Определение основных технических параметров магистрального тепловоза

СОДЕРЖАНИЕ

		Стр.
	Введение………………………………………………………………….
1.	Определение основных технических параметров магистрального тепловоза………………………………………………………………….
2.	Выбор тягового электрического двигателя проектируемого тепловоза………………………………………………………………….
3.	Режимы работы тяговых электрических машин на проектируемом тепловозе………………………………………………………………….
4.	Выбор тягового генератора проектируемого тепловоза………………
5.	Выбор дизеля проектируемого тепловоза……………………………...
6.	Оценка параметров тягового зубчатого редуктора проектируемого тепловоза………………………………………………………………….
	Список использованных источников…………………………………...

ВВЕДЕНИЕ

Методика определения технических параметров магистрального тепловоза и выбора его основного оборудования, рассмотренная в настоящих методических указаниях, предназначена для выполнения первой части курсового проекта по дисциплине «Теория и конструкция локомотивов».

Исходными данными для расчета основных технических параметров проектируемого тепловоза служат:

1) род службы тепловоза (грузовой, пассажирский);

2) весовая норма состава на участке работы тепловоза Q_вн, т;

3) осевая нагрузка вагона q_о, т;

4) расчетный подъем на участке работы тепловоза i_р, ^о/_оо;

5) расчетная скорость тепловоза V_р, км/ч (скорость движения поезда по расчетному подъему);

6) конструкционная (максимальная) скорость тепловоза V_к, км/ч.

В ходе расчета требуется определить значения следующих параметров тепловоза:

1) расчетная касательная сила тяги тепловоза F_кр, кН;

2) касательная сила тяги при трогании тепловоза F_ктр, кН;

3) номинальная касательная мощность тепловоза N_к, кВт;

4) номинальная мощность тепловоза по дизелю N_ет, кВт;

5) число секций тепловоза n_с и секционная мощность по дизелю N_е, кВт;

6) сцепной вес секции тепловоза Р_сц, кН;

7) служебная масса секции тепловоза m_сл, т;

8) число движущих осей секции n_ос и осевая нагрузка тепловоза 2П, кН;

9) ориентировочный диаметр колеса тепловоза D_к, мм;

10) ориентировочные значения длины секции по осям автосцепок L_а (м), базы тепловоза L_б (м), базы тележки L_т (м).

Результаты расчета необходимы для последующего выбора основного оборудования проектируемого тепловоза, а именно тягового электрического двигателя, тягового генератора, дизеля и тягового зубчатого редуктора.

При выполнении курсового проекта нужно придерживаться следующих требований:

1) расчетно-пояснительная записка должна быть выполнена на листах писчей бумаги формата А4 в рукописном виде либо с использованием текстовых редакторов ПЭВМ;

2) расчеты нужно сопровождать подробными пояснениями; расчетные формулы приводят сначала в общем виде с применением принятых буквенных обозначений, после чего подставляют в них числовые значения величин и показывают результат вычислений;

3) графические зависимости следует представить на миллиметровой бумаге или построить с помощью графических редакторов ПЭВМ.

Сцепной вес (кН), требуемый для реализации расчетной касательной силы тяги

(16)

Сцепной вес (кН), требуемый для реализации касательной силы тяги при трогании и разгоне поезда

(17)

В качестве окончательного значения сцепного веса Р_сц (кН) принимают максимальную из двух полученных величин, то есть

Р_сц = max [(Р_сц)_р, (Р_сц)_тр]. (18)

1.7. Служебная масса секции тепловоза

Служебную массу секции m_сл (т) можно определить из двух условий.

Число зубьев шестерни

(77)

Для нормальной работы прямозубой цилиндрической передачи необходимо, чтобы Z_ш ≥ 15-17. Кроме того, числа зубьев Z_ш и Z_к следует принимать взаимно простыми, то есть с наибольшим общим делителем, равным 1 (например, 17:75 или 15:68).

