжних нужд, що враховує витрату потужності на при-
вод допоміжних агрегатів.
Величина т)е визначається за формулою
3600
(10.34)
де £ — питома ефективна витрата палива, кг/(кВт-год).
З формули (10.31) видно, що для підвищення к.к.д. тепловоза необхідно
підвищувати к.к.д. дизеля і знижувати витрати енергії на власні потреби, тоб-
то на привод допоміжних агрегатів.
При оцінюванні економічності тепловоза з електричною передачею серед-
нє значення к.к.д. тягового генератора можна приймати на рівні т|г= 0,93-
0,95, тягового електродвигуна - Лд~ 0,85-0,88, випрямної установки з елект-
ричною передачею змінно-постійного струму - Лву= 0,99, механічний к.к.д.
тягового привода- т|м = 0,97-0,98. Тоді загальний к.к.д. тягової передачі буде:
- для тепловозів з електричною передачею постійного струму
Пп =ПгПд-Пм =0,767-0,832;	(10.35)
- для тепловозів з електричною передачею змінно-постійного струму
Пп = Пг  Пд ' Пм  Пву = 0,759 - 0,824.	(10.36)
При оцінюванні к.к.д тепловоза з гідравлічною передачею враховується
загальний к.к.д механічної коробки зміни передач (МКЗП) (без ураху-
вання к.к.д. підвищувального редуктора цПр між колінчастим валом дизеля і
валом насосних коліс гідравлічних апаратів):
Пм=ПцЦ-ПкК-Псп.	(,0-37)
231
де г|ц = 0,98 - 0,99 - к.к.д. циліндричної зубчастої пари;
цк = 0,95 - 0,98 к.к.д. конічної зубчастої пари;
т|сп =0,98-0,99 - к.к.д. спарникового (дишлового) механізму (для теп-
ловозів типу ТГМ1, ТГМ23);
Хц	- кількість пар циліндричних зубчастих коліс в МКЗП;
Хк	- те ж конічних.
Показники степеня Хц і Хк не враховують зубчасті зачеплення, що оберта-
ються вхолосту при певній швидкості руху , що задана для розрахунку те-
хніко-економічних характеристик.
Дотична потужність тепловоза ?/к, кВт, при швидкості У3 визначаються
за формулою
^к=В>	(10-38)
3,6
де Рк - дотична сила тяги тепловоза при швидкості У3, кВт;
а ефективна потужність дизеля ЛГе, кВт, - за формулою

^е =
(10.39)
Де Л^н	— момент насосного колеса гідравлічного апарата, що
працює при швидкості К3, кН м;
лн	— частота обертання насосного колеса гідравлічного
апарата, хв 4;
Лдоп ~ 0,89 0,92 — к.к.д. допоміжних нужд;
Ппр ~ 0,98-0,99- к.к.д. підвищувального редуктора між колінчастим валом
дизеля і валом насосних коліс гідравлічних апаратів.
З урахуванням наведеного вище к.к.д. гідравлічної передачі г|п можна
визначити з виразу
Пп=~.	(10 40)
/Уе
а к.к.д. тепловоза на ободі рушійних колісних пар — з виразу (10.31)
232
З розглянутих вище залежностей видно, що визначальним фактором для
к.к.д. тепловоза, незалежно від типу передачі, є ефективний к.к.д. дизеля т]с.
Для дизельного палива величина питомої теплоти згоряння (нижчої теплот-
ворної здатності) Ни відносно стабільна. У розрахунках величину // мож-
на приймати рівною 42000-42500 кДж/кг, і тоді величина ефективного к.к.д.
дизеля буде
-	3600	_ 0,0847 - 0,0857
Пе (42000-42500) £е ~ Яе '	(10'41)
Для чотиритактних дизелів тепловозів останніх випусків величина £
знаходиться в межах 0,204-0,210 кг/(кВт год), чому відповідає к.к.д. дизеля
Пе =0,403-0,420.
Якщо прийняти величину к.к.д. допоміжних нужд г)доп =0,89-0,92, то
можна отримати орієнтовану величину к.к.д. тепловоза т]т в межах:
-	при електричній передачі постійного струму 0,275-0,321;
-	при електричній передачі змінно-постійного струму 0,272-0,318;
-	при гідродинамічній передачі без спарникового механізму 0,260 0,316;
-	при гідродинамічній передачі зі спарниковим механізмом 0,255-0,316.
Слід підкреслити, що техніко-економічні характеристики розраховуються
та будуються звичайно для номінальних параметрів роботи локомотива на
останній позиції контролера машиніста. На рис. 10.14 зображені, наприклад,
такі техніко-економічні характеристики секції тепловоза 2Т310М з електри-
чною передачею постійного струму і дизелем потужністю 2208 кВт. Якщо
необхідно, розраховуються і будуються відповідні характеристики для про-
міжних позицій контролера.
Для електровозів і електропоїздів (у яких, як відомо, енергетична устано-
вка і тягова передача відсутні) залишаються залежності Ак =/(И) і
т]ев = /(И). К.к.д. електровозів постійного струму знаходиться в межах
0,879—0,907, а змінного в межах 0,840-0,900. Але слід підкреслити, що коли
взяти к.к.д. системи електричної тяги у цілому, починаючи з вироблення еле-
ктроенергії, з урахуванням усіх втрат на шляху до струмоприймача (панюі
рафа) електровоза або електропоїзда, то він (к.к.д.) не буде значно відрізня-
тися від к.к.д. тепловоза, який не зв’язаний з джерелом снеріії багатоступе
невою системою її передавання.
233
Якість техніко-скономічних характеристик визначається перш за все аб-
солютними величинами параметрів, які вони характеризують, та стабільніс-
тю цих величин в усьому діапазоні швидкостей руху, особливо від розрахун-
кової до конструкційної. Найбільш характеристичними з точки зору абсолю-
тної величини і стабільності є залежності к.к.д. і дотичної потужності руху.
Рис. 10.14. Техніко-економічні характерис-
тики секції тепловоза 2Т310М: 1 - перехід з
ПП на ОП1; 2 перехід з ОП1 на ОП2; 3 - пере-
хід з ОП2 на ОП1; 4 - перехід з ОП1 на ПП
Але розглянуті вище мірку-
вання ще не визначають еко-
номічну ефективність проек-
тного локомотива в конкрет-
них умовах експлуатації (на
чітко визначеній дільниці за-
лізниці з певним розрахунко-
вим підйомом, з поїздом роз-
рахункової маси при певних
розмірах руху та обсягу пере-
везень). Це питання вирішу-
ється шляхом порівняння по-
казників експлуатаційного
використання локомотива з
відповідними показниками
того локомотива, що вже екс-
плуатується на дільниці і має
бути замінений на проектний,
за спеціальною методикою,
яка буде розглянута нижче.
Якщо мова йде про підбирання локомотива для застосування на новій,
тільки-но збудованій дільниці залізниці, на якій ще не експлуатувався жоден
локомотив, то остаточний вибір здійснюється на підставі порівняння показ-
ників експлуатаційного використання проектного локомотива з показниками
інших локомотивів на якійсь існуючій дільниці, подібній до нової або хоч
схожий з нею.
234
11. ЕСКІЗНЕ ПРОЕКТУВАННЯ ТЯГОВОЇ ТЛ ТЕХНІКО-
ЕКОНОМІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛОКОМОТИВІВ
Методичні основи розрахунку тягових і техніко-економічних характерис-
тик локомотивів різних типів в межах, достатніх для їх повного порозуміння,
доцільно розглянути лише для режиму роботи, що відповідає номінальній
потужності. Звичайно такий розрахунок виконується на первинних (передес-
кізній та ескізній) стадіях проектування, наприклад, при підготовці технічно-
го завдання або виконання ескізного проекту. Проміжні режими роботи ло-
комотива, як відомо, встановлюються переведенням рукоятки контролера
машиніста на певні позиції. Тягові і техніко-економічні характеристики при
цьому реалізуються завданням проміжних параметрів функціонування тяго-
вого устаткування. Величини цих параметрів на певній позиції контролера
приймаються відповідно до застосованого на даному локомотиві способу ре-
гулювання тягового режиму та кількості позицій контролера таким чином,
щоб зберігалася гіперболічність тягової характеристики і помітно не знижу-
вався загальний к.к.д. локомотива. Способи регулювання тягового режиму
розглянуті у розділі 10.
Розрахунок тягової характеристики локомотива може бути здійснено по ре-
альних або універсальних (безрозмірних) характеристиках тягових машин.
Справа в тім, що як відмічалося вище, при створенні нових локомотивів
часто використовується обладнання, перш за все, енергетичне та тягове, яке
позитивно себе зарекомендувало при експлуатації на інших існуючих локомо-
тивах. Це вигідно з технологічної та економічної точок зору. При необхідності
таке обладнання удосконалюється, модифікується, модернізується, його конс-
труктивні форми і параметри дещо змінюються, пристосовуються до викорис-
тання на новому локомотиві. До позначення типу такого обладнання вводяться
додаткові індекси, що відображують внесені зміни (наприклад, тепловозні тя-
гові електродвигуни ЗД-118, ЗД-118А, ЗД-118АТ, ЗД-118Б, електровозні НБ-
418, НБ-418К, НБ-418К6 тощо). Але основні характеристики тягового облад-
нання, що використовуються при розрахунку тягової характеристики локомо-
тива, залишаються практично незмінними або відрізняються незначно.
Тому у подібних випадках тягові характеристики локомотивів доцільно
розраховувати на підставі робочих (дійсних, реальних) характеристик енер-
гетичного і тягового обладнання, які можуть бути отримані шляхом повного
електромагнітного і електромеханічного або гідродинамічного (для теплово-
зів з гідравлічними передачами) розрахунку електричних і гідравлічних ма-
235
шин. Такий спосіб застосовується, коли тип дизеля, а також тягових електри-
чних або гідравлічних машин обрані з числа тих, що випускаються промис-
ловістю або застосовані на локомотиві-зразку, але їх реальні параметри не
точно відповідають тим, що потрібні для проектного локомотива. При цьому
далі буде достатньо розглянути один з них, наприклад по реальних характе-
• ристиках локомотива-зразка.
Інша справа, коли проектується локомотив, який не має аналогів серед
тих, що випускалися раніше (наприклад, електровоз ДСЗ або якийсь інший
локомотив принципово нової конструкції). Тому у цьому випадку доцільно
при передескізному та ескізному проектуванні застосовувати другий спосіб
розрахунку тягової характеристики, коли на підставі розрахунку основних
характеристик дизеля і тягових електричних машин треба вибрати з існую-
чих (тих, що випускаються промисловістю) або створити новий тип, параме-
три й характеристики якого будуть якнайближче відповідати розрахунковим
параметрам і характеристикам проектного локомотива.
Тому у цьому випадку більш доцільно розраховувати тягову характерис-
тику локомотива на підставі універсальних характеристик енергетичного й
тягового устаткування. Такий підхід виправдовується тим, що у електричних
машин, наприклад, одного й того ж призначення з однаковою системою збу-
дження та виконаних з одних і тих же магнітних і електричних матеріалів
універсальні (безрозмірні) характеристики близькі одна до одної. Універса-
льні характеристики (характеристики намагнічування, зовнішні характерис-
тики тягових генераторів, електромеханічні характеристики тягових електро-
двигунів) відповідають характеристикам подібних машин і являють собою
залежності між величинами, віднесеними до їх базових значень. Звичайно в
якості базових обираються номінальні значення або значення тривалого ре-
жиму. Крім того, з теорії подібності відомо, що магнітні, електричні, механі-
чні втрати потужності в машині-моделі повинні складати таку ж частку від її
повної иогужності, яку вони складають у машині-оригіналі. Ця умова не є
визначальною, але з неї виходить, що для подібних, наприклад, електричних
машин залежність відносного к.к.д. т] від відносного струму І — г) = /(/)
також близько співпадає. Справедливість цього положення стверджують, на-
приклад, характеристики рис. 11.1. На цьому рисунку зображені такі ж але
дещо узагальнені універсальні характеристики тягових генераторів посгійно-
236
го струму, шо й на рис. 6.5; крім того, для порівняння додано криву 2 — зале-
жність йг = /(/г) для синхронного генератора змінного струму.
Після розрахунку та побудови тягової характеристики повинні бути роз-
раховані та нанесені на неї обмеження дотичної сили тяги по зчепленню ко-
ліс локомотива з рейками, дія тепловозів — по короткочасному (пусковому)
струму тягового генератора, для електровозів — характерні обмеження по на-
прузі і струму тягових електродвигунів; мають бути визначені величини до-
тичної сили тяги та швидкості руху тривалого (а для електровозів - ще й го-
динного) режиму роботи.
11.1.	Розрахунок тягової і техніко-економічних характеристик
тепловоза з електричною передачею постійного струму
На підставі дійсних (реальних) характеристик тягових електричних ма-
шин тепловоза-зразка.
Основними вихідними даними у цьому випадку можуть служити:
-	рід служби і кількість секцій у складі проектного тепловоза:
-	конструкційна швидкість тепловоза , км/год;
-	розрахункова швидкість (тривалого режиму) тепловоза Ир (Гта), км/год;
-	розрахункова (тривалого режиму) дотична сила тяги тепловоза
-	діаметр колеса локомотива по кругу кочення Рк , м;
-	навантаження від колісної пари на рейки , кН;
-	колісна формула тепловоза;
-	спосіб з’єднання тягових електродвигунів у електричній схемі;
-	серія тепловоза-зразка.
Типи дизеля, тягових електричних машин та інші вихідні дані прийма-
ються по тепловозу зразку.
Спочатку визначаються основні параметри тепловоза і дизеля. Розрахун-
кова дотична потужність тепловоза ?/Кр, кВт, визначається за формулою
кр 3,6
(111)
де 1р ~ розрахункова (тривалого режиму) швидкість, км/год;
^кр ~ розрахункова (тривалого режиму) дотична сила тяги тепловоза, кН.
237
Потрібна ефективна потужність дизеля И'е , кВт,
Л£ =------,	(Н.2)
Лп ’ Рдоп ' пс
де т|ІІ - к.к.д. тягової передачі;
Рдоп ~ коефіцієнт, що враховує витрати енергії на привод допоміжних аг-
регатів тепловоза;
пг - кількість секції у складі тепловоза.
При цьому
Пп = ПгПдТІм >	(и:3)
де г|г - к.к.д. тягового генератора постійного струму; на первинних стадіях
проектування можна приймати величину г|г в межах 0,93 - 0,95;
г) ц — к.к.д. тягового електродвигуна постійного с груму послідовного збу-
дження; при передескізному та ескізному проектуванні величину т]д
можна приймати в межах 0,86-0,88;
т]м - механічний к.к.д. тягового осьового редуктора; приймається як для
циліндричної зубчастої пари т]м = 0,97- 0,98;
Рдоп= Д0П>	(11-4)
де УЛ^Д0П - сумарні витрати потужності на привод допоміжних агрегатів
тепловоза, кВт; величина цих витрат приймається по реальних
технічних характеристиках допоміжних агрегатів, обраних для
застосування на проектному тепловозі, або по характеристиках
допоміжних агрегатів тепловоза-зразка; сумарна величина цих
витрат у Nгдоп для тепловозів різних типів і серій наводиться
в спеціальній навчальній і довідковій літературі; на первинних
стадіях проектування допускається приймати таке значення
І^ДОП > яке забезпечить величину рдоп =0,88-0,92.
По визначеній величині 1У'С перевіряється можливість використання на
проектному тепловозі обраного дизеля або дизеля, що встановлений на теп-
ловозі-зразку. Якщо така можливість підтверджується, наводяться (звичайно
238
у вигляді таблиці) основні технічні дані прийнятого дизеля з урахуванням,
якщо необхідно, додаткового форсування або дсфорсування До числа таких
технічних даних можна віднести ефективну потужність дизеля, його конс-
труктивний тип, кількість циліндрів, їх розміри, частоту обертання колінчас-
того вала (валів), середній ефективний тиск у циліндрах, питому ефективну
витрату дизельного палива, габаритні розміри дизеля, його масу та ін. Такі
дані будуть необхідними у подальших проектних розрахунках.
На підставі визначної величини ефективної потужності дизеля обчислю-
ється потрібна потужність тягового генератора Р^, кВт,
= ^еЛгРдоп >	(і і -5)
де Г)г - к.к.д. тягового генератора; приймається в межах, наведених у пояс-
ненні до формули (11.3);
а на підставі дотичної потужності тепловоза - потрібна потужність тягового
електродвигуна Рд, кВт,
Л;
Р'а=—(11.6)
Пм'т
де т - кількість тягових елек тродвигунів на тепловозі (секції).
Після цього перевіряється узгодженість потужності тягових електродви-
гунів і тягового генератора: має бути дотримана умова
Рд • от < Рг'• т)г •	О1-7)
Якщо умова (11.7) дотримується, остаточно приймаються і наводяться (в
табличній формі) основні технічні данні тягових електричних машин (мож-
ливо, це будуть машини тепловоза-зразка): типа, потужність напруга й струм
номінальні й тривалого режиму, частоти обертання якоря (максимально до-
пустимі й тривалого режиму), моменти на валах якорів при тривалому режи-
мі, к.к.д., габаритні розміри й маси машин.
Перевіряється також розрахункова зчіпна маса тепловоза (секції) 2ЗЧ, т,
при цьому повинна дотримуватися умова, яка забезпечує рух тепловоза по
розрахунковому підйому уставленою швидкістю без буксування.
3>6Лк	Ш Я)
------77---’	1
Пи^р^р^с
239
дс Пи — коефіцієнт використання зчіпної маси тепловоза, про який детально
йдеться у підрозділі 10.8; орієнтовано при передескізному та ескіз-
ному проектуванні можна приймати: для тепловозів серії М62, ТЗЗ,
2Т310Л, ТЗП10Л, ТЗМ2 - т]и=0,78; для тепловозів 2Т310В,
2Т310М, 2Т3116, 2Т3121 - Ли= 0,88; для тепловозів ТЗП70 і ТЗМ7
- Пи= 0,99;
\|/р — коефіцієнт зчеплення колеса з рейкою при розрахунковій швидкості,
згідно з [26] величина \|/р визначається за формулами, наведеними в
табл. 9.2.
Неважко помітити, що права частина рівності (11.8) визначає мінімальну
зчіпну масу тепловоза, при якій забезпечується наведена вище умова.
Далі розраховуються параметри тягового осьового редуктора проектного
тепловоза. Детальна методика цього розрахунку розглянута у підрозділі 6.7.
Після визначення передаточного числа тягового осьового редуктора фор-
муються електромеханічні характеристики тягового електродвигуна. Ця ро-
бота виконується шляхом перерахунку електромеханічних характеристик тя-
гового електродвигуна тепловоза-зразка, потужність та інші параметри якого
(наприклад, ступені ослаблення магнітного поля) можуть відрізнятися від по-
трібних для проектного тепловоза.
Методичні основи перерахунку засновані на положенні, згідно з яким при
реалізації тривалого режиму роботи к.к.д. тягових електродвигунів різної по-
тужності практично однакові і становлять г|д =0,91-0,92. Це положення ви-
ходить із зіставлення електромеханічних характеристик тягових електродви-
гунів різних тинів, причому характер залежностей моменту Мд, кН м, і час-
тоти обертання якоря ид, хв1, від його струму /д, А, А/д=/(/д) і
ид=/(^д) залишається при перерахунку незмінним, а змінюються тільки
кількісні величини Л/д і ид. На цій підставі для перерахунку електромехані-
чних характеристик тягового електродвигуна можна скористатися співвід-
ношенням
= їм
"дб Идб Рдб ’	1	}
240
де Рд - потужність тягового електродвигуна, кВт, а індекси “н” і “б” позна-
чають належність параметра до проектного або базового тепловоза
відповідно.
Беручи до уваги відомі залежності
А/д=9,5—;
"д
ІОООИрр
1д бОтс/Х ’
їх
(11.10)
(11.11)
можна виразити відношення величин Л/д і пд проектного і базового тепло-
возів через відомі (або заздалегідь визначені) параметри
^Чдп _ ^дп 1'кб Мб Дш
^дб ^дб Неп Мр ^кб
/?ДП _ Е'кп £*кб
Мдб ^кб М^б М<п
(11.12)
(Н.13)
Стосовно цих залежностей слід нагадати, що цр - це передаточне число тя-
гового осьового редуктора проектного тепловоза, а - тепловоза-зразка.
В результаті підстановки та подальших обчислень частин рівнянь (11.12)
і (11.13) можна отримати
!^- = Мп	(11.14)
Чіб
І
^- = пл,	(11.15)
,7дб
де Л/д і йд — сталі, що дорівнюють правим частинам рівнянь (11.12) і (11.13),
без урахування можливих змін режимів ослаблення магнії ного
поля тяі ового електродвигуна.
Для перерахунку значень і ид з урахуванням заданих або визначених
для проектного тепловоза коефіцієнтів (степенів) повноти поля слід скорис-
татися залежностями
241
Млп=Мд^-Мдб;	(11.16)
аб
лдп —	^дб»	(• 17)
ап
де аб і ап - степінь (коефіцієнт) ослаблення поля тягового електродвигуна
базового і проектного тепловозів відповідно.
При конкретному перерахунку добутки Л/д(ап/аб) і йд(аб/ап) після
підстановки числових значень перетворюються на коефіцієнти (позначимо їх
і Кп відповідно), з урахуванням яких отримуються робочі формули
М,=Км-М^	(11.18)
д?д = Кп • идб,	(11.19)
а далі перерахунок здійснюється за цими формулами в табличній формі
(табл. 11.1). Послідовність перерахунку така:
-	з ірафіка електромеханічних характеристик тягового електродвигуна теп-
ловоза-зразка беруться по всьому діапазону струмів 7 кілька значень через 50-
100 А, але не менше трьох-чотирьох, які записуються в графу 1 табл. 11.1;
-	для записаних величин 7Д при повному ПП (ап = 100 %) визначаються
по відповідній кривій величини Л/Дб і идб, які записуються в графи 2 і 4
таблиці;
-	кожна з величин Л/дб і /?дб за формулами (11.12) і (11.13) перерахову-
ється на величину Л7ДП і идп відповідно, які записуються в графи 3 і 5 таб-
лиці;
—	дтя записаних в графі 1 величин 7д перерахунок повторюється для
першого ОП1 ( ап =... %) і другого ОП2 (ап =... %) степенів ослаблення по-
ля з заповненням відповідних граф 6-9 і 10-13
-	по даних граф 1, 3, 5; 1, 7, 9 і 1, 11, 13 у загальній системі координат
ЛЛш > ”дп - Л будуються графіки залежностей Л/,п = /(/,) і л,„ =/(/,)
для повного поля першого та другого степенів ослаблення відповідно.
242
Таблиця 11.1
Розрахунок електромеханічних характеристик тягового електродвигуна проектного тепловоза
А	ПП(ап =100%)				ОШ (ап =... %)				ОП2(ап =... %)			
	^дб ’ кНм	^ДП ’ кНм	Лдб> хв"1	Ядп ’ хв”1	^дб ’ кН’М	^дп» кН-м	лдб’ хв"1	ЛДП’ хв"1	^дб ’ кНм	^ДП ’ кН-м	Лдб’ хв”1	ЛДП’ хв 1
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
												
Таблиця 1 1.2
Розрахунок електротягових характеристик колісно-моторного блока проектного тепловоза
Лі ’ А	ПП (ап = 100%)				ОП1 (ап=... %;				ОП2 ( ап =... %)			
	^дп ’ кН-м	Идп> хв'1	р 1 ДП’ кН	>'п> км/год	^ДП ’ кН’М	Лдп> хв"1	^ДП ’ кН	км/год	^ДП ’ кН-м	Ядп ’ хв"1	^ДП’ кН	км/год
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
												
ю
Якщо колісно-моторний блок проектного тепловоза конструктивно вже
сформовано, тобто при заданому діаметрі колеса Ок параметри тягового
осьового редуктора визначено, габаритні окреслення перевірено (розмір Д на
рис. 6.10), то отримані електромеханічні характеристики тягового електродви-
гуна приводяться до обода рушійного колеса, тобто на іх основі розрахову-
ються і будуються електротягові характеристики колісно-моторного блока.
Розрахунок здійснюється в табличній формі (табл. 11.2), у такій послідовності:
-	у графу 1 переписуються значення струму /д з табл. 11.1, а в графи 2 і
значення Мпп і ипп, відповідно до них значень струму при повному полі тя-
гового електродвигуна ПП (ап = 100%);
-	значення Л/дп перераховуються на значення дотичної сили тяги на
ободах коліс колісно-моторного блоку , кН, за формулою
„ _2црПм .. .
^ДП - п '	>
^к
(11.20)
отриманні значення ?дП записуються в графу 4 таблиці відповідно до зна-
чень Мдп;
-	значення идп перетворюються на значення швидкості руху тепловоза
1П , км/год, за формулою
бОтпО
У =-------к_.„ •
п 1000цр дп’
(И.21)
отримані значення ґп записуються в графу 5 таблиці відповідно до значень
Лдп >
— для першого та другого ступенів ослаблення поля тягового електродви-
гуна (ОП1 і ОП2 відповідно) перерахунок здійснюється таким же чином, як і
для повного поля ПП (ап = 100 %) з заповненням граф 6-13 табл. 11.2. При
цьому на першому етапі розрахунку процент ослаблення поля тягового елек-
тродвигуна на ОП2 приймається по тепловозу-зразку, але якщо при перера-
хунку не досягається задане значення конструкційної швидкості проектного
тепловоза, то цей процент може бути змінений.
За даними табл. 11.2 будуються електротягові характеристики колісно-
мо і орного блока проектного тепловоза, тобто графіки залежностей
244
/%ІП -/(ід) і *ц = /Рд І в загальній системі координат для всіх степенів
повноти поля тягового електродвигуна, подібно до рис. 10.4.
На підставі електротягових характеристик колісно-моторного блока роз-
раховується та будується тягова характеристика проектного тепловоза, тобто
залежність /7КП = / (’ ап ) для в<лх степенів повноти поля тягових електро-
двигунів. Розрахунок здійснюється в табличній формі (табл. 11.3).
Таблиця 11.3
Розрах\нок тягової характеристики проектного тепловоза
	ПП(ап =100%)			ОП1 (ап =...%)			ОП2(ап = .. %)		
	' П ’ км год	^ДП’ кН	^кп» кН	^П. км год	^ДП» кН	^ісп > кН	^П ’ км/год	^ДП’ кН	^КП ’ кН
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
									
