Основные технические параметры тепловоза

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский Государственный Университет Путей Сообщения (МИИТ)

Институт Транспортной Техники и Систем Управления (ИТТСУ)

Кафедра «Электропоезда и локомотивы»

Курсовой проект

по дисциплине «Теория и конструкция локомотивов»

Выполнил: студент гр.ТЛТ-411

Семенюк А.А.

Принял: к.т.н., доц. Неревяткин К. А.

Москва 2014



Содержание

Введение

1. Расчёт основных технических параметров проектного тепловоза

2. Выбор тягово-энергетического оборудования проектного тепловоза

2.1 Выбор тягового электродвигателя

2.2 Режим работы тяговых электрических машин

2.3 Выбор тягового генератора

2.4 Выбор дизеля

2.5 Оценка параметров тягового зубчатого редуктора

3. Расчёт вспомогательного оборудования проектного тепловоза

3.1 Выбор схемы охлаждения теплоносителей дизеля и конструкции охлаждающих устройств

3.2 Тепловой расчёт водовоздушных радиаторов

3.3 Расчет вентиляторов охлаждающего устройства

3.4 Тепловой и гидравлический расчёты водомасляного теплообменника

3.5 Оценка основных параметров системы охлаждения тяговых электрических машин

3.6 Разработка схемы приводов вспомогательного оборудования тепловоза, расчёт коэффициента отбора мощности на привод вспомогательного оборудования

4. Расчёт экипажной части проектного тепловоза

4.1 Расчет статического коэффициента использования сцепного веса

4.2 Геометрическое вписывание тепловоза

5. Технические характеристики спроектированного тепловоза

5.1 Расчёт и анализ удельных параметров тепловоза

5.2 Расчёт и анализ тяговой характеристики тепловоза

Заключение

Список использованной литературы



Введение

тепловоз расчёт машина

В данном курсовом проекте закреплены теоретические знания, полученные в лекционном курсе "Теория и конструкция локомотивов". На основе тепловоза прототипа разрабатывается проект магистрального грузового тепловоза заданной мощности. В работе выбираются и рассчитываются конструкции охлаждающего устройства и его вентилятора, водомасляный теплообменник, секции радиатора, а также выбирается и рассчитывается система охлаждения тяговых электрических машин. Выполняется геометрическое вписывание в кривую заданного радиуса, производится расчет статического коэффициента использования сцепного веса, строится тяговая характеристика проектного тепловоза.

Объём курсового проекта включает расчетно-пояснительную записку и графическую часть.



1. Расчёт основных технических параметров проектного тепловоза

Исходные данные:

1) род службы тепловоза - пассажирский;

2) расчётная скорость - км/ч;

3) конструкционная скорость - км/ч;

4) минимальный радиус проходимых кривых - R=80 м;

5) весовая норма состава - т;

6) расчётный подъём - ⁰/₀₀;

7) осевая нагрузка вагона - т.

1. Определение расчетной касательной силы тяги.

где -ускорение свободного падения;

-коэффициент тяги;

-основное удельное сопротивление движению локомотива;

-основное удельное сопротивление движению вагонов;

1.1 Коэффициент сцепления при расчётной скорости:

1.2 Коэффициент тяги:

1.3 Основное удельное сопротивление движению локомотива:

1.4 Основное удельное сопротивление движению вагонов:

Теперь можно рассчитать :

2. Сила тяги тепловоза при трогании с места:

где -основное удельное сопротивление при трогании;

расчетный коэффициент сцепления при трогании;

удельная ускоряющая сила.

2.1 Расчетный коэффициент сцепления при трогании:

2.2 Основное удельное сопротивление при трогании



Теперь по можно определить :

3. Номинальная касательная мощность тепловоза:

4. Номинальная мощность тепловоза по дизелю:

где - коэффициент отбора мощности по дизелю.

5. Секционная мощность тепловоза по дизелю:

где число секций локомотива .

