Теория и конструкция локомотивов

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ

БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Локомотивы»

Теория и конструкция локомотивов

Пояснительная записка к курсовой работе



РЕФЕРАТ

Пояснительная записка содержит: 54 страниц, 13 рисунков, 8 таблиц, 4 источника.

Тепловоз, система охлаждения, дизель, тяговый генератор, вентилятор, тяговая характеристика, эффективная мощность, расход, температура теплоносителей.

Объектом исследования является маневровый тепловоз серии ТЭМ2У.

Цель работы: рассчитать мощность дизель-генераторной установки тепловоза и параметры тяговой передачи, построить тяговую и технико-экономическую характеристики, произвести тепловой расчет холодильника.

В результате выполнения курсового проекта были рассчитаны тяговые и технико-экономические характеристики серийного тепловоза (тепловоза-образца) для номинального режима работы дизель-генераторной установки и характеристики расчетного тепловоза для режима работы, определенного в задании на проектирование, и проведен анализ эффективности работы системы охлаждения тепловоза.



ВВЕДЕНИЕ

локомотив тепловоз мощность дизель

Распоряжением МПС России № 747 ст. 27.11.2002 г. утвержден типаж новых локомотивов, который установил основные нормативные показатели, габариты и требования к унификации оборудования, безопасности движения, системам жизнеобеспечения и другие параметры. В основу «Типажа» положен принцип специализации локомотивов по роду службы.

При создании новых локомотивов НИИ, проектно-конструкторские и промышленные предприятия должны руководствоваться основными принципами научно-технического прогресса в транспортном машиностроении:

- повышение технико-экономической эффективности пассажирских и грузовых перевозок, безопасности движения, улучшение условий и увеличение производительности труда обслуживающего персонала применением в конструкции локомотивов передовых конструкторских решений;

- унификация оборудования и модульных составных частей локомотивов;

- обеспечение возможности передислокации парка локомотивов по сети железных дорог;

- увеличение нормативного срока эксплуатации основных несущих конструкций до 40 лет для тепловозов за счет решения комплекса задач, включающих расчеты долговечности и предельно-деформированных состояний, применение технической диагностики средствами неразрушающего контроля в сочетании с методами механики разрушения, исследование структурно-механических свойств металла;

- уменьшение удельного расхода топлива тепловозами на 8 - 10 % совершенствованием конструкции дизелей, применением регулируемого наддува, электронным впрыском топлива, осушаемыми секциями радиатора, поосным регулированием тяги, снижением расхода мощности на вспомогательные нужды;

- снижение расходов на техническое обслуживание и ремонт повышением показателей надежности и ремонтопригодности, уменьшением трудоемкости и продолжительности простоя в плановых ремонтах, применением интеллектуальных систем диагностики;

- использование альтернативных видов топлива в тепловозах, снижение выбросов вредных веществ, уменьшение загрязнения окружающей среды, применение противоизносных присадок и препаратов в дизельном масле;

- улучшение в сравнении с существующими локомотивами показателей воздействия на путь.



1. УСТРОЙСТВО ТЕПЛОВОЗА ТЭМ2У И ЕГО ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

1.1 Назначение и компоновка тепловоза

Тепловоз ТЭМ2У предназначен для выполнения маневровой работы (рис. 1.1). Запасы топлива, масла ,воды, песка обеспечивают работу на маневрах продолжительное время (10 суток) без экипировки.

На тепловозе установлен дизель марки ПД1М мощностью 882 кВт.

Рама тепловоза опирается на две трехосные челюстные тележки через восемь скользящих опор. Тяговые двигатели имеют опорно-осевую подвеску.

Оборудование тепловоза ТЭМ2У монтируют на главной раме, установленной на две трехосные тележки, все оси которых ведущие. Каждая тележка имеет четыре опоры, воспринимающие вертикальные нагрузки от главной рамы. Горизонтальные усилия передаются через два центральных шкворня. Передняя и задняя тележки одинаковой конструкции, за исключением правой буксы средней оси задней тележки, на которой расположен привод скоростемера.

Кузов тепловоза ТЭМ2У (капотного типа) состоит из пяти основных частей: холодильной камеры, кузова над дизельным помещением, кузова над аппаратной камерой, кабины машиниста и кузова над аккумуляторным помещением. Кузова над двигателем и аппаратной камерой съемные, что обеспечивает возможность демонтажа, расположенного под ними крупного оборудования. Остальные части кузова приварены к главной раме.

В дизельном помещении, примерно посередине тепловоза, размещена дизель-генератор, компрессор и ряд других вспомогательных механизмов. Дизель-генераторная установка является источником постоянного тока. Электрический ток поступает к тяговым электродвигателям, приводящим в движение колесные пары посредством зубчатой передачи.

На тепловозе ТЭМ2У электрическая схема предусматривает, соединение тяговых электродвигателей в две параллельные группы по три двигателя в каждой и две ступени ослабления поля.

