3 Определение динамических показателей тепловоза

При своем движении тепловоз оказывает воздействие на путь, которое зависит от конструкции ходовых частей. При движении могут возникать не только повышенные динамические напряжения в пути и деталях локомотива, но и явления опасные для движения: разгрузка колес, всползание направляющего колеса на головку рельса с последующем сходом с рельсов, расшивка пути, резонансные колебания. Эти явления особенно опасны для движения тепловоза в кривых участках пути. Динамические нагрузки в вертикальной плоскости в основном зависят от параметров рессорного подвешивания тележки тепловоза.

Жесткость рессорного подвешивания тележки, кН/мм,

(3.1)

где Р_сц – сценой вес одной секции тепловоза, кН;

f_ст – статический прогиб рессорного подвешивания, мм;

q₀ – неподрессоренный вес, приходящейся на секцию тепловоза, кН,

q₀ = qm, (3.2)

где q – неподрессоренный вес, приходящейся на одну колесную пару, при опорно-осевом подвешивании ТЭД (q = 45 кН);

m – число ведущих осей локомотива.

q₀ = 45 · 6 = 270 кН;

кН/мм.

Коэффициент вертикальной динамики, учитывающий дополнительную нагрузку в динамическом режиме,

(3.3)

Динамическая нагрузка на ось колесной пары, кН,

; (3.4)

кН.

Линейная частота колебаний подрессоренного груза, Гц,

; (3.5)

Гц.

Для современных тепловозов частота колебаний H_c = 1,8–2,2 Гц.

При следовании тепловоза в кривой скорость движения не должна превышать конструкционной υ_к и допустимой υ_доп, определяемой критерием комфортабельности и допустимым возвышением наружного рельса.

Критерий комфортабельности является непогашенное ускорение α_н, которое не должно превышать 0.7 м/с².

Допустимая скорость движения в кривой определяется по формуле, км/ч:

, (3.6)

где R_д – радиус кривой для динамического вписывания, м;

h – возвышение наружного рельса в кривой, мм.

км/ч

4 Системы тепловоза

4.1 Топливная система

Топливная система тепловоза (рисунок ) предназначена для хранения, подогрева, очистки и подачи топлива в цилиндры дизеля. В систему входят топливный бак, топливоподогреватель, топливоподкачивающий и ручные насосы, фильтры грубой и тонкой очистки, топливные насосы высокого давления, форсунки, регуляторы и трубопроводы. топливная система состоит: топливный бак, топливоподогреватель, клапаны топливной системы, топливный коллектор, топливоподкачивающий и ручной насосы, топливные фильтры, топливный насос высокого давления, форсунки.

При работающем дизеле циркуляцию топлива в системе обеспечивает топливоподкачивающий насос (18), получающий привод от коленчатого вала дизеля. Насос засасывает топливо из бака (1) через обратный клапан (20) и фильтр грубой очистки (19) и нагнетает через фильтры тонкой очистки (11) в топливный коллектор (8), соединенный шестью перепускными трубками с насосами высокого давления (5). Насосы через форсунки (10) подают топливо под давлением 30 МПа в цилиндры дизеля.

Давление топлива в коллекторе (8) 0,20–0,25 МПа поддерживается перепускным клапаном (7), установленным в заднем конце коллектора. Параллельно клапану (7) подсоединена сливная трубка с вентилем (6), который при работающем дизеле должен быть закрыт. На ремонтах вентиль (6) открывают для слива топлива из коллектора перед снятием топливных насосов высокого давления. При увеличении давления в коллекторе выше установленной нормы избыток топлива сливается перепускным клапаном в бак по трубе (3) топливоподогреватель (23). Подогрев топлива осуществляется горячей водой, поступающей в топливоподогреватель из основного водяного контура охлаждения дизеля.

