Научная статья на тему 'Выбор тягового привода колесных пар локомотивов по технико-экономическим показателям'

Выбор тягового привода колесных пар локомотивов по технико-экономическим показателям Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
615
125
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ И ГРУППОВОЙ ТЯГОВЫЙ ПРИВОД КОЛЕСНЫХ ПАР / КОНСТРУКТИВНЫЕ И ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ / ПОКАЗАТЕЛИ СРАВНЕНИЯ / ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ / INDIVIDUAL AND COMMON WHEELSET TRACTION DRIVE / DESIGN AND TECHNICAL AND ECONOMIC INDICATORS / COMPARISON INDICATORS / APPLICATION DOMAIN

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Кручек В. А.

Обоснован способ выбора типа тягового привода колесных пар для железнодорожного тягового подвижного состава. На основе анализа конструктивных особенностей индивидуального и группового тягового привода колесных пар выполнено сравнение их техникоэкономической эффективности. Определена область применения индивидуального и группового привода колесных пар для современных транспортных и промышленных локомотивов

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Кручек В. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE CHOICE OF LOCOMOTIVE WHEELSET TRACTION DRIVE ACCORDING TO TECHNICAL AND ECONOMIC INDICATORS

This article presents substantiation of the choice of wheelset traction drive for railway traction rolling stock. Based on the analysis of design features of individual and common wheelset traction drive the analysis of research works and comparison of their technical and economic efficiency is done. Application domain of individual and common wheelset drive for modern transport and industrial locomotives is defined.

Текст научной работы на тему «Выбор тягового привода колесных пар локомотивов по технико-экономическим показателям»

ПРОБЛЕМАТИКА ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

УДК 629.424.3: 629.4.027

В. А. Кручек

д-р техн. наук, профессор (ФГБОУ ВПО ПГУПС)

ВЫБОР ТЯГОВОГО ПРИВОДА КОЛЕСНЫХ ПАР ЛОКОМОТИВОВ ПО ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИМ

ПОКАЗАТЕЛЯМ

Обоснован способ выбора типа тягового привода колесных пар для железнодорожного тягового подвижного состава. На основе анализа конструктивных особенностей индивидуального и группового тягового привода колесных пар выполнено сравнение их техникоэкономической эффективности. Определена область применения индивидуального и группового привода колесных пар для современных транспортных и промышленных локомотивов.

Индивидуальный и групповой тяговый привод колесных пар, конструктивные и техникоэкономические показатели, показатели сравнения, область применения.

Основное требование, предъявляемое к тяговому приводу колесных пар локомотива, - преобразование и передача потока мощности от тягового агрегата к колесным парам. Важно обеспечить безотказность работы привода, так как отказ приводит к снижению безопасности движения поездов и нарушению графика движения. Вместе с тем необходимо учитывать и техникоэкономические показатели обеспечения безопасности. Поэтому большое внимание уделяется уменьшению потерь энергии, повышению к. п. д., снижению материалоемкости, оптимизации массо-габаритных показателей, снижению воздействия экипажа на путь, обеспечению контроля и ремонтопригодности, уменьшению трудоемкости при обслуживании и ремонте.

В качестве тягового привода колесных пар на локомотиве могут быть применены приводы двух классов - индивидуального и группового. Возникает проблема сравнения их эффективности и выбора.

На основе анализа конструктивных особенностей индивидуального и группового тягового привода колесных пар выполним анализ их техникоэкономической эффективности по представленной схеме. Индивидуальный

5

Схема технико-экономического сравнения локомотивов с индивидуальным и групповым тяговыми приводами

6

и групповой тяговые приводы колесных пар локомотивов отличаются в кон -структивном плане количеством и размещением тяговых агрегатов, а также способом передачи вращающего момента дизеля к колесным парам.

Для индивидуального одностороннего привода характерно большое количество тяговых агрегатов. Групповой привод отличается минимальным числом тяговых агрегатов, но замкнутостью цепи передачи силы тяги к колесным парам и наличием избыточных связей.

Число единиц тяговых агрегатов на локомотиве определяет в целом его надежность, живучесть, общую стоимость и трудоемкость ремонта. Так как для группового привода колесных пар число тяговых агрегатов минимально, общая стоимость локомотива, оборудованного таким приводом, на 5-7 % ниже [1, 2], трудоемкость плановых видов ремонта на 40-50 % меньше, а надежность выше [1, 3] по сравнению с локомотивом, имеющим индивидуальный привод колесных пар. Однако живучесть локомотива с групповым приводом ниже, чем локомотива с индивидуальным приводом колесных пар, так как отказ тягового агрегата вызывает выход из строя всего локомотива [1].