Рис. 1.1. Расположение оборудования на тепловозе ТЭМ2У:

1 - буферный фонарь; 2 - редуктор вентилятора холодильной камеры; 3 - жалюзи боковые; 4 - прожектор; 5 - песочницы передние; 6 - холодильная камера; 7 - жалюзи верхние; 8 - вентилятор холодильника; 9 - масляные фильтры; 10 - бак для воды; 11 - бак для масла; 12 - дизель-генератор; 13 - ТК; 14 - компрессор; 15 - аппаратная камера; 16 - тифон; 17 - двухмашинный агрегат; 18 - пульт управления; 19 - кабина машиниста; 20 - аккумуляторное помещение; 21- антенна; 22 - песочницы задние;24 - аккумуляторная батарея; 25 - преобразователь; 26 - блок питания радиостанции; 27 - автосцепка; 28 -ТЭД; 29 - ручной тормоз; 30 - калорифер; 31 - кран машиниста; 32 - контроллер; 33 - шкворень; 34 - вентилятор охлаждения ТЭД задней тележки; 35 - кожух редуктора; 36 - топливный бак; 37 -воздухоочиститель; 38 - ФГО; 39 - главный резервуар; 40 - главная рама тепловоза; 41 -тележка; 42 - вентилятор охлаждения ТЭД передней тележки; 43 - масло и топливоподкачивающие насосы; 44 - топливоподогреватель; 45 - охлаждающие секции масляные; 46 - опора рамы; 47 - охлаждающие секции водяные;48 - путеочиститель; 49 - водяной насос контура охлаждения надувочного воздуха; 50 - водяные секции охлаждения надувочного воздуха

Тяговый генератор используют также и для запуска дизеля. В этом случае генератор работает в режиме электродвигателя, получая питание от аккумуляторной батареи. Последняя служит и для освещения тепловоза на стоянках.

От вала привода масляного насоса, расположенного на переднем торце дизеля, через систему карданных валов и конический редуктор с фрикционной муфтой, находящийся в холодильной камере, приводится во вращение вентилятор холодильной камеры, а при помощи клиноременной передачи вентилятор охлаждения тяговых электродвигателей передней тележки.

С левой стороны, впереди дизеля, один над другим, смонтированы маслопрокачивающий и топливоподкачивающий насосы, приводимые в действие электродвигателями.

Основные технические характеристики тепловоза ТЭМ2У представлены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Основные технические характеристики тепловоза ТЭМ2У

Наименование параметра	Параметры тепловоза
1	2
Род службы	маневровый
Передача	электрическая, постоянного тока
Осевая формула	3о- 3о
Число секций	1
Число сцепных осей	6
Мощность тепловоза по дизелю, кВт	882
Масса тепловоза (при 2/3 запаса топлива и песка), т	120
Нагрузка на рельсы от колесной пары, кН	200
Касательная сила тяги, кН - при трогании (ш=0,3) - длительного режима	319 206
Скорость, км/ч - конструкционная - длительного режима	100 11,1
Минимальный радиус проходимых кривых при скорости 3 км/ч, м	80
Количество воды в системе, м3 (л)	0,95 (950)+0,02 (20)
Количество масла в системе, кг	430+20
Запас топлива, кг	5440
Запас песка, кг	2000
Наибольшая высота от головки рельса по антенне, мм	4900
Наибольшая ширина по выступающим частям, мм	3080
Расстояние между осями автосцепок, мм	16970
База тележки, мм	4200
База полная, мм	12800
Расстояние между шкворнями, мм	8600
Наибольшая ширина по выступающим частям, мм	3120
Диаметр колеса по кругу катания, мм	1050
Колея, мм	1520
Тележка	трехосная, челюстная

1.2 Основное оборудование тепловоза и его характеристики

Дизель ПД1М (ГОСТ 6 ЧН 31,8/33) - это модификация дизелей типа Д50, которые проектировались и строились на Харьковском тепловозостроительном заводе, а затем на Пензенском дизельном заводе. Дизели этого ряда четырехтактные, однорядные, шестицилиндровые с наддувом и электрическим пуском, имеют мощность от 736 до 880 кВт . Эти дизели много раз подвергались модернизации и нашли широкое применение на маневровых тепловозах. На дизеле ПД1М установлены охладитель наддувочного воздуха, фильтр центробежной очистки масла, насос для подачи его в фильтр, изменены некоторые параметры турбокомпрессора электропневматического серводвигателя. Повышение мощности дизеля ПД1М до880кВт и снижение расхода топлива до 225 г/(кВт•ч) достигнуто за счет проведения следующих мероприятий: вместо турбокомпрессора ТК-30 на дизель установлен турбокомпрессор ТК-30С с уменьшенной площадью проходного сечения соплового аппарата. Это позволило: увеличить подачу воздуха в дизель с 1,7 до 2,0 кг/с, повысить давление наддувочного воздуха с 0,135 до 0,155 МПа, повысить к. п. д. воздушного нагнетателя с 0,5 до 0,56; применено охлаждение наддувочного воздуха; повышена частота вращения коленчатого вала с 740 до 750 об/мин, а средняя скорость поршня с 8,14 до 8,25 м/с; повышено среднее эффективное давление с 0,773 до 0,915 МПа.

Удельный расход топлива дизелем ПД1М снижен за счет увеличения угла предварения выпуска газов с 57 до 66° до н. м. т., повышения степени сжатия воздуха с 11,5 до 12,5, сокращения периода впрыскивания топлива на 2,5е по углу поворота коленчатого вала и ликвидации подвпрыскивания его, применения нового нагнетательного клапана, увеличения выхода носка распылителя форсунки из крышки цилиндра на 6,0-7,33 мм вместо 4,5-5,83 мм, увеличения диаметра иглы форсунки около конуса с 4,0 до 4,8 мм и увеличения подъема ее с 4,5 до 6,0 мм, изменения формы днища поршня, уменьшения числа уплотнительных колеи с пяти до четырех, а числа канавок, отводящих масло, в 2 раза.