Для защиты топливной системы от высокого давления перед фильтрами тонкой очистки (11) поставлен предохранительный клапан (13), отрегулированный на давление 0,53–0,55 МПа. При засорении фильтров тонкой очистки клапан открывается и сливает топливо в бак через топливоподогреватель. Чистое топливо от насосов и форсунок, просочившееся через неплотности между деталями, собирается в сливных коллекторах (4) и (9) и по трубе (2) поступает в бак. Концы сливных труб от форсунок выходят специальные отростки, приваренные к сливному коллектору (9). Для контроля за сливом топлива в отростках сделаны овальные окна (а). При работающем дизеле должно наблюдаться каплепадение из каждой сливной трубы (течь топлива не допускается). Загрязненное топливо с тарелки под фильтрами (11) и с верхней плиты отсека распределительного вала сливаются по отдельному трубопроводу в грязесборник.

Перед пуском дизеля после ремонта или длительной стоянки топливный трубопровод до насосов высокого давления заполняются топливом с помощью ручного насоса (17) через обратный клапан (14) и фильтры тонкой очистки (11). Насос (17) используется так же для удаления воздуха из системы и в случае выхода из строя топливоподкачивающего насоса (18). При удалении воздуха, а так же при аварийном режиме открывают кран (15), расположенный за насосом (17), и пробки на фильтрах тонкой очистки (11). Параллельно насосу поставлена трубочка с краном (16) для слива топлива, просочившегося через обратный клапан (14). В случае использования ручного насоса этот кран закрывают. Обратный клапан (14) не пропускает топливо к ручному насосу при работающем дизеле.

4.2 Масляная система

Масляная система предназначена для хранения, очистки, охлаждения масла и подвода его под давлением ко всем трущемся частям дизеля, объединенному регулятору и гидромеханическому редуктору. В системе применяется дизельное масло марки М-12В₂ запас которого составляет 650л.

Циркуляция масла в системе (рисунок ) при работающем дизеле обеспечивается масляным насосом, получающем привод от коленчатого вала, а при пуске дизеля – маслопрокачивающим насосом, имеющим электропривод.

Масляный насос (6) засасывает масло из масляного бака (33) через сетчатый фильтр (34), установленный на вспомогательной трубе (1), и по нагнетательной трубе (5) подает его к фильтру грубой очистки (2). Очищенное масло идет несколькими потоками. Основной поток масла по трубопроводу (19) поступает в водомасляный теплообменник (31), охлаждается и проходит по трубопроводу (26) в нижний (28) и верхний (22) масляные коллекторы. Из нижнего масляного коллектора (28) по семи трубкам масло поступает к крышкам коренных подшипников (30) коленчатого вала и далее на смазывание шатунно-кривошипного механизма и охлаждение поршней. Кроме того, от нижнего коллектора отходят две трубки, по которым масло подается на смазывание приводов насосов и распределительного вала.

На переднем конце нижнего масляного коллектора укреплена маслораспределительная коробка (9), от которой отходят три трубы. По одной из них масло через фильтр (11) поступает в объединенный регулятор дизеля (13), по другой – к датчику реле давления масла (РДМ) (12), а по трубопроводу (16) – к верхнему масляному коллектору (22). С противоположного конца дизеля коллекторы (22) и (28) дополнительно соединены между собой трубопроводом (23). От верхнего коллектора (22) по шести трубкам масло идет к верхнему приводу клапанов, а по четырем трубкам поступает на смазывание толкателей в корпусах (24) и подшипников распределительного вала (21).

Часть масла, прошедшего фильтр грубой очистки (2), по отдельному трубопроводу (14) направляется к центробежному вентилятору (15) и фильтрам тонкой очистки масла (17). Перед фильтром тонкой очистки (17) поставлен перепускной клапан (18), отрегулированный на давление 0,2 МПа. Очищенное в фильтрах (15) и (17) масло стекает в картер дизеля. От фильтра грубой очистки (2) по трубопроводу (3), на котором установлен вентиль (4), масло подводится к гидромеханическому редуктору, где используется для заполнения двух гидромуфт и смазывания всех подшипников.

