Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

3618 ЭИ

.pdf
Скачиваний:
45
Добавлен:
15.03.2016
Размер:
999.49 Кб
Скачать

вспомогательных агрегатов и тележек, установкой противошумной изоляции между кабиной и машинным отделением, более удачной расстановкой оборудования на раме и т. д. Для уменьшения вибрации используют хорошо уравновешенные агрегаты, осуществляют амортизацию кабины и кресла машиниста.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛОКОМОТИВА

2.1. Касательная полезная мощность

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

Nk=Ne*β*ηn ,

(1)

где Ne – эффективная мощность дизеля, кВт;

β = 0,95 – коэффициент, учитывающий затрату мощности на обслуживание локомотива;

ηn – коэффициент полезного действия передачи (КПД).

По данной касательной полезной мощности выбирается тип тепловоза.

Для тепловоза с электрической передачей постоянного или постоянно-переменного

тока:

 

ηnr* ηтэд* ηзп* ηву ,

(2)

где ηг = 0,93 ÷ 0,95 – КПД главного генератора;

 

ηтэд = 0,91 ÷ 0,94 – КПД тяговых электродвигателей;

 

ηзп = 0,98

– КПД зубчатой передачи;

 

ηву = 0,99

– КПД выпрямительной установки (если есть).

 

2.2. Сцепной вес тепловоза

Сцепной вес тепловоза характеризует его способность развивать необходимую

силу тяги без проскальзывания колес по рельсам:

 

Мсц = z / g ,

(3)

где – нагрузка от оси на рельсы, кН; z – число сцепных осей тепловоза;

g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения.

Число сцепных осей определяется исходя из касательной мощности тепловоза Nk и номинальной мощности тягового электродвигателя РТЭД:

z = Nk / РТЭД .

(4)

11

Номинальная мощность тягового электродвигателя принимается по данным тепловоза-прототипа (см. табл. 2). Полученное по формуле (4) число осей округляется до ближайшего четного числа: 4, 6, 8.

Таблица 2

Характеристики тяговых двигателей тепловозов

Характеристика ТЭД

 

 

Тяговый электродвигатель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЕ-006

ЭД120А

ЭДТ200Б

ЭД118А

ЭД118Б

ЭД126А

ЭД108А

ЭД121А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Серия тепловоза

ЧМЭЗ

ТЭМ7

ТЭЗ,

2ТЭ10В,

2TЭ116,

2ТЭ121,

ТЭП60

ТЭП70

ТЭМ2

2ТЭ10М

2ТЭ25К

ТЭ136

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мощность ТЭД, кВт

134

135

206

305

305

409

307

413

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Частота вращения,

295

300

500

585

585

500

600

705

n /nmax, об/мин

1660

1890

2200

2290

2290

1840

1870

2320

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Масса, кг

2450

3000

3370

3100

3350

3520

3350

2950

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Величины для проверки расчетов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Передаточное число*

5,06

4,41

4,41

4,41

4,41

4,32

2,32

3,12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КПД,%

91,6

91,6

91,6

91,5

91,5

91,5

91,5

91,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Момент вращения*

4315

5260

3930

4970

4970

7289

4770

6092

M , Н*м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* – указанные характеристики служат эталоном для проверки реальности величин, полученных при расчетах.

2.3. Расчет и построение тяговой характеристики тепловоза

Сила тяги тепловоза при трогании с места и до пороговой скорости определяется по формуле:

Fксц=10* k*Mсц ,

где k – коэффициент сцепления колес с рельсами.

Для тепловозов коэффициент сцепления колес с рельсами:

8

ψk = 0,25+ 20 V +100 ,

(5)

(6)

где V – скорость движения тепловоза, км/ч.

Для определения значений k и затем Fксц необходимо задаться значениями скоростей от 0 до 30 км/ч, с интервалом 5 км/ч.

Результаты расчетов сводятся в табл. 3.

12

Таблица 3

Результаты расчета силы тяги, ограниченной по условиям сцепления колес с рельсами в функции от скорости

V, км/ч

0

5

10

15

20

25

30

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fксц, кН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

F =

3,67 N к

,

(7)

 

к

V

 

 

 

где Nк – касательная мощность тепловоза, кВт; V – скорость тепловоза, км/ч.

Задавшись значениями от 10 км/ч до конструкционной, интервалом через 10 км/ч, вычисляем значения Fк. Результаты расчетов вносим в табл. 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4

 

 

 

Результаты расчета силы тяги в функции от скорости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V, км/ч

10

20

 

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fк, кН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяем скорость порога Vn, т. е. скорость, при которой тепловоз выходит на полное использование мощности и силу тяги при этой скорости.

Скорость порога определяется из равенства:

 

 

 

Fксц=Fк,

 

 

 

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

8

 

367 N

к

 

1000

 

 

0,25+

 

 

=

 

.