Основным и связующим звеном всех сборочных единиц и деталей является жесткая чугунная литая рама дизеля коробчатого типа. Внутри рамы имеются поперечные перегородки с постелями для вкладышей подшипников, которые служат опорой коленчатого вала. На раму установлен цельнолитой чугунный блок цилиндров .

Блок и рама скреплены анкерными шпильками. В блок цилиндров вставлены цилиндровые втулки, уплотненные внизу резиновыми кольцами, а вверху за счет тщательной подгонки посадочной плоскости опорного бурта- втулки к посадочному месту в блоке. Между стенками блока и втулкой образуется полость, в которой циркулирует вода, охлаждающая дизель. После охлаждения втулки вода поднимается вверх и через отверстие в блоке поступает в крышку цилиндров, далее в водяной коллектор , а оттуда направляется в секции радиаторов охлаждающего устройства.

Крышка цилиндров снизу днища имеет кольцевой бурт, которым она входит в паз на торцовой части втулки после притирки соприкасающихся поверхностей. Крышка цилиндров, а, следовательно, и втулка прикреплены к блоку цилиндров шпильками. В цилиндровой крышке размещены: форсунка, два впускных и два выпускных клапана и индикаторный кран. На крышке цилиндра укреплен на шпильках корпус привода клапанов , в котором смонтированы рычаги впускных и выпускных клапанов. Для уменьшения шума и предохранения масла от разбрызгивания корпус привода закрыт крышкой.

На передней части рамы дизеля смонтированы масляный насос, его привод и корпус привода, в котором с правой стороны установлен фильтр грубой очистки масла. Около фильтров находится реле давления масла, которое при падении давления в масляной системе ниже 0,15 МПа срабатывает, отключая подачу топлива и останавливая дизель. С левой стороны дизеля установлены: регулятор частоты вращения коленчатого вала дизеля с приводом, топливный насос и водяной насос , обеспечивающий циркуляцию воды в системе охлаждения дизеля.

Топливный насос приводится в действие при помощи кулачкового вала, помешенного в картере насоса. Одним концом вал соединен с приводным валом . На другом конце вала смонтирован регулятор предельной частоты вращения коленчатого вала. При необходимости отдельные цилиндры выключают ручными выключателями секций топливного насоса, а все секции топливного насоса-рукояткой экстренной остановки дизеля. Топливный насос приводится в рабочее состояние после экстренной остановки рукояткой, расположений около картера топливного насоса (предварительно ставят в рабочее положение каждую секцию насоса).

1.2.1 Топливная система тепловоза

Топливо из топливного бака по трубопроводу заборного устройства засасывается вспомогательным топливоподкачивающим насосом (рис. 1.2). На пути от бака до этого насоса топливо проходит через ФГО, где очищается от механических частиц. На тепловозе установлено два фильтра грубой очистки. Под напором, создаваемым вспомогательным насосом, топливо через ФТО нагнетается в коллектор насоса высокого давления.

На трубопроводе перед ФТО установлен разгрузочный клапан, отрегулированный на давление 5,3 кгс/см2, который предохраняет насос от перегрузки. Если давление топлива до фильтра превысит указанную величину, клапан открывается и топливо через отводящую трубу сливается в бак.

Работа аварийной системы основана на подсосе топлива в коллектор насоса высокого давления непосредственно из бака, минуя ФГО и ФТО, за счет разрежения, создаваемого плунжерными парами.

Рис. 1.2. Схема топливной системы тепловоза:

1 - пробка; 2 - вентиль; 3 - топливоподогреватель; 4 - вспомогательный топливоподкачивающий насос; 5 -ФГО; 6 - пробный кран; 7 - разгрузочный клапан; 8 - ФТО; 9 -место подсоединения датчика для замера давления топлива; 10 - форсунка ; 11 - дренажные трубки; 12 - обратный шариковый клапан; 13 - регулирующий клапан; 14 -топливный бак; 15 - кран



1.2.2 Система смазки тепловоза

Система смазки (рис. 1.3) включает в себя: шестеренный масляный насос, маслопрокачивающий насос, пластинчато-щелевые фильтры грубой очистки, сетчато-набивные фильтры тонкой очистки, центробежный фильтр очистки масла, охлаждающие масляные секции, перепускные, обратные и регулирующие клапана и трубопроводы.

Смазка дизеля - принудительная, осуществляется при помощи масляного шестеренного насоса. Масло по каналу через стальную сетку забирается насосом из маслосборника рамы двигателя и под давлением подается по трубопроводу через обратный клапан в ВМТ. Охлажденное масло через пластинчато-щелевые ФГО поступает в масляную магистраль дизеля. После смазки деталей и узлов масло сливается в маслосборник.