Послідовність розрахунку:
- у графу 1 з табл. 11.2 переносяться значення струму, а в графи 2 і 3, 5 і
6.819- відповідні значення Ип і Тдп;
- для кожного із значень розраховуються відповідні значення за
формулою
^кп _ ^дп 'т >
(11-22)
де т — кількість колісно-моторних блоків у секції проектного тепловоза;
отримані значення /7КП записуються в графи 4, 7 і 10 таблиці;
— по даних граф 2 і 4. 5 і 7, 8 і 10 в системі координат Гк — будуються
графіки залежностей Гкп -/(^ ) для ВС1Х степенів повноти поля тягових
електродвигунів - ПП (ап = 100 °о), ОП1 (ап=... °о) і ОП2 (ап=... %).
При цьому індекс „п” може при позначеннях Гк і И вже не вказуватись, то-
му що вони відносяться тільки для проектного тепловоза Таким чином
отримується побудова, подібна до рис. 10.4 і 10.5.
На подібній тяговій характеристиці умовними позначками відмічаються
швидкості переходів з одного степеня повноти поля тягових електродвигунів
на інший (при зростанні швидкості так звані прямі переходи, при зменшенні
245
- зворотні). Наприклад, точки 1—4 на рис. 10.4 і 10.5 положення цих точок
розраховується за формулою
Гпп = Гпб —.	(1123)
Нр
ДС ^ПП І ^гіб “ швидкості переходу з одного степеня повноти поля на інший
для проектного тепловоза і тепловоза-зразка відповідно,
км/год;
Рб і Цр ~ передаточне число тягового остового редуктора проектного
тепловоза і тепловоза-зразка відповідно.
Як відомо, дотична сила тяги тепловоза має ряд обмежень, які розрахо-
вуються та наносяться на тягову характеристику.
Обмеження по зчепленню коліс тепловоза з рейками Езч, кН, розрахову-
ється за формулою
^зч = 8£?зч V к >	01 -24)
де 2ЗЧ - зчіпна маса проектного тепловоза (секції), т;
\|/к - коефіцієнт зчеплення коліс тепловоза з рейками, що розраховується
за формулами, наведеними в табл. 10.2.
При розрахунку береться кілька значень швидкості руху V через 5-10 км/год
(наприклад, 0; 5; 10; 15...30 км/год), для кожного з них обчислюється (бажано
в табличній формі) величина Гзч = /(К) (див. рис. 10.4).
Обмеження дотичної сили тепловоза по короткочасному (пусковому)
струму тягового генератора Гкпг , кН, розраховується таким чином:
- з технічної характеристики тягового генератора, що прийнятий для проек-
тного тепловоза, береться значення короткочасного струму /гп, А;
— обчислюється значення струму тягового електродвигуна проектного теп-
ловоза /дп, А, що відповідає короткочасному струму тягового генератора
^гп
Адп =	>	(11.25)
™п
де тп — кількість паралельних ланок у з’єднанні тягових електродвигунів у
електричній схемі тепловоза;
246
-	з електротягових характеристик тягового електродвигуна проектного
тепловоза для значення струму /Д11 при повному полі (ІІП, ап = 100 %) ви-
значається відповідне значення р п, кН;
обчислюється значення ГКІ1Г, що відповідає визначеній величині р
Лс пг ~	п ’т>	(11 -^6)
—	отримана величина /7КПГ наноситься на тягову характеристику у вигля-
ді відрізку прямої, що перетинає криву Рк = /(И) паралельно осі швидкості
У (див. рис. 10.4).
Слід підкреслити, що коли обмеження по короткочасному струму тягового
електродвигуна знаходиться на тяговій характеристиці нижче, ніж обмеження
по зчепленню коліс з рейками то вся гілка тягової характеристики, що лежить
вище лінії обмеження або не зображується взагалі, або зображується
умовно, як нереальна, штриховою лінією. Справа в тім, що при перевищенні
величини короткочасного допустимого струму тягового генератора на тепло-
возі спрацює система захисту, яка зніме навантаження з генератора (або з ге-
нератора і дизеля водночас) й дотична сила тяги зникне.
Обмеження по тривалому струму тягового електродвигуна Ако0, кН, роз-
раховується у такій послідовності:
-	з технічних даних тягового електродвигуна проектного тепловоза береться
значення тривалого струму і з електротягових характеристик знімається відпо-
відне до нього значення ЛдІІО0 при повному полі (ПП, ап = 100°о);
-	визначається величина дотичної сили тяги тепловоза Рко0, кІІ, що від-
повідає визначеній вище величині Рлп<Х), кН, для чого використовується фор-
мула
^коо ~ ^дпоо ’т »	(11.27)
-	відповідно до значення Р^ф, кІІ, на тягову характеристику наноситься
лінія обмеження, що перетинає криву /?к=/(К) ІІРИ повному полі (ПП,
ап = 100 %) тягових електродвигунів паралельно осі швидкості V.
Якщо точку перетину спроектувати на вісь швидкостей, то отримане зна-
чення швидкості И, км/год, повинне дорівнювати розрахованій швидкості
247
руху тепловоза при тривалому режимі. Цей момент є контрольним, що може
викрити похибки в попередніх розрахунках.
Слід нагадати (див. підрозділ 3.2), що обмеження дотичної сили тяги при
тривалому струму тягових електродвигунів є характерним тільки для ванта-
жних локомотивів (тепловозів і електровозів). Тому на тягову характеристи-
ку маневрових тепловозів (див., наприклад, рис. 10.5) це обмеження звичайно
не наноситься.
Обмеження по конструкційній швидкості автори деяких підручників ста-
рих видань (50 60-х років минулого століття) наносили на тягові характерис-
тики у вигляді засічок - відрізки прямих, паралельних осі Гк , які проводили-
ся від осі швидкостей V до перетину з кривою Ек = /(И) на рівні конструк-
ційної швидкості ґк. Але у цей час це не прийнято.
Після побудови тягової характеристики проектного тепловоза зі всіма
обмеженнями розраховуються і будуються його очікувані техніко-економічні
характеристики.
Характеристика дотичної потужності Ак, кВт, тобто залежність
Ак = /(И) розраховується за формулою (11.1) на підставі тягової характери-
стики для ряду рівноінтервальних значень швидкості руху через 5-10 км/год,
від 0 до Ик. У цьому ряді обов’язково фіксуються значення швидкостей пе-
реходів (прямих і зворотних). Характеристика будується з урахуванням зміни
степеня повноти поля тягових елекгродвигунів у системі координат Nк-V
(рис. 10.14).
Характеристика ефективної потужності дизеля Ае = /(К) розраховуєть-
ся за формулою (11.2). Як відомо, на сучасних двигунах застосовуються
об єднані регулятори частоти обертання колінчастого вала і потужності, що
забезпечує практичну постійність потужності при всіх швидкостях руху теп-
ловоза, особливо якщо форма його тягової характеристики близька до гіпер-
боли. Крім того, на ефективну потужність дизеля не впливають зміни повно-
ги поля тягових електродвигунів. Тому характеристика Ае = /(К) зображу-
ється в загальній з характеристикою Ак = /(V) системі координат у вигляді
неперервної прямої лінії, паралельної осі швидкостей.
Характсристика годинної витрати дизельного палива Сг =/(У) розрахо-
вується за формулою
248
Ст=8еМс,	(11.28)
де ?/е — прийнята для проектного тепловоза ефективна потужність дизеля,
кВт;
£е - питома ефективна витрата дизельного палива, кг/(кВтгод), яка
приймається за технічною характеристикою дизеля (наприклад, з
табл. 3.1- 3.3).
Все, що наведено вище стосовно ефективної потужності дизеля, в рівній
мірі відноситься й до годинної виграти дизельного палива. Тому залежність
ОГ=/(У) будується в системі координат Ог-У також у вигляді непере-
рвної прямої лінії, паралельної осі швидкостей И.
Характеристика к.к.д. тягової передачі рп =/(К) розраховується на під-
ставі залежності Мк- /(У) для ряду значень V, які приймаються так, як бу-
ло зазначено вище. Для кожного значення швидкості руху V, км/год, відпо-
відна величина рп визначається за виразом
*к
- X //доп
(11.29)
де величина витрат потужності на привод допоміжних агрегатів проектного
тепловоза Е/УДОІ1, кВт, приймається так, як указано в формулі (11.4).
Залежність рп = /(К) будується в системі координат р-Г з урахуван-
ням степеня повноти поля тягових електродвигунів (див. рис. 10.14).
Характеристика к.к.д. тепловоза рт -/(V) є основною узагальнюючою
техніко-економічною характеристикою, тому що, як було відзначено вище,
через к.к.д. локомотива звичайно зрівнюється ефективність різних видів тяги.
Для кожного із значень швидкості руху V, км/год, (які приймаються таким
же чином, як це було зазначено вище) величина рт обчислюється за виразом
рт
= 3600-
(11.30)
Залежність рт=/(ґ) будується в загальній із залежністю рп=/(И)
системі координат рп — V з урахуванням степеня повноти поля тягових еле-
ктродвигунів (рис. 10.14).
249
Таким чином на рисунку, подібному до 10.14, утворюється комплекс тех-
ніко-скономічних характеристик проектного тепловоза, який дає змогу оці-
нити його загальну техніко-економічну ефективність, порівняти її, якщо не-
обхідно, з іншим конструктивним варіантом локомотива або використати в
детальних розрахунках при обґрунтуванні заміни існуючого локомотива на
проектний на конкретній дільниці експлуатації.
На підставі універсальних характеристик тягових електричних машин.
Вихідні дані для цього розрахунку - в основному такі ж самі, як і для по-
переднього. Але до них додається ефективна потужність дизеля, Ас, кВт, (яка
може бути прийнята також по тепловозу-зразку, якщо це допускається техніч-
ним завданням). Виключається з вихідних даних величина розрахункової (при
тривалому режимі) дотичної сили тяги У7 . Інші необхідні дані та параметри
приймаються за технічними характеристиками тягових електричних машин,
рекомендаціями, отриманими в результаті наукових досліджень тощо.
Універсальні характеристики тягового генератора і тягового електродви-
гуна (рис. 11.1 і 11.2) перераховуються на дійсні (реальні) характеристики
цих тягових електричних машин проектного тепловоза за допомогою спеціа-
льних параметричних вимірювачів (коефіцієнтів) подібності. У ролі таких
вимірювачів виступають:
- для тягового генератора — розрахункова величина тривалої напруги
Цоо» в> і тривалого струму /гоо, А;
для тягового електродвигуна - розрахункові величини тривалого моме-
нту на валу якоря Мдо0, кНм, тривалої частоти обертання якоря ндоо, хв ’, і
тривалого струму /доо, А.
Перерахунок універсальної зовнішньої характеристики тягового генера-
юра 1/г = /(/г) на реальну С/г = /(/г ) здійснюється у такій послідовності.
Спочатку знаходиться відносна величина максимальної швидкості руху теп-
ловоза ґ’тах з при якій використовується повна потужність дизеля
^пах=^,	(11.31)
Дс ^тах максимальна швидкість руху, км/год; для магістральних теплово-
зів слід приймати ґтах = Кк (задається у вихідних даних), для ма-
неврових- Гтах = (0,6-0,8)Кк.
250
Рис. 11.1. Універсальні характе-
ристики тягового генератора
тепловоза:
1 і 2 - к.к.д. генератора відповідно
постійного струму і синхронного;
З - напруга генератора
г = /(/г ) ; 4 - обмеження зов-
нішньої характеристики по напрузі
Рис. 11.2. Універсальні характе-
ристики тягового електродвигуна
постійного струму з послідовним
збудженням: 1-4-залежності
ид = /(/д) при ап= 25 %, 38 %,
60 % і 100% відповідно; 5 -
V = /(7д) при иг = 1,0 1 а„=
100 %; 6-9 - М д = /(/д) при а„=
100 %, 60 %, 38 % 125 % відповідно
Величина Рр, км/год, (при тривалому режимі) задається у вихідних даних.
По універсальних характеристиках тягового електродвигуна рис. 11.2 для
знайденого значення Ктах по кривій ид = /(/д), беручи до уваги, що V = ид,
для максимального степеня ослаблення поля (ап= 38 % для вантажних тепло-
возів — крива 2 і ап= 25 % для пасажирських тепловозів — крива 1) знаходить-
ся значення /д, при якому використовується повна потужність дизеля, після
чого для отриманого значення /д по універсальній характеристиці тягового
генератора рис. 11.1 визначається спочатку величина /г відповідно до спо-
251
собу з'єднання тягових електродвигунів (наприклад, при паралельному
з’єднанні 7Д - її), а потім - по величині Л визначається відносна величина
максимальної напруги генератора игшах-
По величині (7гтах визначається напруга на затискачах тягового генера-
тора при тривалому режимі (7Г00, В,
(11.32)
(7 г тах
Аналіз технічних характеристик тягових генераторів постійного струму
(табл. 6.1) свідчить, що при ескізному проектуванні, з урахуванням сучасного
рівня електромашинобудування і виробництва ізоляційних матеріалів, можна
приймати (7гтах= 700-950 В.
Для розрахунку іншого вимірювача подібності /гоо, А, спочатку визнача-
ється тривала потужність генератора 7} , кВт,
^гоо —	‘ Лгоо * Рдоп •	(11.33)
При псрсдескізному та ескізному проектуванні величину к.к.д. генератора
при тривалому режимі т|гоо можна прийняти рівною 0,96, а значення Рдоп -
в межах 0,88-0,92, як цс було рекомендовано в поясненні до формули (11.4).
По визначених величинах потужності генератора Ргоо, кВт, і напруги
(7го0, В, обчислюється величина його тривалого струму І А,
/гоо=1000.^-.	(11.34)
{-'гоо
Після цього універсальна зовнішня характеристика генератора перерахо-
вується на дійсну (реальну) за формулами
4=4оо*/г,	(11.35)
^Г=^ГОО<7Г.	(11.36)
Для обчислення поточних значень струму /г, А, і напруги (7Г, В, береть-
ся кілька значень відносного струму /г з рівними інтервалами в діапазоні
значень осі абсцис універсальної зовнішньої характеристики генератора (на-
приклад, на рис. 11.1 від 0 до 1,6), які записуються в графу 1 табл. 11.4.
252
Таблиця 11.4
Перерахунок універсальної характеристики тягового генератора на дійсну
(реальну)
/г	Іг, А	&Г	Уг,в
1	2	3	4
			
Відповідно до прийнятих значень 7Г з універсальної характеристики зні-
маються і записуються в графу 3 цієї таблиці значення 77г з урахуванням
обмеження по напрузі, яке на рис. 11.1, наприклад, простягається в діапазоні
відносних струмів від 0 до 0,86 - 0,88 (приблизно).
Після цього відносні значення Іг і 17г за формулами (11.35) і (11.36) пе-
рераховується на реальні значення 7Г, А, і С7Г, В, та записуються до граф 2 і
4 таблиці відповідно. За даними граф 2 і 4 у системі координат (7Г-7Г буду-
ється дійсна (реальна) зовнішня характеристика тягового генератора подібно
до кривої С7Г - /(7Г) нарис. 6.3.
Для перерахунку універсальних електромеханічних характеристик тяго-
вого електродвигуна рис. 6.6 на реальні спочатку визначається потрібна до
проектного тепловоза тривала потужність тягового електродвигуна Рдоо, кВт,
Потім визначається тривала дотична сила тяги на ободах коліс одного ко-
лісно-моторного блока Гдоо, кН,
ГДОО=3,6.^-^.	(11.38)
гр
У цій формулі к.к.д. тягового електродвигуна при тривалому режимі тідоо на
передескізній та ескізній стадіях проектування можна прийняти рівною
0,915.
Після цього розраховується передаточне число тягового осьового редук-
тора проектного тепловоза Цр, але з-за відсутності у вихідних даних величи-
ни розрахункової (при тривалому режимі) дотичної сили тяги тепловоза ме-
тодика цього розрахунку дещо відрізняється від наведеної у підрозділі 6.7.
253
Передаточне число тягового осьового редуктора у першому наближенні
представляється як відношення крутячого моменту на ободах коліс тепловоза
Мк, кНм, до моменту на валу якоря тягового електродвигуна Л/Доо, кНм,
визначеного при тривалому режимі роботи колісно-моторного блока проект-
ного тепловоза
Мі =——
Л/ДОО
(11.39)
При цьому
' доо "к
М,, =----------
к 2
(11.40)
Величини Гдоо і Л/доо можуть бути визначені: Рдса - з виразу (11.38), а
Л/Доо - за формулою
^доо
Д°°
Идоо
(Н.41)
де Рдоо - потужність тягового електродвигуна при тривалому режимі, кВт;
идоо — частота обертання якоря тягового електродвигуна при тривалому
режимі, хв-1;
Лд оо ~ Лд тах ‘ у	(11 -42)
'тах
Величина лдтах приймається з технічних характеристик тягового електрод-
вигуна. Орієнтовано, при передескізному та ескізному проектуванні можна
вважати, що л?дгпах =2200-2300 хв
Підставляючи вирази (11.39 - 11.42) у формулу (11.9), отримаємо
п і п тах
Мі =0,19-----------Пд со-
ртах
(11.43)
Слід підкреслити, що передаточне число ці, визначене за формулою
(11.43) не тільки забезпечує параметри Гдо0 і Мдоо при тривалому режимі,
який відповідає тривалій (розрахунковій) швидкості руху Мр проектного те-
пловоза, але й забезпечує умови міцності конструкції якоря тягового елект-
>54
родвигуна, частота обертання якого при конструкційній швидкості не пере-
вищить допустиме значення пп .
*	Дії ІиА
Остаточне значення передаточного числа цр установлюється й перевіря-
ється по габаритних обмеженнях з урахуванням прийнятої довжини централі
(відстані між осями обертання якоря тягового електродвигуна і колісної па-
ри), так, як це було наведено у підрозділі 6.7 - формули (6.82 - 6.84) і (6.89).
Далі на підставі визначених вище величин /7;іоо і розраховується ве-
личина Л/Д00,кН-м,
1 у ^ДОО * Дк
оо — ~	»	(11.44)
2Мр*Пм
де цм = 0,975 - механічний к.к.д. зубчастої пари тягового осьового редуктора;
й величина тривалого струму тягового електродвигуна /до0, А,
г Л'ОО
<цоо =----,	(11-45)
т
де т - кількість тягових електродвиїунів на тепловозі (секції) при паралель-
ному їх з’єднанні в електричній схемі або кількості паралельних ла-
нок (наводиться у вихідних даних).
Таким чином, за формулами (11.43 - 11.45) отримуються необхідні вимі-
рювачі подібності идо0, М [ОО і 7ДОО для перерахунку універсальних елект-
ромеханічних характеристик тягового електродвигуна на дійсні (реальні).
Перерахунок здійснюється в табличній формі для всіх степенів повноти
поля тягового електродвигуна. Фрагмент форми перерахунку для повного
поля ПП (а„=100 %) зображений у вигляді табл. 11.5.
Таблиця 11.5
Перерахунок універсальних електромеханічних характеристик тягового
електродвигуна на дійсні (реальні) для проектного тепловоза
Ід.	/д»А	ПП (а„=100 %)				ОП1 (ап=...)	
		б;	Мд, кН м	"д	Лд,ХВ 1	А/д	А/д, кН м
1	2	3	4	5	6	7	8
							
Для перерахунку використовуються вирази
255
Лі Лі оо Лі >
А/д — м д оо • л/д,
Пд “ лдоо  пд •
(11.46)
(11.47)
(11.48)
Діапазон відносних значень струму тягового електродвигуна на універса-
льній електромеханічній характеристиці розбивається на ряд рівноінтерваль-
них величин / , але не менше чотирьох, які записуються в графу 1 таблиці.
Для кожної величини /д з кривих 6 і 4 універсальних характеристик, напри-
клад, рис. 11.2, знімаються відповідні значення Л/д і йд, які записуються в
графи 3 і 5 табл. 11.5. За формулами (11.46 - 11.48) відносні величини Гд,
Л/д і /7д перераховуються на дійсні (реальні), які записуються в графи 2,4 і 6
табл. 11.5 відповідно. За даними цієї таблиці в загальній системі координат
Мп—Іп і Пп-1п будуються графіки залежностей Мп = /(/„) і =
А А	ДД-'-'	А А	д ' д ✓	Д-,ХД/
для повного поля електродвигуна ПП (ап=100 %), подібно до рис. 10.3. Таким
же чином розраховується і будується реальні електромеханічні характерис-
тики тягового електродвигуна проектного тепловоза для інших степенів пов-
ноти поля.
Подальші розрахунки тягової і техніко-економічних характеристик прое-
ктного тепловоза нічим не відрізняється від розрахунків, наведених вище у
підрозділі 11.1.
11.2.	Особливості розрахунку тягової і техніко-економічних характе-
ристик тепловозів з електричними передачами змінно-постійного і змін-
ного струму
Розрахунок тягової і техніко-економічних характеристик тепловоза з еле-
ктричною передачею змінно-постійного струму (з синхронним тяговим гене-
ратором змінного струму і тяговими електродвигунами постійного струму з
послідовним збудженням) на основі реальних характеристик тягових елект-
ричних машин відрізняється від наведеного в підрозділі 11.1 лише тим, що у
формулу (11.3), що визначає к.к.д. електричної передачі вводиться ще один
множник — к.к.д. випрямної установки г)Ву, величина якого при псредескіз-
ному та ескізному проектуванні приймається рівною 0,98-0,99, тобто форму-
ла (1 1.3) приймає такий вигляд:
256
Пп = Пг • Пву • Пд • Пм •
(11.49)
Усі подальші розрахунки здійснюються так, як це описано у підрозділі 11.1.
Розрахунки тягової характеристики тепловоза з електропередачею змін-
но-постійного струму на основі універсальних характеристик тягового гене-
ратора і тягових електродвигунів здійснюється так, як описано в другій час-
тині підрозділі 11.1, тому що при цьому методі необхідна ефективна потуж-
ність дизеля визначається основними вихідними даними і вважається, що її
величина вже враховує всі витрати потужності на вироблення електричної
енергії тяговим генератором і її перетворення випрямною установкою.
При електричній передачі з синхронним тяговим генератором змінного
струму і асинхронним тяговим електродвигуном змінного струму з короткозам-
кненим ротором у системі регулювання режиму роботи тягових електродвигунів
замість ослаблення магнітного поля з’являється інший регулювальний фактор
частотний. Ця обставина вносить певні особливості в методику узгодження ха-
рактеристик тягових електродвигунів з характеристикою тягового генератора і
певним чином відображується на тяговій характеристиці тепловоза з електрич-
ною передачею змінного струму. Залежність =/(ґ) У цьому випадку буде
позбавлена характерних для електричної передачі постійного струму рис,
пов’язаних з ослабленням магнітного поля тягових електродвигунів.
Для розрахунку і побудови зовнішньої характеристики синхронного тяго-
вого генератора в зоні обмеження по напрузі необхідно знати потрібну вели-
чину його коефіцієнта регулювання напруги кг = ї/гтах • Ця величина визна-
чається таким чином. Обчислюється активна потужність, що споживається
асинхронним тяговим електродвигуном при тривалому режимі , кВт,
(11.50)
ГОО
ГОО
Р]ос —	* Пі ’
т
— тривала потужність тягового генератора на виході ланки пос
тіиного струму;
тц «0,97 — к.к.д. автономного інвертора;
т - кількість асинхронних тягових електродвигунів на тепловозі
(секції).
Знаходиться орієнтована величина тягового осьового редуктора р.р0
257
, „	‘	тах
Нро=1>8----„------
'тах
(11.51)
де (02 тах найбільша кутова швидкість обертання ротора асинхронного тя-
гового електродвигуна, рад/с.
Величина о)2 тах обмежується міцністю деталей, що обертаються, умо-
вами комутації та іншими факторами. При передескізному та ескізному про-
ектуванні величина (02тах може прийматися для асинхронного тягового
електродвигуна в межах 250-300 рад/с.
Визначена за формулою (11.51) величина цро при розрахунку тягової ха-
рактеристики уточнюється (якщо це необхідно) за методикою, наведеною в
підрозділі 6.7.
Далі визначається кутова швидкість ротора со2> рад/с (3 виразу (11.49)) і
частота струму асинхронного електродвигуна у тривалому режимі /1оо, Гц,
^2оо Р
°°_2л(1-У)
(11.52)
При цьому кількість пар полюсів Р не рекомендується приймати більше
трьох, тому що подальше збільшення їх кількості призводить до зростання
частоти струму /|, при тій же кутовій швидкості обертання ротора о)2, вна-
слідок чого зменшується коефіцієнт потужності і зростають втрати в сталі
магнітної системи асинхронного електродвигуна.
В режимі найбільшої швидкості руху частота струму асинхронного тяго-
вого електродвигуна тах, Гц, буде
— г тах
71 тах ~ 71 оо ~~	>
ҐР
де ^тах = Для магістральних тепловозів і У^,„
11ІСІА
рових.
Обчислюється максимальне значення відносного параметра частоти
= (0,6 — 0,8) Кк для манев-
г	_ Л тах
тах 7
258
після чого по графіках рис. 10.6 для прийнятого значення кг1 — коефіцієнта,
що оцінює перевантажувальну здатність асинхронного електродвигуна та ви-
значається за формулою (10.23) - знаходиться значення коефіцієнта регулю-
вання напруги кг при / = /тах . Очевидно, що знайдене значення коефіцієн-
та кг =6/гтах . Тоді діюча фазна напруга обмотки статора асинхронного еле-
ктродвигуна при тривалому режимі (71оо, В, буде
Цоо ~ Ця  Доо,	(11.55)
де С/Оі - фазна напруга обмотки статора, віднесена до одиниці частоти; для
тепловозних асинхронних тягових електродвигунів рекомендується
обирати С^о1=14-16 В.
Визначається уявна потужність на затискачах асинхронного електродви-
гуна при тривалому режимі Руоо, кВА,
^уоо=——•	(1156)
У СОЗфоо
де сов 900= 0,85 0,90 - коефіцієнт потужності асинхронного електродвигуна.
Струм фази статора асинхронного електродвигуна при тривалому режимі
^ІОО’ Ц
(1157)
1со “ гт
Ц ОО ' Р
Напруги 6/гоо, В, і струм /гоо, А, тягового генератора на виході ланки
постійного струму при тривалому режимі
«„Дт,.;	<"і8>
з
,	10	(11.59)
г°° 1/гоо
Величина /гтах (зона обмеження по струму генератора) обирається на
основі результатів розрахунку пускового режиму асинхронного елекгр д
гуна. Розрахунок режиму пуску полягає у визначенні пускових зна ісі
259
менту Мп, кН м, частоти /1п, Гц, магнітного потоку Фп, Вб, і струму
А, статора асинхронного електродвигуна. Граничне значення пускового мо-
менту асинхронного електродвигуна обмежене граничним значенням дотич-
ної сили тяги по зчепленню коліс тепловоза з рейками, допустимим приско-
ренням у момент пуску і при розгоні поїзда, а також допустимим значенням
струму навантаження елементів електричної передачі. При попередніх розра-
хунках величина Мп визначається за умови обмеження по зчепленню коліс
тепловоза з рейками. Залежно від роду служби тепловоза приймається від-
повідне відношення
_ ^зч
М	Е
1¥1<Х>	1 КОО
(11.60)
величина якого для вантажних тепловозів знаходиться в межах 1,3-2,0, для
пасажирських - 2,5-3,5.
Величини /1п і Фп обираються за умови оптимального режиму пуску,
який характеризується тим, що при заданому значенні Мчастота /1п
повинна бути обрана такою, при якій струм при пуску буде можливо мініма-
льним. Це, як відомо, дозволить поліпшити умови роботи тягового електроо-
бладнання.
Рис. 11.3. Пускові характеристики асинх-
ронного електродвигуна: 1 - залежність
Фа = /(Л7„); 2 - залежність 7] „ = /(Л?п);
З - залежність /і п = /(Л/п )
Величина моменту Мп
залежить від величини стру-
му /|п і магнітного потоку
Фп. Зменшення величини
/1п при тому ж значенні Мп
може бути досягнуте в ре-
зультаті збільшення величи-
ни Фп . Збільшення величини
Фп вище номінальної дося-
гається відповідним збіль-
шенням напруги. Кожному
значенню пускового моменту
відповідає певне значення
магнітного потоку і пускової
частоти, при якій величина струму статора є мінімальною. На рис. 12.3 зо-
260
бражені залежності оптимальних значень магнітного потоку, частоти і стру-
му статора від крутячого моменту в режимі пуску для тепловозних асинх-
ронних тягових електродвигунів. По цих залежностях для прийнятого відно-
шення Л/ п/^оо визначаються оптимальні значення 7 і ф =ф
При цьому береться до уваги, що якщо 7Г=Ф (формула (10.6)), то й
Атах =^тах ’
Реальна зовнішня характеристика тягового генератора по ланці постійно-
го струму може бути отримана при перерахунку універсальної характеристи-
ки (рис. 11.1) по відомих значення 7Г00 і £/гоо з використанням, наприклад,
формул (1134-11.35).
Тягова характеристика тепловоза розраховується на основі універсальної
характеристики тягового електродвигуна (рис. 11.2) за формулами
К = 1,8Рк--^2_;
Нро
,,	2Л/-ш-р,р0
к “	77 Лм •
Мс
(11.61)
(11.62)
На підставі розглянутих вище положень, з урахуванням частотного спо-
собу регулювання режиму роботи асинхронних тягових електродвигунів
(підрозділ 10.2) можна запропонувати робочу методику розрахунку тягової
характеристики тепловоза з електричною передачею змінного струму за та-
кими основними вихідними даними:
-	номінальна ефективна потужність дизеля Nе , кВт;
-	конструкційна швидкість тепловоза, Ик, км/год;
—	розрахункова швидкість тепловоза (при тривалому режимі) Кр, км/год;
-	діаметр рушійного колеса тепловоза , м;
-	кількість колісних пар (тягових електродвигунів) на тепловозі (секції), т\
—	коефіцієнт, що враховує витрати потужності на привод допоміжних аг-
регатів тепловоза РД0П.
Крім того, приймаються:
—	к.к.д. синхронного тягового генератора при тривалому режимі з ураху-
ванням ланки постійного струму т|гоо;
261
-	схема з’єднання і параметри асинхронних тягових електродвигунів: кі-
лькість пар полюсів р; відносний пусковий момент Мп = Мп/фазна
напруга обмотки статора, віднесена до одиниці частоти о, В ц; коефіці-
єнт перевантаження при конструкційній швидкості кп; максимальна кутова
швидкість ротора со2тах, рад /с; коефіцієнт потужності созф^; к.к.д. трива-
лого режиму т}доо; відносне ковзання У; механічний к.к.д. тягового осьового
редуктора т|м;
-	к.к.д. автономного інвертора при тривалому режимі т|іоо.
При розрахунку спочатку послідовно визначаються величини і парамет-
ри, необхідні для побудови електромеханічних характеристик асинхронного
тягового електродвигуна.
Активна потужність тягового генератора Ргоо, кВт, при тривалому режимі
•^ГСО — ^еРдопЛгоо •	(11.63)
Активна потужність асинхронного тягового електродвигуна при трива-
лому режимі Р1оо, кВт,
Аоо=— Піоо-	(11.64)
т
Уявна потужність асинхронного тягового електродвигуна при тривалому
режимі Р1уоо,кВт,
А У ОО ~	•	(11.65)
СОЗф^
Кутова швидкість ротора асинхронного тягового електродвигуна а)2оо»
рад/с, при тривалому режимі
ГР
^200 С02тах77 ’	(11-66)
'тах
Момент на валу ротора асинхронного тягового електродвигуна при три-
валому режимі, , кН*м,
Л/оо = 103^.	(11.67)
“2оо
262
Після отримання величин ю2оо і Ко розраховуються дійсні (реальні)
електромеханічні характеристики асинхронного тягового електродвигуна.
Розрахунок здійснюється в табличній формі, у вигляді табл. 11.6.
Таблиця 11.6
Розрахунок дійсних (реальних) електромеханічних характеристик
асинхронного тягового електродвигуна
=С02/С02оо	1,0	2,0	...	...	...	6,0
м = м/мх						
со2, рад/с						
М, кНм						
З універсальної електромеханічної характеристики асинхронного тягово-
го електродвигуна, наприклад, рис. 11.4, знімається і записується у верхній
рядок таблиці кілька рівноінтервальних значень со2 = со2/®2 оо • Для цих зна“
чень знімається і записується у другий рядок таблиці ряд відповідних значень
М - М/. Значення й2 і М перераховуються на значення со2, рад/с, і
М, кН м, за формулами
С02^ш2ос'“2’	(11.68)
М=М^М.
(11.69)
Рис. 11.4. Універсальна елект-
ромеханічна характеристика
асинхронного тягового елект-
родвигуна
Отримані значення со2 і М записуються ві-
дповідно в третій і четвертий рядки таблиці.
За даними цих двох останніх рядків у системі
координат М — (о2 будується дійсна (реаль-
на) електромеханічна характеристика асинх-
ронного тягового електродвигуна, яка має та-
кий же характер, як і на рис. 11.4, але в реа-
льному вимірі кутової швидкості і моменту.
Після цього розраховується передаточне
число тягового осьового редуктора Цр 0
,С02тах
НрО —	г/
Етах
(11.70)
263
і тягова характеристика тепловоза Рк — /(У) ~~ в табличній формі, у вигляді
табл. 11.7.
Таблиця 11.7
Розрахунок тягової характеристики проектного тепловоза
со2, рад/с						
М, кН м						
V, км/год						
Рк > КН						•
Значення со2 і М беруться з табл. 11.6, а значення V і Рк розрахову-
ються за формулами
, 2ягЛ/р.рОг|м
к ~ Р
(11.71)
(11.72)
Після цього в системі координат Р-У за даними третього й четвертого
рядків табл. 11.7 будується графік залежності РК=/(У), розраховуються
(так, як описано в підрозділі 11.1) й наносяться на нього всі обмеження дотич-
ної сили тяги.
Техніко-економічні характеристики проектного тепловоза розраховують-
ся і будуються також, як це було описано у підрозділі 11.1. Слід нагадати, що
характер залежностей на техніко-економічних характеристик буде відрізня-
тися лише тим, що при асинхронних тягових електродвигунах відсутні ре-
жими ослаблення магнітного поля.
Якщо при проектуванні поставлене завдання розрахувати й побудувати
зовнішню характеристику синхронного тягового генератора, то це викону-
ється таким чином. Послідовно визначаються необхідні параметри.
Частота струму асинхронного тягового електродвигуна при тривалому
режимі /і ^Гц,
(11.73)
Максимальна частота струму електродвигуна /1тах, Гц,
264
_ X
оо т.
Р
Максимальна величина коефіцієнта регулювання частоти (відносного па-
раметра частоти) /тах
г _ 1 тах
тах ~ 7
/і ОО
Для знайденої величини і прийнятої величини коефіцієнта переванта-
ження при конструкційній (максимальній) швидкості кп по графіках
рис. 10.6 визначається величина коефіцієнта регулювання асинхронного тя-
гового електродвигуна по напрузі кг. Вище було показано, що величина цьо-
го коефіцієнта дорівнює відносному значенню максимальної напруги елект-
родвигуна £/1тах , а при паралельному з’єднані тягових електродвигунів - й
відносному значенню максимальної напруги тягового генератора (7гтах,
тобто кг = 1}г тах .
Дійсна (реальна) фазна напруга обмотки статора асинхронного тягового
електродвигуна при тривалому режимі Ц , В,
ОО
(11.76)
Згідно з [4] величина фазної напруги обмотки статора, віднесена до одиниці
частоти С/Оі, для тепловозних асинхронних тягових електродвигунів прий-
мається в межах 14—16 В/Гц.
Напруга генератора на виході ланки постійного струму при тривалому
режимі £/гоо, В,
г оо гг оо '
Струм генератора на виході ланки постійного струму при тривалому ре-
жимі /го0, А,
= 10 ——
Г“ ^гоо
265
Після отримання величин £/го0 і /гоо розраховується зовнішня характе-
ристика тягового генератора — в табличній формі, у вигляді табл. 11.8.
Таблиця 11.8
Розрахунок зовнішньої характеристики синхронного тягового генератора
	0,5	0,6	0,66	0,8	0,9	• • •	1,4	1,5
йг =с/гД/Г00	1,53	1,53	1,53	1,26	1,12		0,68	0,64
7Г,А								
Ц-,В								
З універсальної зовнішньої характеристики синхронного генератора, на-
приклад, рис. 11.1 знімаються і записуються в два верхні рядки таблиці кіль-
ка відповідних значень Іг і Ц,, котрі перераховуються на величини /г, А, і
Г/г, В, за формулами
/г=/гооїг;	(11.79)

