Скачиваний:
8
Добавлен:
27.04.2021
Размер:
1.7 Mб
Скачать

МІНІСТЕРСТВО ТРАНСПОРТУ ТА ЗВ’ЯЗКУ УКРАЇНИ

Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна

Кафедра «Локомотиви»

ТЕОРІЯ ТА КОНСТРУКЦІЯ ЛОКОМОТИВІВ

Методичні вказівки до виконання курсового проекту «Розрахунок техніко-економічних характеристик тепловоза»

Частина І

Укладачі: Д. В. Бобирь, Л. С. Казаріна,

М. І. Мартишевський, Є. Г. Нєчаєв

Для студентів спеціальності 7.100501 «Рухомий склад та спеціальна техніка залізничного транспорту» спеціалізації «Виробництво, експлуатація та ремонт локомотивів»

Дніпропетровськ 2006

УДК 629. 42.01 (075.8)

Укладачі

Д. В. Бобирь, Л. С. Казаріна, М. І Мартишевський, Є. Г.Нєчаєв

Рецензенти:

заступник начальника ТЧ-8 з ремонту локомотивів В. С. Любка

(Придніпровська залізнця),

канд. техн. наук, доц. О. І. Гілєвич (ДІІТ)

Теорія та конструкція локомотивів: Методичні вказівки до виконання курсового проекту «Розрахунок техніко-економічних характеристик» / Днiпропетр. нац. ун-т. залiзнич. трансп. імені акад. В. Лазаряна; Укл.: Д. В. Бобирь, Л. С. Казаріна, М. І. Мартишевський, Є. Г. Нєчаєв. – Д., 2006. – 2 с.

Методичні вказівки містять методику виконання першого розділу курсового проекту з дисципліни «Теорія та конструкція локомотивів» – розрахунок і побудову основних техні- ко-економічних характеристик проектного тепловоза, а також довідкові дані.

Iл. 10. Табл. 11. Бiблiогр.: 7 назв.

©Бобирь Д. В. та ін., укладання, 2006

©Вид-во Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна

ЗАГАЛЬНІ ВИМОГИ ДО ВИКОНАННЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

Пояснювальна записка та креслення повинні виконуватися згідно з вимогами ЕСКД.

Виконуючи курсовий проект (КП), необхідно враховувати такі загальні вимоги:

КП виконується на стандартних аркушах паперу (розміром 210×297 мм);

пояснювальна записка виконується акуратним розбірливим почерком без скорочення слів (крім традиційно прийнятих);

розрахункові формули наводяться спочатку в загальному вигляді з використанням літерних символів; надається розшифровка літерних символів з одиницями виміру для величин, що мають вимір, підставляються в формулу числові значення величин та проставляється результат;

при використанні необхідних розрахунків величин параметрів, таблиць, формул, довідкових матеріалів посилаються на джерело інформації; література, яка була використана під час роботи над КП, наводиться наприкінці роботи (автор, назва книги, місце видання, рік видання та кількість сторінок);

матеріал КП подається з урахуванням прийнятої в технічній літературі термінології;

графіки, схеми, ескізи, креслення виконуються на міліметровому папері i вшиваються поміж аркушами КП після першого згадування в тексті. Не дозволяється використовувати в КП ілюстрації, які вирізані або скопійовані з книг, журналів, інструкцій;

аркушіКП, ілюстрації, таблицітаграфікиобов’язковонумеруються;

структура пояснювальної записки КП така:

а) титульний лист (перша сторінка); б) завдання на КП; в) зміст; г) розділи КП;

д) перелік літератури, що була використана під час роботи над КП;

– КП, що виконаний без урахування наведених вимог, а також не за своїми даними, не перевіряється і до захисту не допускається.

Виконуючи КП, студент повинен з розумінням використовувати ті чи інші формули, робити висновки після кожного розділу. Дані методичні вказівки не звільняють студента від необхідності глибоко та уважно розібратися в питаннях, над якими він працює.

1. ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ ТЕПЛОВОЗА

Дотична потужність, кВт, тепловоза

 

 

Nд =

Fд Vр

,

(1)

3,6

 

 

 

де Fдрозрахункова дотична сила тяги, кН; Vррозрахункова швидкість, км/год. Потрібна ефективна потужність дизеля, кВт,

3

Nе′ =

 

Nд

 

,

(2)

η

β

доп

n

 

п

 

с

 

де ηп – ККД передачі; βдоп – коефіцієнт, який враховує витрату енергії на привод допоміжних

агрегатів тепловоза;

 

nс – кількість секцій у складі тепловоза.

 

ККД електричної передачі:

 

– постійного струму

 

ηп г ηдв ηм;

(3а)

– змінно-постійного струму

 

ηп г ηдв ηм ηв.у,

(3б)

де ηг, ηдв, ηм, ηв.у ККД відповідно тягового генератора, тягового електродвигуна(ТЕД), тягового осьового редуктора та випрямноїустановки; для розраху-

нків можна

прийняти: ηг =0,93...0,95; ηдв =0,85...0,88; ηм =0,97-0,98;

ηв.у =0,99.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коефіцієнт βдоп визначається з виразу

 

 

 

 

 

 

 

 

βдоп =

Ne′−

Nдоп

,

 

 

(4)

 

 

 

Ne

 

 

 

 

де Nдоп сумарні витрати потужності на привод допоміжних агрегатів,

приймається згідно з даними табл.1 по базовому тепловозу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблиця 1

Сумарні витрати потужності на привод допоміжних агрегатів, кВт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Серія базового

ТЭМ2

2ТЭ10Л

 

 

ТЭМ7

ТЭ3

2ТЭ10В

М62

тепловоза

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nдоп

 

105

260

 

 

215

 

140

260

130

Серія базового

2ТЭ116

ТЭП60

 

ТЭП10

ТЭП70

2ТЭ121

2ТЭ40

тепловоза

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nдоп

 

225

265

 

 

260

 

285

315

260

Для визначення Nета βдоп необхідно скласти та розв’язати систему рівнянь з виразів (2) та (4).

Потрібнапотужність, кВт, тяговогоелектродвигунапроектноготепловоза

 

Nд

 

,

(5)

η

к

Pдв =

де ккількість ТЕД на тепловозі.

м

 

 

 

 

 

 

 

На підставі величини потужності ТЕД, що розрахована за формулою (5), необхідно обрати з додатку А тип електродвигуна, потужність якого Pдв бли-

зька до потрібної Pдв. Дані занести у табл. 2.

4

 

 

 

Таблиця 2

 

Параметри ТЕД

 

 

 

 

 

 

 

Параметр

 

Значення

1.

Тип ТЕД

 

 

2.

Потужність ТЕД Pдв , кВт

 

 

3.

Частота обертання вала ТЕД: – тривалого режиму

nдв, хв–1

 

 

– максимальна

nдвmax , хв–1

 

 

 

4.

ККД ηдв , %

 

 

5.

Обертальний момент Мдв, Н·м

 

 

6.

Маса m , кг

 

 

Мінімальна зчіпна вага Рзч, кН, одної секції проектного тепловоза визна-

чається за умови його руху по розрахунковому підйому зі сталою швидкістю без буксування

P

=

3,6 Nд

 

,

(6)

 

n

зч

 

η ψ

р

V

 

 

 

 

в

р

c

 

 

де ψр коефіцієнт зчеплення колеса з рейкою при розрахунковій швидкості,

який визначається згідно з правилами тягових розрахунків [3]; ηв коефіцієнт використання зчіпної ваги, значення якого залежить від

конструкції екіпажної частини тепловоза та розташування ТЕД:

ηв =0,78 – для тепловозів ТЭМ1, ТЭМ2, ТЭ3, 2ТЭ10Л, ТЭ40, М62;

ηв =0,88 – для тепловозів 2ТЭ10В, 2ТЭ10М, 2ТЭ116, 2ТЭ121;

ηв =0,99 – для тепловозів ТЭМ7, ТЭП60, ТЭП70.

