Многообразие факторов, влияющих на температурный режим в кабине, затрудняет решение поставленной задачи: создание необходимого температурного режима в пределах санитарных норм.
На основании анализа опытных данных в поездных условиях, выразим факторы, влияющие на температуру в кабине машиниста в зимних условиях,следующей функциональной зависимостью
, (30)
где -6р- температура окружающей среды, °C;
время работы отопительного устройства кабины, час
v - скорость движения тепловоза, км/ч;
температурный перепад воды в калорифере, °C;
весовая скорость воды в калорифере, кг/м2сек;
^-теплообмен за счет радиационной составляющей ккал/ч; К - коэффициент теплопередачи стенок кабины машиниста,
РЬ - барометрическое давление в кабине,
относительная влажность воздуха, %;
ПК- позиция контроллера.
Кроме указанных выше факторов, на температурный режим в кабине влияет состояние поверхности обшивы (смоченная или сухая и т.д.).
При работе в условиях жаркого климата факторы, влияющие на температурный режим можно записать в виде следующего выражения
°с; (я)
где t. - температура окружающей среды, °C;
V - скорость движения тепловоза, км/ч;
Оркз- теплопритоки от солнечной радиации, ккал/ч;
К - коэффициент теплопередачи стенок кабины машиниста, ккал/м2ч °C;
R,- барометрическое давление в кабине, кг/см2;
- относительная влажность воздуха, %;
t - угол наклона передних окон;
ПК- позиция контроллера.
Из сравнения выражений (30) и (32) видно, что они имеют общие факторы, от которых зависит температурный режим в кабине при работе тепловозов в различных климатических условиях. К ним относятся: t. - температура окружающей среды; 17 - скорость движения тепловоза; Qp - потеря тепла (приток) через ограждение кабины за счет радиационного теплообмена; К - средний коэффициент теплопередачи ограждения кабины; Ро - барометрическое давление в кабине; - относительная влажность воздуха;
ПК - позиция контроллера.
Несмотря на общность факторов, некоторые из них влияют по-разному на температурный режим в кабине и зависят от климатических условий, в которых работают тепловозы. Рассмотрим некоторые из них.
Температурный перепад воды в калорифере зависит от режима работы силовой установки, весовой скорости воздуха в наиболее узком месте секции смесительного устройства, а также температуры окружающей среды. Известно, что за время поездки режим работы силовой установки неоднократно изменяется, в зависимости от условий движения. В зависимости от того, изменяется температура охлаждающей в системе дизеля воды. Отсюда, при прочих равных условиях, будет изменяться количество тепла, отдаваемое калорифером; массовая скорость воды в калорифере зависит также от режима работы силовой установки. Заметим, что при росте массовой скорости воды в калорифере увеличивается его теплопроизводительность, что приводит к повышению температуры в кабине машиниста;
- время работы калорифера оказывает существенное влияние на температурный режим. Эти факторы; влияющие на температуру воздуха в кабине необходимо учитывать на тепловозах, эксплуатирующихся в зимних условиях.
При работе тепловозов в различных климатических условиях необходимо также учитывать приток (потери) тепла в кабину машиниста за счет радиационной составляющей.
Проведенные исследования в кабине машиниста тепловоза ТЭм2 при выполнении маневровой работы с включенным калорифером и открытыми боковыми окнами при ίο = -7°С показали, что температура в кабине изменяется по гиперболическому закону (рис. 30). Причем, средняя температура на уровне санитарных норм или близким к ней на рабочих местах машиниста и его помощника находилась при скорости движения тепловоза примерно до 4 км/ч. Далее температура резко уменьшается и при 1/ = 35 км/ч она достигла пределов : от +3,8°С в нижней зоне помощника до + 6,7°С - в верхней зоне машиниста, что ниже нормы на
Приведенные зависимости (рис. 31) при to = -7°С открытых боковых окнах и включенном калорифере показывают, что даже незначительное изменение скорости движения (до 20 км/ч) приводит к резкому снижению (примерно в 3 раза) средней температуры в кабине тепловоза ТЭм2. и подчиняется условию: 
Наличие большого числа переменных, влияющих на температурное поле в кабине машиниста, усложняет задачу исследований.
Произведем ориентировочный подсчет теоретически необходимого количества тепла для поддержания температурного режима в кабине машиниста тепловоза 2Т31ОЛ при существующей теплошумоизоляции по уравнению теплопередачи (1).
По результатам расчетов была построена зависимость (рис. 32), которая показывает, что с увеличением скорости движения тепловоза и с понижением to количество тепла, теоретически необходимого для поддержания требуемого температурного режима, увеличивается. Максимальное количество тепла, как видно из графика, составило Q = 4850 ккал/ч. Фактическое тепловыделение калорифером несколько ниже требуемого (на 250 ккал/ч), при этом средняя температура в кабине машиниста была на уровне + 13°С.
Средняя температура (+13°С), полученная в опытных поездках , не дает полного представления о колебаниях температурного поля в кабине машиниста тепловоза.
Так, например, в экспериментальных исследованиях температура в отдельных точках кабины колебалась от +38,4°С до -
Столь резкие колебания температур недопустимы и характеризуют, в первую очередь, плохую теплоизоляцию и недостаточную герметичность ограждения кабины машиниста.
С другой стороны, климатическая установка не имеет автоматического устройства для поддержания нужного температурного режима. Поэтому температура в кабине машиниста зависит от субвективных ощущений обслуживающего персонала.
Влияние солнечной радиации на температурный режим в кабине машиниста изучалось на тепловозах 2ТЭ10Л и 2ТЭ116. Эти исследования проводились на стоянке при неработающем дизеле и закрытых боковых окнах.
В процессе испытаний, при температуре окружающей среды равной + 32,7°С, на стоянке при неработающем дизеле в течение 10,5 часов и закрытых окнах было установлено, что средняя температура воздуха в кабине машиниста тепловоза 2ТЭ10Л составила 38,1°С, а в кабине тепловоза 2ТЭ116 она была на уровне 34 °С или на 4,1° С меньше, чем на 2ТЭ10Л. Это характеризует более лучшую теплоизоляцию в ограждении кабины машиниста тепловоза 2ТЭ116.
Применение в качестве обшивы кабины машиниста тепловоза новых изоляционных материалов на основе пластмасс может существенно снизить коэффициент теплопередачи стенок кабины машиниста, а следовательно и количество тепла (Gt), необходимого для поддержания нужного температурного режима.
Наиболее перспективными материалами в настоящее время являются пенополистирол и пенополиуретан, обладающие высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Они имеют низкий коэффициент теплопроводности (Jl· = 0,033-0,042 ккал/м2ч°С) и могут вспениваться на месте при использовании, что позволит заполнять ими пространство сложной формы.
Выполнение вышеизложенных условий, на наш взгляд, обеспечит более равномерное температурное поле по объему кабины машиниста. Кроме того, рациональное использование калорифера не только приблизит температуру к санитарным нормам, но позволит получить определенную экономию энергии, необходимую для привода вспомогательного оборудования.