(11.80)
Отримані значення /г і 17г записуються відповідно у третій і четвертий ряд-
ки таблиці. За даними цих двох рядків у системі координат С/Г-7Г будується
дійсна, реальна для прийнятих вихідних даних зовнішня характеристика, яка
має такий же вигляд, як і крива 3 на рис. 11.1, але в реальному вимірі струму
і напруги.
Іноді при передескізному і ескізному проектуванні буває необхідно про-
аналізувати параметри пускового режиму асинхронних тягових електродви-
гунів (наприклад, для визначення параметрів настройки реле обмеження ко-
роткочасного струму тягового генератора). Для цього визначаються такі па-
раметри:
-	струм фази обмотки статора асинхронного електродвигуна при трива-
лому режимі
/1оо=Ю3-^^;	(11.81)
Р'ЦоО
-	струм в режимі пуску Ц п, А,
266

Л П Л оо ‘ Л П '
(11.82)
При цьому величина /іп=7іп/Лоо визначається по кривій 2 на графіках
рис. 11.3 для прийнятої у вихідних даних величини Мп =	.
11.3.	Проектування тягової і техніко-економічних характеристик
тепловоза з гідродинамічною передачею
Вихідними даними для розрахунку тягової характеристики тепловоза з
гідродинамічною передачею при передескізному та ескізному проектуванні
служать:
-	зчіпна маса тепловоза О.... , т;
-	принципова схема гідропередачі у вигляді комбінації гідравлічних апа-
ратів що її складають, та ланок механічної коробки передач - МКЗП - подіб-
но до рис. 11.5;
Рис. 11.5. Принципова схема гідродинамічної передачі:
Д- дизель; УП - пульт управління; ПР - підвищувальний редуктор; ГТ1-ГТ2 - гід-
ротрансформатори; ГМ— гідромуфта; МКЗП - механічна коробка зміни передач
(механічна частина передачі); ДП - допоміжні потреби тепловоза; КВ - карданні
вали; ОР —тяговий осьовий редуктор; КП - колісна пара
-	типи дизеля та гідравлічних апаратів - гідротрансформаторів та гідро-
муфт;
—	сумарні витрати потужності на привод допоміжних агрегатів тепловоза
2>доп > кВт,
267
-	матеріал робочих коліс гідравлічних апаратів та допустима окружна
швидкість їх обертання по діаметру змоченої частини ии, м/с;
-	максимальна швидкість тепловоза Ртах=^к’ для маневрових може
прийматися Гтах = (0,6 - 0,8)Кк і, крім того, окремо для маневрового та пої-
зного режимів;
-	швидкість на розрахунковому підйомі (розрахункова швидкість) Кр,
км/год;
-	к.к.д. гідродинамічної передачі т|гп.
Залежно від підходу до проектування додатково можуть прийматися й інші
необхідні вихідні дані.
Справа в тім, що загальноприйнятими є два підходи. Якщо технічним за-
вданням передбачено проектування за тепловозом-зразком, то обирається та-
кий зразок і на підставі схеми його тягової передачі і реальних (дійсних) ха-
рактеристик дизеля і гідравлічних апаратів здійснюється розрахунок тягової і
техніко-економічних характеристик тепловоза. Якщо проектується оригіна-
льний тепловоз, що відрізняється за своєю конструкцією та технічними да-
ними від існуючих зразків, то його характеристики формуються на підставі
універсальних характеристик тягових агрегатів.
Загальна послідовність формування характеристик тепловоза на передес-
кізній та ескізній стадіях проектування приблизно така, незалежно від розг-
лянутих вище підходів до проектування:
-	складається принципова розрахункова схема тягової передачі (подібно
до рис. 11 5);
-	на підставі вихідних даних розраховується або уточнюється ефективна
потужність дизеля;
-	визначається необхідний активний діаметр гідротрансформатора і роз-
раховується передаточне число підвищувального редуктора - зубчастої пари
ПР (див. рис. 11.5) між колінчастим валом насосних коліс гідравлічних апа-
ратів;
-	зовнішня характеристика дизеля приводиться до вала насосних коліс гі-
дравлічних апаратів;
-	розраховуються навантажувальні характеристики гідравлічних апаратів;
навантажувальні характеристики гідравлічних апаратів узгоджуються з
зовнішньою характеристикою дизеля, приведеною до вала насосних коліс;
-	визначаються зони найвигіднішої роботи гідравлічних апаратів;
268
-	розраховуються передаточні числа МКЗІТ,
—	розраховуються та будуються тягова і техніко-економічні характерис-
тики проектного тепловоза.
Методика розрахунку тягової і техніко-економічних характеристик теп-
ловоза реалізуються в такій послідовності. Визначається розрахункова вели-
чина дотичної сили тяги тепловоза кН, — за умови зчеплення рушійних
колісних пар з рейками (підрозділ 11.1)
^*кр ~ 9,8 ІСзчУкр ’	(11.83)
де ц/Кр — коефіцієнт зчеплення коліс тепловоза з рейками при розрахунковій
швидкості Кр; визначається згідно з табл. 9.2.
По знайденій величині Е^ обчислюється розрахункова дотична потуж-
ність тепловоза ЕГ-, кВт,
Лгкр=^у^->	(11.84)
після чого, з урахуванням к.к.д. гідропередачі т]гп визначається необхідна
розрахункова тягова потужність тепловоза 7Ур, кВт,
ЛГ„= —!$-.	(11.85)
Пгп
Після цього враховуються сумарні витрати потужності на привод допо-
міжних агрегатів £7УДОП , кВт, і отримується необхідна ефективна потуж-
ність дизеля , кВт,
#	.	(11.86)
X ^доп
На підставі отриманої величини ДГе , відповідно до вимог технічного за-
вдання обирається тепловоз-зразок, на якому встановлено подібний дизель,
або тип дизеля з числа тих, що випускається дизелебудівною промисловістю
чи передбачається до випуску. Після вирішення цього питання складається
таблиця технічних даних (технічна характеристика) обраного дизеля, що не
обхідні для подальших проектних розрахунків.
269
Відомо, що необхідна робоча частота обертання насосних коліс гідравлі-
чних апаратів лп значно більша, ніж частота обертання колінчастих валів
//д навіть швидкохідних дизелів При безпосередньому з'єднанні колінчасто-
го валу дизеля і валом насосних коліс гідравлічних апаратів величини і
//д віаемно не узі оджуються. Тому в схему гідродинамічної передачі між ва
лом на гоєних коліс гідравлічних апаратів і колінчастим валом дизеля вклю-
чиш ься підвищувальний редуктор кореіувальна зубчаста пара ІІР (див.
рис. 11.5) Величина передаточного числа підвищувальної о редуктора /’ ви-
значне ться виразу
,/д,,ПМ	/Ц и-74
/іір	,	(11.87)
,;п шах
де	номінальна частої а обертання колінчастого вала дизеля, хв ’;
приймається за технічною характеристикою обраного дизеля
(наприклад, табл. 3.1 3.3);
//ІІ)П>)Ч іраппчпо допустима частота обертання насосних коліс гідравлі-
чних апаратів, хв *; вона залежить від матеріалу, з якого вигото
влені насосні колеса, та їх активного діаметра і визначається за
формулою
Пипш.х =~~’	(11.88)
71 • £).,
СІ
де //„ максимально допустима окружна швидкість обертання насосної о
колеса, м/с;
Л, активний діаметр гідрогрансформаюра, м.
Величина пн приймається за вихідними даними. Нагадає мо, що для алю-
мінії ного лн іва вона становить 100 м/с, для сталі — 65 м/с, для сталевого лит-
ва 50 м/с, для чавунного литва 10 м/с.
Величина Ла визначає ться за виразом (7.18). Нагадаємо, що в цьому ви-
разі величина Іцу може бути нрініняюю оріє нтовно для всіх типів гідрогра-
псформа торів в межах Ю- Ю 1 14-10 4 с7м або з табл. 11.9.
Необхідно маги на увазі, що. виходячи з конструктивних міркувань (то
ловннм чином габаритного характеру), реальну величину Ла слід приймати
270
в межах: для гідротрансформатора 0,45-0,75 м, для гідромуфти - 0,50-0,60 м
(зазначена в таблиці гідромуфта М58/24 має /За =0,58 м).
Таблиця 11.9
Значення коефіцієнта моменту насосного колеса
гідротрансформатора і гідромуфти
Передаточне відно- шення гідротрансфор- матора пт/и	Значення параметра Лну, с2/м, для гідротрансформатора типу						
	ТП1000	ТП10001		ТП1000М	ТП1000М1	ТО6	гткп
0,0	12,00	12,67		8,30	13,76	11,50	14,00
0,1	11,60	12,62		8,70	13,57	11,20	14,30
0,2	11,50	12,58		9,20	13,39	10,90	14,60
о,з	11,30	12,56		9,80	13,20	10,70	14,80
0,4	11,00	12,52		10,30	13,02	10,60	15,00
0,5	10,90	12,50		10,40	12,84	10,50	15,00
0,6	10,70	12,50		10,20	12,73	10,40	14,80
0,7	10,70	12,60		10,00	12,75	10,30	14,20
0,8	10,80	12,80		10,10	12,91	10,30	13,00
0,9	11,00	13,00		10,30	13,31	10,40	9,00
1,0	11,30	13,20		10,40	13,35	10,60	4,00
	Значення параметра Лн)				, с2/м, для гідромуфти типу		
	ГМ 58/24		—	—	—	—	—
0,94	30,00		—	—	—	—	—
0,95	20,00		—	—	—	—	—
0,96	11,50		—	-•	—	—	—
0,97	6,00		—	—	—	—	—
На підставі визначеної вище величини передаточного числа підвищува-
льного редуктора зовнішня характеристика дизеля проектного тепловоза
Л/е=/7/7д) приводиться до вала насосних коліс гідравлічних апаратів.
271
Справа в тім, що під впливом підвищувального редуктора та відбору потуж-
ності на привод допоміжних агрегатів частота обертання колінчастого вала
дизеля пд та його момент Л/е, що передається валу насосних коліс гідравлі-
чних апаратів, змінюють свої величини та набувають дещо інших значень пн
і ТИд відповідно, які визначаються з виразів
пп=-^",	(11.89)
7пр
Мд=Мердоп;	(11.90)
Л/д = Мд • /Пр • т|Пр.	(11.91)
З урахуванням визначеного вище, в системі координат М — п накреслю-
ється зовнішня характеристика прийнятого дизеля Л/е=/(ид). Дані для
цього беруться з паспортних характеристик дизеля. Для прикладу в
табл. 11.10 наведені відповідні значення Л/е, кНм, пд, хв-1, для деяких ти-
пів дизелів, що застосовані на тепловозах з гідродинамічними передачами, а
на рис. 11.6 - графік Мс = /(«д) •
Складається і заповнюється (на підставі накресленої зовнішньої характе-
ристики дизеля) розрахункова табл. 11.11 приведення зовнішньої характери-
стики дизеля до вала насосних коліс гідравлічних апаратів. Перші два рядки
цієї таблиці заповнюються по накресленій зовнішній характеристиці дизеля в
межах усього робочого діапазону частот обертання колінчастого вала дизеля:
значення лд, хв ’, обираються з рівним кроком і для них по кривій
^е=/('7д) визначаються відповідні значення Л/е, кН м, а величини Мд,
кН м, і Л/д, кНм, отримуються з виразів (11.90) і (11.91). Величини кд, хв4,
перераховуються на величини пн, хв-1, за формулою (11.89).
Після цього на графіку рис. 11.6 будуються залежності Мд = /(пд) і
= /(ин ) — по даних рядків табл. 11.11: першого й третього та п’ятого й
четвертого відповідно. Таким чином, графік Л/д=/'(ин) відображує зовні-
шню характеристику дизеля, приведену до вала насосних коліс гідравлічних
апаратів.
272
Таблиця 11.10
Значення ефективного крутячого моменту дизеля Ме, кН м, від частоти обертання колінчастого вала ид, хв
Тип дизеля	Ефекти- вна по- туж- ність *Є> кВт	Частота обертан- ня колі- нчастого вала Яд НОМ ’ хв-1	Питома ефективна витрата палива £е> Кг/ / кВт • год	Значення моменту дизеля Л/е, кН м, при частоті обертання колінчастого вала дизеля ид, хв-1												
				400	500	600	700	800	900	1000	1100	1200	1300	1400	1500	1600
ЗА-6Д49	882	1000	0,204	2,50	5,00	7,50	9,50	9,10	8,70	8,40						
М756	736	1400	0,212							4,56	4,47	4 42	4,32	4,12		
М753	552	1400	0,232							4,12	4,08	4,03	3,97	3,88		
211Д-2	550	1400	0,217			3,25	3,50	3,70	3,90	4,15 |	4,00	3,90	3,80	3,75		
1Д12-500	368	1600	0,225							2,70	2,70	2,63	2,51	2,42	2,34	2,28
1Д12-400	294	1600	0,228							2,09	2,08	2,05	2,00	1,95	1,89	1,77
1Д6-250	184	1500	0,226						1,24	1,30	1,34	1,34	1,3	1,24	1,19	
Таблиця 11.11
Приведення зовнішньої характеристики дизеля до вала насосних коліс гідравлічних апаратів
ид, хв-1						
Л/е,кН'М						
Л/д, кН м						
Л/д, кН-м						
ин, хв"1						
273
Рис. 11.6. Графік узгодження характеристик дизеля і гідравлічних апаратів:
1 - Лїе = /(Ид ); 2 - Мд = /(Ид ); 3 -	- /(ин ); 4 - регуляторні характеристики
дизеля, 5 — Мн рг —	— Чі гм — / (^н )
З метою узгодження характеристик дизеля і гідравлічних апаратів розра-
ховуються навантажувальні характеристики гідротрансформатора і гідрому-
фти. Для розрахунку навантажувальних характеристик гідротрансформатора
складається табл. 11.12. У першому рядку таблиці записується весь діапазон
передаточних відношень гідротрансформатора 1//^ = ит/ ин від 0 до 1, з кро-
ком 0,1. Для кожного значення ит/ пи з табл. 11.9 для прийнятого типу гід-
ротрансформатора беруться значення (Лну) • 10"4, с2/м, і записуються в дру-
гий рядок табл. 11.12. Подібним чином в табл. 11.13 беруться значення і
записуються в третій рядок табл. 11.12. Для кожного значення лт/ пи обчис-
люються величини коефіцієнта моменту турбінного колеса (Лру) -10 і
к.к.д. тігт гідротрансформатора, причому
(Ау)-Ю'4=(4у)ю"‘./<гг;	(11.92)
Лгт = ^гт * (^т/^н ) •	(11.93)
Отримані за цими формулами значення (Хру) • 10~4 і т]гг записуються відпо-
відно в четвертому та п’ятому рядках верхньої частини табл. 11.12.
274
Таблиця 11.12
Результати розрахунку навантажувальних характеристик
гідротрансформатора
ит/ ин			0,0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
(Лну)-10~4, с2/м													
Кп = АтУ/АнУ													
(Лту)-10~4, с2/м													
Літ ^"гт і	"т/%												
ин, хв 1			М„ =0,00981(Лну)10-4 Оа -и„,кН-м (11.94)										
відлікове значення	чисельне значення												
^нтіп													
«НІ													
• • •													
^нтах													
До нижньої частини табл. 11.12 заносяться значення моменту насосного
колеса гідротрансформатора Мп, кНм, розраховані за формулою, що напи-
сана в таблиці. При цьому у перший стовпчик розрахунку записуються зна-
чення Л/н при пт Іпи =0,0, розраховані для послідовного ряду значень час-
тоти обертання насосного колеса, взятих в межах усього діапазону від
и„тіп ДО иитя„ З кроком 50-100 хв Граничне значення діапазону
77 н тіп звичайно приймається з табл. 11.11, а значення лнгпах - за форму-
лою (11.88). Таким чином розраховуються й інші стовпчики нижньої частини
табл. 11.12 для «т/ лн= 0,1; 0,2; 0,3 ... 1,0.
По даних нижньої частини табл. 11.12 в загальній системі координат з
графіками рис. 11.6 будується множина кривих Ми =/(ин)
бою навантажувальні характеристики гідротрансформатора. За своїм харак-
тером це параболи, тому іноді ці криві називають „навантажувальними пара-
болами” або „параболами навантаження”.
Аналогічним чином, тільки для більш вузького діапазону значень
ит/ин = 0,94-0,97 (табл. 11.9) розраховуються і будуються характеристики
, які являють со-
275
навантаження гідромуфти, якщо вона є в схемі гідропередачі; причому фор-
мула для визначення моменту насосного колеса гідромуфти подібна до фор-
мули (11.94) записаної в табл. 11.12, при Кгм=1 і
г|гм ~^гм	Іпн)~пі:/пн • Як було зазначено вище, величина для гід-
ромуфти може не розраховуватися, а прийматися рівною 0,58 м.
Таблиця 11.13
Значення коефіцієнта трансформації моменту гідротрансформатора
Передаточне відно- шення гідротранс- форматора пт/п^	Значення коефіцієнта трансформації моменту	для гідро- троапарату типу					
	ТП1000	ТП10001	ТП1000М	ТП1000М1	ТО6	ГТК II
0	3,34	3,36	3,50	3,35	3,35	4,10
0,1	2,96	3,00	3,08	2,92	2,99	3,50
0,2	2,59	2,63	2,65	2,56	2,64	2,95
0,3	2,24	2,28	2,25	2,29	2,28	2,48
0,4	1,94	2,00	2,00	2,00	1,96	2,04
0,5	1,66	1,70	1,74	1,71	1,71	1,72
0,6	1,41	1,45	1,50	1,45	1,45	1,45
0,7	1,21	1,25	1,30	1,26	1,25	1,26
0,8	1,04	1,10	1,18	1,08	1,07	1,05
0,9	0,88	0,91	1,07	0,92	0,90	0,96
1	0,73	0,78	0,92	0,77	0,73	0,90
Як відомо, принциповим положенням узгодженої роботи дизеля і гідрав-
лічних апаратів є те, що потужність, яку розвиває дизель на валу насосних
коліс гідротрансформатора і гідромуфти, має бути необхідною і достатньою
для подолання їх опору. Тобто, узгоджена робота дизеля і гідравлічних апа-
ратів буде забезпечуватися в точках перетину кривих Л/д =/(ин) і наванта-
жувальних характеристик гідравлічних апаратів. У цих точках дотримується
наведене вище принципове положення, тому що Л/д • пн = Л/н • ин. Ці добут-
ки визначають потужність як площу прямокутника, що створюється проекці-
276
ями точки перетину двох кривих =/(ин) і Ми = у(«н) на осі ординат
І ^н(^д)*
Параметри узгодженої роботи дизеля і гідравлічних апаратів фіксується в
табл. 11.14-11.15. У цих таблицях Л1ну і ину - значення моменту і частоти
обертання насосних коліс, іцо відповідають точкам узгодженої роботи дизеля
та гідравлічних апаратів при відповідних значеннях , величини Кгг і
г|гт переносяться з табл. 11.12.
Таблиця 11.14
Параметри узгодженої роботи дизеля та гідротрансформатора
пт /пн	0,0	0,1	0,2	0,3	...	0,9	1,0
^Ну » ХВ							
Л/ну, кН м							
ПТ= ЛН*(Пт/Лн)’ ХВ 1							
Т^гг = ^тУ/^нУ							
Л/т = Кгт • ЛЛ., кН м 1	11	н у							
Лгт = ^гт * (лтн )							
Таблиця 12.15
Параметри узгодженої роботи дизеля та гідромуфти
пт /пн	0,94	0,95	0,96	0,97
ну ’ хв				
М ну=Мт, кН м				
пт= ин-(ит/ин)’ хв 1				
з: її з н "з' Я				
За даними двох останніх таблиць у загальній системі координат рис. 11.7
будуються графіки залежностей Ми = /(ит), Мт = / (ит), пн = /(ит ),
Црг = /(ит) для гідротрансформатора. Такі ж графіки будуються й для гід-
ромуфти, якщо вона застосована в схемі гідродинамічної передачі.
277
Залежність Мт = /(ит) являє собою тягову характеристику гідравлічно-
го апарата і служить безпосередньою основою для розрахунку тягової харак-
теристики тепловоза.
Але для того, щоб тепловоз мав достатньо високі економічні показники,
треба, щоб гідравлічні апарати використовувалися не в усьому можливому
діапазоні значень лт, а лише в зонах їх найвигіднішої роботи. Тому визна-
чення цих зон є наступним етапом проектування тягової і техніко-
економічних характеристик.
Рис. 11.7. Визначення зон найвигіднішої роботи гідротрансформатора:
а) гідротрансформатор типу ГТ; б) гідротрансформатор типу ГТК (комплексний)
Раніше, при визначенні передаточного числа підвищувального редуктора,
була визначена допустима за умови міцності гранична частота обертання, на-
сосних коліс гідравлічних апаратів. З попередніх матеріалів також відомо, що
найбільша величина передаточного відношення лт/лн становить для зви-
чайного гідротрансформатора (ГТ) 1,0, для комплексного (ГТК) - 0,935, для
гідромуфти - 0,97. Тому найбільша за умови міцності частота обертання тур-
бінних коліс гідравлічних апаратів не повинна перевищувати:
-	для звичайного гідротрансформатора кттах= тах;
-	для комплексного гідротрансформатора лттах= 0,935интах;
-	для гідромуфти пТтах=0,97пнтах
Але найбільша за умови економічності частота обертання турбінного ко-
леса гідрогрансформатора ит2 приймається коли Л/Т = Л/Н (точка А на
278
рис. 11.7), оскільки при більш високих частотах обертання турбінного колеса,
правіше точки Л, спостерігається крутий спад характеристики к.к.д. гідрот-
рансформатора г|гг = У(ит). Таким чином, значення пт2 визначає праву ме-
жу зони найвигіднішої роботи пускового гідротрансформатора ГТ1 (рис. 11.7)
- якщо в схемі гідропередачі є маршовий гідротрансформатора або гідромуфта
- та маршового гідротрансформатора - якщо в схемі гідропередачі є ще й гід-
ромуфта.
Ліва межа зони найвигіднішої роботи маршового гідротрансформатора
визначається таким чином. Точка А проектується на криву = /(ит) (рис.
11.7, а), точка а2). Після цього точка а2 проектується на ліву гілку кривої
Пгт = /(А7т) 1 отримується точка ах. Точка аі проектується на вісь координаг
ит, чим отримується точка - найменша за умови економічності частота
обертання турбінного колеса. Якщо маршовий гідротрансформатор - ком-
плексний, то точка Ну! повинна відповідати значенню ит/нн~0,4.
Ліва межа зони найвигіднішої роботи пускового гідротрансформатора,
незалежно від його типу, визначається точкою лт0 =0, що відповідає зна-
ченню ит І п = 0.
І	Г1
Якщо в схемі гідропередачі є гідромуфта, то очевидно, що зона її найви-
гіднішої роботи, визначена характером залежності (кривої) т|гм = /(ит), бу-
де простягати від значення лт2 до значення иттах.
Щоб забезпечити швидкість руху тепловоза, відповідно до величини лт в
зонах найвигіднішої роботи гідравлічних апаратів, розраховуються необхідні
передаточні числа МКЗП (механічної коробки зміни передач). За допомогою
цих передаточних чисел забезпечуються ступені швидкості, що реалізуються
відповідно до схеми гідропередачі (для маневрового тепловоза — на маневро-
вому та поїзному режимах). Розглянемо методичні основи цих розрахунків
стосовно до різних схем гідравлічної передачі.
Гідропередача з двома гідротрансформаторами та однією гідромуфтою
(схема ГТ+ГТ+ГМ).
Між швидкістю руху тепловоза V, км/год, і частотою обертання його
рушійних колісних пар лк, хв-1, існує відома залежність
іооо-г,	(11.95)
к 60лГ>к
279
де /)( діаметр рушійної о колеса по колу кочення, м.
Найбільша частина обертання рушійних колісних нар, що відповідач і.і
даній технічним завдання максимальній (конструкційній) швидкості і силово
іа Ктах (Ик), визначається іа виразом
іпах
1000-^шах
бОл/Х-
А
(11 96)
Годі передаточне число /2 останнього (у даному випадку другого) ступе-
ня механічної передачі (швидкості) буде
А7г тах
/7к тих
(11.97)
При цьому величина /?ттах приймається для турбінного колеса гідравлічно-
го апарата, що працює при максимальній (конструкційній) швидкості, тобто
у даному випадку і ідромуфі и.
При зменшенні швидкості руху в і ідропередачах типу ГІЧГТ+ГМ зворо-
тний перехід з гідромуфти на маршовий гідротрансформатор здійснюється
при деякій швидкості руху К2, рівній
ит2
^2 = ^ах—(11.98)
лт тах
де л12 частота обертання турбінною колеса, хв що відповідні швидко-
сті Г2;
^тах “ максимальна (конструкційна) швидкість режиму (маневровою
або поїзного), км/год.
Маршовий гідротрансформатор буде заповнений рідиною в діапазоні
швидкостей від И2 до Гі, де