Отримане значення Pзч необхідно перевірити на виконання умови

Pзч

q,

(7)

 

к

 

де q осьовенавантаженнявідколісноїпаринарейкипроектноготепловоза, кН.

За значенням Neз додатка Б обирається тип тепловозного дизеля і тягового генератора, дані зводяться у табл. 3 і 4.

 

 

Таблиця 3

 

Параметри дизеля

 

 

 

 

 

Параметр

Значення

1.

Марка дизеля

 

 

 

 

2.

Номінальна ефективна потужність Ne , кВт

 

3.

Номінальна частота обертання колінвала n , хв–1

 

4.

Питома ефективна витрата палива be , кг/(кВт·год)

 

5

 

 

Таблиця 4

 

Параметри генератора

 

 

 

 

 

Параметр

Значення

1.

Марка генератора

 

 

 

 

2.

Потужність Pг , кВт

 

3.

Частота обертання якоря nг , хв–1

 

4.

Маса, m кг

 

 

 

 

2. ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ТЯГОВОГО ОСЬОВОГО РЕДУКТОРА

Основним параметром тягового редуктора тепловоза є передаточне число, яке визначається після вибору ТЕД та діаметра рушійних коліс таким чином:

2.1. У першому наближенні передаточне число µ1 визначається за умови забезпечення заданої швидкості Vр на розрахунковому підйомі

 

µ =

FдвDк

,

(8)

 

 

 

 

 

1

2 Мдв

 

 

 

 

де Fдв

– тривала сила тяги одного колісно-моторного блока (КМБ), кН;

 

Dк

– діаметр рушійних коліс тепловоза за колом кочення, м;

 

Мдв– момент обертання на валі якоря ТЕД у тривалому режимі, кН·м;

 

F

 

=

Fд

.

(9)

 

 

 

 

дв

 

к

 

Тривалий момент Мдвна валу ТЕД визначають, виходячи з потужності Pдв і частоти обертання якоря у тривалому режимі роботи ТЕД, обраного з додатка А, з урахуванням даних базового тепловоза

Мдв=9,5 nPдв . (10)

дв

2.2. У другому наближенні передаточне число µ2 визначається за умови,

що при конструкційній швидкості руху тепловоза частота обертання якоря ТЕД не перевищує максимальної частоти обертання, що встановлено заво- дом-виготівником nдвmax (див. додаток А)

µ2

=

nдвmax

,

(11)

 

 

 

nк

 

де nкмаксимальна частота обертання коліс тепловоза, хв–1;

n

=

1000 Vк .

(12)

к

 

60 π D

 

 

 

к

 

6

2.3. Остаточно передаточне число приймається таким, щоб довжина централі (відстань між осями вала якоря ТЕД і колісної пари) у порівнянні з аналогічним параметром базового тепловоза залишалася незмінною. Ця умова описується системою рівнянь

 

 

( z

+ z

2

) m

;

 

А=

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

(13)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z2

абоµ

2

(те, що менше),

 

z

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

де Адовжина централі:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– для тепловозів ТЭП60 і ТЭП70

– 520 мм;

– для тепловозів інших серій

 

 

 

– 468,8 мм;

z2 кількість зубців веденої шестерні (зубчастого колеса); z1кількість зубців ведучої шестерні;

mмодуль зачеплення, приймається за значенням показника базового тепловоза згідно з даними додатка А.

Отримані значення z1 і z2 округлюються до цілого числа, а потім встановлюється остаточне розрахункове значення передаточного числа µр. Бажано, щоб z1 і z2 мали парну та непарну кількість зубців.

Розрахункове значення передаточного числа µр не повинно перевищувати частотиобертів, щодопускається заводом-виготівником(див. додатокА), тобто

nр

n

,

(14)

двmax

двmax

 

 

де nдрmax найбільша частота обертання вала якоря ТЕД при конструкційній швидкості руху проектного тепловоза, хв–1;

nр

= n µ

р

.