Принимаем

6. Сцепной вес секции тепловоза.

6.1 Сцепной вес, требуемый для реализации силы тяги при разгоне:



6.2 Сцепной вес, требуемый для реализации силы тяги при трогании:

Принимаем максимальный сцепной вес

7. Служебная масса секции тепловоза.

7.1 Служебная масса, необходимая для создания требуемого сцепного веса:

7.2 Служебная масса тепловоза как постройки:

где удельная металлоемкость.

Окончательно принимаем

8. Осевая нагрузка тепловоза.

Принимаем осевую формулу .

9. Ориентировочный диаметр колеса.

где - удельная нагрузка на один миллиметр диаметра колеса.

Принимаем =1220 мм

10. Габаритные и базовые размеры секции тепловоза.

10.1 Ориентировочная длина тепловоза по осям автосцепки:

Максимальная длина локомотива ограничена техническими требованиями к ремонтным стойлам депо, минимальная - прочностью путевых сооружений.

где - допускаемая нагрузка на единицу длины пути.

Окончательно принимаем L_л=19740 мм.

10.2 База локомотива:

где числовой коэффициент

10.3 База тележек:

где число осей в тележке

Вывод: по результатам расчета получаем данные:

n_с=1 ;

осевая формула 3₀-3₀

F_кр=127,6 кН ;

Ne=2378 кВт ;

m_сл=116 т

По полученным данным выбираем прототип тепловоза - ТЭП70.



2. Выбор тягового энергетического оборудования проектного тепловоза

2.1 Выбор тягового электродвигателя

Выбор тягового электродвигателя будем производить из числа серийных двигателей по известным размерам сердечника якоря (прототип ЭД-121):

Тип двигателя: ЭД-121

Серия тепловоза: ТЭП70

Класс изоляции якорной обмотки: H

Диаметр сердечника якоря, мм: 493

Длина сердечника якоря, мм: 380

Число главных полюсов: 4

Число коллекторных пластин: 232

Развиваемая мощность, кВт: 410

Толщина миканита между коллекторными пластинами, мм: 1.5

1. Электрическая мощность ТЭД:

- касательная мощность секции тепловоза;

- число движущих осей секции тепловоза;

5 - КПД тягового зубчатого редуктора;

- КПД ТЭД в продолжительном режиме.

2. Линейная скорость на поверхности якоря ТЭД при движении с конструкционной скоростью:

Принимаем по условиям механической прочности ТЭД.

3. Линейная скорость на поверхности якоря ТЭД при движении с расчётной скоростью:

где диапазон рабочих скоростей тепловоза.

4. Линейная токовая нагрузка ТЭД в продолжительном режиме (с изоляцией якорной обмотки класса «Н»):

, А/м

А/м

- проверка выполняется

5. Требуемый коэффициент регулирования напряжения ТЭД.

где - минимальная степень ослабления возбуждения ТЭД.

диапазон рабочих скоростей тепловоза

Принимаем ,тогда:

- проверка выполняется.

6. Магнитная индукция в воздушном зазоре ТЭД в продолжительном режиме.

где - коэффициент, зависящий от конструкции ТЭД;

- коэффициент полюсного перекрытия ТЭД (для некомпенсированных ТЭД).

Проверка по условию насыщения магнитной системы ТЭД:

- проверка выполняется.

7. Среднее напряжение между коллекторными пластинами ТЭД при движении с конструкционной скоростью.

9,97 В

проверка выполняется

8. Максимальное напряжение между коллекторными пластинами ТЭД при движении с конструкционной скоростью.

где 2р=4 - число главных полюсов ТЭД;

- эффективный воздушный зазор под главным полюсом;

- коэффициент воздушного зазора.

35,34 В

Проверка:

.

9. Реактивная ЭДС в якорной обмотке ТЭД при движении с конструкционной скоростью.

где - коэффициент рассеяния якорной обмотки.