= к
г шах
/7Т]
П
'Ціпах
(11.99)
ти формулі пл । часіоіа обертання турбінною колеса, хв *, що відповідач
швидкост і	.
280
Перехід з маршового гідротрансформатора на пусковий відбувається при
частоті обертання рушійних колісних пар ик1, хв *,
1000Р|
60тгОк
їх
(11 100)
Отже передаточне число /] першого ступеня механічної передачі (швид-
кості) буде
.	”т2
'1=-----•
Л2ТІ
(11.101)
Пусковий гідротрансформатор буде заповнений рідиною в діапазоні час-
тоти обертання його турбінного колеса від /?т1 до пто=О.
Гідропередача з одним гідротрансформатором і двома гідромуфтами
(схема ГТ+ГМ+ГМ). У гідропередачах цього типу нижня межа частоти обер-
тання, при якій ще може працювати гідромуфта, вал насосного колеса якої
жорстко зв’язаний з колінчастим валом дизеля, визначається умовами спала-
ху палива в циліндрах дизеля. Дослідженнями встановлено, що межа
становить приблизно
^нтіп "~0»6ИдДОМ-
НІ.102)
Тому для гідромуфти найбільша ширина зони роботи визначається швидкос-
тями руху тепловоза від Ктах (Ик) до 0,6 Ктах (Ик) (надалі Кк) або частота-
ми обертання його рушійних колісних пар від 5,31 (Ик /£>к ) до 3,32 (Ик/£>к).
Таким чином, повному використанню усього діапазону швидкостей у гід-
ропередачах типу ГТ+ГМ+ГМ відповідає робота на другому ступені механі-
чної передачі в межах від Ктах до 0,6 Гтах, що й приймається при передескі-
зному та ескізному проектуванні та уточнюється (за необхідністю) на пода-
льших стадіях. Отже передаточне число механічної передачі на другому сту-
пені швидкості /2 буде
= пттах	(11.103)
^ктах
281
При цьому величина пт тах приймається для другого ступеня при заповненій
рідиною гідромуфті, що працює при конструкційній швидкості Ик, тобто
останній (другій) в схемі ГТ+ГМ+ГМ.
.При деякій швидкості руху И2 = 0,6 • Ик відбудеться переключення на пе-
рший ступень механічної передачі, остання гідромуфта спорожніє, рідиною
заповниться перша муфта в схемі гідропередачі. Передаточне число першого
ступеня механічної передачі при цьому буде
лттах лттах'Дс	„ . .
'1=-------=	..>	(11.104)
Л7ктах 3,32
де значення пттах приймається для першої гідромуфти в схемі гідропередачі.
Перша гідромуфта спорожніє та заповниться рідиною гідротрансформа-
тор при деякій швидкості руху , рівній
”т2
лттах
Лт2
——3,32УК.
' А.
Л7тшах
(11.105)
Тут величина пт2 і 77ттах приймаються вже для гідротрансформатора, залеж-
но від результату визначення зони його найвигіднішої роботи (рис. 11.7, а)).
Таким чином, при гідропередачі типу ГТ+ГМ+ГМ діапазони ступенів
швидкості будуть такі:
—	на першому ступені механічної передачі (працює гідротрансформатор):
ВІД І д — о ДО Р| —	2 /лт тах ^2 ,
—	на першому ступені механічної передачі (працює перша гідромуфта):
від Р] —	2/иттах )^2 Д° 2 = 0,6ИК;
—	на другому ступені механічної передачі (працює друга гідромуфта): від
Г2=0,6Гк до Гк.
Гідропередача з двома комплексними гідротрансформаторами (схема
ГТК+ГТК^. У цій гідропередачі маршовий (другий у схемі) гідротрансформа-
тор буде працювати в діапазоні швидкостей від Ик до Кд д (швидкості, при
якій ит/ин =0,4). При цьому величина Рд д визначається таким чином:
г Лт0,4
к	»
лттах
(11.106)
282
де	частота обертання турбінного колеса, що відповідає значенню
«т/Лн =0’4-
Також, як і при гідропередачі іншого типу, конструкційній швидкості те-
пловоза Ик відповідає частота обертання рушійних колісних пар иктах, ви-
значена формулою (11.96), та максимальна частота обертання турбінного ко-
леса гідротрансформатора иттах . Турбінне колесо зв’язане з рушійною колі-
сною парою жорстким механічним зв’язком, й тому очевидно, що передаточ-
не число другого ступеню механічної передачі і2 може бути визначене за
формулою (11.97).
При швидкості руху И0>4 частота обертання колісних пар тепловоза
"к0,4’ХВ буДЄ
1000И0;4
Ик0 4 =------
’ 60лОк
(11.107)
а частота обертання турбінного колеса гідротрансформатора нт0 4, хв То-
му, виходячи з умови використання зони найвигіднішої роботи пускового
гідротрансформатора, слід допустити, що він виключається з роботи при до-
сягненні частоти обертання турбінного колеса ит тах . Отже передаточне чи-
сло першого ступеня механічної передачі ц, буде
Лттах
*і =------
лк0,4
(11.108)
З цього виходить, що маршовий гідротрансформатор буде заповнений ріди-
ною в діапазоні частот обертання турбінного колеса від лттах Д° лт0,4> а
пусковий - від ит0 4 до ит0 = 0.
Гідропередача з одним комплексним гідротрансформатором і двома
фрикційними муфтами ФМ (схема ГТК+ФМ+ФМ або у деяких джерелах
ГТК+2 ступеня). На основі того ж підходу, що и при схемі ГТК+ГТК, можна
припустити, що за умови повного використання зони найвигіднішої роботи
комплексного гідротрансформатора швидкісні діапазони двох ступенів меха-
нічної передачі повинні становити:
-другого: від Ик ДО У2 = ^(^тОл/^ттах)’
283
-	першого: від И2 = Ик (ито,4 /"ттах ) Д° ^0 ~ ® •
Цим умовам відповідає робота гідротрансформатора з частотами обертання
турбінного колеса:
-	на другому ступені: від иттах до ;
-	на першому ступені: від ито,4 Д° ”т0 = 0»
та передаточні числа відповідно
. _ ”ттах _ 60л ”ттах &
тах 1000
КІІіаЛ	К
2
^ттах	77ттах	60 л
-------------------------------=------
Лт 0,4 «к тах " пт 0,4	000
77ктах
иттах
(11.109)
к»
2
Лттах
(11.110)
к
Лт0,4 ’
Після визначення передаточних чисел складається режимна карта роботи
гідропередачі, наприклад, для схеми ГТ+ГТ+ГМ - рис. 11.8, — її кінематична
схема рис. 11.9 та здійснюється проектні розробки механічної частини гідро-
передачі: обертаються типи шестерень (циліндричні, конічні, прямозубцеві,
косозубцеві, шевронні та ін.) їх розміри з урахуванням габаритних обмежень
розраховуються кількості зубців, які б забезпечували визначені вище переда-
точні числа, проводяться міцністні розрахунки шестерень, валів, муфт та ін-
ших з’єднань, підбираються підшипники, проектується корпус тощо. Прийн-
яті рішення, якщо необхідно, порівнюються з відпов дними рішеннями, за-
стосованими на тепловозі-зразку. В результаті складається пояснювальна
табл. 11.16 з числовими характеристиками зубчастих зачеплень, що застосо-
вується в структур іих елементах механічної частини гідропередачі.
Рис. 11.8. Режимна карта роботи гідропередачі схеми ГТ+ГТ+ГМ:
ГТ1 - зона роботи пускового гідротрансформатора; ГТ2 - зона роботи маршового
гідротрансформатора; ГМ— зона роботи гідромуфти

284
Кількість зубців
шестерень
2] =60
2 2=22
2 з=58
2 4=3 5
2\5=41
2 6=41
2 7=52
28=73
2 9=24
2 ю=24
2 п=58
2 12=39
2і3=39
Рис. 11.9. Кінематична схема гідропередачі схеми ГТ+ГМ+ГМ (тяговий
осьовий редуктор умовно не показаний):
ПР- підвищувальний редуктор; ГТ1 - пусковій гідротрансформатор; ГТ2 - ма-
ршовий гідротрансформатор; ГМ- гідромуфта; РМ- маневровий режим; РП - пої-
зний режим; ПХ- передній хід
Розглянутий вище комплекс проектних обґрунтувань, розрахунків і побу-
дов не тільки формує цілісну уяву про конструктивну, схему реалізацію і чи-
сельні параметри процесів передачі енергії за допомогою гідравлічних апара-
тів у поєднанні з механічними ланками, але й утворює безпосередню базу для
розрахунку тягової характеристики тепловоза з гідравлічною передачею.
Розрахунок тягової характеристики тепловоза, тобто залежності
Рк = /(К) здійснюється у такій послідовності. Обирається та записується
ряд значень швидкості руху від 0 до Гк з кроком 5—10 км/год (табл. 11.17). У
цьому ряді обов’язково позначаються граничні швидкості ступенів механіч-
ної передачі Кі і ^2 (якщо вони є).
Для кожного значення швидкості, починаючи від нуля, розраховується
частота обертання колісної пари локомотива пк, хв за формулою (11.95).
Для кожного значення V, км/год, в межах першого ступеня механічної
передачі від 0 до Р| включно визначаються й записуються в аб іицю значен 
285
ня частоти обертання турбінного колеса пускового гідротрансформатора лт,
хв1, за формулою
~пк ' гмп 1 •	(11.111)
Таблиця 11.16
Параметри зубчастих зачеплень
(до кінематичної схеми гідропередачі рис. 11.9 для маневрового
режиму і переднього ходу)
Кінематична ланка механічної частини гідропередачі		Ступені механічної передачі	
назва	параметр	1	2
МКЗП і реверс- режимний редуктор	.*) Передаточне число ступенів іс	23 28 _ ; 	ц 24 г9	“5 *8	• 	~<2 26 29
	Кількість пар шестерень у зачепленні	"пі	"п2
Осьовий Редуктор	Передаточне число	214 216 _ • *ор ~15 *17	
	Кількість пар циліндричних шестерень	"ц	
	Кількість пар конічних шестерень	"к	
Механічна частина передачі	Усього пар циліндричних шестерень	I "ці	Иц2
	Усього пар конічних шестерень		^"к2
	К.К.Д. тім	Чм 1 Іц	1 Ік	1 Ісп	
	Загальне передаточне число	*МПІ	гмп2
Примітка: } індекс “с” означає: для першого ступеня механічної передачі
“1”, для другого - “2”;
**)
показник степеня — це кількість пар шестерень відповідного
типу, що працюють на даному ступені: Лц — циліндричних; ик
— конічних; Г|СГІ — к.к.д. спарникового (дишлового механізму,
якщо він є на проектному тепловозі).
Для кожного значення пт по графіку Мт = /(лт) для пускового гідрот-
рансформатора (див. рис. 11.7) визначається і записується в таблицю значен-
ня Л/т, кН м. Отримані значення Мт перераховуються на значення Ек, кН,
за формулою
286
Гк-2Мт-^-г]'м1,	(11.112)
де Лмі “ загальний к.к.д. механічної частини передачі на першому ступені;
* "ц «к
Пм1=Пц Пк Псп-	(11.113)
Таблиця 11.17
Розрахунок тягової характеристики тепловоза з гідравлічною передачею
V, км/год	п к , хв 1	1 -й ступень механічної передачі			2-й ступень механічної передачі		
		пт, хв і	кНм	Гк,кН	п т, хв 1	Мт, кН м	Рк, кН
І	2	3	4	5	6	7	8
							
Таким же чином, в межах другого ступеня механічної передачі (або зони
роботи відповідного маршового гідравлічного апарата (гідротрансформато-
ра чи гідромуфти ), від У\ до И2 і від К2 до Ук розраховуються величини
Рк при передаточному числі /2 і загальному к.к.д. механічної частини гід-
ропередачі Г)м2-
Після цього в систему координат Р - V будується графіком залежності
Рк = /(И) подібно до рис. 11.7 і графік обмеження Рзч - /(V) яке розрахо-
вується згідно з табл. 9.2 за формулою (11.24).
Якщо проектується маневровий тепловоз, то наведені вище розрахунки
виконуються окремо для поїзного та маневрового режимів зі зведенням ре-
зультатів у таблиці типів 11.16І11.17.
При проектуванні техніко-економічних характеристик тепловоза залеж-
ність = /(у) розраховується за формулою (10.39). Визначення величин
Л/н, кН м, І пи, хв-1, які входять у цю формулу, здійснюється таким чином.
Складається табл. 11.18. У графу 1 записується ряд рівноінтервальних зна-
чень У, км/год, від 0 до Ук, в який обов’язково включаються швидкості пе-
реходу з першого на другий ступінь механічної передачі і переходу з пуско-
вого на маршовий гідравлічний апарат (гідротрансформатор або гідромуфту).
Для кожного значення V з тягової характеристики проектного тепловоза
/(У) знімаються й записуються в графік 2 і 8 відповідні значення 1 к,
287
кН. Для кожного значення Гк з характеристик гідравлічних апаратів рис.
11.7 знімаються й записуються у відповідні графи таолиці значення Л/т,
кН м, и^хв'1, лн,хв-1, Л/н, кН м. Після розрахунку величин і¥е , кВт, і за-
повнення граф 7 і 13 таблиці в системі координат N -V будується графік за-
лежності = /(}')•
Характеристика годинної витрати дизельного палива Сг = /(V) розрахо-
вуються за фор иулою (11.28) з побудовою відповідного графіка.
Характеристика дотичної потужності тепловоза Агк=/(/) розрахову-
ється за формулою
•	(П.П4)
Д,О
Данні для розрахунку беруться з граф 1. 2 і 8 табл. 11.18.
Таблиця 11.18
Розрахунок характеристики ефективної потужності дизеля проектного
тепловоза з гідродинамічною передачею
V, км/ /год	1 -й ступінь механічної передачі						2-й ступінь механічної передачі			
	» кН	мт, кН-м	хв“’	ПН ’ хв-1	мн, кНм	кВт	Гк. кН	у , кНм	•  •	Ае > кВт
	2	3	4	5	6	7	8	9	...	ІЗ
Харі мулою	зктерис	:тика к	.к.д. гі,	дропері П	здачі т Пі	Ігм ~ / с_ )	(Г) ро	зрахову	ється з: (1	з фор- 1.115)
де - тягова потужність дизеля, кВт;
аг —	‘ пн
Р 9,55 Ппр'
(11.116)
Дані для розрахунку беруться з табл. 11.18 для зручності розрахунку склада-
ється табл. 11.19.
288
Таблиця 11.19
Розрахунок характеристики к.к.д. гідропередачі і тепловоза
г, км/ /год	1-й ступінь механічної передачі							2-й ступінь механічної передачі				
	л/н, кНм	хв-1	*р. кВт	^к» кВт	Лгп	0,., кг/год	Пт	мн, кНм	хв-1	ЛГр, кВт	...	Пт
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
												
Характеристика к.к.д. тепловоза т]т = /(К) розраховується за формулою
N
пт=3600—
(11.117)
де 3600 кДж/(кВтгод) - тепловий еквівалент однієї кіловат-години;
и
- питома теплота згоряння дизельного палива, кДж/кг.
Графіки залежностей 7/е=/(Г),	^к=/(П» їІгп~/(^/)’
г|т = /(Г) звичайно будуються в залежності від системі координат.
Слід зауважити, що обмеження тягової, отже й техніко-економічних ха-
рактеристик тепловоза з гідродинамічною передачею по тривалому режиму
(значення швидкості, дотичної сили тяги й потужності при тривалому режи-
мі), на відміну від тепловоза з електричною передачею, визначаються в осно-
вному теплорозсіювальною здатністю теплообмінних апаратів системи охо-
лодження масла гідротрансформаторів і гідромуфт. Таке обмеження не може
бути стабільним, воно залежить від температури довкілля, має сезонний ха-
рактер і тому звичайно на тягову характеристику тепловоза не наноситься.
11.4. Особливості проектування тягових і техніко-економічних
характеристик електровозів
При передескізному та ескізному проектуванні параметри тягового елек-
трообладнання електровоза визначаються залежно від роду струму по відо-
мій дотичній потужності локомотива.
Потужність на валу тягового електродвигуна постійного та змінною
струму при тривалому режимі Рдо0, кВт,
289
N
У*КОО
доо
(11.118)
де т - кількість тягових електродвигунів на локомотиві (секції);
т]., ~ 0,98 - механічний к.к.д. тягового осьового редуктора.
Потужність, що споживається електровозом з контактної мережі при три-
валому режимі Р0оо, кВт:
-	при системі постійного струму
М(ОО Х^доп .
М)оО ~	п ’
Лм ' Лдоо Рдоп
(11.119)
-	при системі змінного струму
^КСО	+ ^2-^ДОП
Лм-Лд 00  Лву оо ' Лтр СО Рдоп
(11.120)
У цих формулах, крім уже відомих величин, - г|цоо - к.к.д. тягового електро-
двигуна при тривалому режимі; г|вуоо — к.к.д. перетворювача (випрямної
установки та згладжувального реактора) при тривалому режимі; згідно з [21]
приймається в межах 0,98-0,933; г)тра> “ к.к.д. тягового трансформатора при
тривалому режимі; приймається в межах 0,975—0,980.
Тривала потужність тягового трансформатора , кВ А,
^0оо
СОЗфтроо
(11 121)
де созфрр^ - коефіцієнт потужності тягового трансформатора при тривалому
режимі; приймається (для обмоток силового кола) в межах
0,91-0,93.
Типи тягового електродвигуна, трансформатора, перетворювача (випрям-
ної установки, перехідного та згладжувального реакторів) приймаються за-
лежно від роду служби, потужності електровоза з числа існуючих, тих, що
випускаються промисловістю, по відповідних каталогах і довідниках або по
електровозу-зразку, з необхідними обґрунтуваннями і перерахунками, так, як
це було описано для тепловозів, у підрозділах 11.1—11.2.
290
Способи регулювання тягового режиму електровозів більш різноманітні,
ніж тепловозів. Тому при проектуванні часто буває необхідним пристосуван-
ня характеристик тягового обладнання до специфіки обраного способу регу-
лювання. Тому є доцільним розглянути деякі аспекти і особливості створення
характеристик тягових електродвигунів і електровозів у цілому при псредсс-
кізному та ескізному проектуванні.
Як відомо, номінальні електромеханічні характеристики тягового елект-
родвигуна розраховуються таким чином.
Швидкісна характеристика л/д = /(^д)
£7Д-/Л 'г
п*= 'сф » <11Л22)
де 1/д - напруга на затискачах тягового електродвигуна , В;
7Д - струм у обмотках, А;
г - опір електричного кола тягового електродвигуна, Ом;
Ф - магнітний потік при струмі /д, Вб; для визначення величини Ф по-
винна бути відомою навантажувальна характеристика тягового еле-
ктродвигуна Ф =
с — машинна стала, іцо визначається за формулою (10.12).
Наприклад, для тягового електродвигуна постійного струму з послідов-
ним збудженням величина опору г, Ом, визначається з виразу
г — г + г + сх г	(11.123)
де гя - опір обмотки якоря, Ом;
гДІ1 - те ж додаткових полюсів, Ом;
ап — степінь (коефіцієнт) ослаблення магнітного поля;
гпі —те ж головних полюсів, Ом.
Звичайно величина г відноситься до температури обмоток +110 С (при ізо-
ляції класів В, Е, Н) і +75 °С (при ізоляції класів А і Е).
Залежність крутячого моменту Л/д, кН м, від струму /д - Л/д — / (/д)
знаходиться із співвідношення електромагнітної потужності гяювою слекі-
родвиїуна і втрат в ньому:
291
9,55Л/дид = (/д/д - (/д  г 4- ДР' + ДР’ + АР"),	(11.124)
дс АР', АР", АР'" - втрати потужності: магнітні, механічні та додаткові від
вихрових струмів відповідно, кВт.
Звідси
А Р1 । А рп । А рт
дс Л/пм = сФІ„ — електромагнітний момент тягового електродвигуна, кН м.
Магнітні й механічні втрати визначаються в процесі дослідів на стенді за-
воду-виготовника як втрати холостого ходу при різних частотах обертання і
різних струмах збудження. Але додаткові магнітні втрати нормовані стандар-
тними вимогами. Нормовані також і витрати в тяговому осьовому редукторі.
Для од поступі нчастої циліндричної зубчастої передачі разом з моторно-
осьовими підшипниками згідно з чинним стандартом приймаються такі ве-
личини к.к.д. г|м (табл. 11.20).
Таблиця 11.20
К.к.д. тягового осьового редуктора т|м
Підведена потужність 4 % від номінальної потужності ТЕД	200	150	125	100	75	60	50	40	зо	25
К.к.д. тягового осьового редук- тора	0,965	0,970	0,973	0,975	0,970	0,973	0,968	0,956	0,933	0,915
Якщо врахувати втрати в тяговому приводі електровоза ДР/Г і знехтува-
ти втратами АР"', то залежність к.к.д. тягового електродвигуна т]д від стру-
му якоря /д - г|д = / (/д ) - буде визначатися за формулою
(11.126)
292
По результатах розрахунків за формулами (11.122-11.126) оцінюється ро-
зрахункова потужність тягового електродвигуна Рдоо, кВт,
>	МДОО ' ^доо
Д°° = л
9,55 -п
1 да>
(11.127)
яка порівнюється з потужністю, отриманою за формулою (11.118), і, якщо
необхідно, розрахункові параметри тягового електродвигуна коригуються.
Таким чином, якщо відсутні електромеханічні характеристики тягового
електродвигуна-зразка, які можна було б використати для проектного тепло-
воза, то аналітично розраховуються нові, згідно з якими в конструкції тяго-
вого електродвигуна заводом-виготовником реалізуються необхідні магнітні,
електричні та механічні параметри.
Перерахунок зразкових універсальних електромеханічних характеристик
тягового електродвигуна на дійсні (реальні) та їх перетворення на характери-
стики, віднесення до обода рушійного колеса електровоза (електротягові)
здійснюється подібно до того, як це було наведено вище для тепловозів.
Модифікована методика такого перетворення, наприклад полягає в тім,
що для отримання швидкісної (електротягової) характеристики достатньо
при даному значені струму /д змінити масштаб швидкісної електромеханіч-
ної характеристики тягового електродвигуна у відношенні
V	О
- = 3,6-^-.	(11.128)
Лд	2цр
Електротягову характеристику можна отримати з кривої Л/д=/(/д),
змінивши масштаб при даному значенні /д у відношенні
2д=2ц-Пм	(11.129)
Л/д Ок
За умови, що г|м ~1 можна отримати ще більш простіше відношення
(11.130)
м Я
293
За умови, що втрати в тяговому приводі постійні і т|м ~соп8і, характеристику
к.к.д. електровоза г|єл
можна отримати, змінивши масштаби при да-
ному значенні /д у відношенні
Пел _ Пм
Пд 1 ’
(11.131)
Методика перетворення електротягових характеристик тягового елект-
родвигуна на тягову характеристику електровоза подібна до методики розра-
хунку й побудови тягової характеристики тепловоза, яка наведена вище, у
підрозділах 11.1 і 10.2, але з тими особливостями, що залежать від способу
регулювання режиму роботи тягових електродвигунів.
Характеристики електровоза постійного струму при різних ступенях ре-
гулювання швидкості або розраховується на підставі виразів (11.122-11.126),
або отримуються шляхом перерахунку заданих характеристик, що відносять-
ся до одного з режимів роботи тягового електродвигуна.
Характеристики електровоза при зміні напруги, що підводиться до тяго-
вого електродвигуна, й опору електромагнітного кола формується на підставі
інших положень. Якщо, наприклад, при напрузі С/д1 на затискачах електрод-
вигуна постійного струму швидкість електровоза Кі, то при напрузі С/д2 і
тому ж струмі 7Д ШВИДКІСТЬ руху ^2 буде
^л2 н ’Г
^2=^77—г—•	(И-132)
Ції Іц'г
Звичайно падіння напруги в електродвигуні /д • г набагато менше, ніж на-
пруга на його затискачах. Тому наближено можна написати
^Д2
>2=^1-^,	(11.133)
ид1
тобто для отримання нового значення швидкості К? достатньо значення
змінити при даному струмі пропорційно відношенню 111\.
При регулюванні напруги на затискачах тягового електродвигуна шляхом
включення в коло послідовно з якорем резистора з опором швидкість руху буде
Уп~ 1п г - Іп ‘ К
УК=~-----а——-------•	(11.134)
сФ
294
Якщо відома струмова характеристика И = /(/д), то при струмі /

_уЦд Ід ґ Ід* Я
^Д  Ід' г
(11.135)
Відповідно до зміни напруги на затискачах електродвигуна дещо зміню-
ються і його магнітні та механічні втрати. Оскільки ці втрати надто малі в
порівнянні з силою тяги, то прийнято вважати, що сила тяги не залежить від
напруги, прикладеної до тягового електродвигуна. Тому множинності швид-
кісних характеристик локомотива V = /(/д) при різних значеннях С/д від-
повідає практично одна характеристика І\ = /(/д).
Зате зміна напруги, прикладеної до тягового електродвигуна, чинить сут-
тєвий вплив на його к.к.д. Можна вважати, що сума механічних і магнітних
втрат пропорційна квадрату частоти обертання якоря електродвигуна, отже
квадрату напруги на його затискачах. З урахуванням цього припущення ве-
личину к.к.д. тягового електродвигуна Г|д2 при напрузі (Уд2 можна визна-
чити, використавши значення к.к.д. т|д1 при напрузі Ц
Пд2=Пд1- 1-
Ц»2
УДІ
(11.136)
При цьому сила тяги електродвигуна 7^ 2, кН, буде
^д2 -7д2 *Лд2
3600-(/ді
(11.137)
Характеристика локомотива при зміні магнітного поля тягових електрод-
вигунів. Сила зміни намагнічуючої сили (НС) характеризуються коефіцієн-
там регулювання збудження (який частіше називається коефіцієнтом ослаб-
лення магнітного поля ап). Величина ап являє собою відношення НС Л0ІІ
зміненого поля до НС ЛПГ1 повного поля, тобто
а„=^-.	(И.138)
Лін
Для тягового електродвигуна послідовного збудження при регулюванні
магнітного поля шунтування обмотки збудження
295
а„=^,	(П.139
Лп
дС / і /зо - струм збудження нри нормальному (повному) та зміненому маг
ні гному полі відповідно (при одному й тому ж струмі якоря), А.
При ослабленні магнітного поля ап <1. Звичайно величина ап виража
єіься у відсотках або частках одиниці.
Швидкість V’ при коефіцієнті ослаблення поля ап і струмі якоря 1Я = /д
буде
. И' = —,	(11.140
еф'
де га - опір обмотки якоря, додаткових полюсів і компенсаційної обмоткі
(останнє - для тягових електродвигунів з компенсацією поля якоря), Ом;
гв - опір обмотки збудження, Ом;
Ф' - магнітний потік електродвигуна при струмі якоря Ія = / і ЯС, обу
мовленій струмом збудження Ія =ап/д.
При відомій залежності сФ = /(/3) розрахунок швидкісної характерне
гики здійснюється за формулою (11.140). Якщо зазначена вище залежністі
відсутня (або невідома), то швидкісна характеристика при зміненому пол
знаходиться (отримується) шляхом перерахунку характеристики нормально
го (повного) поля ап=1. Для цього використовуються залежність швидкост
при нормальному полі та струмі якоря Ія = ап/д, але при ПС зміненого ре
жиму V":
„	— ап/„ (гя 4- гм)
—ї/	(11.141
сФ"
де Ф" - магнітний потік електродвигуна при повному полі і струмі якор:
/я =ссп/д, але при НС зміненого режиму.
Якщо розділити вираз (11.140) на вираз (11.141) та виконати слементарн
пере творення, то можна отримати
,	.	фп
у' - у" л Д \ а 11 в/ . _ 	|42
— /д (<хпга + апгв ) Ф
Наближено можна вважати, що
296
Рис. 11.10. Перебудова швидкіс-
ної характеристики зміненого
поля
ид~Іа(га + апгв)ф” = (7д-/д(ап''а + «п''в)ф’>	(11.143)
тому
У' = У\	(11.144)
тобто швидкість V' при струмі якоря /д і коефіцієнті регулювання збуджен-
ня ап приймається практично рівною швидкість V” при нормальному полі і
струмі якоря /я = ап/д.
Перебудова швидкісної характеристики повного (нормального) поля на
характеристику ослабленого (зміненого) поля полягає в збільшенні заданого
струму якоря у відношенні 1:ап (рис. 11.10) при дотриманні рівності
(11.144).
Кожному значенню ап відповідає
своя швидкісна характеристика. Кожно-
му степеню регулювання магнітного поля
надається свій індекс (у порядку зміни
коефіцієнта ап). Характеристики повно-
го поля позначаються літерами „ПП”, а
ослабленого - як і на тепловозних харак-
теристиках: ОП1, ОП2, ОПЗ тощо.
Дотична сила тяги електровоза при
повному полі (ПП, схп=100 %) і струмі
якоря тягового електродвигуна Ія = ап/д
^кпп=3,6^^Т]пп.	(11-145)
'сі
де г)пп _ к к.д. тягового електродвигуна при повному полі.
При ослабленому полі і струмі якоря електродвигуна /я = ап7д Д°тич-
на сили тяги електровоза
т? ____о Д Д , у.
ГКОП “	уі ’ ’ІОП ’
(11.146)
де Лоп ~ К К-Д- тягового електродвигуна при ослабленому полі.
Для перерахунку характеристики дотичної сили електровоза з повного
поля на ослаблене використовується відношення
297
коп
кпп
(11.147)
ап
Рис. 11.11. Побудова тягової
характеристики ослабленого
поля
Залежність дотичної сили тяги від швидкос-
ті руху при ослабленому полі можна отримати
графічно з кривої Рк = /(V) при повному полі,
збільшивши при однакових значеннях швидко-
сті її ординати у відношенні 1: ап (рис. 11.11).
Якщо необхідно врахувати різницю в
к.к.д., перерахунок значень к.к.д. при ослаб-
леному полі здійснюється за формулою, яке
визначає величину к.к.д. т]оп при зміненому
(ослабленому) полі і струмі якоря /я = ап/д