Рис. 1.3. Схема масляной системы тепловоза:

1, 5, 17, 23, 28 - вентили; 2 - пробка для слива масла; 3 - масляные секции холодильника; 4 - пробка для выпуска воздуха; 6 - обратный клапан; 7 - ФТО; 8 - невозвратный клапан; 9, 12 - краны; 10 - запасной бачок для масла; 11 - маслопрокачивающий насос; 13 - заливная горловина; 14 - электротермометр; 15 - дизель-генератор; 16 - электроманометр; 18 - масломерный щуп; 19- масляный насос дизеля; 20 - болт для спуска масла из корпуса щелевых фильтров; 21 - прорезиненные соединительные шланги; 22, 25, 26, 29 - трубопроводы; 24 - обратный клапан; 27 - клапан регулирующий; 30 - перепускной клапан; 31 - термореле; 32 - центробежный фильтр

Часть масла из масляной системы перепускается через обратный клапан к ФТО. Обратный клапан настроен на давление, поддерживаемого регулируемым клапаном. Благодаря этому обеспечивается практически постоянное прохождение части масла - 15 - 20% через ФТО.

Чтобы уменьшить износ трущихся частей дизеля, в системе установлен маслопрокачивающий насос, который перед пуском дизеля в течении 30 с обеспечивает смазку трущихся поверхностей до начала подачи масла насосом дизеля.

Смазка редуктора вентилятора осуществляется специальным масляным насосом, встроенным в редуктор.

1.2.3 Система охлаждения тепловоза

На тепловозе дизель имеет водяное охлаждение с принудительной циркуляцией воды, создаваемой водяным насосом центробежного фильтра (рис. 1.4).

Система водяного охлаждения отличается отдельным водяным контуром, служащим для охлаждения воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором в цилиндры дизеля и ручным водяным насосом, служащим для дозаправки водяной системы охлаждения тепловоза. Кроме того в системе установлены термореле для автоматического регулирования температуры воды.

Водяной контур охлаждения надувочного воздуха состоит из водяного центробежного насоса, отдельных охлаждающих водяных секций, водовоздушного охладителя дизеля, расширительного бака емкостью 50 л и трубопроводов.

Расширительный бак системы охлаждения надувочного воздуха объединен с расширительным баком системы охлаждения дизеля в один общий бак, разделенный на два отсека двойной перегородкой. Оба бака в нижней части соединены между собой трубопроводом с запорным вентилем, а в верхней - трубкой, которой бак надувочного контура соединяется с атмосферой.

В случае попадания воздуха внутрь системы и образования пара при перегреве воды в системе предусмотрена труба, по которой воздух и пар отводятся в расширительный бак.

К топливоподогревателю вода подводится по трубе с краном №68, а из него во всасывающую магистраль отводится по трубе с краном №63.

Во втором контуре вода подается другим насосом по трубе, проходящей с левой стороны дизеля, к воздухоочистителям, расположенным по обеим сторонам дизеля. Пройдя по трубкам воздухоохладителей, вода по двум трубам сливается в одну трубу, проводящую воду к водомасляному теплообменнику.

Из теплообменника вода попадает в радиаторные секции, а из них по всасывающей трубе поступает к водяному насосу. Бак дает возможность расширения воды и пополняет все утечки воды через трубу соединяющую второй контур циркуляции.

Рис. 1.4. Схема водяной системы охлаждения:

1 - расширительный бак; 2- заливная горловина; 3 - переливная труба; 4 - водомерное стекло; 5, 6, 19, 20, 22, 23, 29, 45, 59, 62, 64, 65 - краны; 7 - дизель; 8 - электротермометры; 9 - пульт управления; 10 - водяной насос дизеля; 11 - трубопровод подвода воды на охлаждение турбокомпрессора; 12 - кран для слива воды из турбокомпрессора; 13, 30, 31, 32, 35, 37, 39, 44, 49, 51, 58 - вентили; 14 - калорифер; 15 - кран для выпуска воздуха из калорифера; 16, 41, 56 - пробки для выпуска воздуха; 17, 28, 43, 48, 54 - пробки для слива воды; 18 - батарея для обогрева; 21 - эжектор для отсоса воздуха из под крышки калорифера; 24 - воронка; 25 - слив воды, просочившейся через сальник водяного насоса дизеля; 26 - слив воды из ТК; 27 - слив из поддона ТК; 33 - топливоподогреватель; 34 - подпиточная труба; 36 - соединительные головки; 38 - водяные секции охлаждения левые; 40 - водяные секции охлаждения правые; 42 - водяные секции охлаждения воды надувочного воздуха;60 - расширительный бак надувочного контура

2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯГОВО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

ТЕПЛОВОЗА

Для сравнительного анализа тягово-энергетических характеристик серийного и расчетного тепловозов с электрической передачей постоянного тока необходимо использовать технические параметры, перечень которых представлен в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Исходные данные для сравнительной оценки тягово-энергетических характеристик серийного и расчетного тепловозов

Наименование параметра	Обозначение параметра тепловоза
	серийного	расчетного
1	2	3
Серия тепловоза	ТЭМ2У	ТЭМ2У
Количество секций тепловоза
Мощность тягового генератора, кВт
Частота вращения коленчатого вала дизеля, мин-1
Удельный эффективный расход топлива дизелем, кг/(кВт•ч)
Эффективная мощность дизеля, кВт
КПД тягового генератора
Потребляемая мощность тягового двигателя, кВт
КПД тягового двигателя
КПД тягового редуктора
Скорость длительного режима, км/ч
Конструкционная скорость, км/ч
Количество колесно-моторных блоков на секции тепловоза

Касательная мощность тепловоза с электрической передачей определится по выражению, кВт:

(2.1)

где - КПД вспомогательного оборудования.