7,87 В

Проверка по условию нормальной коммутации:

.

По итогам расчёта выбираем тяговый электродвигатель ЭД-121 (некомпенсированный) со следующими параметрами:

м

2р=4

А/м

2.2 Режим работы тяговых электрических машин на проектируемом тепловозе

1. Частота вращения якоря ТЭД в режиме конструкционной скорости.

об/мин

2. Частота вращения якоря ТЭД в продолжительном режиме.

об/мин

3. Сила тока ТЭД в продолжительном режиме.

где - число проводников якорной простой петлевой обмотки ТЭД (для тепловозов);

К=232 - число коллекторных пластин;

Тогда .

846,2 А

4. Напряжение ТЭД в продолжительном режиме.

В

5. Магнитный поток возбуждения в продолжительном режиме.

где - электрическая постоянная ТЭД;

а=р - число параллельных ветвей якорной обмотки ТЭД (для тепловозных ТЭД с простой петлевой обмоткой);

Тогда

Вб

6. Максимальное напряжение ТЭД.

В

7. Допустимое напряжение ТЭД.

В

Проверка по напряжению:

.

8. Минимальная сила тока ТЭД:

9. Максимальная сила тока ТЭД.

А

10. Допустимая сила тока ТЭД.

где А - допустимая сила тока в параллельной ветви якорной обмотки ТЭД с классом изоляции «Н»;

2а=4 - число параллельных ветвей якорной обмотки.

А

Проверка по силе тока:

11. Минимальное напряжение питания ТЭД

12. Электрическая мощность генератора постоянного тока.

где

- КПД выпрямительной установки. Принимаем

кВт

13. Напряжение и ток продолжительного режима работы тягового генератора.

где - зависит от схемы подключения двигателей к тяговому генератору.

А

В

Режим работы представлен на рисунке 1.

Режим работы ТГ

2.3 Выбор тягового генератора проектируемого тепловоза

Предварительно задаем серию ТГ такой же, как и на тепловозе-прототипе (ГС-501).

Тип генератора ГС-501:

Серия тепловоза: ТЭП70

Диаметр сердечника статора D_а, мм: 1230

Длина сердечника статора L_а, мм: 300

Число главных полюсов 2р: 12

Число пазов статора z: 144

Число параллельных ветвей обмотки статора 2а: 2

1. Линейная токовая нагрузка ТГ.

Для выбранного ТГ необходимо выполнить проверку по допустимой тепловой напряженности рабочей обмотки в продолжительном режиме работы:

, А/м

где: - действующее значение тока статора

а)

б),6 В

в)

В

г) ,

д)

А

Теперь можем посчитать:

А/м.

Необходимо подобрать серийный генератор так, чтобы А/м.

- проверка не выполняется.

Так как проверка не выполняется, то нужно выбрать вместо тягового генератора, тяговый агрегат у которого =90600 А/м.

Выбираю тяговый агрегат - АСТГ2-2800/400.

72313 90600 - проверка выполняется.

2. Номинальная частота вращения ротора ТГ.

a) Минимальная возможная частота вращения ротора ТГ на номинальном режиме

где:

- коэффициент полюсного перекрытия;

- обмоточный коэффициент;

- коэффициент формы кривой поля;

Тл - магнитная индукция в воздушном зазоре, при работе генератора с максимальным напряжением;

м - длина якоря ТГ;

- продолжительная электромагнитная мощность тягового синхронного генератора, кВт,

=0,86

коэффициент мощности в продолжительном режиме;

кВт

Теперь можем найти:

Найдем:

, об/мин,

Максимально допустимые частоты вращения ротора ТГ на номинальном режиме:

, об/мин,

где:

м/с - предельно допустимая линейная скорость на поверхности ротора;

Dр- диаметр ротора СГ (Dp=0,985Da=1,21м)

об/мин.