Для защиты системы от высокого давления масла предусмотрены предохранительный клапан на 0,7 МПа, смонтированный в передней крышке насоса (6), и разгрузочный клапан (32) на 0,5–0,6 МПа между водомасляным теплообменником. От пониженного давления масла дизель защищает реле давления масла РДМ и объединенный регулятор дизеля. Реле давления масла включается при давлении масла в системе 0,26 МПа, а выключается при понижении давления ниже 0,2 МПа, не останавливая дизель, а только снижая нагрузку на него. Если давление масла станет ниже 0,1 МПа, то дизель будет остановлен объединенным регулятором, который автоматически переведет рейки топливных насосов на нулевую подачу топлива.

Для контроля за температурой масла в системе на трубопроводе (19) перед водомасляным теплообменником установлено термореле (РТМ) (20) , отрегулированное на включение при температуре 95 ºС. При перегреве масла термореле включает звуковой сигнал и сигнальную лампу ЛСД1, установленную на пульте управления.

Перед пуском дизеля в течении 25-30 с работает маслопрокачивющий насос (7), который засасывает масло из бака (33) и через обратный клапан (10) подает его в маслораспределительную коробку (9) и через фильтр (11) в объединенный регулятор дизеля. Из коробки (9) масло поступает в масляные коллекторы и далее ко всем точкам смазывания, чем обеспечивает жидкостное трение деталей во время пуска дизеля.

Энергия масла, поступившего в объединенный регулятор дизеля под давлением 0,15-0,20 МПа, обеспечивает передвижение реек топливных насосов высокого давления на максимальную подачу топлива. Для защиты электродвигателя привода маслопрокачивающего насоса при работе с холодным маслом служит обратный клапан (8), перепускающий масло пи давлении выше 0,20 МПа по трубопроводу (19) в водомасляный теплообменник.

Для слива масла из бака открывают вентиль (35) на сливной трубе (36), предварительно отвернув пробку на конце трубы. Из водомасляного теплообменника (31) масло можно слить через специальный кран, установленный на корпусе теплообменника. Отбор масла на анализ производят при работающем дизеле, для чего на трубопроводе (19) установлен кран (в), который открывают, вывертывая болт (а).

В системе предусмотрен запасной бак (25) вместимостью 100л, подвешенный к каркасу капота в машинном отделении тепловоза. Заправка бака маслом производится под давлением, для чего установлен клапан.

4.3 Водяная система

Водяная система (рисунок ) имеет два самостоятельных контура циркуляции воды. Основной контур обеспечивает охлаждение дизеля, подогрев топлива в топливоподогревателе и подогрев воздуха в кабине машиниста. Вспомогательный контур предназначен для охлаждения в теплообменниках надувочного воздуха и дизельного масла. Необходимость применения двух контуров обусловлена тем, что для охлаждения дизеля нужна вода более нагретая, чем вода, используемая для охлаждения масла и надувочного воздуха. Циркуляцию воды в каждом контуре осуществляет специальный насос, получающий привод от коленчатого вала дизеля.

Для охлаждения воды основного контура используется шестнадцать, а вспомогательного – восемь водяных секций, установленных в шахте холодильника. Оба контура объединены расширительным баком, укрепленным над шахтой холодильника.

В основном контуре циркуляцию воды обеспечивает насос (44) центробежного типа, имеющий направление вращения рабочего колеса по часовой стрелке. Охлажденная в секциях радиатора вода засасывается насосом (44) и нагнетается напорный коллектор (46) охлажденной воды. Из коллектора вода по шести патрубкам (47) поступает в водяные полости блока (52) охлаждая цилиндровые втулки (49). Из блока вода по патрубкам (50) переходит в крышки цилиндров (51), охлаждает их по патрубкам (13) идет в коллектор горячей воды (14).

Часть воды из напорного коллектора по трубопроводу (2) направляется к турбонагнетателю (8) для охлаждения частей его корпуса, соприкасающихся с отработавшими газами. После охлаждения турбонагнетателя вода по трубопроводу (9) попадает в коллектор горячей воды (14). Передней конец коллектора прикреплен к трубопроводу (24), соединяющие верхние коллекторы (28) секций радиатора основного контура. Пройдя по секциям (29), охлажденная вода собирается в нижних коллекторах (30) трубопроводу 39 вновь засасывается водяным насосом (44).

