Министерство путей сообщения РФ Департамент кадров и учебных заведений

САМАРСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Кафедра "ЛОКОМОТИВЫ"

ТЕОРИЯ И КОНСТРУКЦИЯ ЛОКОМОТИВОВ

Методические указания к выполнению курсового проекта студентами специальности 150700 - Локомотивы

Составители: ВАЛИУЛЛИН Р.Г.

ФРОЛОВ С.Г. СТРИШИН Ю.С. ПАНЧЕНКО В.Н.

САМАРА-2002

УДК 629.42.07

Теория и конструкция локомотивов: Методические указания к выполнению курсового проекта студентами специальности 150700 - Локомотивы. - Самара: СамИИТ,2002.- с.

Утверждено на заседании кафедры 22 февраля 2000 года, протокол № 6 . Печатается по решению редакционно-издательского совета института.

В настоящих методических указаниях изложены методы расчетов основных параметров, тяговых характеристик, статической развески тепловоза, основные принципы проектирования экипажной части тепловоза, а также методы решения задач геометрического и динамического вписывания тепловоза в кривые заданного радиуса, используемые при курсовом проектировании по дисциплине "Теория и конструкция локомотивов" студентами IV курса специальности 150700— "Локомотивы"

Методические указания могут быть полезны студентам при выполнении отдельных разделов дипломного проекта и в практике работы сотрудников НИСа, а также при проведении занятий на полигоне института и филиале кафедры.

Составители: Рушан Габдуллович Валиуллин Сергей Геннадьевич Фролов Юрий Сергеевич Стришин Валерий Николаевич Панченко

Рецензенты: Ю.Д. Карышев доцент кафедры "Механика" СамИИТа

А.И. Князев зам. начальника службы локомотивного хозяйства Куйбышевской железной дороги

Редактор И.А. Шимина

Подписано к печати 19.04.02 Формат 60х84 1/16

Бумага офсетная. Печать оперативная. Усл. п. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ № 44

© Самарский институт инженеров

железнодорожного транспорта, 2002

Содержание

стр.

Общие указания 4

Задание на курсовой проект 6

1. Определение основных параметров тепловоза 9

2. Определение основных размеров экипажной части 14

3. Компоновка и статическая развеска тепловоза 16

4. Расчёт рессорного подвешивания 23

5. Геометрическое вписывание тепловоза в кривые 28

6. Динамическое вписывание проектируемого тепловоза в

кривые 30

Библиографический список 41

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

В соответствии с учебным планом студенты специальности 150700 "Локомотивы" изучают дисциплину "Теория и конструкция локомотивов". Для лучшего усвоения материала студенты должны выполнить самостоятельную работу в виде курсового проекта.

В курсовом проекте студентам предстоит спроектировать тепловоз на базе существующего прототипа с проведением необходимых расчетов, связанных с определением основных характеристик и параметров проектируемого тепловоза, проведением статической развески, расчетом на прочность упругих элементов рессорного подвешивания, а также с решением задач геометрического и динамического вписывания тепловоза в кривую.

Курсовой проект необходимо выполнять осмысленно, применяя расчетные формулы и тщательно продумывая выводы и результаты. Методические указания не избавляют студента от необходимости глубоко и внимательно разобраться в рассматриваемых вопросах, используя соответствующие источники.

При выполнении курсового проекта необходимо придерживаться следующих основных положений:

1. Пояснительная записка и графические работы должны выполняться в соответствии с требованиями Единой Системы Конструкторской Документации (ЕСКД) и ГОСТ.

2. Работа должна быть написана аккуратно, разборчивым почерком, без сокращения слов и аббревиатур, кроме общепринятых.

3. Структура курсового проекта должна быть следующей:

• титульный лист;

• реферат, в котором кратко излагается, чему посвящен данный курсовой проект; в реферате должно быть указано: объем пояснительной записки (листов текста), количество таблиц, рисунков и наименований списка использованных источников;

• содержание;

• введение;

• исходные данные в соответствии с вариантом задания;

• основная часть в соответствии с заданием;

• заключение, в котором должны быть кратко изложены основные результаты, полученные в курсовом проекте;

• список использованных источников.

4. Все расчеты необходимо сопровождать пояснениями. Расчетные формулы приводятся в общем виде, с применением принятых буквенных обозначений, а затем следует привести описание данных обозначений с указанием единиц измерения; после чего отдельной строкой приводится вычисление искомой величины с подстановкой числовых значений известных величин. В результате вычисления должны быть единицы измерения искомой величины. Например:

Касательная полезная мощность тепловоза, реализуемая на ободе колёс при условии установившегося движения, определяется по формуле:

N_k=N_e*e*n_n,

где N_e — эффективная мощность дизеля, кВт;

в — коэффициент, учитывающий затрату мощности на обслуживание

локомотива, в =0,95; rj_n — коэффициент полезного действия передачи.

N_k=2000*0,95*0,86=1627,8 кВт

5. При выборе расчетных величин и параметров, использовании таблиц, справочных материалов необходимо ссылаться на соответствующие источники, упомянутые в соответствующем списке (см. структуру курсового проекта).