Вследствие минимального количества тяговых агрегатов и их рационального расположения на локомотиве с групповым приводом колесных пар длина и масса экипажной части уменьшаются примерно на 15 % по сравнению с аналогичными показателями в случае индивидуального привода [1, 4]. Уменьшение массы и момента инерции экипажной части при групповом приводе колесных пар положительно сказывается на динамических свойствах локомотива и уровне воздействия его на путь, особенно при высокой скорости движения [1, 5, 6], лучшие габаритные показатели снимают ограничение на мощность тягового агрегата и удельной силы тяги локомотива [1], а также способствуют обеспечению лучшего вписывания локомотива в кривые участки пути [1] по сравнению с экипажем локомотива с индивидуальным приводом колесных пар.

Тип энергетической цепи передач тягового усилия существенным образом сказывается на величине статических и динамических нагрузок элементов привода. Замкнутость цепи передачи силы тяги в групповом приводе колесных пар играет как положительную, так и отрицательную роль [1, 5]. Замкнутость цепи передачи усилий в групповом приводе вызывает перераспределение тягово-тормозных усилий по колесным парам в случае изменения значений внешних факторов (нагрузки на ось, коэффициента сцепления и др.), что не отмечается при индивидуальном приводе осей без установки дополнительных специальных систем и оборудования. В результате использование сцепной массы и величина реализуемого коэффициента сцепления для локомотивов с групповым приводом, по данным различных авторов, на 6-35 % выше, чем для локомотивов с индивидуальным приводом колесных пар [1, 2]. Аналогичным образом объясняется и меньшая вероятность боксования и юза локомотивов с групповым приводом, а также большая вероятность реализа-

7

ции нормы массы поезда относительно локомотивов с индивидуальным приводом осей, что особенно важно при значительной нестабильности сцепления колес с рельсами.

Замкнутость цепи передачи усилий в групповом приводе вызывает дополнительные статические и динамические нагрузки в его элементах, вызываемые возмущающими факторами. К ним относятся колебания надрес-сорного строения тележек от воздействия пути, в частности стыков, а также пространственное положение реактивных тяг осевых редукторов и упругокинематические погрешности элементов тягового привода: разность жесткостей параллельных ветвей привода, влияющая на распределение нагрузок по колесным парам в стоповом режиме работы локомотива и при изменении силы тяги в движении [1, 6]. Следует особо отметить разность диаметров кругов катания колесных пар, в значительной степени определяющую перераспределение тягово-тормозных усилий по осям в движении [1, 4, 5], и кинематические погрешности осевых редукторов и углы изломов карданных валов, вызывающие значительные динамические нагрузки [5, 7]. Дополнительные статические и динамические нагрузки приводят к: снижению надежности элементов группового тягового привода по сравнению с индивидуальным [1, 8]; уменьшению коэффициента полезного действия привода на 2-6 %, что связано не только с потерями энергии вследствие избыточных связей, но и с увеличением числа зубчатых колес и подшипников в осевых редукторах [1]; увеличению по аналогичным причинам сопротивления движению локомотива на холостом ходу на 15-30 % [1]; снижению статического прогиба буксовой ступени на 30-35 % рессорного подвешивания в связи с параллельным включением в рессорную систему крутильной жесткости привода [1]; повышению требований к техническому обслуживанию и ремонту элементов группового привода. Отмечается, например, что малая величина допуска на разность диаметров кругов катания 1 мм вызывает необходимость дополнительной обточки колесных пар при их установке в групповой привод [1].

Необходимо отметить, что в режиме боксования под воздействием фрикционных автоколебаний [5] в тяговом приводе возникают динамические нагрузки, превосходящие статические в несколько раз, что особенно сильно проявляется при замкнутости цепи передачи тягового усилия, т. е. в групповом приводе. Динамические нагрузки превосходят статические в три - пять раз [5], что вынуждает устанавливать большой запас прочности элементов группового привода.

Результаты выполненного технико-экономического сравнения локомотивов с индивидуальным и групповым приводами колесных пар систематизированы и представлены в виде таблицы. Цифра 0 указывает на то, что данный тип привода уступает тому, с которым сравнивается, а цифра 1 свидетельствует о его превосходстве по соответствующему показателю.