(11.148)
де Цпп “ К-К-Д- тягового електродвигуна при повному полі і струмі якоря
ІЯ ~ аП^Д ’
(Лрз) - відносні втрати у відсотках при навантаженні ап/д, що визнача-
ються по ГОСТ 2582-72.
При цьому в обох режимах магнітні й механічні втрати в електродвигуні
приймаються приблизно однаковими (тому що однакові швидкості й магнітні
потоки). Втрати в тяговому приводі і механічні при однакових швидкостях
вважаються приблизно пропорційними силам тяги, отже й потужностям.
Електричні втрати в електродвигуні пропорційні квадрату його струму: при
( т х2/ ч
повному полі і струмі якоря ап/д вони дорівнюють І(ХП/Д] (га а ПРИ
ослабленому /д (га + апгв).
Характеристики електровозів зі статичним перетворювачами. Для розра-
хунку і побудови дійсних (реальних) електромеханічних характеристик тяго-
вого електродвигуна, електротягових характеристик колісно-моторного бло-
ка, а також тягової характеристики електровоза зі статичним перетворювачем
298
треба мати зовнішню характеристику (залежність спрямленої напруги на ви-
ході випрямної установки 1/д від струму її навантаження І -II = /( і К
Д °д /рд]).
З урахуванням такої зовнішньої характеристики К = /(/ ) при кожному
ступені регулювання й повному магнітному полі тягового електродвигуна
здійснюється за формулою
а
п'в
— - ^1 -7д”пЛ - <ц”п (^2^ +	)
Кп 71
Г = Г0-^------------------------------
Лі V Д + апгв )
де (72н напруга холостого ходу і оринної обмотки тягового трансфор-
матора, В;
рд - швидкість руху, км/год, при номінальній напрузі (7Н, В, і стру-
мі /д, А, тягового електродвигуна, а також при коефіцієнтах
Ро=О,95;	=1,1; £2 = 0,7-0,8;
Д(7П - падіння напруги у випрямній установці (перетворювачі), В;
ко - коефіцієнт регулювання напруги на даному ступені;
ип і ^пс “ кількість паралельно і послідовно включених ланок відповідно.
Перерахунок швидкісних характеристик на ослаблене поле здійснюється
тим же способом, що й для тягових електродвигунів постійного струму.
Швидкість відповідає постійному ослабленню поля з коефіцієнтом ад.
Характеристика дотичної сили тяги колісно-моторного блока = /(^д)
розраховується таким чином, як і для електровоза постійного струму, оскіль-
ки величина Ед практично не залежить від прикладеної напруги.
Вплив пульсації спрямленого струму, яка викликає деяке збільшення ма-
гнітних втрат, на величину , звичайно встановлюється на підставі дослід-
них даних.
Активна складова струму /] а , А, що споживається з мережі однофазного
струму, визначається із співвідношення
, Щ  Л11	(11.150)
'1а “77 7 ’
* ^Іву
де (7(1 - спрямлена напруга на затискачах тягового електродвигуна, В,
Лву “ к.к.д. перетворювача (випрямної установки),
299
17с — номінальна напруга контактної мережі, В.
Техніко-економічні характеристики електровозів — це характеристика до-
тичної потужності 1УК — / (У) і характеристика к.к.д. електровоза
Пел=/(К)-
Характеристика Мк= /(у) розраховується також, як і для тепловоза, за
формулою (11.1) з побудовою відповідного графіка. Характеристика
Цеп - /(У) розраховується за формулою
Лел
^Осо
де величина визначається залежно від роду струму формулою (11.119)
або (11.120).
Наведені вище методичні основи проектування тягових і техніко-еконо-
мічних характеристик локомотивів разом з їх аналітичним і графічним офор-
мленням спрямовані на формування у читача певних умінь і навичок вико-
нання відповідних розрахунків і побудов. Що стосується проектних розро-
бок, які виконуються у спеціальних установах (науково-дослідних інститу-
тах, конструкторських бюро та відділах заводів), то там застосовується, як
правило, типізовані табличні форми виконання розрахунків, подібно до того,
як це зроблено, наприклад, в [14, с.89]. У такій типізації розрахунків є певний
сенс, який перш за все дозволяє виконувати варіантові розрахунки й без осо-
бливих утруднень порівнювати їх між собою при виборі оптимального варіа-
нта проектного рішення.
300
12.	ЗАГАЛЬНЕ КОМПОНУВАННЯ І РОЗВАЖУВАННЯ
ЛОКОМОТИВА
12.1.	Загальне компонування локомотива і вимоги охорони праці
Як було зазначено вище, у підрозділі 11.1, загальна конструкція локомо-
тива також, як і конструкція його основних складових частин (рами кузова,
тягового й допоміжного обладнання, візків) визначається технічним завдан-
ням на проектування відповідно до призначення (роду служби) та інших ви-
мог, яким локомотив повинен задовольняти.
В Україні накопичений багатий досвід проектування, побудови і експлуата-
ції локомотивів - тепловозів і електровозів. Є достатня кількість добре відпра-
цьованих, перевірених багаторічною експлуатацією вузлів, таких як дизелі, тя-
гові та допоміжні електричні машини, візки, осьові редуктори, гідравлічні пере-
дачі і елементи тягового привода, механічні, гідромеханічні і гідравлічні редук-
тори, секції радіаторів холодильників, різна апаратура тощо. Все це сприяє
запровадженню уніфікації і стандартизації локомотивного устаткування.
Застосування уніфікованих вузлів і агрегатів, що добре зарекомендували
себе в експлуатації, скорочує строки проектування, промислового засвоєння
та початку серійного випуску нового локомотива, незалежно від його розпо-
всюдження і розміру серійної партії, полегшує умови експлуатації, технічно-
го обслуговування й ремонту. Локомотиви, що побудовані з застосуванням
уніфікованих вузлів і деталей, дешевші у виробництві й експлуатації та пра-
цюють більш надійно.
Тому при створенні проекту нового локомотива слід вишукувати можли-
вості застосування добре засвоєного промисловістю устаткування, що відпо-
відає сучасним вимогам. Разом з цим, слід обов’язково враховувати прогре-
сивні тенденції розвитку вітчизняного та зарубіжного локомотивобудування.
Цілком зрозуміло, що розміщення устаткування і загальне компонування
локомотивів різного призначення і різних типів не може бути однаковим,
стандартним. Не може воно бути стандартним й тому, що конструкції про-
гресивно розвиваються. Загальні вигляди локомотивів різних поколінь, зо-
бражені, наприклад, у [З, 8-10, 25] свідчать про це досить переконливо. Але
при розміщенні устаткування на локомотиві та його загальному компонуван
ні необхідно добиватися:
-	рівномірності навантаження від рушійних колісних пар локомоіива на
рейки з метою забезпечення реалізації максимальної дотичної сили тяги,
301
-	зручності демонтажу, ремонту й монтажу вузлів і агрегатів (вимога тех-
нологічності);
—	доступності й безпечності обслуговування;
викорис гання стандартних і уніфікованих елементів машин і механізмів
з метою забезпечення придатності конструкції локомотива у цілому до серій-
ного випуску;
-	нормованої витрати кольорових і дорогоцінних металів та інших дефі-
цитних матеріалів,
-	малогабаритності складальних одиниць та їх розміщення, тобто максима-
льно можливого використання внутрішнього простору машинного приміщення
з метою забезпечення мінімальної довжини екіпажної частини локомотива;
-	простоти конструкції й надійності роботи допоміжних механізмів, при-
водів, обслуговуючих систем та інших елементів робочих зв’язків (трубопро-
водів тощо);
-	забезпечення оптимальних умов праці обслуговуючого персоналу;
-	сучасної зовнішньої форми локомотива, яка б відповідала вимогам тех-
нічної та промислової естетики.
Деякі з цих вимог суперечать одна одній, наприклад, рівномірність нава-
нтаження від колісних пар на рейки - простоті конструкції робочих зв’язків,
компактність і доступність - безпечності обслуговування. Необхідність усу-
нення таких протиріч викликає певні труднощі при розміщенні устаткування.
Але якщо вимоги розглядати в комплексі, то вони покликані створити ідеа-
льно скомпонований локомотив. Проте практично цього досягти неможливо
й кожен з типів локомотивів в тій чи іншій мірі має певні хиби з точки зору
задоволення тієї чи іншої вимоги. Для того, щоб ці хиби були найменшими,
устаткування слід розміщувати з урахуванням аналізу конструкцій сучасних
вітчизняних і зарубіжних локомотивів, тенденцій розвитку локомотивобуду-
вання і технологічних можливостей локомотивобудівельної промисловості.
Виконання цієї задачі вимагає великої творчої роботи на всіх стадіях проек-
тування - від передескізних розробок до випуску робочих креслень - при ба-
агократному уточненні первісних варіантів. Тому звичайно компонування
здійснюється в два етапи: ескізний і робочий. При ескізному компонуванні
розробляється основна схема локомотива в кількох варіантах і після її обго-
ворення складається робоче компонування, яке б могло послужити основним
документом на технічній і робочій стадіях проектування локомотива.
302
Крім того, що перелічене вище, на загальне компонування локомотива
впливають його призначення (рід служби), умови експлуатації, габаритні обме-
ження, рівег ь ічноі і технологічної де -коналості виробництва, сучасні тен-
денції розвитку вітчизняного й зарубіжного локомотивобудування і, кінець-
кінцем, традиції, що склалися в організації (установі) - розробнику проекту.
На підставі розгляду загальної будови локомотивів можна дійти виснов-
ку/ що розміщення устаткування на них підкоряється, перш за все,
обов’язковим вимогам, які визначаються загальними умовами виробництва й
експлуатації машин і механізмів. Дотримання цих вимог так чи інакше відо-
бражується на загальному компонуванні локомотива. Так, на всіх локомоти-
вах передбачається розміщення устаткування, при якому різниця в наванта-
женнях від колісних пар на рейки не повинна перевищувати ±3 %. Для зруч-
ності монтажу устаткування при складанні та демонтажу при розбиранні (ре-
монті) в покрівлі кузова передбачаються люки, а над крупногабаритним
устаткуванням - знімні секції покрівлі. Важке устаткування встановлюється
посередині екіпажної частини або симетрично відносно середини для рівно-
мірного навантаження візків.
У автономних локомотивів розміщення устаткування визначається наяв-
ністю крупногабаритної енергетичної (силової установки). Якщо таких уста-
новок дві, то вони розміщуються симетрично відносно поперечної площини
симетрії, що дозволяє використовувати однакові за своєю конструкцією при-
води допоміжних агрегатів, значно спрощує задачу розважування кузова.
При підвищеній потужності силової установки (3000-4000 кВт) частина до-
поміжного устаткування і систем розташовується в елементах конструкції
покрівлі кузова для отримання допустимої за умови експлуатації загальної
довжини локомотива.
На тепловозах допоміжне устаткування з приводом від вала дизеля встано-
влюється таким чином, щоб конструкція мала мінімальну кількість просіих
ланок. Для скорочення трубо- і повітропроводів, а також інших гнучких еле-
ментів окреме устаткування допоміжних систем (глушники, фільтри, теплооб-
мінники, вентилятори та ін.) розміщуються у верхній частині кузова та над ди-
зелем з викидом газів та повітря уверх, а системи забирання повітря для охо
лодження агрегатів та ін., особливо з плоскими фільтрами — в бічних стінках
кузова. При централізованій системі подачі повітря для охолодження електри-
чних машин з приводом від колінчастого вала дизеля значно скорочується кі
лькість елементів і зменшується витрата потужност на допоміж і погреои.
303
Паливний бак розміщується між візками під кузовом, його положення по-
винно якнайближче співпадати у поздовжньому напрямі з центром мас кузо-
ва і рами. Це не порушує розподілу навантажень по рушійних колісних парах
(залежно від степеня заповнення бака паливом) в процесі експлуатації тепло-
воза. У бічних, правому та лівому, вільних просторах між рамою тепловоза та
паливним баком улаштовується спеціальні відсіки для акумуляторної батареї
з доступом до них з машинного приміщення.
На всіх локомотивах передбачаються поздовжні проходи в кузові або від-
криті площадки по периметру рами локомотива при кузові капотного типу.
Такі проходи створюють необхідну зручність і безпечність в експлуатації при
обслуговуванні агрегатів і систем.
Слід відзначити, що наведені вище закономірності розміщення устатку-
вання не можуть залишатися незмінними. Поява нових принципових рішень,
удосконалення конструкцій екіпажної частини тепловозів, силового й допо-
міжного устаткування, технологій виробництва, змін умов експлуатації до-
зволяють здійснити й нові компонування.
Забезпечення оптимального розміщення устаткування в кузові електрово-
за, враховуючи його значно більшу у порівнянні з тепловозом секційну по-
тужність, є однією із складних і важливих задач сучасного електровозобуду-
вання, тому що від її розв’язання повністю або частково залежать параметри
електровоза (маса, потужність тягового й гальмівного режимів, к.к.д., коефі-
цієнт потужності та ін.).
Обсяг і маса устаткування, яке необхідне розмістити в кузові електровоза,
залежить від багатьох факторів, яких значно більше у порівнянні з теплово-
зами з електричною передачею: системи електропостачання, способу регу-
лювання режимів роботи тягових електродвигунів, потужності, колісної фо-
рмули, масогабаритних характеристик устаткування, вимог до його охоло-
дження, кліматичних умов, вимог електробезпеки при обслуговуванні устат-
кування.
Оскільки максимальні поперечні розміри кузова обмежені вимогами чин-
ного стандарту і майже на всіх вітчизняних електровозах використовується
граничні обмеження, то при проектуванні нового типу електровоза задача
полягає в тім, щоб розмістити необхідне устаткування в кузові мінімальної
довжини. Звичайно намагаються зменшити довжину кузова, тому що довжи-
на електровоза впливає на його економічні показники. Довжина електровоза,
особливо багатосекційного, визначає корисну довжину поїзда (при обмеже-
304
ній довжині станційних колій), вартість депо та ремонтних споруд (канав,
площадок, ремонтних цехів, екіпірувальних пунктів), витрату матеріалів, у
першу чергу прокату чорних металів, розміри виробничих позицій і місць
для відстою кузовів у процесі ремонту, монтажу електровоза та ін.
Гранична мінімальна довжина кузова (секції) визначається екіпажною ча-
стиною, тобто розміщення під кузовом з рамою заданої кількості колісних
пар (візків) з урахуванням автозчепних пристроїв, а також пристроїв поздов-
жніх зв’язків кузова з візками при заданих ходових якостях електровоза.
Розміщення на електровозі електричного, пневматичного та іншого уста-
ткування в основному повинно відповідати тим же вимогам, що й на тепло-
возі, але є й ряд специфічних вимог, таких як:
—	об’єднання максимально можливої кількості устаткування за функціо-
нальними й конструктивними параметрами в блоки (агрегати, панелі) з заве-
ршеним циклом складання й налагодження для скорочення складальних і
монтажних робіт безпосередньо на електровозі, а також для полегшення де-
монтажу при ремонті;
-	мінімально можлива довжина електричних комунікацій (проводів, ка-
белів, шин) і трубопроводів пневматичних систем;
-	дотримання необхідних ізоляційних відстаней по повітрю або по поверх-
нях ізоляційних деталей з урахуванням діючих напруг і можливих перенапруг,
а також електродинамічних сил, що виникають при коротких замкненнях;
-	мінімальні протяжність і аеродинамічний опір вентиляційних систем з
повітропроводами;
-	максимальне використання несучих конструкцій рам, каркасів та інших
елементів кузова в якості основ для кріплення устаткування.
Найбільш розповсюдженим компонуванням устаткування на електрово-
зах постійного струму є розташування основних агрегатів і пристроїв у висо-
ковольтній камері у вигляді двох просторових блоків, які створюють три по-
здовжні проходи: один, що співпадає з поздовжньою віссю електровоза, і два
- між блоками й бічними стінками кузова. При цьому один або обидва бічні
проходи використовуються не тільки для доступу до устаткування, але й для
переходу з кабіни в кабіну односекційного електровоза або з секції в секцію
багатосекційних електровозів. На електровозах постійного струму кількість і
обсяги устаткування невеликі, тому невикористання площі кузова для розмі
щення устаткування, обумовлене його поздовжнім компонуванням, не пере
шкоджало зростанню потужності електровозів і ускладненню їх електрооб
305
ладнання. Такий тип розміщення устаткування є характерним і для електро-
возів постійного струму останнього покоління (ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15). Але для
цих електровозів мінімальна довжина кузова визначається не обсягом устат-
кування та його компонуванням, а виробничим міркуванням, пов’язаними з
використанням уніфікованої екіпажної частини.
Необхідність неодноразового перетворення енергії на електровозах змін-
ного струму зумовлює великий обсяг устаткування, що на них встановлюєть-
ся, і визначає розміри електровозів. Тому з появою вітчизняних електровозів
змінного струму з випрямними установками розпочалися пошуки шляхів ра-
ціонального розміщення їх устаткування. Вже на перших серійних електро-
возах змінного струму відмовлялися від схеми з трьома проходами і розпоча-
ли застосовувати змішану схему з двома бічними поздовжніми (основними)
та з окремими поперечними проходами. За таким принципом були спроекто-
вані електровоз ВЛ60 та його модифікації (ВЛ60к, ВЛ60р, ВЛ60п, ВЛ60кп).
На цих електровозах устаткування було скомпоноване в окремі блоки, агре-
гати і панелі, які розміщувалися вподовж поздовжньої осі електровоза (крім
мотор-компресорів), тобто був збережений принцип поздовжнього компону-
вання, властивий електровозам постійного струму.
Подальший крок до скорочення обсягу устаткування був зроблений на
восьмивісних електровозах змінного струму, на яких був збережений лише
один наскрізний прохід уподовж однієї з бічних стінок кузова, а решта площі
використовувалася для установки устаткування. Устаткування було скомпо-
новане в блоки, але на відміну від електровоза ВЛ60 частину блоків було ро-
зміщено впоперек поздовжньої осі електровоза (блоки вентиляторів, випрям-
ні установки, згладжувальні реактори, блоки мотор-компресорів). Блоки з
силовим електроустаткування, панелі апаратури управління і допоміжних кіл
розміщувалися уподовж поздовжньої осі електровоза.
За допомогою змішаного принципу компонування блоків на восьмивіс-
них електровозах поліпшилося використання об’єму кузова в порівнянні з
поздовжнім компонуванням, прийнятим на шестивісних електровозах пос-
тійного стуму. При поперечному компонуванні основне устаткування розмі-
щується в прямокутних плоских блоках, установлених перпендикулярно до
поздовжньої осі електровоза з короткими поперечними проходами між бло-
ками. Приладом такого компонування є дванадцятивісний електровоз змін-
ного струму ВЛ85.
306
Обгрунтування вибору варіанта компонування для кожного конкретного ти-
пу електровоза, можна здійснити за допомогою наведеного нижче аналітичного
методу зіставлення різних схем розміщення устаткування та проходів у кузові.
На рис. 12.1 зображені розрахункові схеми, які дозволяють оцінити осно-
вні варіанти компонування устаткування в кузові (секції) у вигляді блоків.
Для зіставлення варіантів розміри кабіни машиніста, міжсекційних відсіків,
наскрізних проходів, що з’єднують їх, а також висота блоків приймаються
однаковими та з розрахунків виключаються. Виключаються також розміри
наскрізного поздовжнього проходу по кузову.
Рис. 12.1. Розрахункові схеми розміщення устаткування в кузові електровоза:
а) варіант з двома поздовжніми блоками устаткування і трьома поздовжніми про-
ходами; б) варіант з поперечним розміщенням блоків устаткування, двома поздов-
жніми і кількома поперечними проходами; в) варіант з поперечним розміщенням
блоків устаткування, одним поздовжнім і кількома поперечними проходами; г) ва-
ріант з поперечним розміщенням блоків устаткування, одним поздовжнім прохо-
дом, коридором шириною і кількома поперечними проходами
Критерієм використання площі кузова служить коефіцієнт к5 {
каі=^-,	(12-1)
50
де 5*0 — площа внутрішнього простору кузова, що виділяється під розмі-
щенням устаткування, м2;	= ВцЬц, (рис. 12.1),
307
- площа, зайнята устаткуванням, м2; розраховується відповідно до
варіанту компонування блоків устаткування при ширині службо-
вих проходів = сопзі;	= сопзі і їх кількості , а також при
ширині коридору якщо він передбачається.
Для спрощення уводяться позначення: ао=Ид/Во; Ро=^о/Л)ї
со0=И7£0; со^^о/Л) (Рис- 121)-
У першому варіанті рис. 13.2, а) кузов має блоки устаткування, розташо-
вані поздовжньо, і три поздовжні проходи. Практично всі блоки, як видно із
схеми, мають доступ тільки з двох протилежних блоків. Коефіцієнт викорис-
тання площі у цьому випадку визначається з виразу
_(В0-2»Г0)А)_
аі -----~т-------1 - 2а0.	(12.2)
^04)
Однак дійсне використання площі кузова у даному випадку буде значно
нижчим, тому що при визначенні величини було прийнято, що всі блоки
устаткування мають однаковий поперечний розмір, який не для всіх блоків
буде оптимальним, а проходи вибиралися по блоку з найбільшим попереч-
ним перерізом. Тоді в зоні інших блоків ширина проходу при цьому опинить-
ся надто широкою, що призведе до погіршення реального значення коефіціє-
нта , що не враховується формулою (12.2).
В другому варіанті (рис. 12.1, 6)) передбачено поперечне розміщення
блоків устаткування (з поперечними службовими проходами) і два поздовжні
наскрізні проходи. У цьому варіанті більша частина блоків (майже всі) мають
доступ з чотирьох блоків. Вибір поперечного розміру блоків більш вільний,
ніж у першому варіанті. Допустимим є застосування блоків з різними попе-
речними розмірами без погіршення використання площі. У цьому варіанті
коефіцієнта використання площі кузова к^ визначається з виразу
. _(5о-^о)(А)-"о^б) (. V, ,
де - кількість поперечних проходів.
У третьому варіанті (рис. 12.1, в)) розташування блоків устаткування по-
дібне до другого варіанту, але влаштовано один поздовжній наскрізний про-
308
хід. Доступ до блоків устаткування, як це неважко помітити, забезпечуються
З трьох боків. Для розміщення поздовжніх комунікацій можливе застосуван-
ня над ним наскрізним проходом і над блоком устаткування.
Коефіцієнт використання площі кузова к$3 у даному варіанті вище ніж у
попередньому за рахунок відсутності одного з проходів.
_ Др(£р -ирИр) _
3	о т	/г0и0'
Щ)Ч)
(12.4)
У четвертому варіанті (рис. 12.1, г)), як і удвох попередніх, є лише один
наскрізний прохід шириною Ир, але у подовж іншої стінки кузова влаштова-
но коридор шириною Ьц, який може бути використаний для розміщення по-
вздовжніх комунікацій (наприклад, шинного монтажу), форкамер систем
охолоджування, та іншого устаткування. Коефіцієнт використання площі ку-
зова £54 у цьому випадку
Л8з = ЛоА) "о^о = і _ „ьРоШ<	(12.5)
На підставі формул (12.2-12.5) можна визначити умови, при яких варіан-
ти з поперечним розміщенням блоків устаткування будуть більш вигідними,
ніж з поздовжнім розміщенням блоків. З цих формул також видно, що при
фіксованих значеннях геометричних параметрів Вр і £р варіантів компону-
вання, що порівнюються, при збільшенні кількості поперечних проходів фу-
нкції к і = /(сор ) монотонно убувають. Отже існує таке значення числа по-
перечних проходів лід, при якому:
А8і-А8і>0Г	(12.6)
г
Граничні значення максимального числа проходів у і -тому варіанті пру
(де і =2, 3, 4), які визначають дотримання умови (12.6), можна знаиги з рів-
няння к.; = Ьі:
О *	о 1
ир2 =
а0____.
(1-а0)а)р ’
ирз-
2ар .
/ ’
(Ор
(12.7)
(12.8)
309
(12.9)
г 2ад
"04=7—7
Роюо
Якщо увести позначення безрозмірної відносної довжини відсіку з устат-
куванням ~е — ад/сод або е = Лд/В$ , то можна отримати:
г є
п02 ““-----------------------------
1-а0
(12.10)
ПОЗ =2е >
г 2е
"04 = ~7Г
Лінійність функції /?д,=/(е) наДаЄ можливість увести поняття “питомий
параметр границі переходу”, тобто середнє число поперечних проходів «д,-,
що припадає на їм довжини відсіку з устаткуванням відповідно для 2, 3 і 4-го
варіантів. Цей питомий параметр відповідно дорівнює
с 1
"°2"в0-^0’
с і
"03 ” 0.5В0 ’
(12-14)
с 1
«04 =------
0,5*0
Значення ид, <«д,- визначають області застосування поперечного компо-
нування устаткування з перевагами використання площі кузова у порівнянні
з поздовжнім компонуванням.
Оцінкою ефективності використання площі кузова може виступати й ве-
личина зменшення його довжини А£д, що отримується в результаті оптима-
льного варіанта компонування для проекту електровоза, що розробляється.
Величину Д/,0 можна знайти за умови рівності площ 5д, м2, зайнятих в кузо-
ві устаткуванням: у базовому варіанті 50б, м2, і варіанті, що порівняється з
ним 5дп, м2. Для базового варіанта можна записати
^06 “ ^0^8б “^06^06^8 б’
(12.16)
де *8б - коефіцієнт використання площі кузова у базовому варіанті.
Для варіанта, що порівнюється, величина 50п, м2, буде
^0п *$п^8іі ^ОпАїгЛзп’	(12.17)
де А'8і1 - коефіцієнт використання площі кузова у варіанті, що порівнюється.
Прийнявши Вцп = Воб, отримаємо
Геометричний аналіз поперечного компонування блоків і досвід його за-
стосування на електровозах змінного струму ВЛ85 показали, що використан-
ня площі та об’єму кузова, яке при цьому досягається, на таких електровозах
поліпшується в порівнянні з поздовжнім і поздовжньо-поперечним компону-
ванням відповідно на 15 і 10 %.
Для вітчизняних електровозів скорочення довжини кузова на 1 м відпові-
дає зменшенню його маси (з устаткуванням) приблизно на 0,8 т, тому стосовно
до електровоза ВЛ85 поперечне компонування дозволяє зменшити загальну
масу кузова на 3,0-3,5 т і на 8-10 % зменшити трудомісткість його виготов-
лення. Зазначена перевага поперечного компонування може бути досягнута
тільки за умови заповнення устаткуванням усіх блоків на їх розрахункову ши-
рину. При невикористанні ширини кузова показники поперечного компону-
вання погіршуються і можуть бути нижче рівня інших варіантів.
Найбільш складними, як відмічалося вище, є розміщення устаткування на
електровозах змінного струму. Компонування устаткування в кузовах вітчиз-
няних електровозів різних типів суттєво відрізняються одне від одного, але в
них простежуються схожі технічні рішення.
Для зниження моменту інерції кузова відносно вертикальної осі (з мстою
поліпшення динамічних якостей) тяговий трансформатор, як найбільш важке
устаткування, встановлюється в центрі кузова. Але на двохсскційних елект-
ровозах за умови розподілення мас тяговий трансформатор доводиться змі-
щувати вбік на 0,1-0,5 м.
311
На електровозах зі ступінчастим регулюванням напруги на затискачах тя-
гових електродвигунів (ВЛ60 усіх модифікацій, ВЛ80 , ВЛ80 , ВЛ80с) для
того, щоб-скоротити довжину електричних комунікацій, устаткування для ре-
гулювання напруги (груповий багато позиційний перемикач, перехідний реа-
ктор) установлюється безпосередньо на верхній кришці тягового трансфор-
матора. У безпосередній близькості від тягового трансформатора розміщу-
ються перетворювальні установки (для електропостачання тягових електрод-
вигунів) і згладжувальні реактори, а також вентиляційні установки.
По можливості безпосередньо над візками розміщуються блоки силових
агрегатів з устаткуванням для управління тяговими електродвигунами візка
(реверсивними і гальмівним перемичками, контакторами, приладами ослаб-