Мощность энергетической установки, затраченная на собственные нужды тепловоза, кВт,

	(2.2)

КПД вспомогательного оборудования тепловоза:

	(2.3)
Подставляя значения в выражение (2.2), получаем:
Подставляя значения в выражение (2.1), получаем:

Электромеханические, скоростные характеристики тяговых двигателей тепловоза, мин-1:

	(2.4)

где a, b - коэффициенты регрессии.

Характеристика крутящего момента на валу тягового двигателя определяется по формуле, Н·м:

	(2.5)

где - номинальная мощность тягового двигателя тепловоза, кВт;

- частота вращения якоря ТЭД для заданного значения тока, мин-1.

Построение электромеханических характеристик тяговых двигателей выполняется для ряда значений тока, изменяющегося в пределах от Imin до Imax с шагом ДI.

Результаты выполненных расчетов представлены в виде табл. 2.2 (в числителе приводятся параметры электромеханических характеристик серийного тепловоза, в знаменателе - для расчетного тепловоза).

По данным табл. 2.2 построим электромеханические характеристики тяговых двигателей серийного и расчетного тепловозов (рис. 2.1 и рис. 2.2).



Таблица 2.2

Результаты расчета электромеханических характеристик тяговых двигателей серийного и расчетного тепловозов

Ток двигателя	Частота ращения и крутящий момент на валу тягового двигателя для режима работы
	ПП	ОП1	ОП2
1	2	3	4	5	6	7
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100

Рис. 2.1. Электромеханические характеристики тягового двигателя тепловоза: изменение частоты вращения вала ТЭД

Рис. 2.2. Электромеханические характеристики тягового двигателя тепловоза: изменение крутящего момента на валу ТЭД

Для каждого значения частоты вращения и крутящего момента на валу ТЭД рассчитываем параметры тяговой характеристики тепловоза с учетом режима работы электрической передачи по выражениям:

(2.6)

(2.7)

Тяговая характеристика рассчитывается по выражению (2.7) строится для номинальной мощности энергетической установки тепловоза для трех режимов работы электрической силовой передачи в диапазоне скоростей движения от V=0 до V=Vкон.

Данные, полученные в ходе расчета тяговой характеристики тепловоза, сводим в табл. 2.4, и по результатам строим зависимость для серийного и расчетного тепловозов (рис. 2.3).

На тяговую характеристику тепловозов необходимо нанести следующие ограничения:

по максимальной касательной силе тяги (ограничение по сцеплению) (табл. 2.3):

	(2.8)

где ?сцепной вес тепловоза, кН;

? расчетный коэффициент сцепления;

по конструкционной скорости движения тепловоза:;

по расчетной скорости движения тепловоза: , соответствующее расчетной касательной силе тяги.

Величину коэффициента сцепления определим по формуле:

	(2.9)
Подставляя в выражение (2.8) значения, получим:

Т а б л и ц а 2.3

Расчет ограничения тяговой характеристики по сцеплению

V,км/ч
1	2	3
0	0,30	352886,00
2	0,29	338377,53
4	0,28	325711,40
6	0,27	314557,64
8	0,26	304660,65
10	0,25	295819,33
12	0,24	287873,34

Т а б л и ц а 2.4

Построение тяговой характеристики серийного и расчетного тепловозов

Ток двигателя ,А	Скорость (, км/ч) и касательная сила тяги (, кН) для режима работы тяговых двигателей
	ПП	ОП1	ОП2
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
300	48,14	52,50	51,77	67,12	37,65	37,13	100,00	25,27	24,92
400	35,41	71,36	70,37	49,22	51,34	50,63	81,58	30,98	30,55
500	27,78	90,98	89,72	38,48	65,67	64,76	64,89	38,94	38,40
600	22,69	111,40	109,85	31,32	80,68	79,56	53,77	47,00	46,35
700	19,05	132,66	130,82	26,21	96,42	95,08	45,82	55,15	54,39
800	16,32	154,82	152,67	22,37	112,95	111,39	39,86	63,40	62,52
900	14,20	177,95	175,47	19,39	130,33	128,52	35,23	71,74	70,74
1000	12,51	202,09	199,29	17,00	148,63	146,56	31,52	80,18	79,06
1100	11,12	227,33	224,17	15,05	167,91	165,58	28,49	88,72	87,49
1200	9,96	253,74	250,21	13,42	188,26	185,65	25,96	97,36	96,01
1300	8,98	281,39	277,49	12,05	209,78	206,87	23,82	106,10	104,63
1400	8,14	310,40	306,08	10,87	232,56	229,33	21,98	114,95	113,36
1500	7,41	340,84	336,11	9,84	256,73	253,16	20,39	123,91	122,19

Рис. 2.3. Тяговая характеристика серийного тепловоза:

1 - ограничение по максимальной касательной силе тяги; 2 - ограничение по расчетной силе тяги; 3 - ограничение по конструкционной скорости

Технико-экономические характеристики тепловоза представляют собой зависимости эффективной и касательной мощности тепловоза, часового расхода топлива дизелем, КПД силовой передачи и КПД тепловоза от скорости его движения в условиях эксплуатации.

Для определенного режима работы тепловоза, или для определенной позиции контроллера машиниста, эффективная мощность дизеля есть величина постоянная и не зависит от скорости, то есть Nе = f(V) = const.