(15)

дв

к

 

 

Якщо ця умова не виконується, необхідно коригувати µр шляхом зміни

кількості зубців шестерень при незмінній їхньої сумі.

Розрахункова сила тяги тепловоза Fд , що відповідає тривалому струму ТЕД, уточнюється за остаточно прийнятим значенням µр

F =

2 Mдвµр к

.

(16)

 

д

Dк

 

Відстань від нижньої частини кожуха до головки рейки повинна бути не менше 120…130 мм, що визначається за формулою

∆ =

Dк(m z2 + 2c)

120...130 мм,

(17)

 

2

 

 

де c =18...25 мм – відстань від торця зубців веденої шестерні (зубчастого колеса) до нижній поверхні кожуха.

7

3. РОЗРАХУНОК І ПОБУДОВА ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕД

Електромеханічними характеристиками називають залежності обертального моменту на валу Mдв і частоти обертання якоря nдв від сили струму

навантаження Iдв ТЕД:

Mдв = f ( Iдв), nдв = f (Iдв).

Побудову електромеханічних характеристик ТЕД необхідно починати з вибору заводських характеристик двигуна, що близький за потужністю до значення Pдв, що розраховано за формулою (5).

Вибрані з додатка В характеристики необхідно перерахувати з урахуванням потрібної потужності ТЕД тепловоза, що проектується, та ступеня послаблення магнітного поля. В основі методу перерахування лежить положення, відповідно до якого на різних режимах ККД різноманітних за потужністю двигунів практично однакові та становлять 0,91-0,92. Характер залежностей однаковий, змінюється тільки чисельне значення величини обертального моменту та частоти обертання.

Для побудови електромеханічних характеристик ТЕД використовують співвідношення:

Mдвп

,

nдвп

,

Pдвп

,

 

 

 

Mдвб

nдвб

Pдвб

де індекси «п» і «б» позначують належність параметра відповідно до проектного та базового тепловоза.

Оскільки

M

дв

=9,5

Pдв

;

n

=

1000 V µр

,

(18)

 

 

n

 

дв

 

 

60

π D

 

 

 

 

 

дв

 

 

 

 

 

к

 

 

можна навести співвідношення величин обертальних моментів і частот обертання якорів ТЕД проектного та базового тепловозів через відомі або раніше визначені параметри

Mдвп

 

Pдвп

 

V

 

µ

 

Dкп

 

nдвп

 

V

µр

 

Dк б

 

 

 

 

=

 

 

б

 

 

б

 

;

 

=

п

 

 

 

 

.

(19)

M

 

P

V

µ

D

n

µ

 

D

двб

 

 

 

р

 

 

V

б

 

 

 

 

 

двб

 

п

 

 

кб

 

двб

 

б

 

 

кп

 

 

У результаті підставлення величин потужності, швидкості, передаточного відношення, діаметра коліс базового та проектного тепловозів і наступних обчислень правих частин рівнянь (19) отримаємо

Mдвп

 

 

 

 

 

nдвп

= n ,

(20)

= M

 

дв

;

 

 

Mдвб

 

 

дв

 

 

 

nдвб

 

де Mдв і nдвпостійні, які не враховують можливі зміни режимів послаблення магнітного поля ТЕД.

Для перерахування значень Mдв і nдв з урахуванням заданих для проектноготепловозарежимівпослабленняполянеобхідновикористовуватизалежності

8

n

= n

 

αб

n ; М

 

 

 

 

 

αп М

 

,

(21)

 

= М

 

 

двп

дв

 

αп

двб

двп

 

 

дв

 

αб

двб

 

 

де αб і αп ступінь послаблення магнітного поля ТЕД відповідно базового і проектного тепловозів.

Таким чином, обертальний момент на валу якоря ТЕД при більш глибокому послабленні магнітного поля зменшується, а частота обертання якоря зростає.

