Расчет развески локомотива

Расчет развески локомотива

РОСЖЕЛДОР

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ростовский государственный университет путей сообщения»

(ФГБОУ ВПО РГУПС)

Кафедра «Локомотивы и локомотивное хозяйство»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Подвижной состав железных дорог»

Выполнил: студент группы МЭС-3-667

Семерняк А.С.

Принял: Григорьянц М.К.

Ростов-на-Дону

Оглавление

Введение

. Разверстка тепловоза

. Составление кинематической схемы привода вспомогательных агрегатов и определение затрат мощности на их привод

.1 Расчет мощности на привод вентилятора холодильник

.2 Расчет мощности на привод вентилятора централизованного охлаждения электрических машин

.3 Расчет мощности на привод тормозного компрессора

.4 Расчет расхода мощности на привод агрегатов от стартера - генератора

.5 Расчет потери мощности на возбуждения тягового генератора, приведенные к флангу коленчатого вала

. Построение тяговой характеристики локомотива и определение его КПД

. Схема и принцип действия паровоза. Назначения отдельных узлов

Заключение

Список использованной литературы

Приложение А

Введение

Главной задачей железнодорожного транспорта является полное и своевременное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках, повышение эффективности и качества работы транспортной системы. Одним из решающих факторов, обеспечивающих четкую, ритмичную работу железных дорог является устойчивая работа локомотивного хозяйства, улучшение технического состояния, содержание и использование локомотивного парка.

Высокая интенсивность использования локомотивов, большие веса поездов и скорость движения поездов требуют повышения тяговых и скоростных качеств тепловозов, надежности всех узлов и особенно узлов и деталей экипажной части локомотивов, работающих в условиях больших динамических нагрузок. Для обеспечения полной безопасности движения поездов экипажная часть локомотива должна обладать высокой надежностью.

В данной курсовой работе приводится расчет развески локомотива, затрат мощности на вспомогательное оборудование и тяговой характеристики.

Тяговой характеристикой тепловоза называется зависимость силы тяги от скорости движения Fк=f(v). Наибольшая величина силы тяги необходима при трогании поезда с места, при наборе скорости и при движении по наиболее крутому подъему. При этом полная мощность используется только при максимальной скорости. При меньших скоростях движения мощность локомотива недоиспользуется. В тоже время профиль пути состоит из подъемов, площадок и спусков, то есть является переменным. На подъемах сила тяги требуется больше, а скорость всегда меньше, а на спусках наоборот. В идеальном случае при переменном профиле пути тяговая характеристика соответствует закону равноплечей гиперболы. При такой тяговой характеристике реализуемая мощность локомотива остается постоянной, а, следовательно, обеспечивается ее полное использование в широком диапазоне скоростей.

. Развеска тепловоза

При проектировании локомотива необходимо разместить оборудование в кузове и на тележках так, чтобы обеспечить равенство нагрузок по колёсным парам и по колёсам левой и правой стороны. Эти расчеты называются развеской.

Используя данные таблицы 1, определяем вращающий момент и вносим в 5 колонку этой таблицы:

где    - вес узла, групп деталей;

 - плечо узла (группs деталей).

Таблица 1 - Узлы (группы деталей) и их основные характеристики

Определим положения центра тяжести от условной оси моментов:

где    - алгебраическая сумма моментов;

 - алгебраическая сумма веса.

Чтобы нагрузки на каждую тележку были одинаковыми, центр тяжести должен находиться посередине тепловоза:

где la - длина по осям автосцепки, la=16,97 м.

Рисунок 1 - Схема расположения основного оборудования для развески тепловоза

Рисунок 2 - Основные геометрические параметры тепловоза

привод генератор охлаждение мощность

Центр тяжести не совпадает с серединой тепловоза, т.е.  Рассчитаем эти расстояния:

где    - расстояние между шкворнями,

Определяем нагрузки по тележкам:

Определяем разницу между нагрузками:

Так как разница нагрузок на тележки превышает 3%, применяем балласт.

