Курсовая работа (т): Общая компоновка локомотива

Рис. 1. Схема системы охлаждения тепловоза с однорядным расположением водяных секций, с применением водомасляного теплообменника, двух вентиля - торов и разделенных отсеков холодильной камеры:

- дизель; 2 - водомасляный теплообменник; 3 - воздухоохладитель; 4,5 - насосы

5. Выбор типа электрической передачи, определение параметров генератора и тяговых электродвигателей

На современных тепловозах, эксплуатирующихся на железных дорогах России, применяются электрические передачи постоянного или переменно-постоянного тока. В электрическую цепь постоянного тока входят генератор постоянного тока с независимым возбуждением и тяговые электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. В передаче переменно-постоянного тока в тяговые электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. В передаче переменно-постоянного тока в электрическую цепь входят синхронный генератор трехфазного переменного тока, выпрямительная установка и двигатели постоянного тока.

Ознакомившись с устройством и принципом действия электрических машин, вычерчиваем силовую электрическую схему тепловоза своей серии (упрощенную) с показом способа подсоединения двигателей к генератору, их реверсирования и шунтирования обмоток возбуждения.

После этого необходимо рассчитать параметры генератора и двигателей в длительном режиме: мощность, напряжение, силу тока, угловую скорость, вращающий момент.

Порядок расчета

Свободная мощность дизеля, передаваемая генератору, кВт:

,

где h_всп - коэффициент, учитывающий затраты мощности дизеля на

вспомогательные нужды. Примем h_всп = 0,9;

P_{е ном} - эффективная мощность дизеля, кВт.

Номинальная мощность на зажимах генератора (на выходе) постоянного тока в длительном режиме:

;

при наличии выпрямительной установки

.

При расчетах примем КПД генератора и выпрямительной установки равными: ; .

У большинства тяговых генераторов отношение максимального напряжения U_{г max} к напряжению длительного режима  равно 1,4 -1,5, тогда:

, В

Максимальное напряжение генератора:

ТЭ116 - 580 В

Длительная сила тока генератора, А

.

Длительная мощность тягового электродвигателя, кВт:

,

где m - число тяговых электродвигателей, подключенных к генератору.

Угловая скорость  вала электродвигателя в рад/c в длительном режиме находится из соотношения:

; ,

где v_max = v_к - конструкционная скорость, км/ч;

 - расчетная скорость в длительном режиме;

w_max - максимальная угловая скорость вала якоря двигателя,

обусловленная прочностью крепления обмоток в

пазах якоря.

Угловая скорость w, рад/с, связана с частотой вращения n, 1/с, соотношением:

.

При максимально допустимых частотах вращения якорей двигателей

 1/с

 рад/c.

Вращающий момент электродвигателя в длительном режиме, кН.м:

сила тока в длительном режиме, А,

,

где m' - число параллельных ветвей силовой цепи. Для тепловозов ТЭМ2, ТЭМ21 и ТЭМ8 m' = 2, для остальных m' = 6 или m' = 8 в зависимости от числа колесных пар.

Напряжение на зажимах двигателя

, В

где m» - число двигателей в параллельной цепи.

Если все m двигателей подключены к генератору параллельно, то m»=1, т.е. .

6. Расчет передаточного числа тягового редуктора

Вращающий момент от двигателя к колесной паре у грузовых и маневровых тепловозов передается тяговым редуктором, состоящим из шестерни, насаженной на вал электродвигателя, и зубчатого колеса, напрессованного на ось колесной пары. У пассажирских тепловозов с опорно-рамным подвешиванием электродвигателей схема передачи момента несколько отличается. Здесь между зубчатым колесом и колесной парой имеется передаточный механизм с упругими муфтами.

Рис. 5. Схема образования силы тяги

При вращении вала двигателя, зубья шестерни будут действовать на зубья зубчатого колеса с силой P_з, равной моменту двигателя, деленного на радиус шестерни r_ш, т.е.

.

В свою очередь момент, передаваемый колесной паре, M_к будет равен произведению силы P_з на радиус зубчатого колеса (плечо силы P_з)

.

Выражая P_з через M_д и с учетом КПД зубчатой передачи, получим:

.

Отношение r_зк/r_ш называют передаточным числом редуктора i_ред.

,

где z_зк, z_ш - число зубьев соответственно зубчатого колеса и шестерни;

w_д, w_к - угловая скорость соответственно вала двигателя и колесной пары, рад/с;

h_зп = 0,99 - КПД зубчатой передачи.

Передаточное число редуктора можно рассчитать как отношение максимально допустимой угловой скорости вала двигателя к угловой скорости колесной пары при конструкционной скорости тепловоза

,

.

Скорость тепловоза v в км/ч связана с частотой вращения колесных пар n_к соотношением:

,

где Д_к - диаметр колеса. Д_к = 1,05 м.

n_к - частота вращения колесной пары, с^-1.

