ТЯГОВЫЕ И ЗКОНОМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОВОЗА

Условия работы локомотива на железнодорожном транспорте характеризуются тем, что для изменения ускорения движения в зоне малых скоростей требуется значительное увеличение силы тяги, а в зоне больших скоростей — меньшее. Эти условия хорошо согласуются с гиперболической зависимостью между силой тяги и скоростью, что одновременно отвечает эффективной работе дизеля на режиме постоянной мощности и частоты вращения во всем диапазоне скоростей движения тепловоза. Тепловоз как транспортная машина должен иметь тяговую характеристику, обеспечивающую автоматическое (без непосредственного вмешательства машиниста) изменение силы тяги при изменении скорости, т. е. при изменении сопротивления движению.

В условиях постоянно меняющейся нагрузки локомотива дизель не в состоянии обеспечить требуемой тяговой характеристики, так как его вращающий момент на заданной позиции контроллера изменяется незначительно. Необходимую трансформацию (преобразование) вращающего момента дизеля на режиме постоянной частоты вращения коленчатого вала обеспечивает электрическая передача, которая нашла широкое применение на тепловозах различного назначения. Передача на тепловозе выполняет и еще другую существенную роль — при запуске дизеля она разъединяет силовую кинематическую цепь от первичного двигателя (дизеля) к движущим колесам локомотива, а также позволяет осуществлять реверсирование, т. е. изменение направления движения локомотива.

Регулируя магнитный поток синхронного генератора на выходе из выпрямительной установки, получают характеристику, аналогичную внешней характеристике генератора постоянного тока, устанавливающую зависимость между напряжением и силой тока. Зависимость эта имеет в средней исти вид гиперболы и два участка ограничения — по максимальному току и максимальному напряжению. В сочетании с характеристиками тяговых электродвигателей последовательного возбуждения это обеспечивает получение таких же тяговых характеристик тепловоза, как и в случае передачи постоянного тока.

Тепловоз ТЭМ7 имеет восьмипозиционный контроллер, который обеспечивает достаточно высокую маневренность этого локомотива. Каждой позиции контроллера соответствуют определенная частота вращения коленчатого вала и величина мощности дизеля.

Для использования постоянной мощности дизеля на каждой позиции контроллера в заданном диапазоне изменения скорости движения тепловоза применено автоматическое бесступенчатое регулирование напряжения тягового генератора и ступенчатое ослабление магнитного поля тяговых электродвигателей. Графики изменения касательной силы тяги тепловоза в зависимости от скорости, построенные по результатам испытаний ВНИТИ, изображены на рис. 2. На них приведена кривая ограничения по сцеплению.

Так как электрическая схема тепловоза предусматривает работу тяговых электродвигателей при полном поле и две ступени ослабления поля, то каждая кривая графика состоит из трех отрезков. Переходы с полного поля на ослабленное поле и с одной ступени ослабления поля на другую, а также обратные переходы обозначены соответствующими знаками. Прямые и обратные переходы совершаются автоматически в зависимости от позиции контроллера и скорости движения тепловоза при помощи двух реле переходов.

Исходя из назначения тепловоза ТЭМ7 наиболее важными характеристиками его являются тяговые качества при трогании с места и в зоне низких скоростей движения. Высокие тяговые качества этого локомотива обеспечиваются за счет его большой массы (180 т), получения жестких динамических характеристик электрической передачи, высокого коэффициента использования сцепного веса и применения совершенных противобуксовочных устройств.

Благодаря применению низко опущенного, до уровня осей колесных пар, шкворня, наклонных тяг, оси которых пересекаются с поперечной осью двухосной тележки на уровне головок рельсов, и догружателей на тепловозе достигнуто минимальное перераспределение нагрузок по осям при тяге. Как следствие этого, на тепловозе реализуется высокий механический коэффициент использования степного веса, который представляет собой отношение нагрузки, приходящейся на рельсы от наиболее разгруженной оси колесной пары, к средней нагрузке.

По результатам испытаний механические коэффициент использования степного веса тепловоза ТЭМ7 при трогании с места составляет около 092. Как известно, на четырех- и шестиосных локомотивах одностороннее («гуськовое») расположение тяговых электродвигателей приводит к увеличению коэффициента использования сцепного веса. Однако, как показали теоретические исследования, такое расположение тяговых электродвигателей на восьмиосном тепловозе для принятой конструкции четырехосной тележки с промежуточной рамой не улучшает использование сцепного веса тепловоза, Одновременно при одностороннем расположении электродвигателей увеличивается инерционные поперечные силы за счет большего момента инерции двухосных тележек относительно вертикальной оси, проходящей через условный центр ее поворота. В связи с этим на тепловозе было принято симметричное расположение тяговых электродвигателей на двухосной тележке.

В настоящее время для оценки соотношения между,'реализуемой длительной силой тяги и служебным весом локомотива пользуются коэффициентом тяги длительного режима. Он представляет собой отношение силы тяги длительного режима к служебной массе локомотива. Для тепловоза ТЭМ7 этот показатель находится на уровне лучших отечественных и зарубежных образцов и равен 0,192. Для сравнения отметим, что у маневрового тепловоза ТЭМ2 он достигает только 0,168.

Высокие тяговые качества тепловоз ТЭМ7 реализует не только при работе по внешней характеристике, но также и на частичных нагрузках (промежуточных позициях контроллера). Так, например, электрическая передача, начиная с 4-й позиции контроллера, обеспечивает использование силы тяги по сцеплению. Тяговый генератор получает эффективную мощность дизеля за вычетом величины, расходуемой на вспомогательные нужды тепловоза, т. е. так называемую свободную мощность дизеля. Объединенный регулятор мощности и частоты вращения дизеля совместно с системой регулирования электрической передачи обеспечивает полное использование свободной мощности дизеля, начиная со 2-й позиции контроллера, независимо от колебаний температур обмоток тяговых электрических машин и изменений мощности на вспомогательные нужды тепловоза.

Расход мощности на вспомогательные нужды включает в себя следующее: мощность, затрачиваемую на привод вентилятора охлаждающего устройства тепловоза; мощность, затрачиваемую на привод вентилятора централизованного воздухоснабжения; мощность, затрачиваемую на приводы тормозного компрессора, возбудителя, топливоподкачивающего и маслопрокачивающего насосов; мощность, затрачиваемую на питание цепей управления, освещения и зарядку аккумуляторной батареи. Выполнение возросших требований к очистке воздуха для охлаждения тяговых электрических машин, увеличение производительности компрессора, применение охлаждаемых коллекторов дизеля, снижение максимально допустимых температур теплоносителей дизеля и др. приводят к относительному увеличению расхода мощности на вспомогательные нужды (для тепловоза ТЭМ7 при температуре наружного воздуха 293 К (+20 'С) он составляет примерно 14 % номинальной мощности дизеля) .

С целью сокращения затрат мощности на вспомогательные нужды на тепловозе ТЭМ7 внедрены следующие конструктивные решения; гидродинамический регулируемый бесступенчато привод вентилятора охлаждающего устройства тепловоза; электрический привод тормозного компрессора, обеспечивающий постоянную номинальную производительность во всем диапазоне частот вращения дизеля, отключающий ,компрессор на время его холостого хода; один осевой высоконапорный вентилятор централизованного воздухоснабжения с к. п. д. 0,85 — 0,90 с механическим приводом от дизеля.