Для расчёта рессорного подвешивания и определения динамических качеств локомотива необходимо найти обрессоренный вес, приходящийся на каждую тележку:

 - число колёсных пар тележки,

 - необрессоренный (мертвый) вес каждой колёсной пары, q =46 kH

Определяем обрессоренный вес, приходящийся на тележку:

Определяем обрессоренный вес, приходящийся на колесную пара:

Полная нагрузка от оси колесной пары на рельсы:

Осуществляем проверку по весовой ведомости локомотива-образца:

где    - число осей секции тепловоза,

. Составление кинематической схемы привода вспомогательных агрегатов и определение затрат мощности на их привод

Для определения затрат мощности на привод вспомогательных агрегатов используем данные таблицы 2.

Таблица 2 - Вспомогательные агрегаты и их мощность тепловоза 2ТЭ10Л

Вентиляторы холодильника дизеля служат для охлаждения воды дизеля (иногда масла) в секциях холодильника. Приводится во вращение, как правило, от коленчатого вала дизеля или непосредственно через механический редуктор, или через редуктор и гидромуфту. Гидромуфта - переменного наполнения, т. е. круг циркуляции автоматически (в зависимости от температуры охлаждаемой воды) заполняется рабочей жидкостью от минимума до полного заполнения. Этим обеспечивается изменение частоты вращения вентилятора, т. е. интенсивность охлаждения воздухом, который подаёт вентилятор.

Охлаждение электрических машин осуществляется централизованно, т. е. один вентилятор подаёт воздух на охлаждение тягового генератора, вспомогательного генератора, ТЭД, выпрямительной установки и т. д. Привод вентилятора - механический.

Тормозной компрессор служит для подачи воздуха в тормозную магистраль и в пневмосистему управления тепловозом. Привод его осуществляется от коленчатого вала дизеля через редуктор.

Рисунок 3 - Принципиальная схема привода вспомогательных механизмов

.1 Расчет мощности на привод вентилятора холодильника

Мощность, потребляемая вентилятором, при частоте вращения  Скольжение гидромуфты на номинальном режиме . Номинальная частота вращения вала дизеля . Число зубьев конического зацепления , .

Тогда передаточное число механического редуктора с учётом скольжения гидромуфты, будет равно:

Приведённая к валу дизеля мощность на привод вентилятора холодильника:

где     - механический КПД передачи от вала дизеля к валу вентилятора;

 - КПД гидромуфты.

По схеме привода (рисунок 3) получим:

где     - КПД цилиндрической пары зацепления, ;

 - КПД карданного вала, ;

 - КПД конического зацепления,

КПД гидромуфты определяется из условия:

где    - частота вращения турбинного колеса гидромуфты, об/мин;

 - частота вращения насосного колеса гидромуфты, об/мин.

Определяем частоту вращения турбинного колеса гидромуфты:

Определяем частоту вращения насосного колеса гидромуфты:

Тогда КПД гидромуфты:

Приведённая к валу дизеля мощность на привод вентилятора:

.2 Расчет мощности на привод вентилятора централизованного охлаждения электрических машин

Мощность на привод вентилятора централизованного охлаждения электрических машин определяется из условия, что при номинальном режиме вентилятор потребляет мощность Тогда приведённая к валу дизеля мощность вентилятора централизованного охлаждения при КПД конического зацепления  будет равна:

.3 Расчет мощности на привод тормозного компрессора

мощность, потребляемая компрессором,  при ;

мощность на холостом ходу

Привод компрессора - непосредственно от коленчатого вала. По статистике - на тяговом режиме компрессор работает 25 % и на холостом ходу 75 %. Тогда:

.4 Расчет расхода мощности на привод агрегатов от стартер-генератора

Расход мощности на привод агрегатов тепловоза приведен в таблице 3.

Таблица 3 - Расход мощности на привод агрегатов

Определим мощность стартер-генератора, приведенного к фланцу коленчатого вала:

где     - КПД стартер-генератора,

 - КПД редуктора передачи,

.5 Расчет потери мощности на возбуждение тягового генератора, приведенные к фланцу коленчатого вала

Потери мощности на возбуждение тягового генератора, приведённые к фланцу коленчатого вала:

где    - мощность возбуждения тягового генератора,

 - КПД тиристора, ;

 - КПД вспомогательного генератора,

Суммарная мощность, затрачиваемая на вспомогательные нужды при нормальных атмосферных условиях (в тяговом режиме):

Потери мощности на вспомогательные нужды в % от мощности дизеля:

Потери мощности на вспомогательные нужды не должны превышать 10-13 %.