Водяной насос (43) вспомогательного контура засасывает охлажденную воду и по трубопроводу (10) нагнетает ее в охладитель надувочного воздуха (7). Из охладителя (7) вода по трубопроводу (11) направляется к водомасляному теплообменнику (12), где, проходя по его трубкам, охлаждается. Теплообменник (12) соединен трубопроводами (16) и (21) с верхними коллекторами (22) секций радиатора вспомогательного контура. Пройдя по секциям (37), охлажденная вода сбирается в нижних коллекторах (36), соединенным общим трубопроводом (35), и по трубопроводу (38) снова засасывается водяным насосом.

Для выхода пара и излишка воды при ее нагреве из обоих контуров охлаждения бак соединен с ними двумя специальными трубопроводами. Трубопровод (15) идет от коллектора горячей воды в правую емкость, а трубопровод (23) соединяет правую емкость (17) с четырьмя верхними коллекторами секций (29) и (37). Для слива и набора воды в системе имеется общий трубопровод (42), соединенный с всасывающими трубопроводами обоих контуров. Трубопровод (42) соединен с гибким рукавом (41), на конце которого укреплена соединительная головка. Тепловоз экипируют специально подготовленной горячей водой, которая подается в систему под давлением через сливной трубопровод (42).

4.4 Воздухоснабжение

Для нормальной работы дизеля необходимо обеспечивать подачу воздуха в его цилиндры и выпуск из них отработавших газов. Наполнение цилиндров воздухом может осуществляться как за счет разряжения, создаваемого движущимися в цилиндрах поршнями, так и за счет подачи воздуха в цилиндры под давлением, превышающим атмосферное. Во втором случае, т.е, с применением наддува, масса воздуха, заполняющего цилиндр, значительно больше, что позволяет сжигать больше топлива за каждый цикл и повышать мощность дизеля при сохранении его габаритов.

Для нагнетания воздуха в цилиндры дизеля используется специальное оборудование, различающееся между собой по приводу и принципу действия. Сжатие воздуха всегда сопровождается повышением температуры, что приводит к снижению его плотности. Это нежелательно, так как одновременно уменьшается масса воздуха в цилиндрах дизеля. Охлаждение сжатого воздуха можно производить в промежуточных теплообменниках, расположенных между нагнетателем и воздушным коллектором. В систему наддува дизеля К6S310DR входят турбонагнетатель, воздушные фильтры, охладитель надувочного воздуха, и впускной коллектор.

Отработавшие в цилиндрах газы выбрасываются в атмосферу, но перед выбросом они отдают часть своей энергии на привод ротора турбонагнетателя. Отвод газов от цилиндров дизеля осуществляется через цилиндровые крышки и два выпускных коллектора, имеющих надежную теплоизоляцию.

Заключение

В результате расчетов был определен ряд параметров тепловоза

ЧМЭ 3. Были рассчитаны наиболее важные параметры, учитывающиеся при проектировании новых локомотивов. Полученные навыки будут необходимы в дальнейшем для проектирования не только новых локомотивов, но и совершенствование старых локомотивов, а так же улучшению их эксплуатационных свойств.

В первом разделе, при расчете были определены основные расчетные показатели дизеля, такие как эффективный КПД дизеля, который составил η_е=0,384, среднее индикаторное давление Р_i = 0.1198 МПа, секундный расход воздуха дизелем G_c = 1,755 кг/с. Во втором разделе были рассчитаны номинальный ток на зажимах тягового генератора I_тг = 1546,7, Мощность тягового электродвигателя при длительном режиме Р_тэд = 127,6 кВт. В третьем разделе была проделана работа по расчету воздействия локомотива на путь, а так же вписывания в кривые, так частота колебания кузова составила Н_с = 2,16 Гц, допустимая скорость прохождения кривых ν_д - 130,48 км/ч.

Список использованных источников

1 Нотик, З.Х. Тепловозы ЧМЭ3, ЧМЭ3т М.: Транспорт, 1976. 350 с.