лення поля тягових електродвигунів, захисною, комутаційною апаратурою та
ін.), а також вентиляторними установками. Таке компонування устаткування
дозволяє максимально змінити довжину повітропроводів і приєднувальних
проводів до тягових електродвигунів.
Більш легкі блоки і агрегати, такі, як панелі управління і панелі з апара-
турою для допоміжних кіл, блоки електропостачання та зарядні агрегати
встановлюються в місцях найбільш зручних для обслуговування. Бажано,
щоб блоки електропостачання (розподільні щити), а також електронні блоки
управління розміщувалися в безпосередній близькості до кабіни машиніста.
На вітчизняних електровозах змінного струму панелі з апаратурою для допо-
міжних кіл управління напругою 50 В установлюються відкрито, що полег-
шує їх обслуговування. Силове електрообладнання знаходиться у високово-
льтних камерах, які оснащуються блокувальними пристроями, які виключа-
ють можливість доступу до нього при наявності напруги на струмоприймачі.
Високовольтні камери виготовляються з суцільними або сітчастими метале-
вими огородженнями (сітками, дверцятами). З урахуванням електробезпеки
відсіань по повітрю від сітчастих огороджень до струмоведучих частин уста-
ткування, встановленого у високовольтній камері, повинна бути для номіна-
льної напруги 0,5; 3 і 25 кВ відповідно 100; 165 і 300 мм.
Для зниження рівня шуму й віорації механічне устаткування (компресор-
ні агрегати, потужні вентилятори) встановлюються на максимально можли-
вій відстані від кабіни машиніста.
Крім основного силового, механічного, пневматичного та електричного
устаткування, в кузовах установлюється устаткування, необхідне для обслу-
і овування експлуатації локомотива; пристрої локомотивної радіостанції, сиг-
312
налізації та автостопу, інструментальні ящики, ящики для інвентарю, прила-
ди ручного та автоматичного пожежогасіння тощо.
Порівняння загального компонування кузовів електровозів і автономних
локомотивів - тепловозів - дозволяє помітити, що на останніх можливість
розміщення устаткування у вигляді окремих блоків, особливо з поперечними
проходами, різко обмежена з-за наявності безпосередніх кінематичних
зв’язків колінчастого вала дизеля з приводними агрегатами та механізмами,
що розташовані по обох кінцях дизель-генератора (на тепловозах з електрич-
ною передачею) або дизеля (на тепловозах з гідравлічною передачею). Тому
поперечні проходи в кузовах тепловозів реалізуються в основному через мос-
тові перекриття над агрегатами, механізмами або їх приводами, а повздовжні
проходи - при стінках кузовів.
Компонування устаткування на покрівлях кузовів. На покрівлях теплово-
зних кузовів вагонного типу звичайно встановлюються лише звукові сигна-
льні прилади (тифони) та радіоантени, а в покрівлі вмонтовуються викидні
отвори (з жалюзі) вентиляційних пристроїв.
На покрівлях кузовів електровозів установлюється устаткування, що за-
безпечує електричне з’єднання електровоза з контактною мережею. До тако-
го устаткування належить, перш за все, струмоприймачі та прилади їх відк-
лючення, індуктивні котушки для подавлення радіоперешкод, розрядники,
з’єднувальні шини, прохідні ізолятори. У електровозів змінного струму на
покрівлях кузовів установлюються також головні вимикачі, прохідні транс-
форматори струму й напруги, фільтри подавлення радіоперешкод локомоти-
вної радіостанції, міжсекційні роз’єднувачі.
Залежно від загального компонування устаткування електровоза та конс-
трукції його окремих систем на покрівлі, окрім електроустаткування можуть
установлюватися головні та запасні резервуари пневматичної системи, змійо-
вики охолодження стиснутого повітря, що виробляється компресором, забір-
ні жалюзі вентиляційних систем, викидні жалюзі блоків пускових і гальмів-
них резисторів, кондиціонери для охолодження повітря в кабіні машиніста,
антени локомотивної радіостанції та тифони.
На електровозах постійного струму при напрузі в контактній мережі 3 кВ
особливих труднощів з розміщенням устаткування на покрівлі, як правило,
не виникає. При змінному струмі з напругою в контактній мережі 25 кВ такі
труднощі при проектуванні електровоза виникають. Це пояснюється не тіль-
ки значним збільшуванням розмірів і маси високовольтного устаткування та
313
необхідністю дотримуватися ізоляційних проміжків, більших ніж при пос-
тійному струмі, але й установленням на покрівлі головних і запасних повіт-
ряних резервуарів, викидних жалюзі вентиляційних систем гальмівних або
баластних резисторів, для яких у кузові не вистачає необхідного об’єму.
Найбільша висота вітчизняних електровозів визначається граничним роз-
міром від рівня головок рейок до робочої поверхні полоза опущеного стру-
моприймача. Цей розмір становить 5100 мм. У той же час високовольтне
устаткування електровозів змінного струму приблизно на 300 мм вище ніж
аналогічне устаткування електровозів постійного струму. Тому верхній рі-
вень покрівлі кузова електровозів змінного струму доводиться понижувати
на зазначену вище величину, що 10-15 % зменшує корисний об’єм кузова та
відповідно утруднює компонування устаткування.
На магістральних електровозах установлюються по два струмоприймачі.
У нормальних умовах піднятий і працює задній по ходу струмоприймач, але
у несприятливих погодних умовах (ожеледиця), а часто й при зрушенні поїз-
да з місця використовуються обидва струмоприймачі. Ця обставина обумов-
лює необхідність розносити струмоприймачі на максимальну можливу відс-
тань один від одного, щоб при їх одночасній роботі не виникало відтиснення
контактного проводу. Для зменшення горизонтального переміщення полоза
струмоприймача відносно контактного проводу (наприклад, при вилянні екі-
пажної частини в прямих і проходженні кривих ділянок колії) бажано, щоб
полоз по можливості співпадав своєю віссю симетрії з вертикальною віссю,
навколо якої повертається візок, над яким встановлений струмоприймач.
Обидва струмоприймачі електрично з’єднані один з одним. Для відклю-
чення (роз’єднання) струмоприймачів у випадку виходу з ладу одного з них
застосовуються високовольтні роз’єднувачі з ручним приводом, що розташо-
вуються під покрівлею кузова. На електровозах змінного струму роз’єднувачі
розташовуються таким чином, щоб доступ до їх привода був можливим з ви-
соковольтної камери. Самі роз’єднувачі встановлюються на максимально мо-
жливому віддаленні від струмоприймачів, щоб у випадку поломки струмоп-
риймача, частина, що від нього відділилася, не спричинила коротке замикання.
На двосекційних електровозах змінного струму на покрівлі передбачаєть-
ся установлення додаткових високовольтних роз’єднувачів, призначених для
відключення всього високовольтного устаткування секції у випадку пробою
або зруйнування ізоляторів. Ці роз’єднувачі розміщуються як найближче до
торцевої частини секції, щоб по можливості відключати найбільшу кількість
314
опорних ізоляторів шинного монтажу пошкодженої секції. Шини що
з єднують електричне устаткування, встановлюються на ізоляторах. На елек-
тровозах постійного струму застосовуються пластмасові, а на електровозах
змінного струму - фарфорові ізолятори (останні - розраховані на номінальну
напругу 35 кВ).
Для зниження рівня механічних діянь на електровозах змінного струму
електричні підключення до головного вимикача та інших апаратів здійсню-
ються за допомогою гнучких шунтів з неізольованого гнучкого багатожиль-
ного дроту.
Основні вимоги охорони праці при компонуванні машинного приміщення
кузова локомотива спрямовані на створення таких умов праці локомотивної
бригади та іншого обслуговуючого персоналу (при технічному обслугову-
ванні й ремонті локомотива), які б виключали можливість виробничого трав-
матизму й професійних захворювань.
У машинному приміщенні площа вікон повинна бути неменшс ніж 12-
15 °о площі підлоги. Для безпечного пересування обслуговуючого персоналу
в кузові магістрального локомотива необхідно, щоб ширина проходів була не
менше ніж 500 мм. Для відведення газів і надлишкової теплоти з машинного
приміщення слід установлювати вентилятор, який повинен забезпечувати 10-
15 кратний обмін повітря за годину, а також улаштовувати вікна або люки які
б могли відкриватися та фіксуватися у декількох положеннях. Для виклю-
чення виходу вікон або люків у відкритому положенні за габарит рухомого
складу, вони повинні мати обмеження. Зовнішні двері кузова повинні відкри-
ватися усередину і мати ручки замкненого контуру для виключення зсков-
зання руки при відкриванні двері.
На локомотивах з капотними кузовами бічні та торцеві відкриті площадки
огороджуються поручнями-бар’єрами з висотою 800-900 мм; також огоро-
джуються поручнями й мостові перекриття (переходи) через устаткування в
кузові, вихід на площадку та вхід до кузова здійснюється по східцях шири-
ною 100 мм з кроком 240-300 мм. Нижній східець установлюється на відста-
ні 400 мм від рівня верхньої грані головки рейки.
Для виходу на покрівлю кузова передбачається встановлення сходів або
скоб (у односекційних локомотивів на бічній стінці кузова, у баї агосскційних
— звичайно на торцевій стінці, протилежній кабіні машиніста). Дозволяється
вихід на покрівлю з тамбура, машинного приміщення або високовольтної ка-
мери (у електровозів) через люк розміром 500x500 мм. Блокувальні пристрої
не повинні допускати виходу людини на покрівлю електровоза при піднято-
му струмоприймачі.
315
12.2.	Кабіна машиніста, її обладнання, вібро-, тепло- та шумоізоляція,
антропологічні вимоги та вимоги охорони праці.
При проектуванні локомотива необхідно враховувати, що його загальне
компонування повинно бути тісно пов’язане з вимогами охорони праці і ви-
робничої санітарії, спрямованими на виключення передчасного стомлення,
професійних захворювань і травматизму локомотивної бригади та обслуго-
вуючого ремонтного персоналу, на забезпечення високої продуктивності
праці й безпеки руху поїздів. Належні умові праці локомотивної бригади
сприяють також підвищенню техніко-економічних показників експлуатації
локомотива.
Типові вимоги охорони праці, виробничої санітарії та протипожежної
безпеки розповсюджуються на всі магістральні й маневрові локомотиви - те-
пловози та електровози, - що проектуються для використання на мережі залі-
зниць України. Ці вимоги, поруч з нормуванням офарблення екіпажної час-
тини й устаткування, безпеки руху й обслуговування, мікроклімату в кабіні
машиніста й машинному приміщенні, рівня звуку, освітленості приладів і
приміщень, установлення санітарно-побутових пристроїв та ін. у значній мірі
впливають на конструкцію й компонування локомотива, його основних час-
тин і особливо - кабіни машиніста, її обладнання вібро-, тепло- й шумоізоля-
ції, антропометричні характеристики тощо.
Основне призначення кабіни машиніста — це розміщення локомотивної
бригади та механізмів і органів управління локомотивом. Кабіна повинна за-
безпечувати певні умови роботи машиніста та його помічника на магістраль-
них локомотивах, а на маневрових і промислових (за наявності додаткового
спеціального устаткування) можуть бути створенні умови для управління ло-
комотивом та його обслуговуванням “в одну особу”, тобто тільки машиніс-
том. З основних умов перш за все слід виділити необхідну зону огляду не
тільки в напрямі руху, але й для періодичного спостереження стану складу
поїзда, виконання маневрової роботи, контролю місцезнаходження станцій-
них працівників при виконанні технологічних операцій тощо.
Конструкція кабіни залежить від роду служби локомотива. На магістра-
льних односекційних локомотивах установлюються по дві кабіни (ширина
яких відповідає ширині кузова) по кінцях кузова. Це забезпечує найкращу
видимість колії, сигналів і зводить до мінімуму “мертву зону” огляду. На
двосекційних локомотивах встановлюється одна кабіна наприкінці секції, але
секції з єднується таким чином, щоб на кожному кінці локомотива було по
316
кабіні. На локомотивах, що складаються з трьох або більше секцій, проміжні
секції можуть виконуватися зовсім без кабін.
Маневрові та промислові локомотиви мають одну кабіну, яку для забез-
печення можливо більше широкої зони огляду намагаються розмістити як
найближче до поперечної осі симетрії локомотива, але це не завжди вдається
з-за конструктивних обмежень, і кабіна зміщується до прикінцевої частини
локомотива. При кузові капотного типу кабіна звичайно має виходи як у бік,
так і уподовж кузова на відкриті поздовжні площадки. При обслуговуванні
маневрового або промислового локомотива “в одну особу” кабіна додатково
оснащується устаткуванням, яке дозволяє сполучати функції машиніста та
помічника з повним дотриманням умов безпеки руху. Це, перш за все, вста-
новлення другого пульта управління з боку помічника машиніста, система
дзеркал, яка створює умови повного огляду зони пересування локомотива з
будь-якого боку кабіни та ін. Робилися спроби для промислових локомотивів,
які працюють на технологічних дільницях виробництва з надто агресивними
умовами (висока температура, загазованість, запиленість то що), застосуван-
ня виносних пультів управління, що дозволяло управляти маневровими пере-
суваннями локомотива зовні.
Згідно з санітарно-гігієнічними та ергономічними вимогами площа кабіни
повинна бути не менше 5,5 м2, висота кабіни від рівня підлоги до стелі - не
менше ніж 2 м, довжина повздовжній осі — не менше 1,7 м, вільна площа - не
менше 1,8 м2. Ширина проходів до крісел машиніста і помічника повинна бу-
ти не менше ніж 300 мм, до двері — не менше 500 мм. Для забезпечення хо-
рошої видимості ділянки колії, що знаходиться попереду, тобто по ходу ло-
комотива, контактного проводу, поїзних та маневрових сигналів у кабіні пе-
редбачається площа вікон неменше 2,2 м2 з розташуванням нижньої кромки
віконного скла не вище ніж 900-1100 мм, а верхньої не нижче ніж 1,8 м від
підлоги кабіни. Це створює достатній огляд зовнішніх об’єктів із положення
сидячи і стоячи та дозволяє машиністу змінювати пози під час роботи.
По всій ширині передніх вікон кабіни встановлюються відкидні регулівні
по висоті світлофільтри (тіньові щитки), які забезпечують надійний захист
очей машиніста й помічника від прямих сонячних променів і світла прожек-
тора зустрічного локомотива. Бічні вікна кабіни повинні мати можливість ви-
суватися або опускатися з шириною пройму не менше ніж 500 мм. Перед ни-
ми на магістральних локомотивах по ходу руху, а на маневрових і промисло-
вих — з обох боків розміщуються поворотні щитки (паравани) по всій висоті
317
вікна, в рамках шириною 100-150 мм. Ці щитки при певному відрегульова-
ному кугі повороту (установки) захищають очі машиніста й помічника від
зустрічної о потоку повітря, пилу, дощу та снігу, коли вони визирають з біч-
них вікон.
Вікна в кабінах і паравани виконуються зі скла типу “Триплекс” або з ор-
ганічного скла, яке якщо розбивається то не створює осколків. По нижньому
краю бічних вікон влаштовуються м’які підлокітники. Над вікнами та зовні-
шніми вхідними дверцями монтується жолобки для стоку дощової води.
При прийнятій в Україні на країнах СНД системі правостороннього заліз-
ничного руху (за деякими виключеннями, наприклад, в напрямі Москва-
Голутвін, Росія) пульт управління з контролером, реверсом та іншими основ-
ними органами управління локомотивом встановлюється в кабіні з правого
боку по ходу руху. Панель з контрольно-вимірювальними приладами на
пульті управління повинна бути розташована на висоті не менше ніж 600 мм
від підлоги кабіни та відповідати ергономічним вимогам. Рукоятка або штур-
вал контролера повинні бути розміщенні ліворуч попереду машиніста на ви-
соті 750-900 мм від підлоги кабіни.
Сидіння (крісла) для локомотивної бригади повинні бути зручними в будь
якому їх робочому положенні, регулівному по висоті в межах 450-600 мм від
рівня підлоги кабіни та пересувними 150-200 мм по горизонталі у двох взаємно
перпендикулярних напрямах. Інші антропологічні та санітарно-гігієнічні вимоги
задовольняються тим, що покриття сидінь робиться повітропроникним, а конс-
трукція у цілому - віброгасною, з належним і естетичним оформленням.
На магістральних тепловозах кабіни машиніста рекомендується відокре-
млювати від машинного приміщення тамбурами, що усуває проникнення
надто теплого забрудненого повітря в робочу зону локомотивної бригади,
сприяє зменшенню рівню шуму та безпечній евакуації людей при пожежі.
Додатковим бар’єром у цьому ж значенні служить високовольтна камера.
Для загальної теплоізоляції кабіни широко застосовуються мати та про-
кладки з міпори та капронового волокна, обшивка з ДВП, ДСП тощо, які од-
ночасно сприяють шумоізоляції. Для зниження рівня вібрації та шуму кабіна
може встановлюватися на спеціальних амортизаторах і відокремлюватися від
тамбура або машинного приміщення гумовими прокладками, пінопластом,
протишумовою мастикою та іншими матеріалами.
318
На покрівлі кабіни роз ашовуються дефлектори витяжної вентиляції, а
належний мікроклімат кабіні створюються системою калориферного або еле-
ктричного опалення та кондиціювання повітря.
Забороняється встановлювати в кабіні:
-	агрегати і апарати, що створюють у процесі роботи шум;
-	вогненебезпечне та вибухонебезпечне устаткування, в тому числі й під
підлогою кабіни;
-	прилади зі світним складом постійної дії;
-	внутрішнє оздоблення з металевих листів.
Особливості кабін машиніста магістральних електровозів старих поколінь
достатньо детально описані в літературі [17, 25]. Нижче розглядаються особ-
ливості, властиві електровозам відносно нового покоління, що експлуату-
ються на залізницях України.
Як і кабіни тепловозів, кабіни електровозів розраховані на правосторонній
рух, тому робоче місце машиніста знаходиться з правого боку, а помічника - з
лівого. Традиційно для всіх вітчизняних електровозів, починаючи з 50-х років
минулого століття, вхід у кабіну здійснювався з кузова, а вхід у кузов - через
двері в бічних стінках кузова. Таке розташування вхідних дверей дозволяє
краще ізолювати кабіну від зовнішнього середовища, підвищити її герметич-
ність, що особливо важливо для локомотивів, що експлуатуються в умовах
низьких температур.
Найбільш повно сучасним вимогам відповідає кабіна електровоза ВЛ85,
не дивлячись на те, що він був створений у 1981-1982 р.р. Тому ця кабіна бу-
ла прийнята в якості базової для електровозів наступних випусків. Плануван-
ня кабіни електровоза ВЛ85 та її геометричні розміри розраховані на роботу
в ній машиніста, його помічника, а також на перебування в ній машиніста-
інструктора.
Ширина кабіни забезпечує найбільш повне використання поперечного
будівельного окреслення електровоза. Висота кабіни — понад 2 м, а довжина
у порівняні з аналогічним розміром кабін електровозів ВЛ60 і ВЛ80 усіх мо-
дифікацій збільшена на 25 %. Відстань від задньої стінки кабіни до задньої
кромки пульта управління оберненої до машиніста становить понад 1,1 м. З
урахуванням того, що в пульті управління електровоза ВЛ85 передбачена
ніша для ніг при управлінні стоячи, цей розмір відповідає вимогам усіх чин-
них документів — стандартів, інструкцій технічних вимог тощо.
319
Загальне компонування устаткування в кабінах визначається, перш за все,
конструкцію пульта управління. Якщо на електровозах ВЛ60, ВЛ80, ВЛ10,
ВЛ11 усіх модифікацій були застосовані окремі пульти управління для ма-
шиніста і помічника, то на електровозі ВЛ85 застосований загальний пульт,
аналогічний пультам електровозів ВЛ8 і ВЛ23, що випускалися раніше, а та-
кож електровозів ЕТ42 і 8г 1.
Застосування об’єднаного пульта суттєво поліпшило загальне компону-
вання устаткування в кабіні, використання корисної площі кабіни, а також її
естетичний вигляд.
На електровозах змінного струму, які випускалися раніше, частина устат-
кування розміщувалася на задній стінці кабіни: автоматичні вимикачі кіл
управління, пульт управління радіостанції та ін. На електровозах постійного
струму додатково встановлювався громіздкий контролер машиніста у вигляді
окремої тумби з ліва по переду від машиніста. На електровозах ВЛ85 і ВЛ15
все устаткування розміщується на пульті управління.
Під ногами машиніста і помічника в спеціальних нішах знаходяться елек-
тричні пічки потужністю 1 кВт кожна. Такі ж пічки розмішені на бічних сті-
нках кабіни між бічними вікнами і машиністом (помічником). Нагріте повіт-
ря від них утворює теплові завіси між бічними вікнами і внутрішніми прос-
торами кабіни.
Як відмічалося вище, зараз в Україні створюється електровози найнові-
шого покоління, в кабінах яких, окрім вже ставших традиційними, установ-
люються прилади бортових систем діагностування та нове електронне устат-
кування контрольно-інформаційного та іншого призначення.
12.3.	Розважування локомотива
Розважування локомотива визначає в процесі компонування таке взаємне
розі ашування його устаткування, при якому зберігаються функціональні
зв язки і реалізується найвигідніший розподіл навантажень від колісних пар
на рейки. Зокрема якщо всі колісні пари є рушійними, то це навантаження, як
вже відмічалося вище, повинно бути розподілено між ними рівномірно, з
прийнятим в практиці локомотивобудування відхиленням не більше ±3 °о.
Крім цього, абсолютна величенна навантаження від колісної пари на рейки
не повинна перевищува и значення, встановлене для рейки даного типу.
Таким чином, з позицій, що зазначенні вище, основними завданнями роз-
важування є:
320
-	визначення службової та зчіпної маси локомотива і навантажень від ку-
зова й рами з устаткуванням на передній і задній візки;
-	визначення навантажень від колісних пар на рейки;
вирівнювання навантажень від кузова на візки і від колісних пар на
рейки у випадках, коли різниця навантаження перевищує допустиму;
-	доведення навантажень від колісних пар на рейки до необхідної або за-
даної величини.
Розважування може бути повздовжнім (тобто, у повздовжній вертикаль-
ній площині) і поперечний (у поперечній вертикальній площині), з розважу-
ванням візків і без нього.
Задача розважування розглядається як статична, площинна. Приймається,
що кузов спирається на візки у двох точках (фізичних або уявних, залежно
від конструкції зв’язків кузова з візками; залежно від цього визначаються ко-
ординати цих точок, причому вважається, що вони лежать на повздовжній
осі, що проходить через центри зачеплень автозчепів). Тому знаходження на-
вантажень на передній і задній візки — задача статично визначена. Що стосу-
ється навантажень від колісних пар на рейки при кількості колісних пар у ві-
зку три і більше, то знаходження цих навантажень (розважування візків) -
задача статично невизначена. Але при проектуванні візків і зв’язків кузова з
візками звичайно ставиться задача компонування за умови рівномірності на-
вантажень від колісних пар на рейки. Тому при розважуванні локомотива ча-
сто приймається, що положення точки спирання кузова на візок разом з ма-
сами елементів власно візка забезпечує приблизно однакові навантаження від
колісних пар на рейки з відхиленням не більше ±3 %. Це спрощує розрахунок
розважування локомотива без помітної втрати точності результату.
Таким чином, для визначення навантажень від кузова на візки достатньо
виконати тільки розважування надвізкової будови локомотива. Якщо треба
визначити ще й навантаження від колісних пар на рейки, то необхідно або
виконати розважування візків, або прийняти, що маси візків спричиняють
однакові навантаження від колісних пар на рейки.
При розрахунку повздовжнього розважування використовуються два рів-
няння статики: суми сил і суми моментів цих сил відносно довільно вибраної
осі. З метою єдиного підходу до розв’язання задачі розважування при проек-
туванні прийнято в якості зазначеної вище осі моментів брати вертикальну
вісь 0-0 (рис. 12.2, а)), яка проходить через центр зачеплення переднього ав-
тозчепу локомотива. У багатосекпійних магістральних локомотивів переднім
вважається автозчеп, установлений з боку кабіни машиніста, у односекційних
- з боку кабіни, протилежної холодильній камері.
321
±4	Р” рп	рз	рз	рз
Рпп	ргт	Рлп	Рпз	Рпз	рлз
Рис. 12.2. Схема розважування тепловоза:
0 0 і Оо - умовна вісь і центр моментів відповідно; А — вихідна координата поло-
ження переднього візка відносно рами і кузова; /і] і — відстані між осями сумі-
жних колісних пар візка; — відстань між юнками спирання надвізкової будови
на візки, /|, І2 '-- іц — відстані від умовного центра моментів до центрів мас елеме-
нтів кузова і рами; С], О2-..СП - сили ваги елементів кузова і рами; Цк - центр
ваіи кузова і рами; йґц — відстань від умовного цеп гра момен тів до центра мас ку-
зова і рами; Ск - рівнодіюча сили ваги кузова і рами; і СС,, - навантаження
від кузова і рами на передній і задній візки відповідно; і — відстані від
центра мас кузова до гонок спирання на візки; /?п і — повне навантаження на
рейки від колісних пар переднього і заднього візка відповідно; рІШ і рІ13 — підре-
сорене навантаження на рейки від колісних пар переднього і заднього візків відпо-
відно
322
У маневрових локомотивів з кузовом капотного типу переднім вважається
автозчеп з боку довгої частини кузова; відповідно до автозчепів розрізнюються і
візки. При цьому приймається, що центри зачеплення переднього та заднього
автозчепів лежать у повздовжній горизонтальній площині симетрії локомотива,
на його повздовжній осі, а центри мас елементів конструкції знаходяться на од-
ному вертикальному рівні, що співпадає з віссю зачеплень автозчепів. Таким
чином, точка перетину вертикальної осі 0-0 з віссю зачеплень автозчепів утво-
рює так званий центр статичних моментів - точку О0 на рис. 12.2, а).
При поперечному розважуванні вважається, що центри мас усіх елементів
конструкції лежать в едицій площині - поперечній вертикальній площині си-
метрії локомотива, на вертикальному рівні, що співпадає з віссю зачеплень
автозчепів. Статичні моменти сил, які створюються цими масами, визнача-
ються відносно умовного центра моментів - точки, що лежить на повздовж-
ній осі симетрії локомотива, проведеній через центри зачеплень автозчепів, у
зазначеній вище поперечній площині симетрії.
Якщо розважування виконується за повним циклом, тобто у повздовж-
ньому і поперечному напрямках, то складається відомість розважування за
формою табл. 12.1, яка розробляється у порядку розподілу креслень елемен-
тів локомотива по групах і підгрупах. Якщо розважування в поперечному на-
прямі не виконується, графи 7 і 8 відомості не заповнюються.
Оскільки методика розрахунків однакова, далі розглянемо задачу розва-
жування локомотива у повздовжньому напрямі, у припущенні, що від елеме-
нтів візків навантаження по колісних парах розподіляється рівномірно
Розрахунок розважування проводиться в два етапи. На першому визнача-
ється положення центра мас надвізкової будови, на другому — відстані від
центра мас до точок прикладення навантажень від кузова на візки.
Таблиця 12.1
Відомість розважування локомотива
Наймену- ймену- вання	Номер креслення	Маса, 2і>т	Сила ваги Сі , кН	Повздовжній напрям		Поперечини напрям	
				плече /р м	момент Мі, кН м	плече Ьі , м	момент М'і , кН м
1	2	3	4	5	6	7	8
							