2.4 Выбор дизеля

В качестве энергетической установки будем использовать дизель из мощностного ряда Д49.

Основное уравнение ДВС:

, МПа,

где:

МПа

При Ne=2500:

1,25 МПа - условие выполняется.

Окончательно выбираем следующие параметры ДГУ:

Дизель Д49: z=16; МПа; об/мин.

АСТГ2-2800/400: В; кВт.

2.5 Оценка параметров тягового зубчатого редуктора

1. Параметры работы ТЭД на проектируемом тепловозе.

1.1 Частота вращения якоря ТЭД при движении тепловоза с конструкционной скоростью.

Из пункта 2.2 имеем

1.2 Частота вращения якоря ТЭД в продолжительном режиме.

Из пункта 2.2 имеем

1.3 Вращающий момент на валу двигателя в продолжительном режиме:

2. Выбор конструкции тягового привода проектируемого тепловоза.

2.1 Класс тягового привода.

В соответствии с родом службы (пассажирское движение) и выбранной серией ТЭД (ЭД-121) принимаем в курсовом проекте тяговый привод III класса.

2.2 Диаметр колеса.

В соответствии с пунктом 1 принимаем мм.

2.3 Тип зубчатой передачи.

По рассчитанным параметрам мм и применяем одностороннюю зубчатую передачу.

3. Выбор параметров тягового зубчатого редуктора.

3.1 Передаточное отношение:

3.2 Модуль зубчатого зацепления:

В соответствии с , и т.к. Dк=1220 выбираем .

3.3 Геометрические параметры большого зубчатого колеса.

1. Диаметр делительной окружности большого зубчатого колеса:

где - расстояние между нижней точкой корпуса редуктора и головкой рельса (клиренс ТЗР);

с мм - расстояние между вершиной зуба большого зубчатого колеса и кожухом редуктора.

2. Число зубьев большого зубчатого колеса:

3.4 Геометрические параметры шестерни

1. Число зубьев шестерни:

Значения следует принимать взаимно простыми, с наибольшим общим делителем равным 1.

Окончательно принимаем 23:83.

3.5 Диаметр делительной окружности шестерни:

мм

4 Компоновка ТЭД и ТЗР.

4.1 Централь тягового зубчатого редуктора:

мм

Т.к. фактическое значение централи несколько больше ориентировочного вследствие того, что зубья шестерни и большого зубчатого колеса выполняют с угловой коррекцией; при этом централь тягового редуктора увеличивается, как правило, на 5-10 мм. Окончательно принимаем:

Ц=530+10=540 мм

4.2 Предельное значение ширины остова ТЭД:



где мм - диаметр полого вала.

мм

4.3 Предельное значение высоты остова ТЭД:

где мм - клиренс ТЭД;

мм - превышение оси вала ТЭД над осью колёсной пары.

мм

4.4 Проверка возможности совместной компоновки ТЭД и ТЗР.

Для ЭД-121 можно условно принять:

Все проверки выполняются.



3. Расчёт вспомогательного оборудования проектного тепловоза

3.1 Выбор схемы охлаждения теплоносителей дизеля и конструкции охлаждающих устройств

Водяная система: 2-х контурная система охлаждения теплоносителей дизеля, охлаждение воздуха в ОНВ и охлаждение масла в ВМТ. Охлаждающее устройство арочного типа со всасывающей вентиляцией, с однорядным, одноярусным расположением секций типа ВС-12.

3.2 Тепловой расчёт водовоздушных радиаторов

1. Основные положения и исходные данные.

1.1 Теплоотводы в воду I и II контуров:

где теплоотвод от элементов дизеля в воду, кВт;

теплоотвод от элементов дизеля в масло, кВт;

теплоотвод от надувочного воздуха, кВт.