2) Диаметр делительной окружности шестерни d_z, мм

(78)

6.6. Централь (межосевое расстояние) тягового зубчатого редуктора, мм

Ориентировочно значение централи Ц можно определить по формуле

(79)

Примечание: 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.

6.7. Предельные значения габаритных размеров остова ТЭД

1) Предельная ширина остова ТЭД по условию совместной компоновки
с тяговым редуктором, мм

(80)

где d_о – диаметр оси колесной пары, мм (d_о = 205-215 мм).

Для тягового привода III класса, где ось колесной пары охватывается полым валом с наружным диаметром d_пв=315-325 мм, в формулу (80) вместо диаметра оси d_о следует подставлять диаметр полого вала d_пв [6,10].

2) Предельная высота остова ТЭД по условию совместной компоновки
с тяговым редуктором, мм

(81)

где а – клиренс ТЭД, мм;

е – превышение оси вала ТЭД над осью колесной пары.

Значение клиренса ТЭД зависит от класса тягового привода [6]:

Ø для тягового привода I класса а =140-150 мм;

Ø для тяговых приводов II и III классов а = 155-165 мм.

Превышение оси вала ТЭД на осью колесной пары рекомендуют задавать е=15 мм (для ТЭД с диаметром сердечника якоря D_a=493 мм). Для ТЭД с D_a ≥ 660 мм значение превышения составляет е=150-210 мм [10].

По итогам расчетов необходимо выполнить проверку возможности совместной компоновки ТЭД и тягового зубчатого редуктора.Она заключается ввыполнении условий

B ≤ B_max и H ≤ H_max ,

где B, H – ширина и высота остова ТЭД, мм.

Габаритные размеры восьмигранного остова четырехполюсных ТЭД, а также диаметр круглого остова шестиполюсных ТЭД можно оценить по формуле [6]

B ≈ H ≈ (1,4÷1,6)^.D_а, мм. (82)

Примечание: в тяговых приводах III класса с полым валом для возможности выполнения условия B ≤ B_max приходится увеличивать централь редуктора Ц, для чего может потребоваться уменьшение его передаточного отношения или увеличение диаметра колеса тепловоза D_к.

После выполнения проверки необходимо составить компоновочную схему тягового привода проектируемого тепловоза (по образцу рис.3-5). Эскиз представляется на миллиметровой бумаге формата А4 в масштабе, с указанием всех рассчитанных размеров.

СОДЕРЖАНИЕ

		Стр.
	Введение………………………………………………………………….
1.	Определение основных технических параметров магистрального тепловоза………………………………………………………………….
2.	Выбор тягового электрического двигателя проектируемого тепловоза………………………………………………………………….
3.	Режимы работы тяговых электрических машин на проектируемом тепловозе………………………………………………………………….
4.	Выбор тягового генератора проектируемого тепловоза………………
5.	Выбор дизеля проектируемого тепловоза……………………………...
6.	Оценка параметров тягового зубчатого редуктора проектируемого тепловоза………………………………………………………………….
	Список использованных источников…………………………………...

ВВЕДЕНИЕ

Методика определения технических параметров магистрального тепловоза и выбора его основного оборудования, рассмотренная в настоящих методических указаниях, предназначена для выполнения первой части курсового проекта по дисциплине «Теория и конструкция локомотивов».

Исходными данными для расчета основных технических параметров проектируемого тепловоза служат:

1) род службы тепловоза (грузовой, пассажирский);

2) весовая норма состава на участке работы тепловоза Q_вн, т;

3) осевая нагрузка вагона q_о, т;

4) расчетный подъем на участке работы тепловоза i_р, ^о/_оо;

5) расчетная скорость тепловоза V_р, км/ч (скорость движения поезда по расчетному подъему);

6) конструкционная (максимальная) скорость тепловоза V_к, км/ч.