 

 

V +100

 

 

 

g

 

20

 

V

 

 

После преобразований получается квадратное уравнение для определения Vn:

2

 

Nк

 

 

Nк

 

 

Vп

14,4

 

6,6

Vn 72

 

= 0

,

z

z

 

 

 

 

 

 

(8)

(9)

откуда находится величина Vn , км/ч (пороговая скорость) и по формуле (7) определяется Fкп, кН (сила тяги при пороговой скорости).

Тяговая характеристика, построенная по данным табл. 3 и 4, будет иметь вид графика, показанного на рис. 1.

13

Fк, кН

Fк,

Ограничение по прочности автосцепки

 

 

 

9

 

 

 

Ограничение по сцеплению колеса с рельсом

 

 

Fк

 

 

Ограничение по мощности дизеля

 

Ограничение по конструкционной скорости

 

 

v

 

 

Рис.1. Тяговая характеристика тепловоза

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ

Изучив конструкцию тепловоза, его основных узлов и систем, студент изучает конструкцию дизеля и выполняет расчет основных показателей, характеризующих работу дизеля. Исходные данные для выполнения этого раздела студент выбирает из табл. 1, 2, 3, 4 или 5.

3.1. Исходные данные для расчета

Из табл. 4.1 и 4.2 выбирают следующие данные: Ne – эффективная мощность дизеля, кВт;

τ – тактность дизеля; i – число цилиндров;

n – частота вращения коленчатого вала, с–1; D, S – диаметр цилиндра и ход поршня, мм;

bе – удельный эффективный расход топлива, кг/кВт·ч; φ – коэффициент продувки; ηм – механический КПД дизеля;

α – коэффициент избытка воздуха.

14

Таблица 5

Варианты исходных данных основных параметров тепловоза и дизеля

Исходные

 

 

 

Последняя цифра шифра

 

 

 

данные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тепловоз-

ТЭМ2М

ТЭМ7

ТЭ3

М62

2ТЭ10М

2ТЭ116

ТЭ121

ТЭП60

ТЭП70

ТЭ136

прототип

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дизель

ПД1М

2-2Д49

2Д100

14Д40

10Д100

1А-5Д49

2А-5Д49

11Д45

2А-5Д49

1Д-49

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ne, кВт

880

1470

1470

1470

2200

2200

2940

2200

2940

4400

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

τ

4

4

2

2

2

4

4

2

4

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

6

12

10

12

10

16

16

16

16

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n,

с-1

12,5

16,7

14,2

12,5

14,2

16,7

16,7

12,5

16,7

18,3

D,

м

0,31

0,26

0,207

0,23

0,207

0,26

0,26

0,23

0,26

0,26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S,

м

0,36

0,26

2Х0,254

0,3

2•0,254

0,26

0,26

0,3

0,26

0,26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

be, кг/кВт·ч

0,231

0,209

0,24

0,22

0,23

0,208

0,21

0,23

0,21

0,22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

φ

1,05

1,05

1,5

1,5

1,5

1,05

1,05

1,5

1,05

1,05

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α

1,8

1,83

1,86

1,89

1,92

1,95

1,98

2,01

2,05

2,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

0,77

0,78

0,79

0,80

0,81

0,82

0,83

0,84

0,85

0,86

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2. Определение показателей работы дизеля

Среднее эффективное давление Ре в MПа определяется из выражения эффективной мощности, кВт:

Ne 2 103 Pe Vh i n ,

откуда среднее эффективное давление

Pe

 

 

 

 

Ne

 

.

 

10

3 V

 

 

 

2

h

i n

 

 

 

 

 

 

 

 

Рабочий объем одного цилиндра, м3:

 

 

 

 

 

 

 

V

 

D2

S.

 

 

 

 

 

h

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Значения D и S подставляются в метрах. Для двухтактных дизелей со встречно движущимися поршнями подставляется двойной ход поршня (SΣ = 2S).

Среднее индикаторное давление, МПа

Pi Pe .

M

Эффективный КПД дизеля:

e 3600 .

QHP be

15

Индикаторный КПД дизеля:

i e .

M

Удельный индикаторный расход топлива, кг/кВт·ч:

3600

bi QHP i .

Часовой расход топлива дизелем, кг/ч:

B be N e .

Количество топлива, подаваемого в цилиндр за каждый цикл, кг:

qц

 

B

.

 

 

 

3600 n i

2

 

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кмоль/кг:

 

 

1

 

 

C

 

H

 

O

Lo

 

 

 

 

 

 

,

0,21

12

4

 

 

 

 

 

 

32

а теоретически необходимое количество воздуха, кг/кг

 

m Lo

28,29 Lo ,

Lo

где m = 28,29 – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль. Суммарный коэффициент избытка воздуха

.

Расход воздуха дизелем, кг/ч:

G L B.

в o

Расход воздуха дизелем, кг/с:

Gвс 3600Gв .

Количество отработавших газов, кг/ч:

G ( L 1)B.

г o

Количество отработавших газов, кг/с:

Gгс 3600Gг .

Количество продуктов сгорания на 1 кг топлива, кмоль/кг:

16

М r ( 0,21) Lo 12C H2 .

Молекулярная масса отработавших газов, кг/кмоль:

m L 1.