8

Технико-экономическое сравнение локомотивов с индивидуальным и групповым приводами колесных пар

Критерии сравнения Привод

Показатели индивиду- альный группо- вой

Экономические и массо-габарит- Количество силового оборудования и стоимость локомотива в целом 0 1

ные показатели Габаритные размеры и масса экипажной части 0 1

Ограничение мощности приводного двигателя 0 1

Тягово-тормозные свойства Коэффициент использования сцепной массы (вероятность боксования и вероятность реализации нормы массы поезда) 0 1

Коэффициент полезного действия 1 0

Удельное сопротивление движению 1 0

Тормозные свойства 0 1

Безотказность Надежность локомотива в целом 0 1

работы Надежность элементов тягового привода 1 0

Живучесть локомотива 1 0

Ремонтопригод- ность Трудоемкость обслуживания и ремонта локомотива 0 1

Чувствительность нагруженности привода к технологическим отклонениям элементов 1 0

Воздействие локомотива Влияние на рессорное подвешивание локомотива 1 0

на путь Динамическое воздействие на путь и шумовые показатели 0 1

Из данных таблицы следует, что ни индивидуальный ни групповой тяговый привод колесных пар локомотива не имеет однозначного преимущества. Данное обстоятельство хорошо прослеживается на практике.

В нашей стране в последние годы наметилась тенденция к преимущественному использованию индивидуального привода для магистральных пассажирских и грузовых локомотивов, а группового привода - для маневровых и промышленных локомотивов. Эта тенденция, вероятно, связана с тем, что к маневровым и промышленным локомотивам предъявляются более высокие требования в плане общей стоимости, надежности, трудоемкости ремонта и тяговых свойств в условиях работы с высокими тяговыми нагрузками при нестабильном сцеплении колес с рельсами, где групповой привод имеет

9

преимущество перед индивидуальным. Для магистральных локомотивов, по-видимому, приоритетными считаются требования минимальных потерь энергии в приводе при более высокой скорости движения и меньших тяговых усилиях, чувствительности привода к технологическим отклонениям его элементов и живучести локомотивов, в чем индивидуальный привод превосходит групповой.

В других странах, особенно во Франции и Италии, прослеживается иная тенденция. Признается целесообразным использование группового привода колесных пар для локомотивов любых родов службы. В частности, выделяется преимущество мономоторного привода при высокоскоростном движении, когда важным обстоятельством становится чувствительность локомотива к кратковременной потере сцепления колес с рельсами [5].

В нашей стране с развитием высокоскоростного движения и с увеличением интенсивности эксплуатации магистральных локомотивов, что предъявляет повышенные требования к использованию их сцепной массы, а также с внедрением на локомотивах электродвигателей переменного тока внимание к применению группового тягового привода колесных пар на магистральных локомотивах, по-видимому, будет возрастать.

Указатель литературы

1. Развитие локомотивной тяги / под ред. Н. А. Фуфрянского, А. Н. Бевзен-ко. - М.: Транспорт, 1988. - 344 с.

2. Беляев А. И. Совершенствование тяговых приводов локомотива / А. И. Беляев // Железнодор. транспорт. - 1974. - № 11. - С. 54-57.

3. Головатый А. Т. Техническое обслуживание и ремонт локомотивов за рубежом / А. Т. Головатый, Ю. А. Лебедев. - М.: Транспорт, 1977. - 126 с.

4. Сабуров Ф. Ф. Энергетика перспективного тягового привода / Ф. Ф. Сабуров, В. И. Бахолдин // Железнодор. транспорт. - 1986. - № 5. - С. 36-38.

5. Бирюков И. В. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог / И. В. Бирюков, А. И. Беляев, Е. К. Рыбников. - М.: Транспорт, 1986. - 256 с.

6. Добрынин Л. К. Динамические нагрузки в трансмиссии тепловоза ТГМ10 / Л. К. Добрынин, В. А. Лысак. - Коломна: ВНИТИ, 1964. - Вып. 20. С. 142-169.

7. Павленко A. П. К определению динамических нагрузок в карданных приводах локомотивов / А. П. Павленко // Вестн. Всесоюз. науч.-исслед. ин-та железнодор. трансп. - 1971. - № 2. - С. 26-29.

8. Гриневич В. П., Мягких О. В. Исследование тяговых и тормозных свойств тепловозов ТЭМ2 и ТГМ6 в зоне малых скоростей / В. П. Гриневич, О. В. Мягких. -Коломна: ВНИТИ, 1976. - Вып. 44. - С. 89-97.

© Кручек В. А., 2011.

10

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.