В ходе расчета требуется определить значения следующих параметров тепловоза:

1) расчетная касательная сила тяги тепловоза F_кр, кН;

2) касательная сила тяги при трогании тепловоза F_ктр, кН;

3) номинальная касательная мощность тепловоза N_к, кВт;

4) номинальная мощность тепловоза по дизелю N_ет, кВт;

5) число секций тепловоза n_с и секционная мощность по дизелю N_е, кВт;

6) сцепной вес секции тепловоза Р_сц, кН;

7) служебная масса секции тепловоза m_сл, т;

8) число движущих осей секции n_ос и осевая нагрузка тепловоза 2П, кН;

9) ориентировочный диаметр колеса тепловоза D_к, мм;

10) ориентировочные значения длины секции по осям автосцепок L_а (м), базы тепловоза L_б (м), базы тележки L_т (м).

Результаты расчета необходимы для последующего выбора основного оборудования проектируемого тепловоза, а именно тягового электрического двигателя, тягового генератора, дизеля и тягового зубчатого редуктора.

При выполнении курсового проекта нужно придерживаться следующих требований:

1) расчетно-пояснительная записка должна быть выполнена на листах писчей бумаги формата А4 в рукописном виде либо с использованием текстовых редакторов ПЭВМ;

2) расчеты нужно сопровождать подробными пояснениями; расчетные формулы приводят сначала в общем виде с применением принятых буквенных обозначений, после чего подставляют в них числовые значения величин и показывают результат вычислений;

3) графические зависимости следует представить на миллиметровой бумаге или построить с помощью графических редакторов ПЭВМ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАГИСТРАЛЬНОГО ТЕПЛОВОЗА

1.1. Расчетная касательная сила тяги тепловоза

Расчетную касательную силу тяги магистрального тепловоза, предназначенного для эксплуатации на участке с заданными характеристиками, определяют из условия равномерного движения поезда с расчетной скоростью по расчетному подъему. В этом случае касательная сила тяги локомотива F_кр (кН) должна быть равна полному сопротивлению движения поезда W_к (кН), то есть

, (1)

где g– ускорение свободного падения (g=9,81 м/с²);

ω_о^/ , ω_о^// - основное удельное сопротивление движению тепловоза и вагонов соответственно, Н/кН;

i_р - расчетный подъем на участке работы тепловоза, ^о/_оо;

Q_вн - весовая норма состава на участке работы тепловоза, т;

m_сл - служебная масса тепловоза, т.

Поскольку значение m_сл для проектируемого локомотива изначально неизвестно, произведем следующую замену, справедливую, если все оси локомотива являются движущими:

, (2)

где Р_сц - сцепной вес тепловоза, кН;

φ_т – коэффициент тяги.

Подставив уравнение (2) в зависимость (1) и выполнив необходимые преобразования, получим формулу, которую можно использовать для предпроектного определения расчетной касательной силы тяги тепловоза F_кр ,кН:

. (3)

Величина коэффициента тяги φ_т – качественного параметра, характеризующего тяговые свойства локомотива - зависит от конструктивных особенностей тепловоза: типа тепловозной передачи, конструкции экипажной части и др. Для уменьшения вероятности боксования, которое может иметь место при реализации локомотивом расчетной касательной силы тяги, значение φ_т целесообразно задать с некоторым запасом относительно величины расчетного коэффициента сцепления колес с рельсами:

φ_т = (0,80÷0,85)^.ψ_кр , (4)

где ψ_кр – расчетный коэффициент сцепления колес с рельсами при движении локомотива с расчетной скоростью V_р.

Согласно «Правилам тяговых расчетов для поездной работы» (ПТР) [1], для отечественных тепловозов с электрической передачей (кроме 2ТЭ10Л) зависимость величины ψ_кр от скорости движения локомотива V имеет вид

. (5)

Значения основных удельных сопротивлений движению для локомотива ω_о^/ (Н/кН) и для вагонов ω_о^// (Н/кН) также можно вычислить по формулам ПТР [1]:

Ø для тепловозов в режиме тяги на звеньевом пути

; (6)

Ø для груженых четырехосных грузовых вагонов на роликовых подшипниках при движении по звеньевому пути

; (7)

Ø для пассажирских вагонов на роликовых подшипниках при движении по звеньевому пути

. (8)

При использовании формул (5)-(8) значение скорости движения локомотива V (км/ч) необходимо принимать равным величине расчетной скорости тепловоза V_р (км/ч) в соответствии с исходными данными к курсовому проекту.