Г M o

Г

ПРИМЕР. Определение параметров дизеля K6 S310 DR (6ЧН 31/36) тепловоза ЧМЭ 3. Исходные данные: Ne = 993 кВт; D = 0,31 м; S = 0,36 м; ηм = 0,81; be = 0,220 кг/кВт·ч;

τ = 4; n = 12,5 c –1; i = 6; α = 1,8; φ = 1,05.

РЕШЕНИЕ. Среднее эффективное давление:

Pe

 

 

 

N e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

993 4

 

 

 

0,975

МПа.

 

2 10

3 V

 

i

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

2

 

103 0,027 6 12,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рабочий объем цилиндра

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V D2

S

3,14 0,312

 

0,36 0,0272 м3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Среднее индикаторное давление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

0,975

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,2 МПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,81

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эффективный КПД дизеля

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

3600

 

 

 

 

3600

 

0,385.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

QHP be

42500

 

0,220

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Индикаторный КПД дизеля

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

0,385

 

0,475.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

 

 

 

0,81

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Удельный индикаторный расход топлива

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bi

3600

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3600

 

 

 

 

0,178

кг/кВт*ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

QHP i

 

42500 0,475

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Часовой расход топлива

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B be Ne

 

0,220 993 218,5 .

 

 

 

Количество топлива за цикл подачи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

218,5 4

 

1,62 10

3

кг/цикл.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ц

2

3600 n i

 

 

2 3600 12,5 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

 

 

1

 

 

C

 

H

 

O

 

1

0,86

 

0,135

 

0,005

 

0,5

 

Lo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кмоль/кг.

0,21

12

4

 

0,21

12

4

32

 

 

 

 

 

32

 

 

 

 

 

 

 

а теоретически необходимое количество воздуха

L m L

28,29 0,5 14,5 кг/кг.

o

o

 

17

Суммарный коэффициент избытка воздуха

1,05 1,8 1,89.

Расход воздуха дизелем

GL В 1,89 14,5 218,5 5988 кг/ч.

вo

Расход воздуха дизелем

Gвс

 

Gв

 

5976

1,66 кг/с .

3600

3600

 

 

 

 

Количество отработавших газов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14,5 1 218,5 6195 кг/ч.

Gг ( Lo 1)B 1,89

Количество отработавших газов

 

 

 

 

 

Gгс

 

Gг

 

6195

1,72 кг/с.

3600

3600

 

 

 

 

Количество продуктов сгорания на 1кг топлива

М

 

(

 

0,21) L

C

 

H

1,89 0,21 0,5

0,86

 

0,132

0,976 кмоль/кг.

Г

 

 

 

 

 

 

 

o

12

2

12

2

 

 

 

 

 

 

 

Молекулярная масса отработавших газов

 

 

 

 

1

 

1,89 14,5 1

 

 

mГ

 

Lo

 

29

кг/кмоль.

 

M Г

 

0,976

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. РАЗВЕСКА И КОМПОНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ

Размещение оборудования на локомотиве подчинено ряду требований, главным из которых можно считать минимизация длины экипажной части, малогабаритность и компактность сборочных единиц; удобство монтажа оборудования и доступность его обслуживания; равномерность распределения нагрузки на рельсы.

Продольная развеска надтележечного строения заключается в определении центра тяжести надтележечного строения и нахождении расстояния от этой точки до мнимых центральных опор тележек. Точки размещения шкворневых устройств тележек или центры окружностей, проведенных через боковые опоры, расположенные сверху на рамах тележек симметрично относительно продольных и поперечных осей, называются мнимыми центральными опорами.

Для выполнения необходимых расчетов и оформления развески в соответствии с эскизом и весовой ведомостью, нужно составить ведомость развески по форме табл. 6, вычислить и записать в ней моменты, создаваемые весами узлов относительно условной оси моментов.

M i Gi *li ,

где Gi – вес узла, кН;

li – плечо приложения веса узла относительно условного центра моментов, м.

18

 

 

 

 

 

Таблица 6

 

 

 

 

 

 

Наименование узла

Вес узла, кН

Плечо силы, м

Момент, кН*м

Примечание

п/п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

G1

l1

M1

 

 

2

G2

l2

M2

 

 

3

G3

l3

M3

 

 

 

 

n

Gn

ln

Mn

 

 

Суммарный вес, передаваемый

n

xцт

Mк=Gк*xцт

 

 

на опоры тележек

Gк Gi

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тележки (две)

 

 

 

 

 

Служебный вес локомотива

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

За условную обычно принимают ось, проходящую через центр головки передней автосцепки. В тех случаях, когда за условную принимают иную ось, дается оговорка в конце ведомости развески.

По определенным параметрам строится эскиз развески (см. рис. 2).

Рис. 2. Эскиз продольной развески тепловоза

Определяют центр тяжести надтележечного строения, вес которого передается на опоры тележек.

Координаты центра тяжести надтележечного строения определяется по формуле:

n

Gi li

х i 1 . (10)

ц .т

G

 

19

20

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]