. Построение тяговой характеристики локомотива и определение его КПД

Тяговой характеристикой локомотива называется зависимость касательной силы тяги, создаваемой локомотивом, от скорости, т.е.

где     - касательная мощность тепловоза, кВт;

 - касательная сила тяги, кН.

Реализуемая на ободе колёс касательная мощность будет равна:

где     - эффективная мощность дизеля,

 - КПД электрической передачи;

 - коэффициент, учитывающий потери мощности на привод вспомогательных агрегатов,

КПД электрической передачи для постоянного тока определяется:

где    - КПД тягового генератора,

 - КПД тягового электродвигателя,

 - КПД тягового редуктора,

Определяем касательную мощность:

Определив касательную мощность, построим тяговую характеристику, задаваясь скоростями от 5 км/ч до конструкционной с интервалом 5-10 км/ч. При этом принимаем, что мощность во всем диапазоне скоростей постоянна. Расчет тяговой характеристики сведем в таблицу 4.

Таблица 4 - Тяговая характеристика тепловоза 2ТЭ10Л

По результатам расчета строится зависимость

На построенную зависимость  необходимо нанести ограничение по сцеплению  Согласно основному закону локомотивной тяги  - сила сцепления колеса с рельсом определяется по выражению:

где    - расчётный коэффициент сцепления колеса с рельсом;

 - сцепной вес локомотива, кН.

Сцепной вес локомотива определяется по результатам расчёта развески:

Расчёт  производится для скоростей: 0, 5, 10, 20, 30 (до пересечения с тяговой характеристикой). Точка пересечения этих кривых соответствует скорости, при которой начинает использоваться полная мощность локомотива и выход на автоматическую тяговую характеристику (скорость порога).

Если на тяговую характеристику  нанести зависимость , т. е. полного сопротивления состава в функции от скорости, то точка пересечения этих кривых определит равномерную скорость движения поезда для этого профиля пути, для которого рассчитано сопротивление состава.

Расчет коэффициента и силы сцепления колеса с рельсом сведем в таблицу 5.

Таблица 5 - Силы сцепления колеса с рельсом тепловоза 2ТЭ10Л

Строим график зависимости  (Приложение 1).

Основным экономическим показателем тепловоза является его КПД, который представляет собой отношение полезной работы (или мощности) к затраченному теплу, полученному в результате сгорания топлива:

где    - касательная мощность тепловоза, кВт;

 - удельная теплота сгорания топлива на рабочую массу, кДж/кг (т. е. количество тепла, выделяемое при сгорании 1 кг топлива), ;

 - часовой расход топлива.

Часовой расход топлива определяется следующим образом:

где    - удельный эффективный расход топлива для тепловоза-образца;

 - эффективная мощность дизеля тепловоза-образца.

. Схема и принцип действия паровоза. Назначения отдельных узлов

Паровоз представляет собой локомотив с независимой паросиловой установкой, состоящей из котла и поршневой паровой машины. Эта установка преобразует тепловую энергию топлива в механическую работу движущих колес посредством рабочего тела водяного пара. Паровоз работает как на твердом топливе (угле), так и на тяжелом жидком (мазуте).

Паровоз состоит из трех основных частей: котла, паровой машины и экипажной части. В топке 1 котла на колосниковой решетке сгорает топливо. Для загрузки топлива в задней части топки имеется отверстие, закрытое дверцей 21. Для сбора золы и шлака и регулирования подвода воздуха под топкой установлен зольник 20.

В цилиндрической части котла 3 расположены дымогарные 17 и жаровые 2 трубы. На цилиндрической части установлен сухопарник 4, в котором размещен регуляторный клапан 5. В дымовой камере 9 установлено дымовытяжное устройство, состоящее из конуса 10 и дымовой трубы 8; впереди имеется дверца 11.

Котел современного паровоза оборудован пароперегревателем, состоящим из коллектора 7 и элементов 6, в которых перегревается пар, полученный в котле паровоза.