Складається спрощена відомість розважування, без граф, що відносяться
до поперечного напряму, табл. 12.2 (наприклад, для маневрового тепловоза з
кузовом капотного типу).
323
і ашіиця 12.2
Відомість розважування тепловоза ......у повздовжньому напрямі
(серія)
Найменування	Маса, й>т	Сила ваги 0^, кН	Плече /,,м	Момент Мі , кН м
1	2	3	4	5
Дизель-генераторна група				
Рама тепловоза з приладдями і баластом				
Устаткування холодильної камери				
•••				
Інші агрегати та вузли				
				
Інструмент і приладдя				
Паливо (2/3 запасу)				
Вода (2/3 запасу)				
Масло (2/3 запасу)				
Пісок (2/3 запасу)				
Локомотивна бригада				
Надвізкова будова тепловоза (з екіпіровкою)	їй	Ей		І(Й4)
Візок:				
- підресорена частина			—	—
- непідресорена частина			—	—
- візок повністю			—	—
Тепловоз:				
- підресорена частина			—	—
- службова маса			—	—
- зчіпна маса			—	—
- порожня маса (без екіпіровки)			—	—
На першому етапі накреслюється схема розважування рис. 12.2, а), на
якій позначаються центри мас елементів надвізкової будови тепловоза і всі
конструктивні координати згідно з відомістю розважування. Маси вузлів
т, перераховуються на значення сил ваги 6,, кН, за формулою:
(12.19)
324
де 8= 9,81 м/с2 - прискорення сили тяжіння;
і записуються в графі 3 відомості.
Для кожного вузла визначається величина моменту М/} кІІ м, який ство-
рює сила його ваги С, на плечі м:
(12.20)
Отримані значення Л/, записуються в графі 5 відомості.
Після цього визначається сумарна сила ваги надвізкової будови тепловоза
п
= Е > кН, рівнодіюча якої прикладається в центр ваги надвізкової бу-
і=\
п
дови. Визначається також сумарний момент Л/к = У, Мі, кН-м, і координата
/=1
центра ваги надвізкової будови Хц, м, - відстань від центра ваги до умовно-
го центра моментів
Для попередньо прийнятого положення візків відносно кузова по відомих
координатах А, В|, В2, Ьи визначаються величини відстаней від центра ва-
ги Цк до точок спирання кузова на візки ап і а3,м (рис. 12.2, б)).
Навантаження від кузова з обладнанням і рами на передній і задній візки
С7КП, кН, і (7КЗ, кН, відповідно, визначаються обернено пропорційно відста-
ням ап і а3:
С =0	(12.22)
°КІІ ^КЗ	г ’	47
а =6	(12.23)
°кз ,
Якщо отримані величини (7КІІ і (7КЗ відрізняються одна від одної більше
ніж ±3 %, подальше розважування припиняється й навантаження на візки ви
рівнюється. Це досягається одним з таких способів, вибір якої о обґрунтову
ється конструктивними, технологічним та іншими міркуваннями.
325
—	зміною в межах можливого положень елементів конструкції в кузові і
рамі у повздовжньому напрямі;
-	зміною положень точок спирання кузова з рамою на візки без зміни від-
стані Лн між ними;
—	те ж зі зміною відстані Ьн.
Два останні способи можуть бути реалізовані в межах конструктивно
можливих переміщень на рамі тепловоза шкворневих вузлів, маятникових і
бічних опор (тобто залежно від типу зв’язків кузова й рами з візками) з ура-
хуванням подібних можливостей зміни положень відповідних частин опор,
що встановлені на візках.
Але навіть коли в результаті першого етапу розважування була досягнута
рівність ^ки^^кз, Цей результат не може бути зафіксований як остаточний;
рівність навантажень від кузова на візки ще не означає рівність навантажень
від колісних пар на рейки.
Тому розв’язання другого етапу розважування базується на припущенні,
що при попередньо прийнятому положенні візків відносно умовного центра
моментів (координата А на рис. 12.2, а)) навантаження від кузова передається
на передній візок в точці, яка відповідає умові рівномірності навантаження
підресореної частини візка хц] (рис. 12.3) і координату центра мас підресо-
реної частини візка хпр Але при розважуванні слід враховувати, що можли-
вість перерозподілу мас підресореної частини візка з метою зміни координа-
ти її центра мас дуже обмежена з-за щільності компонування будови візка.
Зрозуміло, що рівномірний розподіл навантаження від колісних пар на
рейки забезпечується якщо рівнодійна (7рВ навантажень від підресорних час-
тин візка С7ІІВ і кузова (7ПК проходить через центр пружності системи пруж-
ного підвішування візка. За цієї умови й визначається координата точки хк]
прикладення навантаження від кузова й рами на передній візок (рис. 12.3)
хк 1 ~
Єрв ’ *ці Єпв хпі
{-Лік
(12.24)
326
Рис. 12.3. До визначення координати
точки прикладення навантаження від
кузова і рами тепловоза на передній
візок
Величина хкі розраховується на
підставі даних відомості розважу-
вання. Якщо отримане значення х„і
А відповідає прийнятій координаті
(рис. 12.2, а)), то попередньо при-
йняте положення переднього візка
відносно умовного центра моментів
(й відносно кузова і рами) було ви-
бране правильно.
Якщо значення хк1 не відповідає
координаті А настільки, що наван-
таження від колісних пар на рейки
відрізняються одне від одного біль-
ше ніж на ±3 %, положення перед-
нього візка (координату А) треба змінити, не порушуючи умову ап = а3
(рис. 12.2, б)). Обидва візки конструктивно аналогічні, тому описаний вище
розрахунок координати хкі (для заднього візка хк2) звичайно не виконується.
При передескізному та ескізному розгляді задачі розважування може за-
здалегідь передбачатися умова, що прийняте положення переднього візка ві-
дносно умовного центра моментів (координата А) вже відповідає центру
пружності, тобто значення хці відоме. Тоді на другому етапі розважування
вважається, що хкі = хц1. У такому випадку при ап =а3 розподіл наванта-
жень від підресореної і непідресореної будови локомотива по колісних парах
буде рівномірним.
За цих умов подальше розваження зводиться до визначення всіх видів на-
вантажень від колісної пари на рейки окремо для переднього та заднього візка.
- підресорене навантаження, що припадає на одну колісну пару передньо-
го рпп, кН, і заднього рпз, кН, візків (при кількості колісних пар у візку кв)
Аіп= —
кв
+ ^П;
КВ
“в
(12.25)
(12.26)
327
де Овп - підресорене навантаження візка, кН, однакове для переднього та за-
днього візків, що приймається з відомості розважування.
— непідресорене навантаження від однієї колісної пари />вн, кН, однакове
для переднього та заднього візків
Рвн ’ 2кв
(12.27)
де (7 - загальне навантаження від непідресорених мас локомотива (секції), кН.
Повне (сумарне) навантаження від колісної пари на рейки для передньо-
го рп. кН, і заднього р3, кН, візків
Рп = Рпп + Рвп;	(12.28)
Рз = Рпз + Рвн •	(12 29)
Слід зауважити, що якщо розважування візків виконувалося, то підресо-
рене й непідресорене навантаження від мас візків враховується згідно з ре-
зультатами цього розважування.
Результати визначення повних навантажень на рейки від колісних пар пе-
реднього та заднього візків якщо їх різниця не перевищує ±3 % і якщо вони
відповідають по абсолютній величині передбаченій проектним завданням
зчіпній (службовій) масі локомотива 2ЗЧ, т,
=(0,97...1,03)-Єзч-	(12-30)
7, О 1
визначаються задовільними та фіксуються (відображуються на схемі розва-
жування рис. 12.2, б)).
Вище відмічалося, що коли різниця в навантаженнях від кузова на візки
перевищує ±3 %, їх необхідно вирівняти одним з наведених способів. Те ж
саме слід зауважити й відносно різниці повних навантажень від колісних пар
на рейки, вирівнювання яких здійснюється за допомогою тих же способів.
Окремо слід зауважити лише те, що вирівнювання навантажень від колісних
пар на рейки можна здійснити ще й за допомог ою баласту, певна маса і плече
розміщення якого відносно центра моментів підбирається дослідним шляхом.
Баласт застосовується також, коли треба збільшити навантаження від коліс-
ної пари на рейки до заданої величини (тобто коли зчіпна маса локомотива
328
шсля компонування опинилася меншою ніж та, що була в
ним завданням), якщо досягти цього іншими засобами не вдається
Баласт конструктивно являє собою компактні маси матеріалу з великою
питомою масою (щшьністю), наприклад чавуну, бетону та інших які оозмГ
щуються в порожнинах рами локомотива та закріплюються в них різними те’
хнічними засобами.
Баластування також застосовується в конструкціях деяких серій маневро-
вих і промислових тепловозів, що призначаються для експлуатації в епецифі
чних умовах, які вимагають реалізації великої дотичної сили тяги без буксу-
вання: наприклад, на сортувальних гірках, у виїзних траншеях гірничоздобу
ваючих підприємств, на деяких технологічних ділянках металургійних підп-
риємств та інших ділянках з надмірно крутими підйомами.
329
13.	ПРОЕКТУВАННЯ БУДІВЕЛЬНОГО ОКРЕСЛЕННЯ
ЛОКОМОТИВА (ВПИСУВАННЯ В ГАБАРИТ)
13.1.	Поняття про габарити і будівельне окреслення локомотива
Для безпечного руху по залізничній колії рухомий склад повинен мати
поперечний переріз, який не перевищує певних розмірів.
Контур, що обмежує найбільші допустимі розміри поперечного перерізу
рухомого складу на різній висоті від рівня головки рейок, називається габа-
ритом рухомого складу. Відповідно до цього жодна будова або інший колій-
ний пристрій не повинні наближатися до осі колії на відстань меншу певних
розмірів. Контур, що обмежує найменші допустимі розміри (на різній висоті
від рівня головок рейок) наближення будов та інших колійних пристроїв до
осі колії називається габаритом наближення будов.
Між габаритом рухомого складу та габаритом наближення будов, що йо-
го оточує, залишається деякий простір, призначений як для звичайних змі-
щень з осі колії рухомого складу під час його руху, так і для можливих зсувів
і перекосів власно колії. Крім того, на двоколійних лініях рухомий склад при
найбільших його зміщеннях не повинен заходити за уявну вертикальну лінію,
яка проходить через середину міжколії. На тих висотах від головки рейки, де
ця лінія розташована ближче до осі колії, ніж контур габариту наближення
будов, межею найбільших зміщень рухомого складу є саме ця лінія.
Слід відмітити, що вперше у світовій практиці єдині габарити наближен-
ня будов і рухомого складу як обов’язкові були встановлені на вітчизняних
залізницях практично з початку їх будови (1860 р.). Ці габарити були насті-
льки прогресивними для тих часів, що протягом понад 120 років зберігали
свої основні розміри, чим забезпечили можливість побудови рухомого складу
з найбільшим об’ємом на одиницю довжини.
Будівельним окресленням локомотива називається замкнений контур, що
лежить у площині перпендикулярній осі колії, за межі якого не повинні ви-
ходити елементи локомотива при установленні його на прямій горизонталь-
ній ділянці та при суміщенні повздовжньої вертикальної серединної площини
екіпажу з віссю колії. Побудова окреслення зводиться до визначення його
максимальних допустимих розмірів по вертикалі й горизонталі.
Найбільші допустимі вертикальні розміри локомотива поверху відпові-
дають розмірам габариту за умови, що локомотив знаходиться в ненаванта-
женому стані або встановлений на візках з максимальним діаметром коліс.
330
Найменші допустимі вертикальні розміри локомотива понизу встановлю-
ються шляхом збільшення вертикальних розмірів габариту на величину мож-
ливого в експлуатації пониження екіпажа внаслідок максимальною нормова-
ного зносу ходових частин, осадки пружного підвішування та прогину рами.
Максимальні допустимі горизонтальні розміри проектного локомотива на
будь-якій висоті від рівня головок рейок визначаються шляхом зменшення
подвійних розмірів габариту на подвійну величину можливих поперечних
зміщень рухомою складу за рахунок конструктивних відхилень, технологіч-
них зазорів, величини найбільших допустимих зносів деталей ходових частин
і розширення рейкової колії.
Проектними вимогами визначено, що всі локомотиви залізниць України
колії 1520 мм залежно від їх призначення та умов експлуатації по своєму зо-
внішньому (будівельному) окресленню повинні проектуватися за умови впи-
сування в габарити рухомого складу, встановлені державним стандартом
ГОСТ 9238-83. Дія локомотивів цим стандартом встановлені габарити Т, Тц,
Тпр, 1-Т, 1-ВМ, 0-ВМ, 02-ВМ, 03-ВМ. Габарити, що перелічені вище, ство-
рюють дві групи. Перша з них (Т, Тц, Тпр, 1-Т) розповсюджується на рухо-
мий склад (локомотиви) допущених до обертання тільки на залізницях Укра-
їни та країн СНД колії 1520 мм. Нижні окреслення габаритів Ті 1-Т відно-
сяться до локомотивів, що проходять по всіх коліях залізниць України та кра-
їн СНД шириною 1520 (1524) мм, за виключенням колій механізованих
сортувальних юрок. Габарити 1 ВМ, 0-ВМ, 02-ВМ, 03-ВМ розповсюджують-
ся на локомотиви, допущені до обертання як на залізницях України та країн
СНД, так і на залізницях інших країн, які мають колії шириною 1435 мм (так
звані західноєвропейські).
Оскільки будівельне окреслення локомотива тісно пов’язане з габаритом, то
його проектування часто й називають „вписуванням в габарит”. Точніше, під
вписуванням в певний габарит розуміється визначення в різних поперечних пе-
рерізах найбільшої ширини та висоти локомотива, допустимих габаритом.
Таким чином, контури будівельного окреслення в різних поперечних перері-
зах локомотива будуються по габариту рухомою складу шляхом коригування
його розмірів на величини максимальних зміщень екіпажної частини, які ство-
рюються внаслідок конструктивних вічних переміщень, осадження пружною
підвішування, прогину рами, зазорів і зносів окремих конструктивних елемен-
тів. Зміщення локомотива, що викликаються станом окремих елементів колії га
коливанням на пружному підвішуванні, при цьому не враховується.
Отже практично проектування будівельного окреслення локомотива зво-
диться до зменшення розмірів габариту:
331
— горизонтальних — на величину зазорів та зносів, зазначених вище, а та-
кож виносів частин локомотива в кривих ділянках колії, обчислюваних пер-
пендикулярно до осі колії;
- вертикальних - на величину статичного прогину пружного підвішування
та зносів елементів ходової частини, вимірюваних у вертикальному напрямі.
З наведеного вище видно, що встановлені ГОСТ 9238-83 габарити за
принципом їх побудови та застосування є статичним і не враховують нахилу
кузова при бічному хитанні і проходженні кривих (з-за підвищення зовніш-
ньої рейки). Ці переміщення враховані в розмірах габаритів наближення бу-
дов. Норми вписування в габарит оговорюється в технічному завданні на ро-
зробку кожного нового локомотива - тепловоза або електровоза - і в техніч-
них умовах на виготовлення та поставку всіх локомотивів.
Для прикладу на рис. 13.1 і 13.2 зображені окреслення габаритів Т і 1-Т
відповідно. З цих рисунків видно, що верхні окреслення цих габаритів (рис.
13.1, а) і 13.2, а)) обмежують граничні горизонтальні розміри рухомого скла-
ду на висоті 340-5300 мм і вертикальні по верхній його частині.
Нижні окреслення (рис. 13.1, б) і 13.2, б)) обмежують вертикальні розміри
від рівня головок рейок до нижніх точок конструкцій залежно від відстані до
осі колії.
13.2.	Визначення максимальних горизонтальних розмірів будівель-
ного окреслення
Максимальна ширина ( удівельного окреслення 22?л, мм, на заданій висо-
ті над рівнем верхньої грані головки рейки визначається з виразу:
2Вл=2(Я0-£-),	(13.1)
~ напівширина будівельного окреслення на заданій висоті, мм;
Во - напівширина відповідного габариту рухомого складу на тій же висо-
ті, мм;
£/ - обмеження напівширини в будь-якому поперечному перерізі по дов-
жині локомотива, мм; обчислюється за формулами, наведеними в
ГОСТ 9238-83.
332
&0	6М
рівень головки рейки
Рис. 13.1. Габарит Т:
а) верхнє окреслення; б) нижнє окреслення; 1 — для сигнальних пристроїв, 2 тля
частин, що виступають, поручнів, підлокітників, параванів та ін. (у відкритому ста
ні паравани повинні вписуватися в окреслення для сигнальних пристроїв), З 11
підресорених частин кузова: 4 - для підресореної рами візка та укріплених на ній
частин; 5 - іля підресорених частин
333
Рис. 13.2. Габарит 1-Т:
а) верхнє окреслення; б) нижнє окреслення; / — для сигнальних пристроїв; // — для
частин, що виступають (поручнів, підлокітників, параванів та ін ); ///—для антени
радіостанції, IV— для підресорених частин кузова; V— для підресореної рами візка
та частин, що на ній укріплені; VI— для непідрссорених частин
334
Обчислення значення Е, пов’язане з оцінкою можливих горизонтальних
паралельних осі колії зміщень локомотива в один бік з його центрального ві-
дносно осі колії положення Еоз, мм, обумовлених зазорами та зносами ходо-
вої частини у напрямному перерізі рами візка відносно колісної пари д, мм, і
кузова відносно рами візка со, мм, (рис. 13.3).
На цьому рисунку зображено колісну пару локомотива в кривій ділянці
колії в положенні максимального можливого зміщення, при якому сумарний
зазор між гребенем колеса та рейкою (внутрішньою) С7КЗ, мм, складається з
конструктивно передбачених зазорів 2о, мм, і розширення колії в кривій згід-
но ПТЕ залізниць України Д, мм.
Рис. 13.3. Схема створення зазорів у
колії: 3 - зовнішня рейка; В - внутріш-
ня рейка
Згідно з наведеними міркування-
ми його величину можна визначити з
виразу
к Л<п
І\3
+ д + (о,
+ <7 + 0) =
(13-2)
де згідно з рис. 13.3 -	— ширина
колії (найбільша для умов що розгля-
даються, наприклад, у кривій певного
розрахункового радіуса), мм; як відо-
мо, ця ширина вимірюється між вну-
трішніми границями головок рейок;
С/КП ~ найменша відстань між робочими гранями гранично зношених по
товщині (ширині) гребенів коліс, мм;
С/кп=£7б+2С/г,	(13.3)
де — відстань (найменша допустима) між внутрішніми гранями бандажів
коліс, мм;
Сг — найменша допустима товщина (ширина) гребеня колеса, мм,
£/кз - найбільша сумарна ширина зазорів між гребенями коліс і внутріш-
німи гранями головок рейок, мм.
Неважко уяснити, що
335
Ц<з _	_ ^кп _ 2<у + Л
2	2	2	2
(13.4)
де 2а - найбільший зазор між внутрішніми гранями головок рейок і гребня-
ми бандажів коліс гранично зношеної колісної пари, мм;
А — розширення колії в кривій згідно ПТЕ залізниць України.
Величина д оцінюється по найбільшому горизонтальному зміщенню бу-
ксового вузла з центрального положення в один бік, а величина со - по най-
більшому горизонтальному зміщенню в опорах кузова па візок з центрально-
го положення в один бік внаслідок поперечної пружності пружин централь-
ного (кузовного) пружного підвішування та опорно-повертаючого пристрою.
Нижче, в табл. 13.1 наведені величини д і со, які застосовуються для обчис-
лення значення .
Таблиця 13.1
Параметри горизонтальних поперечних зміщень будівельного
окреслення локомотива
Назва параметра
Величина па-
раметра, мм
Зміщення по елементах екіпажної частини:
-	букси відносно колісної пари без пружного осьового упора* *)
- букси відносно колісної пари при пружному осьовому упорі
- рами візка відносно щелепної букси
-	те ж відносно повідкової букси
—	кузова відносно рами візка при жорсткому шкворені (со)
—	те ж при пружному шкворені або при маятникових опорах
Сумарні зміщення:
— рами візка зі щелепною буксою без пружного осьового упора ( д )
- рами візка з повідковою буксою і пружним осьовим упором ( д)
- кузова (<? + со)
1,5*)
12
З
6
2
4,5
18
6,5-53
Примітка: +) технологічне зміщення;
*+) можливе зміщення до 45-60 мм
13.3. Виноси частин локомотива в кривих ділянках колії
Для кращого з ясування слід спочатку визначити ці виноси в припущенні,
що локомотив — двовісний, з центральним відносно осі колії розташуванням
336