Откуда частота вращения колесных пар при конструкционной скорости

.

Тогда .

Передаточное число i_ред (если принять w_{д max} = 233 рад/с, v_констр = 100 км/ч, Д_к = 1,05 м) равно

.

7. Определение касательной мощности тепловоза

Построение тяговой характеристики

По найденному значению передаточного числа редуктора следует найти величину расчетной силы тяги тепловоза при длительном режиме работы электродвигателей.

Момент, развиваемый колесной парой при длительном режиме работы двигателей,

.кНм

Из схемы (рис. 5) вращающий момент колесной пары определяют по формуле

, кН

Откуда .

Расчетная сила тяги тепловоза при длительном режиме работы двигателей

, кН

где m - число двигателей на тепловозе.

Касательная мощность P_к есть мощность, развиваемая тяговыми электродвигателями на ободе колесных пар. Колесно-моторный блок тепловоза является завершающим звеном энергетической цепи от источника энергии (теплота сгоревшего топлива в цилиндрах дизеля) до полезной ее реализации. Поэтому мощность, снимаемая с обода колесных пар, есть полезная или выходная мощность тепловоза.

Касательная мощность, реализуемая на тягу, есть произведение силы тяги тепловоза на скорость движения.

Если сила выражена в Ньютонах, а скорость - в м/с, то

, Вт.

На практике принято силу тяги выражать в кН, скорость - в км/ч. Тогда

, кВт.

Так как у тепловоза мощность силовой установки при определенной позиции контроллера постоянна, то постоянной будет и мощность тяговых электродвигателей, т.е. в номинальном режиме (последняя позиция контроллера машиниста) касательная мощность тепловоза будет постоянной. Отсюда, произведение силы тяги на скорость так же будет постоянным. Иначе говоря, зависимость силы тяги от скорости будет подчиняться гиперболическому закону. Эту зависимость называют тяговой характеристикой локомотива.

Для упрощенного построения тяговой характеристики тепловоза задаем значения скоростей от 10 км/ч до конструкционной скорости с интервалом в 10 км/ч и подставляем в формулу:

, кН.

Результаты вычислений заносим в таблицу:

По полученным значениям F_к и v построим зависимость F_к(v) на планшете из миллиметровой бумаги.

Максимальное значение силы тяги F_к ограничивается силой сцепления колес с рельсами F_сц.

,

где P_сц - сцепной вес тепловоза (вес, передаваемый от движущихся

колес на рельсы), кН;

;

П - масса локомотива, приходящаяся на одну движущуюся ось, т;

принять такой же, как у тепловоза прототипа;

m - число движущихся осей;

 - расчетный коэффициент сцепления.

Правилами тяговых расчетов для поездной работы установлена следующая эмпирическая формула для определения :

,

где v - скорость движения, км/ч.

Величину F_сц вычислим для нескольких значений скорости (0, 10, 20, 30, 40 км/ч).

Результаты расчетов сведем в таблицу.

По точкам F_сц, v нанесем на тяговую характеристику кривую ограничения силы тяги по сцеплению.

Список литературы

1. Кузьмич В.Д. и др. Локомотивы. Общий курс: учебник. - М.: ФГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2011. - 582 с.

. Кононов В.Е., Скалин А.В., Ибрагимов М.А. Локомотивы (общий курс). Учебное пособие.-М.: РГОТУПС, 2008. - 187 с.

. А.В. Скалин, В.Е. Кононов, В.Ф Бухтеев, М.А. Ибрагимов. Экипажная часть тепловозов. Конструкция, долговечность, ремонт. - М.: ООО «Желдориздат», 2008 - 304 с.

. Тепловозы. Назначение и устройство. Учебник для образовательных учреждений ж.д. транспорта осуществляющих профессиональную подготовку/О.Г. Куприенко и др. - М.: Маршрут, 2006. - 280 с.

. Кононов В.Е., Хуторянский Н.М., А.В. Скалин. Тепловозы. Механическое оборудование, устройство и ремонт. М.: Транспорт, 2005. - 320 с

. Тепловоз М62. М.: Транспорт, 1989. 267 с.

7. Кононов В.Е., Скалин А.В. Шаров В.Д. Справочник машиниста тепловоза. - М.: Транспорт, 2006. - 256 с.

. Тепловозы 2ТЭ10М и 3ТЭ10М. М.: Транспорт, 1986. 287 с.

. Тепловоз 2ТЭ116. М.: Транспорт, 1985. 328 с.

10. Нотик З.Х. Тепловозы ЧМЭ3, ЧМЭ3Т. М.: Транспорт, 1990, 381 с.

11. Тепловоз ТЭМ2У. Руководство по эксплуатации и обслуживанию. - М.: Транспорт, 1988. 253 с.

12. Тепловоз ТЭМ7. М.: Транспорт, 1989. 293 с.