Паровая машина паровоза состоит из парового цилиндра 14 с поршнем 13, парораспределительного золотника 12, внешнего парораспределительного механизма 16, регулирующего вместе с золотником подвод и отвод пара из цилиндра и изменяющего направление движения паровоза, а также движущего механизма 15, превращающего поступательное движение поршня во вращательное движение колес.

К экипажной части относятся: рама 19, являющаяся основанием паровоза, на которой установлен котел, укреплены цилиндры, сцепные приборы и части движущею и парораспределительнoro механизмов; рессорное подвешивание, через которое вес паровоза передается на буксы; движущие колесные пары 18 (с подшипниками и буксами).

Топливо при сгорании выделяет большое количество тепла, которое через стенки топки и труб передается воде. Последняя, нагреваясь, превращается в пар. Давление пара постепенно растет и таким образом тепловая энергия топлива превращается в потенциальную энергию сжатого пара. Продукты сгорания топлива из топки по дымогарным и жаровым трубам проходят в дымовую камеру и оттуда через дымовую трубу в атмосферу.

При открытии регуляторного клапана 5, установленного в сухопарнике, пар из котла устремляется в коллектор 7 и элементы 6 пароперегревателя, где повышается его температура, а затем по трубам он проходит в паровой цилиндр 14. Парораспределительный механизм регулирует последовательное поступление пара в переднюю и заднюю полости цилиндра. Под действием пара поршень 13 совершает возвратно-поступательное движение, которое через движущий механизм 15 передается колесной паре. Таким образом, прямолинейное движение поршня превращается во вращательное движение движущего колеса.

При помощи сцепных дышел часть усилия, получаемого вeдyщим колесом от паровой машины через ведущее дышло, передается остальным движущим колесам, которые также приводятся во вращение. Благодаря наличию трения (сцепления) между колесами и рельсами происходит перекатывание колес по рельсам, т. е. движение паровоза.

Пар отработавший в паровой машине, по трубам поступает в конус 10. Струя пара, вытекающая из конуса, создает разрежение в дымовой камере и топке, обеспечивая интенсивный приток воздуха к горящему на колосниковой решетке топливу и тягу газов из топки.

Рисунок 5.1 - Паровоз:

-топка; 2-жаровые трубы; 3-цилиидрическаи часть; 4-сухопариик; 5-peгyляторный клапан; 6-элемеиты; 7-коллектор; 8-дымовая труба; 9-дымовая камера; 10-конус; 11-дверца дымовой камеры; 12-золотник; 13-поршеиь; 14-цилиидр; 15-движущий механизм; 16-парораспределительиый механизм; 17-дымогарные трубы; 18-колесная пара; 19-рама; 20-зольиик; 21-дверца топки.

Заключение

В данной курсовой работе были произведены расчеты основных параметров тепловоза 2ТЭ10Л, а именно: развеска локомотива, определена разница между нагрузками на обе тележки  рассчитано значение потери мощности на привод вспомогательных машин и агрегатов построена тяговая характеристика для тепловоза 2ТЭ10Л. Также рассмотрена схема и принцип действия тепловоза с переменно - постоянной передачей.

Библиографический список

1.      Локомотивы. Общий курс. Кузьмич В.Д., Руднев B.C., Просвиров Ю.Е. - М.: ФГОУ «УМЦ», 2011. -582 с.;

.        Подвижной состав железных дорог: учебно-методическое пособие к курсовой работе / А.С. Шапшал, М.К. Григорьянц, Б.И. Павлицкий, С.А. Шапшал; ФГБОУ ВПО РГУПС. - Ростов н/Д, 2013. -52 с.

.        Тепловоз ТЭМ7: Учебник для вузов ж.-д. транспорта / Г. С. Меликджанов. - М.: Транспорт, 1989. - 322 с.

.        Электропередачи тепловозов на переменно-постоянном токе: Учебник для вузов ж.-д. транспорта / И. К. Колесник, Т. Ф. Кузнецов, В. И. Липовка, В. С. Марченко, Ю. А. Милованов, Г. А. Михневич. - М.: Транспорт, 1978, 149 с.

5.      https://ru.wikipedia.org/wiki/ТЭМ7