Часовой расход топлива дизелем, кг/ч:

	(2.10)

кг/ч;

кг/ч.

Характеристика КПД силовой передачи тепловоза для номинального режима работы будет изменяться в соответствии с выражением:

(2.11)

Эксплуатационный КПД тепловоза,

	(2.12)

Графики зависимостей ,,, и для расчетного и серийного тепловозов представлены на рисунках (рис. 2.5 - 2.9).

Рис. 2.5. График зависимости Nе = f(V) для серийного и расчетного тепловозов

Рис. 2.6. Графики зависимостей Bч = f(V) для расчетного и серийного тепловозов

Рис. 2.7. График зависимости Nк = f(V) для серийного и расчетного тепловозов

Рис. 2.8. Графики зависимостей зпер = f(V) для расчетного и серийного

тепловозов

Рис. 2.9. Графики зависимостей зт = f(V) для расчетного и серийного тепловозов

По полученным расчетам технико-экономических характеристик можно сделать вывод о том, что расчетный тепловоз по сравнению с серийным имеет более высокий показатель часового расхода топлива.

Изменение веса поезда при изменении эффективной мощности дизеля и выходной мощности тягового генератора тепловоза, кН,

	(2.13)

При расчете отклонения веса состава по выражению (2.13) предполагается, что состав поезда состоит из груженых четырехосных вагонов и поезд движется на расчетном подъеме (9 ‰) с расчетной скоростью.

В соответствии с ПТР основное удельное сопротивление движению локомотива на звеньевом пути определяется по формуле, Н/кН:

; (2.14)

.

В соответствии с ПТР основное удельное сопротивление движению грузовых вагонов на звеньевом пути для четырехосных вагонов на роликовых подшипниках определяется по формуле, Н/кН:

(2.15)

Подставив значения в выражение (2.13), получим:

Сравнительные характеристики тяговых и экономических параметров приведены в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Сравнительные характеристики тягово-экономических параметров серийного и расчетного тепловозов для номинального режима работы

Наименование показателя	Значение	Относительное отклонение показателей
	Серийный	Расчетный
1	2	3	4
Расчетная касательная сила тяги секции тепловоза Fк, кН	227,67	224,51	1,39
Эффективная мощность дизеля Ne, кВт	821,00	810,45	1,29
Частота вращения коленчатого вала дизеля n, мин-1	740,00	735,00	0,68
Удельный эффективный расход топлива дизелем be, кг/(кВт•ч)	0,224	0,245	-9,38
Мощность тягового генератора Pг, кВт	720,00	710,00	1,39
Потребляемая мощность тягового двигателя Pтэд, кВт	120,00	118,33	1,39
Мощность, затраченная на привод вспомогательного оборудования тепловоза Nвсп, кВт	55,30	54,40	1,62



3. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕПЛОВОЗА

Для оценки эффективности работы системы охлаждения серийного и расчетного тепловозов составим расчетную схему системы охлаждения тепловоза (рис. 3.1). Исходные данные для сравнительного анализа эффективности работы системы охлаждения приведены в табл. 3.1.

Т а б л и ц а 3.1

Исходные данные для сравнительного анализа эффективности работы

системы охлаждения серийного и расчетного тепловозов

Наименование параметра	Обозначение параметра для тепловоза
	серийного	расчетного
1	2	3
Температура атмосферного воздуха , К	308	308
Давление атмосферного воздуха , МПа	0,1	0,1
Температура воды на выходе из дизеля , К	353	357
Снижение температуры воды в горячем контуре , К	Рассчитать	5
Температура масла на выходе из дизеля , К	343	343
Снижение температуры масла в системе , К	Рассчитать	6
Теплоотвод в воду, кДж/(кВтч):
горячего контура охлаждения	1739	Рассчитать
холодного контура охлаждения	503	Рассчитать
масляного контура охлаждения qм	308	Рассчитать
В том числе:
теплоотвод в масло дизеля	308	Рассчитать
теплоотвод от надувочного воздуха	195	Рассчитать
Производительность насоса, м3/ч:
водяного горячего контура	90	90,61
водяного холодного контура	20	20,14
масляного	24	24,16
Производительность агрегатов наддува , кг/с	2,1	2,14
Снижение температуры надувочного воздуха , К	Рассчитать	24
Степень повышения давления наддува	1,7	1,77
Количество секций холодильника в контуре:
горячем,	12	12
холодном,	6	6
масляном, zм	6	6
Количество ходов теплоносителя в контуре:
горячем,	1	1
холодном,	1	1
масляном nм	1	1

Рис. 3.1. Расчетная схема системы охлаждения тепловоза ТЭМ2У



3.1 Анализ термических параметров теплоносителей горячего контура

охлаждения

3.1.1 Расчет параметров теплоносителей для горячего контура системы

охлаждения серийного тепловоза

Уравнение теплового баланса для охлаждаемой воды, кДж/ч:

	(3.1)

где - площадь живого сечения для прохода жидкости воздушно-водяной секции холодильника ВС12.

Уравнение теплового баланса для охлаждающего воздуха, кДж/ч:

	(3.2)

где = 0,1490 м2 - площадь живого сечения для прохода воздуха воздушно-водяной секции холодильника ВС12.

Уравнение теплопередачи, кДж/ч:

(3.3)

где F = 29,6 м2 - общая поверхность теплообмена воздушно-водяной секции холодильника ВС12.

