2.4 Вибір діаметра коліс локомотива
Вибір діаметра колеса визначається величиною допустимих контактних напружень. Практично необхідний діаметр колеса підраховуємо за такою емпіричною формулою:
Dк = 2П / Р, (2.10)
де Dк - діаметр колеса, м;
2П - навантаження на вісь, кН;
Р - допустиме питоме навантаження в розрахунку на 1 мм діаметра колеса, яке приймається в межах 0,2 – 0,22 кН/мм; максимальне значення 0,27 кН/мм.
Діаметр колеса округляється до найближчого стандартного розміру. Для тепловозів діаметри коліс за стандартом мають бути 950, 1050, 1220 мм при товщині бандажа 70 мм, а також 980, 1250, 1350 мм при товщині бандажа 90 мм. Бандажі товщиною 70 мм встановлюють на колісні пари локомотивів з осьовим навантаженням до 210 кН. При великих навантаженнях використовують бандажі товщиною 90 мм.
Приклад. Дано: 2П = 225 кН. Приймаємо допустиме навантаження на 1 мм діаметра колеса Р = 0,22 кН/мм.
Розв’язання. Dк = 225/0,22 = 1023 мм. Остаточно Dк = 1050 мм.
2.5 Розрахунок параметрів тягового редуктора
Крутний момент вала тягового електродвигуна на колісну пару передається через зубчастий одноступінчатий циліндричний редуктор.
Основним параметром, що впливає на тягові властивості колісно-моторного блока в цілому, є передаточне відношення зубчастої передачі цього редуктора.
i = z2/ z1 , (2.11)
де z2-кількість зубів веденого зубчастого колеса;
z1-кількість зубів ведучої шестірні, z1 ≥ 15.
Передаточне відношення тягового редуктора визначається після вибору тягового електродвигуна (таблиця 2.1) і розрахунку діаметра тягових коліс.
Передаточне число i являє собою також відношення крутного моменту на ободі колеса до моменту на валу тягового електродвигуна (ТЕД) яке визначається при тривалому режимі роботи колісно-моторного блока (КМБ) за умови руху поїзда із заданою швидкістю Vp на розрахунковому підйомі за формулою
(2.12)
де Fд∞ - тривала сила тяги КМБ, кН;
Мд∞ - тривалий крутний момент ТЕД, кН. м;
Dk - діаметр колеса, м.
Величини Мд∞ і Fд∞ можуть бути визначені з виразів
(2.13)
(2.14)
де Pд∞ - потужність одного ТЕД, кВт;
Vp – розрахункова швидкість руху тепловоза, км/год;
nд∞ - тривала частота обертання якоря ТЕД, хв-1
,
(2.15)
Де nдmax – максимально допустима частота обертання якоря тед (приймаємо в розрахунках рівною 2200 – 2300 хв-1) Підставляючи вирази (2.13), (2.14) у формулу (2.12) одержимо
, (2.16)
де Vк – конструкційна швидкість руху тепловоза, км/год, відповідно до завдання.
Передаточне відношення i1 , яке визначено за формулою (2.16), не тільки забезпечує параметри Fд∞, Mд∞ при тривалому режимі, що відповідає тривалій швидкості руху локомотива, але і забезпечує умови міцності ТЕД, частота обертання якоря якого при конструкційній швидкості не перевищить допустимого значення nдmaх.
Кінцеве значення передаточного відношення встановлюється з урахуванням прийнятої довжини централі А, мм, що показує відстань між осями якоря ТЕД і колісної пари:
,
(2.17)
де m – модуль зубчастого зачеплення;
Z1, Z2 – кількість зубів ведучої і веденої шестірень.
Для тепловозів ТЕП70 і ТЕП70У довжина централі приймається рівною 520 мм, для інших серій тепловозів – 468,8 мм.
Для локомотивних тягових передач модуль зубчастого зачеплення, що являє собою відношення діаметра ділильного кола до кількості зубів шестірні, може прийматися в межах m= 9 – 11 залежно від моменту, який передається. У курсовому проекті можливо прийняти відповідно до тепловоза-зразка.
Кількості зубів ведучої шестірні Z1 і веденого зубчастого колеса Z2 визначаються зі спільного розв’язання двох рівнянь:
(2.18)
Після округлення кількостей зубів Z1 і Z2 до цілих значень Z1΄ і Z2΄ остаточно встановлюється передаточне відношення зубчастої тягової передачі i2.
(2.18,а)
Враховуючи, що КМБ має габаритні обмеження, варто перевірити можливість розміщення в нижній частині габариту рухомого складу веденого зубчастого колеса з кожухом за формулою, мм,
мм,
(2.19)
де с – відстань від торця зубів веденого колеса до нижньої поверхні кожуха (с = 18-25 мм);
d2 - діаметр ділильного кола веденого колеса, мм.
d2 = m Z2, (2.20)
де m – модуль зачеплення.
Якщо тяговий редуктор не вписується в заданий габарит, то необхідно змінити параметри тягового редуктора, наприклад модуль зубчастого зачеплення.
Приклад. Дано: Vк = 110 км/год; Dк = 1,05 м. Приймаємо nдmax = 2300 хв-1 ;
А = 468,8 мм; m = 10; с = 20 мм.
Розв’язання. 0,19*2300*1,05/110 = 4,17.
Отримаємо систему рівнянь z1 + z2 =2*468,8/10;
z2 / z1 = 4,17.
Звідси z1 = 18,1; z2 = 75,6; остаточно приймаємо z1΄ = 18; z2΄ = 76.
Тоді i2 = 76/18 = 4,22; d2 = 10*76 = 760 мм.
Δ = (1050-(760+2*20))/2 = 125 мм > 120 мм. Умова виконується.