6. Страницы пояснительной записки должны быть пронумерованы. Рисунки и таблицы должны быть пронумерованы (отдельная нумерация для рисунков и отдельная для таблиц) в соответствии с номером раздела и номером по порядку следования в разделе и должны иметь соответствующие наименования.

7. Графическая часть курсового проекта включает:

• компоновочную схему тепловоза с размещением основного и вспомогательного оборудования, которая выполняется карандашом на листе формата А1 (594 х 840);

• чертеж тележки в трех проекциях, который выполняется карандашом на листе формата А1 (594 х 840);

• эскизы основных узлов экипажной части локомотива согласно п. настоящих методических указаний, выполняемые карандашом на листе

формата А4 (297 х 210);

Компоновочная схема тепловоза и чертеж тележки должны сопровождаться спецификациями соответствующими ЕСКД и ГОСТ. В штампе над названием чертежа (или соответствующей ему спецификации) пишется шифр следующего содержания:

КП ТКЛ 15.07.00.7XX.0XX.00X СП

где, 7ХХ — номер группы; 0XX — номер варианта; 00X — номер чертежа;

СП — ставится в конце шифра в спецификации.

Расчетные схемы, диаграммы и графики могут быть выполнены на миллиметровой бумаге.

2.ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Курсовой проект считается выполненным в полном объеме, если в нем рассмотрены с соответствующими расчетами разделы проектирования тепловозов, приведенные ниже.

В курсовом проекте необходимо выполнить расчеты по следующим разделам:

1. Определение основных параметров тепловоза

1. Определение касательной мощности

2. Определение сцепной массы тепловоза

3. Расчёт и построение тяговой характеристики тепловоза

4. Определение передаточного числа зубчатой передачи

2. Определение основных размеров экипажной части

1. Определение размеров тележки тепловоза

2. Определение размеров тепловоза

3. Компоновка и статическая развеска тепловоза

1. Описание оборудования и основных узлов экипажной части проектируемого тепловоза

2. Статическая развеска тепловоза

4. Расчёт рессорного подвешивания

4.1. Выбор схемы и расчёт на прочность упругих элементов рессорного подвешивания

5. Геометрическое вписывание тепловоза в кривые

1. Выполнение геометрического вписывания методом параболической диаграммы

2. Определение углов набегания и поперечных разбегов колесных пар

6. Динамическое вписывание тепловоза в кривые

1. Определение направляющих, боковых и рамных сил

2. Построение горизонтально-динамического паспорта тепловоза и оценка динамических качеств проектируемого тепловоза

По каждому из основных разделов необходимо сделать аргументированный вывод, подкрепленный конкретными результатами выполненных расчетов

Исходными данными на выполнение курсового проекта являются:

• Род службы;

• Эффективная мощность дизеля 1Ч_е,кВт;

• Максимальная нагрузка на ось 2П,кН;

• Конструкционная скорость Ук,км/ч;

• Расчетная скорость Ур,км/ч;

• Радиус кривой для геометрического вписывания R_r, м;

• Радиус кривой для геометрического вписывания R₃, м. Исходные данные на выполнение курсового проекта должны

соответствовать варианту задания. Вариант исходных данных определяется по последней и предпоследней цифрам учебного шифра (номер студенческого билета) каждого обучающегося и берется из табл. 1(последняя цифра шифра), из табл.2(предпоследняя цифра шифра) и из табл. 3(последняя цифра шифра).

Таблица 1

Исходные данные на выполнение курсового проекта

Последняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Род службы*	М	М	М	Г	Г	Г	Г	П	П	П
Эффективная
мощность дизеля	1200	1300	1500	1900	2000	2100	2200	2500	2700	3000
Ne, кВт
Максимальная
нагрузка на ось 2П, кН	210	215	220	220	230	240	250	220	235	250
Конструкционная	100	105	110	110	115	120	125	140	150	160
скорость ук,км/ч

* - род службы: М — маневровый, Г — грузовой, П — пассажирский

Таблица 3

Исходные данные на выполнение курсового проекта

Последняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Длина рессоры 1, м	1.15	1.15	1.2	1.2	1.05	1.05	1.2	1.2	1.15	1.15
Ширина листа рессоры b, м	0.12	0.12	0.13	0.13	0.11	0.11	0.12	0.12	0.13	0.13
Толщина листа рессоры h, м	0.016	0.016	0.016	0.016	0.016	0.016	0.016	0.016	0.016	0.016
Ширина хомута рессоры а, м	0.11	0.11	0.11	0.11	0.11	0.11	0.11	0.11	0.11	0.11
Номинальный статический прогиб ^(стЬ м	0.08	0.09	0.09	0.1	0.1	0.11	0.11	0.12	0.12	0.13
Диаметр пружины Dnp, м	0.196	0.2	0.2	0.205	0.196	0.2	0.204	0.205	0.204	0.205
Наружный диаметр резинового амортизатора Dp, м	0.23	0.22	0.24	0.23	0.22	0.24	0.23	0.22	0.24	0.23
Внутренний диаметр резинового амортизатора dp, м	0.06	0.07	0.08	0.06	0.07	0.08	0.06	0.07	0.08	0.06
Высота резинового амортизатора Нр, м	0.03	0.03	0.04	0.03	0.03	0.04	0.03	0.03	0.04	0.03

Характеристики и параметры тепловоза-прототипа могут быть использованы как справочный материал.