Послідовність перерахунку електромеханічних характеристик з урахуванням заданої глибини послаблення магнітного поля ТЕД така:

1) на обраних електромеханічних характеристиках ТЕД необхідно задатися декількома (не менш п’яти) значеннями сили струму Iдв;

2) знайти Mдвб і nдвб, що відповідають прийнятим значенням Iдв;

 

 

 

,

αп

і M

 

, а потім n

,

αб

, n для

3) послідовно визначити M

 

 

 

 

дв

 

αб

 

двп

дв

 

αп

двп

кожного прийнятого значення струму Iдв.

Результати розрахунку електромеханічних характеристик необхідно оформити у вигляді табл. 5.

Графічну побудову електромеханічних характеристик ТЕД проектного тепловоза виконати згідно з вимогами ГОСТ 2.319-81.

На першому етапі розрахунку електромеханічних характеристик колісномоторного блоку приймається αп б .

4. РОЗРАХУНОК ТА ПОБУДОВА ЕЛЕКТРОТЯГОВИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОЛІСНО-МОТОРНОГО БЛОКА (КМБ)

Електротяговими характеристиками називаються залежності дотичної сили тяги ( Fдв ) КМБ та швидкості руху тепловоза від струму навантаження

ТЕД ( Iдв).

Ці характеристики будуються для сформованого колісно-моторного блока, який включає тяговий електродвигун, колісну пару та тяговий редуктор.

Електротягові характеристики колісно-моторного блока проектного тепловоза розрахувати у такій послідовності:

1) задатися значеннями струму Iдв для всіх трьох режимів роботи ТЕД

(ПП – повне поле, ОП1 – перший ступінь ослаблення поля, ОП2 – другий ступінь ослаблення поля);

2) для обраних (не менш п’яти) значень струму Iдв по електромеханічних

характеристиках, що розраховані та побудовані раніш, знайти відповідні їм значення Mдвп і nдвп;

3) визначити значення Fдвп і Vдвп, використовуючи залежності:

Fдвп = 2 µрDМдвп ηм;

к

9

V =

60 πDк nдвп

.

(22)

 

двп

1000

µр

 

 

 

На першому етапі розрахунку електротягових характеристик прийняти αп б . Якщо в ході розрахунку швидкість не досягає заданого значення Vк,

необхідно змінити величину αп для ОП2.

Результати розрахунку електротягових характеристик колісно-моторного блока оформити у вигляді табл. 6.

За результатами розрахунків накреслити електротягові характеристики колісно-моторного блока проектного тепловоза.

5. РОЗРАХУНОК І ПОБУДОВА ТЯГОВОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОВОЗА (ОДНІЄЇ СЕКЦІЇ)

Тяговою характеристикою тепловоза називається графічна залежність дотичної сили тяги тепловоза Fд від швидкості його руху V при заданій (фік-

сованій), бажано повній та незмінній, потужності силової установки

Fд = f (V ).

Тягова характеристика розраховується та будується на підставі побудованих раніше електротягових характеристик КМБ.

За кривою швидкості V = f ( Iдв) для кожного значення швидкості тепловоза визначається значення струму Iдв, а за кривою Fдв = f ( Iдв) – відповідна цьому струму сила тяги одного колісно-моторного блока Fдв.

Сила тяги секції тепловоза

 

Fдв к

 

 

F

=

.

(23)

 

д

 

nc

 

 

 

 

Для визначення швидкості переходу з одного режиму роботи ТЕД на ін-

ший використовується співвідношення

µб ,

 

 

V

=V

(24)

 

п

б

µр

 

де Vп і Vб

– швидкості переходів з одного режиму на наступний відповід-

 

но проектного та базового тепловозів, км/год;

 

µр і µб

– передаточні числа тягового осьового редуктора відповідно

проектного та базового тепловозів.

Тягову характеристику однієї секції проектного тепловоза побудувати для трьох режимів роботи ТЕД. Результати розрахунку необхідно оформити у вигляді табл. 7.

10

Соседние файлы в предмете Теория и конструкция локомотивов