1.2. Касательная сила тяги тепловоза при трогании

Касательную силу тяги тепловоза при трогании F_ктр (кН) определяют из условия трогания поезда с места и разгона с заданным ускорением:

(9)

где ω_тр – удельное сопротивление поезда при трогании с места, Н/кН;

i_тр – уклон пути, на котором производится трогание и разгон, ^о/_оо (в курсовом проекте принимаем для неблагоприятных условий i_тр= i_р);

j – требуемая удельная ускоряющая сила поезда, Н/кН.

Поскольку значение m_сл для проектируемого локомотива изначально неизвестно, произведем следующую замену, справедливую, если все оси локомотива являются движущими:

(10)

где Р_сц - сцепной вес тепловоза, кН;

ψ_ктр – расчетный коэффициент сцепления колес с рельсами при трогании локомотива.

Подставив уравнение (10) в зависимость (9) и выполнив необходимые преобразования, получим формулу, которую можно использовать для предпроектного определения касательной силы тяги тепловоза при трогании F_ктр , кН:

(11)

Значение ψ_ктр вычисляют по формуле (5) с подстановкой V=0 (в этом случае получают ψ_ктр=0,3).

Значение ω_тр (Н/кН) вычисляют по формуле ПТР [1]

Значение удельной ускоряющей силы j, действующей на поезд при трогании и разгоне, задают равным 2-4 Н/кН для грузовых и 10-15 Н/кН для пассажирских поездов [2].

1.3. Номинальная касательная мощность тепловоза

Номинальная касательная мощность тепловоза N_к (кВт) – это мощность, развиваемая на колесных парах тепловоза при реализации расчетной касательной силы тяги F_кр (кН) и движении с расчетной скоростью V_р (км/ч):

(12)

1.4. Номинальная мощность тепловоза по дизелю

Номинальную мощность тепловоза по дизелю N_ет (кВт) определяют с учетом потерь, возникающих при передаче энергии от дизеля к колесным парам, и с учетом отбора мощности на привод вспомогательного оборудования локомотива:

(13)

где φ_м – коэффициент полезного использования мощности дизеля для тяги, характеризующий энергетическую эффективность тепловоза.

Для тепловозов с электрической передачей переменно-постоянного тока

(14)

где η_тг – к.п.д. тягового генератора на номинальном режиме (η_тг=0,94-0,96);

η_ву – к.п.д. выпрямительной установки на номинальном режиме (η_ву=0,98-0,99);

η_тэд – к.п.д. тягового электрического двигателя на номинальном режиме
(для пассажирских тепловозов η_тэд=0,91-0,94; для грузовых тепловозов η_тэд=0,86-0,92);

η_тзр – к.п.д. тягового зубчатого редуктора на номинальном режиме (η_тзр=0,975);

β_всп – коэффициент отбора мощности на привод вспомогательного оборудования (β_всп=0,07-0,14); при предварительных расчетах можно считать, что на привод вспомогательного оборудования расходуется 10% мощности дизеля, то есть β_всп=0,1.

Примечание: значение φ_м для тепловозов с электрической передачей можно предварительно задать, по опыту локомотивостроения, на уровне φ_м=0,7-0,8.

1.5. Секционная мощность тепловоза по дизелю

Секционную мощность тепловоза по дизелю, то есть номинальную эффективную мощность дизеля N_е (кВт), определяют с учетом числа секций тепловоза n_с по формуле

(15)

Число секций проектируемого тепловоза выбирают минимально возможным, но обеспечивающим выполнение ограничения N_е ≤ 4410 кВт, которое обусловлено предельной достигнутой мощностью отечественных тепловозных дизелей.

1.6. Сцепной вес секции тепловоза

Сцепной вес секции тепловоза, то есть вес, приходящийся на движущие колесные пары и участвующий в создании силы тяги, определяют из двух условий.