Плотность, кг/м3, и удельная теплоемкость теплоносителей, кДж/(кгК):

для воды -

(3.4)

	(3.5)

для воздуха -

	(3.6)

кг/мі;

	(3.7)
кДж/кг·К.

Скорость движения жидкости в трубках секции, м/с,

	(3.8)



Зададимся значением весовой скорости воздуха в секциях холодильника = 5,3 кг/(м2с).

Найдем из уравнения (3.1) температуру воды на выходе из системы охлаждения , из формулы (3.2) - температуру воздуха , К:

	(3.9)
	(3.10)

Коэффициент теплопередачи, кДж/(м2чК):

	(3.11)

Общее количество тепла, передаваемого в контуре охлаждающему воздуху, кДж:

	(3.12)



Qг=0,5•29,6•178,57•12•(353+349,11 -308 -349,82) =1404568,75 кДж.

Величина абсолютной ошибки, %:

	(3.13)

Так как значение абсолютной ошибки , то рассчитаем расход воздуха через секции горячего контура охлаждения, кг/ч:

,	(3.14)

Gг=3600•5,3•0,1490•12•1 = 34136,11 кг/ч.

3.1.2 Расчет параметров теплоносителей горячего контура системы охлаждения расчетного тепловоза

Плотность и удельная теплоемкость воды для расчетного тепловоза находим аналогично по формулам (3.4) и (3.5):

Скорость движения жидкости в трубках секции из выражения (3.8) для расчетного тепловоза, м/с:



Удельный теплоотвод, кДж/(кВтч):

	(3.15)

Зададимся значением весовой скорости воздуха в секциях холодильника = 6,5 кг/(м2с).

Найдем из уравнения (3.9) температуру воды на выходе из системы охлаждения , из формулы (3.10) - температуру воздуха , К:

Коэффициент теплопередачи определяется по формуле (3.11):

Общее количество тепла, передаваемого в контуре охлаждающему воздуху (3.12), кДж:



Qг = 0,5•29,6•208,9•12·(357+352 -308 -352,1) = 1814151,71 кДж.

Величина абсолютной ошибки, %, определяется по формуле (3.13):

Так как значение абсолютной ошибки , то рассчитаем расход воздуха по выражению (3.14) через секции горячего контура охлаждения, кг/ч:

Gг = 3600•6,5•0,1490•12•1 =41865,04 кг/ч.

Все полученные параметры теплоносителей, рассчитанные для горячего контура серийного и расчетного тепловозов, сведены в табл. 3.2.

3.2 Анализ термических характеристик теплоносителей масляного контура системы охлаждения тепловоза

3.2.1 Расчет параметров масляного контура охлаждения серийного тепловоза

Рассчитываем плотность, кг/м3, и удельную теплоемкость, кДж/(кг·К), теплоносителей для масла:

(3.16)

(3.17)



Скорость движения жидкости в трубках секции, м/с,

(3.18)

где fм = 0,00366 - живое сечение для прохода воздуха в воздушно-масляной секции, м2, [1,стр.22,табл.3.2]

Зададимся значением весовой скорости воздуха в секциях холодильника = 9,5 кг/(м2с).

Найдем из уравнения (3.11) температуру масла на выходе из системы охлаждения , из формулы (3.12) - температуру воздуха , К,

(3.19)

(3.20)

Коэффициент теплопередачи определяется по формулам , кДж/(м2чК):



Общее количество тепла, передаваемого в контуре охлаждающему воздуху , кДж,

(3.21)

Величина абсолютной ошибки, % определяется по формуле (3.13):

Так как значение абсолютной ошибки то рассчитаем расход воздуха по выражению (3.14) через секции масляного контура охлаждения, кг/ч:

3.2.2 Расчет параметров масляного контура охлаждения расчетного тепловоза

Рассчитываем плотность, кг/м3, и удельную теплоемкость, кДж/(кг·К), теплоносителей для масла:

(3.22)

(3.23)

Скорость движения жидкости в трубках секции, м/с,

(3.24)

где fм = 0,00366 - живое сечение для прохода воздуха в воздушно-масляной секции, м2, [1,стр.22,табл.3.2]

Удельный теплоотвод, кДж/(кВтч),

(3.25)

Зададимся значением весовой скорости воздуха в секциях холодильника = 9 кг/(м2с).

Найдем из уравнения (3.9) температуру масла на выходе из системы охлаждения , из формулы (3.12) - температуру воздуха , К,

(3.26)

(3.27)

Коэффициент теплопередачи определяется по формулам (3.13), кДж/(м2чК):

Общее количество тепла, передаваемого в контуре охлаждающему воздуху , кДж,

(3.28)

Величина абсолютной ошибки определяется по формуле (3.14):

Так как значение абсолютной ошибки то рассчитаем расход воздуха по выражению (3.14) через секции масляного контура охлаждения, кг/ч:



3.3 Анализ термических характеристик теплоносителей холодного контура системы охлаждения тепловоза

3.3.1 Расчет параметров холодного контура охлаждения серийного тепловоза

Адиабатный КПД центробежного нагнетателя ,

(3.29)

где диаметр колеса компрессора, мм.

