3618 ЭИ
.pdfвспомогательных 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:
|
ηn=ηr* 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 = 2П z / g , |
(3) |
где 2П – 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 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2П 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 |
, |
|
2П z |
2П 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