Для дизелей мощностного ряда Д49 можно использовать эмпирические зависимости:

Тогда имеем:

1.2 Условия работы системы охлаждения:

а) температура воды на входе в ВВР:

- для первого контура: ;

- для второго контура: ;

б) температура воздуха на входе в ВВР:

в) допустимый перепад температур воды:

1.3 Технические характеристики секции ВВР:

Технические характеристики секции ВС12

№	Параметр	Обозначение	Величина
1	Рабочая длина трубок		1206
2	Шаг оребрения		2,3
3	Живое сечение секции для прохода воды		0,00132
4	Живое сечение секции для прохода воздуха		0,1490
5	Теплопередающая поверхность секции с воздушной стороны		29,5
6	Гидравлический диаметр воздушной стороны секции		0,0038
7	Гидравлический диаметр трубки		0,002098
8	Ширина секции		0,154
9	Глубина секции		0,187
10	Масса секции		42,25

1.4 Теплофизические параметры теплоносителей I и II контуров:

Для расчета теплофизических параметров теплоносителей будем использовать универсальное уравнение:

где значение теплоносителя (например, плотность);

температура теплоносителя;

эмпирические коэффициенты.

1. Теплофизические параметры теплоносителей.

а) Теплофизические параметры воды при :

;

;

;

б) Теплофизические параметры воды при температуре 70:

;

;

;

;

в) Теплофизические параметры воздуха при температуре 40:

;

;

;

2. Расчет производительности водяного насоса.

Для дизели типа Д-49 принимаем =76

3. Коэффициент теплопередачи секции радиатора.

3.1 Число Рейнольдса для потока воды:

где - массовая скорость воды в трубках радиатора;

- коэффициент динамической вязкости воды.

3.2 Число Рейнольдса для потока воздуха:

где - массовая скорость воздуха в секции радиатора;

коэффициент динамической вязкости воздуха.

3.3 Температурный фактор:

3.4 Критерий Кирпичева:

где - числовые коэффициенты;

, - число Рейнольдса для потока воздуха и воды соответственно;

- температурный фактор.

Значения эмпирических коэффициентов для приведены в таблице:

Таблица. Значения эмпирических коэффициентов для секций типа ВС

	A	n		p
1100-2300	0,008729	0,78	0,095	0,08

4. Коэффициент теплопередачи секции радиатора.

где - коэффициент, учитывающий технологические неточности изготовления секций типа ВС;

5. Число секций радиатора в контуре системы охлаждения.

(12,6

Окончательно принимаем секций.

(28,7

Окончательно принимаем секций.

6. Температура теплоносителей на выходе из радиатора:

Вода:

Воздух:



7. Фактическая массовая скорость воды в трубках радиатора.

-при параллельном соединении секций:

-при последовательно-параллельном соединении секций:

Для I контура принимаем параллельное соединение секций радиатора.

Для II контура принимаем параллельно-последовательное соединение секций радиатора.

3.3 Расчет технических требований первого вентилятора охлаждающего устройства

1 Исходные данные.

1.1 Серия вентилятора УК-2М.

1.2 Тип привода вентилятора: гидростатический.

1.3 Предельный диаметр вентилятора по условию прочности лопастей D=1,72м. Принимаем D=1500 мм

1.4 Номинальная частота вращения: n=1330

1.5 Предельная мощность привода: N=60 кВт

2 Компоновка охлаждающих устройств:

2.1 Длина шахты:

2.2 Число вентиляторов в шахте:

2.3 Число секций обслуживаемых одним вентилятором:

2.4 Длина шахты:

3 Расчетная производительность вентилятора:

3.1 Температура воздуха на входе в вентилятор:

где - коэффициент, учитывающий подсос воздуха в шахту через неплотности.

3.2 Плотность воздуха на входе в вентиляторное колесо:

Далее можно найти расчетную производительность вентилятора:

4. Расчетный напор вентиляторной установки.

4.1 Потеря давления воздуха в боковых жалюзи:

, Па

где - коэффициент аэродинамического сопротивления боковых жалюзи;

Размещено на Allbest.ru

...