В соответствии со схемой наддува и степенью повышения давления воздуха для номинального режима работы дизеля зададимся температурой воды на входе в воздухоохладитель

Общее количество тепла, передаваемого в контуре, кДж/ч,

(3.30)

Линейная скорость жидкости, м/с,

(3.31)

Для ОХНВ последовательно определим приращение температуры воды в контуре при охлаждении масла дизеля и наддувочного воздуха, К,

(3.32)

Температура воды на входе в секции холодного контура, К,

(3.33)

Уравнение теплового баланса для охлаждаемой воды, кДж/ч,

(3.34)

Уравнение теплового баланса для охлаждающего воздуха, кДж/ч,

(3.35)

Уравнение теплопередачи, кДж/ч,

(3.36)

Зададимся значением весовой скорости воздуха в секциях холодильника кг/(м2·с).

Из выражения (3.10) определим температуру воздуха на выходе из системы охлаждения, К:

(3.37)

Коэффициент теплопередачи для холодного контура серийного тепловоза определяется по формулам (3.13), кДж/(м2чК):

Из уравнения определим количество тепла, передаваемого в контуре, кДж/ч:

Величина абсолютной ошибки, %:

Значение абсолютной ошибки .

Расход воздуха через секции охлаждения, кг/ч,

(3.38)

Температура воздуха на входе в ОХНВ, К,

(3.39)

где степень повышения давления наддувочного воздуха;

Температура воздуха на выходе из ОХНВ, К,

(3.40)

Плотность надувочного воздуха до и после воздухоохладителя, кг/м3,

(3.41)

(3.42)

3.3.2 Расчет параметров холодного контура системы охлаждения расчетного тепловоза

Удельный теплоотвод теплоносителей, кДж/(кВтч),

(3.43)

Общее количество передаваемого тепла рассчитывается по формуле (3.33), кДж/ч:

Степень повышения давления в агрегатах наддува для расчетного тепловоза рассчитывается по выражению:

(3.44)

где к = 1,3 - эмпирический показатель.



Адиабатный КПД центробежного нагнетателя такие же, как у серийного тепловоза и равны

Зададимся температурой воды на выходе из системы охлаждения

Линейная скорость жидкости (3.8), м/с,

Для ОХНВ последовательно определим, приращение температуры воды в контуре при охлаждении масла дизеля и наддувочного воздуха, используя формулы (3.35) и (3.36), К:

Температура воды на входе в секции холодного контура К,

Зададимся значением весовой скорости воздуха в секциях холодильника кг/(м2·с).

Из уравнения (3.10) определим температуру воздуха на выходе из системы охлаждения, К:



Коэффициент теплопередачи для холодного контура расчетного тепловоза определяется по формулам (3.11) кДж/(м2чК):

Из уравнения (3.29) определим количество тепла, передаваемого в контуре, кДж/ч:

Величина абсолютной ошибки, %:

Так как значение абсолютной ошибки то рассчитаем расход воздуха через секции охлаждения (3.41), кг/ч,

Температура воздуха на входе в ОХНВ, К,



(3.45)

Температура воздуха на выходе из ОХНВ (3.43), К,

Плотность надувочного воздуха до и после воздухоохладителя определяется по формулам (3.44) и (3.45), кг/м3:

Все полученные параметры теплоносителей, рассчитанные для холодного контура расчетного тепловоза, представлены в табл. 3.2.

3.4 Определение мощности ДГУ, затраченной на привод вентиляторной

установки системы охлаждения тепловоза

3.4.1 Расчет мощности ДГУ для серийного тепловоза

Определяем аэродинамическое сопротивление шахты холодильника, Па:

	(3.46)

Средняя температура воздуха в шахте холодильника, К:

	(3.47)

Плотность воздуха в шахте холодильника, кг/м3

	(3.48)

Мощность, необходимая на привод вентилятора шахты холодильника, кВт:

(3.49)



3.4.2 Расчет мощности ДГУ для расчетного тепловоза

Определяем аэродинамическое сопротивление шахты холодильника определяется из выражения (3.41), Па:

Средняя температура воздуха в шахте холодильника определяется из выражения (3.42), К:

Плотность воздуха в шахте холодильника определяется из выражения (3.43), кг/м3

Мощность, необходимая на привод вентилятора шахты холодильника определяется из выражения (3.44), кВт:



Т а б л и ц а 3.2

Результаты расчета параметров системы охлаждения тепловозов

Наименование параметра	Значение параметра для тепловоза
	серийного	расчетного
1	2	3
Суммарный отвод тепла в горячем контуре , кДж/ч	1404568,75	1814151,71
Температура воды на выходе из дизеля , К	353	357
Температура воды горячего контура на выходе из системы охлаждения , К	349,11	352
Температура воздуха на выходе из системы охлаждения , К	349,82	352,10
Скорость воды в трубках секции горячего контура охлаждения vг, м/с	1,58	1,59
Весовая скорость воздуха в секциях горячего контура, кг/(м2с)	5,3	6,5
Коэффициент теплопередачи секций горячего контура , кДж/(м2чК)	178,57	208,9
Расход воздуха через секции горячего контура , кг/ч	34136,11	41865,04
Температура масла на выходе из дизеля , К	343	343
Температура воды маслянного контура на выходе из системы охлаждения , К	337,07	337
Температура воздуха на выходе из маслянного контура системы охлаждения , К	318,85	319,66
Скорость воды в трубках секции масляного контура охлаждения vм, м/с	0,303	0,306



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения кур...