його двох колісних пар. Таке розташування двовісного локомотива можна
прийняти в якості еталонного, тобто умовного розрахункового рамного ло-
комотива, по якому встановлюється розширення габариту наближення будов
у кривих ділянках колії.
Повздовжня вісь кузова локомотива довжиною 2ік перетинає середню лі-
нію (вісь колії в кривій радіуса К в точках А і В (рис. 13.4), відстань між
якими 2/к відповідає жорсткій базі локомотива Ь. Поперечні перерізи, що про-
ходять через ці точки, в габаритних розрахунках називають „напрямними”
Рис 13.4. Схема виносів частин умовного
двовісного локомотива в кривій ділянці
колії усередину кривої
Як видно з рисунка, усі пе-
рерізи локомотива, розташовані
між напрямними перерізами,
зміщуються з осі колії всереди-
ну кривої, а в консольних час-
тинах локомотива - назовні.
Для визначення зміщення
(виносу) увс в середину кривої
для будь-якого перерізу, розта-
шованого на відстані Г від на-
прямного перерізу А, прово-
диться через точку Сі хорда
С2Е, яка перпендикулярна до
лінії бази АВ. Після цього точ-
ки А і Е та С2 і В з’єднуються
прямими АЕ і С2В відповідно.
Оскільки звичайно 27? » 21,
то можна прийняти С2Е ~ 27?. З
подібності трикутників С}С2В і
АС\Е виходить, що
звідки
Ув _ 21К-Г
!' 2В-ув’
_(2/к-/') /'
(13 5)
(13.6)
337
З рис. 13.4 видно, що найбільше збільшення всередину кривої має напря-
мний переріз, розташований посередині бази локомотива АВ, тобто !' = 1.
Тоді з формули (13.6) можна отримати
Твтах 2.7?
(13.7)
Неважко помітити, що цей вираз повністю відповідає параметру геомет-
ричного вписування локомотива, який оцінює необхідний сумарний попере-
чний розбіг середньої колісної пари екіпажа. З цього можна зробити висно-
вок, що визначення виносів частин локомотива в кривих здійснюється за ти-
ми ж принципами, що й визначення параметрів геометричного вписування
екіпажа.
Для визначення виносу ун назовні від осі колії для будь-якого перерізу,
розташованого, наприклад консольно на відстані /" від найближчого напря-
много перерізу, слід провести через точку А] хорду АіВі паралельно хорді АВ
(рис. 13.5). Тоді
(13-8)
Тн - С4С5 ~	“ ОЛ •
Рис. 13.5. Схема виносів частин умовного двовісного локомотива
в кривіи ділянці колії назовні кривої
Якщо обчислити відрізки С3С5 і С3С4 за формулою (13.7), то можна отримати
(139)
X* Л. V
або, з урахуванням того що
= 2/к + 2/",	(13.10)
338
будемо мли
(2/„ . Г) /’
у"	—-	(13.11)
(/,*/") < /2. 2/кг і (О2 /2 (2ік+Г) г (із 12^
Найбільший винос буде млій місіг* ид кінці консольної чдсіини кузова
2/|=2/.к, юбіо при уи вЛ/к (рис. 13.15) Величина цьою виносу
Ун ж Унтах У ньому випадку складатиме
Уи тах
-і} (21 + Л/„) /к
2/? 2К
(13 13)
двовісною локомотива умова рівності шачснь ун і у відповідач
співвідношенню
2	2	2
/ /
Ік _ Чі к
2І< 2Н
ЗВІДКИ
^ = >/2 1,41.
21
І»
(13 14)
(13 15)
Якщо нагадати, що величина 21 не довжина куюва умовною двовіс-
ною локомоіива, а величина 2/( йою жорсіка база, то співвідношення
(13.15) свідчи іь, що у такою локомотива виноси середини і кінців кузова не
можуть бути оди 1КОВИМИ
Розглянемо тепер візковий локомоіив (рис. 13 6)
Рис 13 6 Схема виносів частії нізковою локомоіива у кривій ділянці колії
ПО
Його основним перерізом називається переріз, що проходить через шкво-
рень або іншу фізичну або уявну точку, навколо якої повертається в кривих
візок при опорно-повертаючих пристроях іншого (безшкворневого) тип
Винос середини візка з базою 2/т у середину кривої уІВ, обчислений за фо-
рмулою (13.5), становитиме
І2
Зтв ~	‘	(13.16)
Як видно з рис. 13.6, наявність у локомотива візків збільшує виноси все-
редину кривої і зменшує виноси назовні на величину ^тв, тобто найбільші
зміщення візкового локомотива становлять:
- середньої частини жорсткої бази (рами з кузовом) у середину кривої
Увс = -Ув тах + .Утв »	(13.17)
- консольної частини рами з кузовом назовні кривої
•Ун У в шах	.Утв •
(13.18)
Для будь-якого перерізу, розташованого на відстані, наприклад, /0 від най-
ближчого напрямного перерізу, виноси візкового локомотива становитимуть:
- у середину кривої
V -(^к-'оНо . 'т .
Увс 27? 2К’
(13.19)
- назовні кривої
_(2/к-/0)-/0	/т2
Ун ~	__
(13.20)
Для того, щоб, підставляючи в розрахункові формули величини 2/к, /т,
/д і у метрах, отримати порівняно невеликі абсолютні величини виносів у
міліметрах можна рекомендувати помножити праві частини формул на 103 і
обчислити коефіцієнти і к2
К =1°-.Л..	(13.21)
1 2Л ’
(13.22)
Після цього формули, наприклад, (13.19) і (13.20) отримують вигляд
340
Увс = М2/к +	(13.23)
Ун=к2(21к~1о)-^-	(13.24)
У цих виразах величина характеризує додаткове поперечне зміщення (в
мм) візкового локомотива в кривій, а — це коефіцієнт, який залежить тіль-
ки від величини радіуса розрахункової кривої. При визначенні чисельних
значень і к2 враховується, що для габаритів Ті 1 -Т та верхньої частини
(тобто вище 430 мм від рівня верхніх граней головок рейок) габариту 1-ВМ
розрахунковим радіусом є Н = 200 м, а для габаритів 0-ВМ, 02-ВМ і 03-ВМ, а
також нижньої частини габариту 1 -ВМ - відповідно К = 250 м.
Знаючи горизонтальне зміщення, яке зумовлене зазорами та заносами ходо-
вих частин, та виноси в кривих, можна визначити обмеження напівширини бу-
дівельного окреслення локомотива (тобто, напівширини, що вписується в габа-
рит рухомого складу). При цьому необхідно із суми цих зміщень відняти роз-
ширення габариту наближення будов або збільшення відстані між осями колій у
розрахунковій кривій, яке для напівширини габариту дорівнює к3, мм, причому
/р
к3 =1000-5-,	(13.25)
27?
де /р - половина бази розрахункового локомотива, м.
Розширення габаритів наближення будов залізниць України та країн
СНД обчислюється по виносах розрахункового локомотива, який має базу
2/р = 17 м, в кривій розрахункового радіуса 7? = 200 м; при цьому, як це нева-
жко обчислити, к3 = 180,6 мм.
Отже, обмеження напівширини будівельного окреслення локомотива для
будь-якого поперечного перерізу, розташованого між напрямними переріза-
ми, становить Епг. мм:
£ = - —-	+	+ д + и + 1*2(2/к +А)Уо + кї -*з]_к + а’ (13.26)
вс 2	2
а для поперечного перерізу, розташованого в консольній частині юкомотива
- £кз, мм, причому
341
р
73 к з
(13.27)
+ 2С/Г Ш + 2/0
2	2	) 2/к
+ [к2(2/к +4)Хо ~К1 -»з]-к + Р-
У двох останніх формулах, крім уже відомих величин 7К, Ї7Б, (7Г, ц, со,/к,
4)» *П К1 ~
- половина прийнятої на залізницях У країни та країн СНД величи-
ни збільшення горизонтальної відстані між осями колій на пере-
гонах у розрахунковій кривій 7? =200 м;
к - величина, на яку допускається вихід рухомого складу, що проек-
тується по габаритах 0-ВМ, 02-ВМ і в нижній частині габариту 1-
ВМ, за окреслення цих габаритів в розрахунковій кривій
К =250 м;
ар- додаткові обмеження внутрішнього і зовнішнього перерізів рухо-
мого складу, що проектується по габаритах 0-ВМ, 02-ВМ, 03-ВМ
та в нижній частині габариту 1 -ВМ, які мають місце тільки у ду-
же довгого рухомого складу (2/р>17 м) та визначаються за умо-
ви вписування в криву К =150 м; для звичайного рухомого скла-
ду (2/р< 17 м) а=0; р=0.
Обмеження напівширини локомотива в основному перерізі Е§, мм, мож-
на обчислити якщо, наприклад, у формулах (13.26) і (13.27) для обчислення
обмеження напівширини локомотива в напрямному перерізі Евс і пок-
ласти /0 - 0 . Тоді отримаємо
^0 = Цс ~^кп +и> + Я + (к\-к3)-к.	(13.28)
При визначенні числових значень К| і к3 враховується, що для габаритів
Т, 1-Т і у верхній частині (вище 430 мм від рівня верхньої грані головки рей-
ки) габариту 1-ВМ розрахунковим радіусом кривої є К =200 м, а для габари-
тів 0-ВМ; 02-ВМ; 03-ВМ і нижньої частини габариту 1-ВМ — відповідно
К =250 м.
Уведенням у формулу (13.27) множника (2/к + 2/0)/2/к враховується
найбільш несприятливе для консольних частин розташування локомотива в
кривій, коли візок займає положення найбільшого перекосу, тобто розгляда-
342
ється положення найбільшого відхилення консольної частини проектного ло-
комотива.
Формули (13.26-13.28) використовуються при вписуванні локомотива в
габарити Т, 1-Т і верхню частину (вище 430 мм від рівня верхньої грані голов-
ки рейки) габариту 1-ВМ. При вписуванні в інші габарити, тобто при проекту-
ванні локомотивів, придатних для руху по закордонних залізницях (крім заліз-
ниць Монголії), розширення габариту наближення будов не враховується, то-
му що воно відсутнє в розрахунковій кривій цих залізниць ( к3 = 0). В той же
час ці габарити допускають вихід частин локомотива за контур габариту ру-
хомого складу на певну величину (75 мм у верхній частині, тобто вище 430 мм
від рівня верхньої грані головки рейки, і 25 мм у нижній частині локомотива).
Якщо алгебраїчна сума величин, заключних у квадратних дужках формул
(13.26) і (13.27), або в круглих дужках формули (13.28), опиниться від’єм-
ною, то вона не враховується, тобто приймається рівною нулю. Від’ємне чи-
сло свідчить у даному випадку про недовикористання розширення габариту
наближення будов, яке наявне в кривій, і розташування локомотива, що впи-
сується в криву, може не призводити до максимального обмеження його ши-
рини. Тому допустимо у формули (13.26-13.28) підставляти найбільшу ши-
рину не кривої, а прямої ділянки колії, однак з умовою, щоб зменшення Евс,
Екз і £()’ що отримуються при цьому, не перевищували відповідні від’ємні
величини в дужках зазначених вище формул.
В результаті обчислення обмежень напівширини локомотива отримується
найбільший розмір його будівельного окреслення 25, мм, яке вписується в
габарит на будь-якій обраній висоті від рівня верхньої грані головки рейки.
При цьому
2В = 2(В0-£),	(13.29)
де В® — напівширина відповідно габариту рухомого складу на обраній висоті
відносно рівня верхньої грані головки рейки, мм;
Е — одне з обмежень напівширини будівельного окреслення локомотива,
що обчислюється за формулами (13.26—13.28) для обраної висоти
над рівнем верхньої грані головки рейки, мм.
Для того, щоб з’ясувати можливість кращого використання габариту, до
цільно побудувати так звану горизонтальну габаритну рамку — рис. 13.7
схему окреслення кузова локомотива в плані.
343
Рис. 13.7. Горизонтальна габаритна рамка
(схема окреслення кузова локомотива в плані)
Горизонтальна габаритна рамка визначає найбільшу ширину (2ВЬ 2В2,...)
будівельного (проектного) окреслення кузова в його будь-якому перерізі по
довжині на відстані /01, /02, ... від основного (напрямного) перерізу та на пе-
вній висоті.
З рис. 13.7 видно, що для раціонального використання габариту рухомого
складу необхідно мати мінімальне обмеження напівширини локомотива, а
також рівність найбільших значень Екз і Евс. На кінцевих (консольних) час-
тинах локомотива доцільно мати скоси рами й кузова подібної форми. Поб-
лизу основних (шкворневих) перерізів часто проектується розташування сті-
йок кузова та інших деталей локомотива з найбільшою висотою перерізу від-
носно інших вертикальних елементів, розміщених в інших місцях по довжині
локомотива.
13.4.	Максимальні вертикальні розміри верхнього будівельного
окреслення
Максимальні вертикальні розміри верхнього будівельного окреслення Нв,
мм, визначаються згідно з рис. 13.8, з виразу
НВ=НОВ-8В,	(13.30)
^ов розмір верхнього окреслення габариту, мм; для габаритів Т і 1-Т
величина Нов= 5300 мм;
5В можливе підвищення кузова, мм; визначається за виразом
344
8В = 10 тсГ\г
О	V	І\ '
(13.31)
де - маса екіпірувальних матеріалів, кг;
Г - заі альна і нучкість пружною підвішування локомотива, м/І І;
Дгк - збільшення радіуса колеса, передбачене подальшою реконструкцією
локомоіива (при можливому переводі рухомою складу на візки з бі-
льшим діаметром коліс), мм.
Рис. 13.8. Верхнє окреслення габариту 1-Т і будівельного контуру локомотива
13.5.	Максимальні вертикальні розміри нижньої о будівельного
окреслення
Максимальні вертикальні розміри нижньою будівельного окреслення ви-
значається відповідно до рис. 13.9 для трьох елементів екіпажної частини ло-
комотива:
-	колісних пар і закріплених на них вузлів Нп, мм;
-	обресорених частин візка Нт, мм;
-	обресорених частин кузова Нт, мм,
з виразів
=	О3 32)
//, =//,(> + А2;	(13.33)
//„ =ЯК(1+А> і-А2 » А3;	(13.34)
345
дс Н , Нт і ІІК - мінімальні вертикальні розміри нижнього окреслення
Д " ’ Г К відповідно необрссорсних і обрссорених частин візка,
обрссорсних частин кузова, мм;
Н Н і нко - розміри нижнього окреслення габариту відповідно для
"° ’ Г° К° необрссорсних і обрссорсних частин візка, обресоре-
них частин кузова, мм;
А д2, д3 - паралельні статичні пониження відповідно необресо-
' ’	’	рсних і обрссорсних частин візка, обрссорених частин
кузова, мм.
Рис. 13.9. Нижнє окреслення га-
бариту 1-Т і елементів екіпаж-
ної частини: 1 - кінцева пружина
підвішування; 2 - букса; 3 - пали-
вний бак; 4 - рама візка; 5 - голо-
вна рама; 6 - колісна пара; 7 - тя-
говий осьовий редуктор; 8 - тяго-
вий електродвигун
Величина Д| складається із зносу колісної пари по кругу кочення Дкк,
мм, і технологічного (наприклад, при обточці) зменшення радіуса колісного
цеп гра Дкц, мм, тобто
Д|=ДкктДкп.	(13.35)
Величина Д2 визначається за виразом
л2 = А,,,	! о2 Гб^|б,	(13.36)
де кількість послідовно розташованих шарнірів і опорних поверхонь
буксовою пружного підвішування;
ДНІ знос шарніра га опорної поверхні, мм;
346
гб - гнучкість буксового пружного підвішування, мм/Н;
#пб - навантаження на буксове пружне підвішування, Н.
Величина паралельного статичного пониження обресорених частин кузо
ва А з, мм, визначається за формулою
^3 УксТ + А[іЛ + Ю ^К^рК’
(13.37)
де /кст - допустимий статичний прогин кузова, мм;
пк - кількість послідовно розташованих шарнірів або опорних повер-
хонь підвіски кузова;
Аш - знос шарніра та опорної поверхні, мм;
Гк - загальна (еквівалентна) гнучкість пружного підвішування кузова,
мм/Н;
/V к - навантаження на кузовне пружне підвішування, Н.
Величина можливих понижень наведені в табл. 13.2.
Таблиця 13.2
Можливі пониження елементів екіпажної частини
Назва та причина пониження	Величина пониження, мм
Знос колісної пари по кругах точіння коліс Акк при товщині бандажа: - 75 мм - 90 мм	39 50
Зменшення радіуса колісного центра при обточці Акц	3
Знос шарніра та опорної поверхні Аш	2
Допустимий статичний прогин кузова /к ст	6
347
14. ВИЗНАЧЕННЯ ЕКОНОМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ
ПРОЕКТНОГО ЛОКОМОТИВА
Економічна ефективність запровадження нового локомотива на стадії
проектування (ескізного, технічного) оцінюється по його технічному рівню,
капітальним витратам у сфері виробництва та експлуатації, сумарній еконо-
мії від запровадження та строку окупності капітальних витрат.
Розрахунки економічної ефективності здійснюються у порівнянні з серій-
ним локомотивом за таких умов:
-	наявність прейскурантної оптової ціни на серійний локомотив;
однакова програма річного випуску обох локомотивів;
-	одні й ті ж умови та режими експлуатації;
-	рівноцінна перевізна робота.
Оцінка економічної ефективності важлива як у сфері виробництва, так і в
сфері експлуатації. Остаточне рішення щодо ефективності проектного локо-
мотива визначається економічністю в масштабі господарства країни. У тих
випадках, коли економія експлуатаційних витрат може бути отримана за ра-
хунок великого обсягу капіталовкладень у виробництво, критерієм економіч-
ної ефективності може бути строк окупності додаткових капітальних витрат.
При розрахунках ефективності локомотивів використовуються галузеві
методики, керівні та нормативні технічні матеріали та інструкції з визначення
економічного ефекту нової техніки у важкому та транспортному машинобуду-
ванні. Такі розрахунки, якщо їх використовувати в повному обсязі, досить
іроміздкі та вимагають багато часу не з-за принципової складності, а з-за ве-
ликої кількості техніко-економічних деталей, врахування яких є необхідним
згідно з вимогами галузевих інструкцій з точки зору складання точних кошто-
рисних документів. Тому для того, щоб усвідомити основний принцип побу-
дови економічного обґрунтування ефективності проектного локомотива, ниж-
че наводиться спрощена методика оцінки економічної ефективності впрова-
дження нового локомотива, яка дає достатньо точні результати та має обсяг,
доцільний для використання в курсовому та дипломному проектуванні.
Повна собівартість і трудомісткість виготовлення та відпускна ціна проб:
ктного локомотива визначається по калькуляції собівартості та трудомісткос-
ті. При відсутності необхідних даних для складання калькуляції собівартість
може бути знайдена орієнтовно, через питому собівартість Сп, грн, за фор-
мулою
348
п X) ‘ >^сл п♦
(14.1)
Де беле * бслп службова маса серійного та проектного локомотива відпо-
відно, т, для порівняння обирається якийсь серійний локо-
мотив, заміна якого на проектний передбачається;
Сс	— повна собівартість обраного локомотива, грн.
Повна трудомісткість виготовлення нового локомотива, що проектується,
Гр, нормо-год, визначається подібним чином:
-р
п
.Р
с
слп>
(14.2)
слс
де Т і - повна трудомісткість виготовлення серійного та проектного ло-
комотива відповідно, нормо-год.
Відпускна ціна проектного локомотива Цп, грн,
£4п=Сп(І4-0,01Х),	(14.3)
де х - галузевий коефіцієнт рентабельності.
Капітальні витрати /Спв, грн, при організації виробництва нового локо-
мотива
/<пв = *вг + ^нд + *ем >	<14-4)
де А"вг - капіталовкладення на обладнування, технічне оснащення, споруди
та ін. на підприємстві-виготовлювачі, грн;
Анд - те ж на науково-дослідні роботи, грн;
Асм ~ те ж у суміжні підприємства, грн.
Капітальні витрати на обладнання, оснастку, споруди та інші основні ви-
робничі фонди на підприємстві-виготовлювачі Авг розраховується за норма
тивами відповідних капітальних витрат. Загальна сума витрат на науково
дослідні роботи Анд регламентується планом з нової техніки, а капітальні
вкладення в суміжні підприємства Ксм обчислюється за нормативами, чин
ними для цих підприємств, погодженим органом підпорядкуваї	м
ства-виготовлювача нового локомотива.
349
Економічна ефективність на підприємстві-виготовлювачі у вигляді при-
бутку БПВ, грн/рік, може бути обчислена з виразу
ПВ-^р| Цп (Сп+^фп) Цс (^с+^ф^фс I’
де Пр - розрахункова програма річного випуску нового локомотива,
од. в рік;
Цс - ціна серійного локомотива, грн;
Еф - норматив плати за основні виробничі фонди, грн/од.;
Кфп, Хфс - вартість виробничих фондів для нової та старої моделі локо-
мотива відповідно, грн/од.
Капітальні вкладення, пов’язані з упровадженням на залізничному транс-
порті локомотивів, що проектуються /Се, грн, залежать від витрат на локомо-
тивний парк, реконструкцію та технологічне переоснащення депо. їх можна
обчислити за формулою

(14.6)
де Тв - кількість років, протягом яких припускається випуск нових локомо-
тивів;
- питомі додаткові витрати в експлуатації на один локомотив за рік,
грн/(од.рік) які визначаються з виразе
Л-т=Шп-^с) + 4,Ю~3^нв,	(14.7)
-З
де 4,10 - вартісний коефіцієнт приведення;
2^/нв “ сумарна вартість нових вузлів проектного локомотива, грн.
Сумарні додаткові капітальні витрати на організацію виробництва та
впровадження нових локомотивів за роки їх випуску К3, грн, знаходиться за
виразом
К3 = *пв + Яе-	(14.8)
Собівартість перевізної роботи при запровадженні нового локомотива 5П л
коп/ткм або коп/пасажирокм обчислюється за формулою
5П=5С ІОО-Еу,- 10 2>
(14.9)
350
де
5С - ссрсдньосітьова існуюча собівартість перевізної роботи коп/ткм або
коп/пасажирокм;
V,- - зменшення собівартості перевізної роботи, зумовлене зміною параме-
тра проектного локомотива, %; якщо зміна параметра тягне за собою
підвищення собівартості перевізної роботи (наприклад, з-за збільшен-
ня витрати дизельного палива), величина V,- знаходиться з виразу
.,._£п£
(14.10)
1 100 ’
Де
Де
ап - зміна параметра проектного локомотива у порівнянні з серійним, %, на-
приклад, збільшення маси поїзда, швидкості руху на розрахунковому пі-
дйомі, зниження маси локомотива, витрати електроенергії та ін.;
ц - коефіцієнт впливу параметра (показника), що розглядається, на собі-
вартість перевізної роботи, %.
Річна економія, що припадає на один локомотив, Еп, грн,
Еп = ,1(5’с-5п)10“2>	(14.11)
А - перевізна робота, що виконується одним локомотивом за рік, гкм або
пасажирокм.
Сумарна економія в результаті роботи нових локомотивів за період екс-
плуатації, Е, грн,
^=1
де Твф — фактична тривалість, протягом якої випускається новий локомотив,
рік;
Т — фактичний період експлуатації нового локомотива, рік.
Якщо Т< Гвф, то Ті>Т; якщо Т> Гвф, то Г/= Гвф.
Загальний господарський економічний ефект від упровадження нового
локомотива за фактичний період експлуатації Еи, грн,
По рівнянню (14.8) будується графік залежності Кл -./ (7 ), а 110 рівнян
ню (14.12)-ірафік залежності £ = /(Г) (рис. 14.1).
351
Рис. 14.1. Графік для ви-
значення строку окупності
додаткових капітальних
витрат
По точці перетину кривих визначається
строк окупності 70К додаткових капітальних
витрат К3, який повинен бути менше нормати-
ви
вного строку ї ок .
У зв’язку з тим, що в останні роки обсяги
перевезень на залізницях знизилися, а ціни на
дизельне пальне та електроенергію змінилися
непропорційно, питома вартість перевезень при
використанні тепловозів різко зросла. Це стало
причиною переважного застосування електри-
чної тяги навіть при додаткових капіталовкла-
деннях в електрифікацію окремих ділянок залі-
зниць.
Література
І.	Концепція та програма реструктуризації на залізничному транспорті України
Текст] - - К.7 НАБЛА. 1998. - 145 с.
:	Развитие локомотивной тяги [Текст] под ред. Н. А. Фуфрянского. Изд. 2-е.
перераб. и дополн. - М.: Транспорт, 1988. - 374 с.
З Раков. В. А. Локомотиви и моторвагонний подвижной состав железних до-
рог Советского Союза (19’6 - 1985 г.г.) [7 екст В. А. Раков. - М.: Транспорт.
1990.-238 с.
4	Конструкция. расчет и проекгирование локомотивов: Учебник для стхдентов
вт\зов. обучаюшихся по специальности «Локомотивостроение > [Текст] под ред.
А. А Камаева. - М.: Машиностроение, 1981.- 351 с.
5.	Бартош. Е. Т. Газоту'бовозн [Текст] Е. Т. Бартош. — М.: Трансжелдориздат.
1963.-96 с.
6.	Бартош. Е. Т. Газовая турбина на железнодорожном транспорте [Текст Е.
Т. Б ~ош. - М.: Транспорт, 19~2. - 144 с.
7.	Бартош. Е. Т. Газотурбовози и лурбопоезда [Текст] Е. Т. Бартош. - М.:
Транспорт, 1978.— 311 с.
Тепловози СССР. 18-8-73. Каталог-справочник [Текст . - М. НІПІин-
формтяжмаш, 19”4. - 1”6 с.
9.	Тепловози СССР. Отраслевой каталог 18-5-83 [Текст] . - М.: НИИин-
: зрмтяжмаш. 1983. - 182 с.
10.	Тепловози СССР Каталог-справочник Текст] . - М.: НИИинформтя- мані,
1968.-Г9с.
11.	Николаев. И. И. Газотурбовози [Текст И. И. Николаев. - М.: Трансже.
ркздат, 1955. - 64 с.
12.	Отечественние газотурбовози [Текст] под ред. М. Е. Меилихова. — А
Машиностроение. 1971. -312 с.
ІЗ.	Воронков, Я. А. и др. Отечественние газоту зи е
Я А. Воронков. -М.: Машиностроение. 19''1.- 312 с.
-.	Конструкция и динамика тепловозов: А чебник для студе гов вузов же; ез
нодорожного транспорта Текст] под ред. В. Н. Иванова. Изд. 2-е е
М.: Транспорт, 1974. - 336 с.
15	Кузьмич, В. Д. и др. Тепловози. Основи теории и конструкнии. Учебник
для технику мов жд. трансп Текст В. Д. Кузьмич. - М. Транспорт. 198-. 31 с
16.	Апанович. Н. Г. и др. Конструкция. расчет и проекгирование тепловозов
Ачебное пособие для студентов машиностроительннх вузов осе иа.
Локомотиви» [Текст] Н. Г. Апанович. - М. Машиностроение, 1969. - 388 с.
17.	Тепловози. Конструкция, теория и расчет [Текст] І под ред. Н. И. Пайова. -
М.: Машиностроение, 1975. - 544 с.
18.	Механическая часть подвижного состава [Текст] І под ред. И. В. Бирюкова.
- М.: Транспорт, 1992. -440 с.
19.	Бирюков, И. В. и др. Тяговьіе передачи злектроподвижного состава желез-
ньіх дорог [Текст] / И. В. Бирюков. - М.: Транспорт, 1986. - 256 с.
20.	Бочаров, В. И. и др. Магистральньїе злектровозьі. Общие характеристики
Механическая часть [Текст] І В. И. Бочаров. -М.: Машиностроение, 1991. -224 с.
21.	Справочник по злектроподвижному составу, тепловозам и дизель-поездам
Т.1 [Текст] / под ред. А. И. Тищенко. - М.: Транспорт, 1976. - 432 с.
22.	Степанов, А. Д. и др. Передачи мощности [Текст] І А. Д. Степанов. - М.:
Машиностроение, 1967. - 476 с.
23	Семичастнов, И. Ф. Гидравлические передачи тепловозов [Текст] І
И. Ф. Семичастнов. - М.: Машгиз, 1961. - 368 с.
24.	Шаройко, П. М. Гидравлические передачи тепловозов [Текст] І
П. М. Шаройко, В. Т. Середа. - М.: Трансжелдориздат, 1963. - 174 с.
25.	Раков, В. А. Локотивьі отечественньїх железньїх дорог (1845-1955) [Текст] /
В. А. Раков. - М.: Транспорт, 1995. — 564 с.
26.	Правила тяговьіх раечетов для поездной рабстві [Текст]. - М.: Транспорт,
1985.-287 с.
27.	Бабичков, А. М. и др. Тяга поездов и тяговьіе расчетьі [Текст] І
А. М. Бабичков. - М.: Транспорт, 1971. — 280 с.
28.	Правила технічної експлуатації залізниць України [Текст]. -К.: 2002. - 134 с.
9. Николаев, И. И. Движение тепловозов по кривьім учаткам пути [Текст] ІИ.
И. Николаев. - М.: Трансжелдориздат, 1958. - 32 с.
30. Камаев, А. А. Взаимодействие локомотива и пути в кривих участках пути:
Учебное пособие по курсу «Динамика локомотивов» для вьісших учебньїх заведе-
ний по специальности «Локомотивостроение» [Текст] / А. А. Камаев, Г. С. Миха-
льченко. - Тула: Тульский политехнический институт, 1977. - 68 с.
354
ПРЕДМЕТНИМ ПОКАЗНИК
Активна складова струму....300
База
- візка колісна..............28
-	локомотива (жорстка)......27
Баласт.....................330
Будівельне окреслення ло-
комотива..................331
Буксування.................181
-	переміжне................188
Вартість одиниці роботи ди-
зеля.......................55
Вимоги
-	до енергетичних установок ...32
Витрата
-	масла
- питома ефективна..........55
-	палива
-	середньоексплуатаційна ....53
Відомість розважування......325
Вписування в габарит........332
Г абарит
-1-Т.......................335
-	наближення будов........331
-	рухомого складу.........331
-	Т.......................334
Газотурбінна установка.....див.
Установка газотурбінна
Газотурбовози
-технічні дані..............72
Генератор
-газу
- вільнопоршневий..........67
- тяговий
-	постійного струму.....87
-	синхронний............90
Гідродинамічна муфта
-будова....................141
Гідротрансформатор
- будова...................133
-	І класу.................134
-	II класу................134
— комплексний............143
Горизонтальна габаритна
рамка......................
ГТД комбінованого типу...див.
Двигун газотурбінний
комбінованого типу
Двигун
- газотурбінний
-двовальний.............63
-	комбінованого типу....67
-	одновальний...........58
-	регулювання...........70
—	тривальний............65
Двовальний ГТД.............див.
Двигун газотурбінний двовальний
Дизель-компресор............67
Діаграма
— швидкостей
— гідротрансформатора..134
Діаметр
- колеса
—	потрібний.............26
—	рушійної колісної пари..26
—	циліндра дизеля.........37
Діапазон
—	передач гідравлічного
апарата.................146
—	швидкостей руху
тепловоза...............147
Довантажувач...............200
Довговічність...............52
Довжина
-	локомотива по осях
автозчепів...............27
Електродвигун
—	асинхронний
— регулювання...........95
Ескізний проект.............14
Ефективність тяги...........1°
355
Закон
— частотного управління
асинхронного
електродвигуна..........215
К.к.д.
-	гідромуфти..............142
-	гідротрансформатора.....136
-тепловоза................232
Кількість колісних пар.......23
Коефіцієнт
-	використання
- дотичної сили тяги.....192
— зчіпної маси......191, 192
-	використання зчіпної маси....21
—	використання номінальної
потужності дизеля в
експлуатації.............56
-	використання площі
кузова....................308
—	жорсткості
характеристики............229
-	зчеплення...............181
-	ковзання гідромуфти.....142
-	крипу...................186
-	моменту насосного колеса...272
-	ослаблення поля.........110
-	перевантажувальної
здатності.................218
-	пристосовуваності дизеля.... 174
-	регулювання генератора
по напрузі.................88
—	регулювання збудження...296
-	регулювання напруги.....218
-	регулювання напруги
синхронного генератора....258
—	розвантаження колісної
пари....................193
—	трансформації моменту гідро-
трансформатора.....136, 137, 277
-тяги..................18,	167
Комплексний
гідротрансформатор........див.
Гідротрансфор матор
комплексний
Крип.......................186
Критерій
-	оптимальності узгодження.. 180
Маса
- дизеля питома...........55
-	зчіпна.................17,21
-	вантажного локомотива..21
-	маневрового тепловоза..22
-	пасажирського
локомотива..............21
- поїзда
-доцільна...............19
- найбільша.............18
- службова.............17,23
Машинна постійна генератора.... 87
Модуль зачеплення..........119
Навантаження
- статичне від колісної пари
на рейки
— визначення................26
— допустиме.............26
Надійність..................49
Напруга
— міжламельна.............87
Обмеження
- по короткочасному
(пусковому) струму.....247
— по тривалому струму....248
Одновальний ГТД...........дав.
Двигун газотурбінний
одновальний
Опір
-руху.....................21
Паливна економічність дизеля.... 52
Параболи навантаження......277
Параметр
— контуру зубців.........119
356
—	локомотива на стадії
технічного завдання.........17
-	питомий границі переходу ..311
-	ТЯГОВОГО осьового
редуктора...................120
Параметри
-	рекомендовані
- електровозів..............31
-тепловозів................ЗО
Передача
- безпосередня............154
-	газова...................155
-	гідравлічна
- гідродинамічна...........127
-	гідростатична...........126
-	класифікація............128
-	принцип дії.............126
-	структура...............132
-	характеристика..........129
-	гідравлічна
- схеми....................146
-	гідродинамічна
-	одно-та
багатоциркуляційна........128
-	однопотокова/бага-
топотокова................127
-	гідромеханічна
- класифікація............129
-механічна.................157
-	тягова
-	вимоги до передачі.....81
-	електрична.............85
-	змінного струму.......94
-	змінно-постійного
струму.................90
-	постійного струму....87
-	класифікація...........83
-	призначення............78
Питома
- маса локомотива............18
-	потужність локомотива....18
Питомі показники довжини
електровозів..................25
Питомі показники маси тепло-
возів ......................24
Показники
- дизелів.................34
-	довжини питомі
—	електровозів..........29
-	тепловозів............28
Показники призначення.......13
Потужність
- дизеля
-	відносна ефективна....53
—	дотична................165
-	ефективна дизеля........34
-	номінальна ефективна
дизеля..................79
—	розрахункова дотична
локомотива................18
-	тепловоза ефективна.....19
-дотична
— маневрового тепловоза
найбільша.............18
Потужностний ряд дизелів....49
Принцип
- компонування...........307
Прискорення
- поїзда.................22
Регулювання
-	асинхронного
електродвигуна
- двозонове............218
—	частотно-імпульсне.......226
—	широтно-імпульсне........225
Регулювання ГТД............би '•
Двигун газотурбінний. Регулю-
вання
Режим
— максимальної потужності.16
— максимальної швидкості
17
РУХУ....................
- роботи
— тривалий.........
- розрахунковий.......
Режими роботи локомотива
167
.16
.16
357
Режимна карта роботи........285
Ресивер
-	проміжний...............68
Ресурс
-	до капітального ремонту..49
—	до переробки............49
Робоча документація..........15
Робоча точка................165
Розважування локомотива.....321
Розрахункова швидкість руху
- доцільна.................19
Співвідношення Костенка......95
Стадії розробки проектів.....13
Степовий режим..............142
Схема розважування..........324
Т актніть дизеля.............55
Технічна пропозиція .........14
Технічне завдання............13
Технічний проект.............15
Технічні вимоги..............13
Тиск
- середньоефективний.......36
Тривальпий ГТД..............див.
Двигун газотурбінний привальний
1 ягова передача...........див.
Передача тягова
Тягові якості локомотива....162
У становка
- газотурбінна
- відкритого циклу.......57
-	комбінована...........57
-	принцип дії...........57
-	типи..................57
Характеристика
- гідротрансформатора
- непрозора.............141
- універсальна.........178
-	дизеля
- економічна.............169
—	електротягова КМБ......124
-	електротягова колісно-
могорного блока........209
358
—	колісно-моторного блока .... 117
- навантаження гідромуфти... 277
— ТЕД жостка.............230
—	техніко-економічна.......231
- електровоза..........зої
- тягова
-	гідравлічного апарата..279
-	ідеальна.............207
-	локомотива...........207
-	реальна..............207
— тягового генератора
— зовнішня
-	реальна.............112
-	теоретична..........105
- універсальна.........105
- тягового електродвигуна
-	електромеханічна.....114
-	універсальна.........107
- універсальна...........237
-	гідромуфти...........143
-	гідротрансформатора....137
- швидкісна..............292
-дизеля
— навантажувальна.......175
— обмежувальна.........175
Характеристики
— дизелів Д49..............50
—	дизелів маневрових
тепловозів..............46
—	дизелів технічні........38
—	дизель-генераторів
технічні.................38
-	енергетичних установок...32
Централь.....................118
Частота обертання
— колінчастого вала........48
Швидкість
— порога..................183
-	розрахункова...........209
-	якоря окружна...........87
Швидкохідність дизеля.......48
Навчальне видання
Борис Євгенович Боднар
Євген Георгійович Нєчаєв
Дмитро Валерійович Бобирь
ТЕОРІЯ ТА КОНСТРУКЦІЯ ЛОКОМОТИВІВ.
ОСНОВИ ПРОЕКТУВАННЯ
Підручник для студентів ВНЗ залізничного транспорту