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВОЗА

1.1 Касательная полезная мощность тепловоза, реализуемая на ободе колёс при условии установившегося движения, определяется по формуле:

N_k=N_e*p*rin, (1.1)

где N_e - эффективная мощность дизеля, кВт;

в - коэффициент, учитывающий затрату мощности на обслуживание

локомотива, в =0,95; rj_n - коэффициент полезного действия передачи.

По данной касательной полезной мощности выбирается тип тепловоза. Для тепловоза с электрической передачей постоянного или постоянно-переменного тока:

Пп=Пг* ]g* Пзп* Пву , (1.2)

где У]_г - к.п.д. главного генератора, ц_г = 0,93-0,95;

П_ё - к.п.д. тяговых электродвигателей, ]_g = 0,91-0,94;

]_зп - к.п.д. зубчатой передачи, ц_зп = 0,98;

Пву, - к.п.д. выпрямительной установки (если есть), ц_(у! = 0,99.

1.2 Сцепная масса тепловоза характеризует его способность развивать необходимую силу тяги без проскальзывания колёс по рельсам:

М_сц = ^2П **/_g, (1.3)

где 2П - нагрузка от оси на рельсы, кН; z - число сцепных осей тепловоза; g - ускорение силы тяжести, 9,81 м/с .

Число сцепных осей определяется исходя из касательной мощности тепловоза N_k и номинальной мощности тягового электродвигателя Р_Тэд:

. (1.4)

Номинальная мощность тягового электродвигателя принимается по данным тепловоза-прототипа (см. табл.1.3). Полученное по формуле (1.4) число осей округляется до ближайшего четного числа: 4, 6, 8.

1.3Расчёт и построение тяговой характеристики тепловоза. Сила тяги тепловоза при трогании с места и до пороговой скорости определяется по формуле:

Fkс_Ч=10*щ*М_сц, (1.5)

где \\j_k - коэффициент сцепления колёс с рельсами.

Для тепловозов коэффициент сцепления колёс с рельсами:

у/_к = 0,25 + ⁸ , (1.6)

20*V +100

где V- скорость движения тепловоза, км/ч.

Для определения значений \j/_k и затем F_{k сц} необходимо задаться значениями скоростей от 0 до 30 км/ч.

Результаты расчётов сводятся в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

V, км/ч	0	5	10	15	20	25	30
Бксц, кН

Сила тяги тепловоза при использовании полной мощности дизеля определяется по формуле:

3 67 * N

F_k = ³⁶y^Nk-, (1.7)

где N_k - касательная мощность тепловоза, кВт;

V - скорость тепловоза, км/ч;

Б_к - касательная скорость тяги, кН. Задавшись значениями от 10 км/ч до конструкционной, интервалом через 10 км/ч, вычисляем значения Б_к. Результаты расчётов вносим в таблицу 1.2

Таблица 1.2

V, км/ч	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120
Fx, кН

Определяем скорость порога V„, т. е. скорость, при которой тепловоз выходит на полное использование мощности и силу тяги при этой скорости. Скорость порога определяется из равенства:

^Fксц ^FK >

(1.8)

1000-

откуда

2П * z f_ 8 ^ 367* N_k

- 0,25 + ■

для

g у 20*V +100 J V После преобразований получается квадратное уравнение определения V„:

V² - Г14 4—^Nk— ^K" У ^, 2П * z

—

6,6 I * V - 72

2П* z

0,

(1.9)

откуда находится величина V„, км/ч и по формуле (1.7) определяетсяF_Kи,кН.

Тяговая характеристика, построенная по данным табл. 1.1 и 1.2, будет иметь вид графика показанного на рис.1.1.

Рис 1.1 Тяговая характеристика тепловоза

Примечание. Ограничение по прочности автосцепки учитывается при расчете тяговой характеристики тепловоза 3ТЭ10М.

Выбор диаметра колеса определяется величиной допустимых контактных напряжений. Практически требуемый диаметр колеса подсчитываем по следующей эмпирической формуле:

Д_к = ²% , (1.10)

где Д_к - диаметр колеса, м; 2П - нагрузка на ось, кН;

Р - допустимая удельная нагрузка в расчёте на 1 м диаметра колеса,

которая принимается в пределах: для грузовых тепловозов - 160-200 кН/м, для пассажирских тепловозов - 120-160 кН/м.

Меньшие значения Р берутся для нагрузок 2П=210 кН, большие для 2П<210 кН.

Диаметр колеса округляется до ближайшего стандартного размера. Для тепловозов диаметры колес по стандарту могут быть 950, 1050, 1220, 1320 мм при толщине бандажа 75 мм, а также 980, 1080, 1250, 1350 мм при толщине бандажа 90 мм. Бандажи толщиной 75 мм устанавливают на колесные пары локомотивов осевой нагрузкой до 210 кН; при больших нагрузках используют бандажи толщиной 90 мм.