Выбор основных параметров, расчёт и конструирование тепловозов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ  СООБЩЕНИЯ

_{ВЕЧЕРНИЙ  ФАКУЛЬТЕТ}

_{___________________________________________________}

Кафедра: «Локомотивы  и локомотивное хозяйство»

 

Курсовой проект

По дисциплине: «Теория и конструкция локомотивов»

на тему: Выбор  основных параметров, расчёт и конструирование  тепловозов

 

 

 

                                                                     Выполнил: ст. группы ВЛТ-511

Бернацкий О.В.

                                                                          Проверил: доцент Калугин С. П.

 

 

 

Москва 2013

Содержание

 

Исходные данные…………………………………………………………………3

Введение……………………………………………………………………...……4

1. Определение основных  параметров тепловоза....………………………...…..5

2. Обоснование выбранного  типа дизеля и характеристика  его 

основных параметров…………………………………………………………......8

3. Определение необходимых  параметров, количества и размеров 

охлаждающих устройств тепловоза…………………………………………….10

4. Выбор оборудования  для проектируемого тепловоза…………………...…37

5. Выбор конструкции экипажной  части. Определение параметров 

рессорного подвешивания и его упругих элементов……………………….…41

6. Определение ориентировочного  веса оборудования. Развеска и

компоновка оборудования тепловоза………………………………………..…45

7. Определение коэффициента использования сцепного веса тепловоза…….47

7. Геометрическое вписывание  тепловоза в кривую заданного радиуса….....49

8. Сравнение проектируемого  тепловоза с тепловозом, используемым

в качестве прототипа………………………………………………………….....51

Заключение…………………………………………………………………….. ..55

Список используемой литературы……………………………………………...56  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

Род службы: грузо-пассажирский;

Сила  тяги при трогании с места Fk_тр = 480 кН;

Допустимая  статическая нагрузка на рельсы 2П = 220 кН;

Конструкционная скорость V_к = 100 км/ч;

Минимальный радиус проходимых локомотивом кривых R = 90 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В курсовой работе производится проектирование грузо-пассажирского тепловоза. Определены основные параметры локомотива, приведено обоснование выбора типа передачи мощности и вспомогательного оборудования, параметры и количество вентиляторов охлаждающего устройства.

Произведен  расчет рессорного подвешивания, проверяется  возможность геометрического вписывания экипажа в кривую заданного радиуса  методом параболической диаграммы, выполнена приблизительная компоновка оборудования на тепловозе и его  развеска.

В завершение работы производится сравнение проектируемого тепловоза с тепловозом аналогом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВОЗА

 

      В качестве тепловоза прототипа принимаю грузовой тепловоз М62 с передачей постоянного тока.

 

V_p = 35км/ч;

 

1.1 Коэффициент  сцепления колёс с рельсами  при расчётной скорости движения  локомотива

 

_{Ψк = 0,118*(5/(27,5+Vр)) = 0,118+(5/(27,5+35)) = 0,198}

 

1.2 Коэффициент  сцепления колёс с рельсами  при трогании локомотива

 

_{Ψк = 0,118*(5/(27,5+V0)) = 0,118+(5/(27,5+0)) = 0,3}

 

1.3 Расчётная касательная  сила тяги

 

_{Fкр = Fктр*Кбокс*((Ψк(Vр)*Кбокс)/ Ψк(V0)) = 480*0,9*((0,198*0,9)/0,3) = 256 кН}

 
_{1.4 Определение касательной  мощности тепловоза}

 

_{Nк = (Fкр*Vp)/3,6 = (256*35)/3,6 = 2490 кВт}

 

_{1.5 Определение эффективной  мощности тепловоза  по дизелю}

 

_{Ne = Nk/((1-βвсп)*ηгпт*ηтэд*ηтп) = 2490/((1-0,12)*0,94*0,92*0,96) = 3408 кВт}

 

где _βвсп - коэффициент отбора мощности на привод вспомогательного оборудования;

_{ηгпт – к.п.д. тягового генератора постоянного тока (0,93÷0,94);}

_{ηтэд – к.п.д. тягового электродвигателя (0,91÷0,925);}

_{ηтп –  к.п.д. тягового привода (0,95÷0,96).}

 

1.6 Определение сцепного веса тепловоза

 

_{Рсц ≥ Fктр/(Ψк(0)*Ксц) = 480/(0,3*0,9) = 1778 кН}

 

 

1.7 Определение числа движущихся колёсных пар

 

если 1 секция, тогда

 

_{nос = Рсц/2П = 1778/220 = 8,08 ≈ 8 осей}

 

1.8 Определение  мощности дизеля (1 секции)

 

Ne_диз = Ne / n_c = 3408 кВт

 

1.9.1 Определение служебной массы тепловоза

 

      Служебная  масса m_сл (кг)—это масса экипированного локомотива с 2/3 запаса топлива и песка.

      Служебную  массу определяют количеством  материалов, вложенных в конструкцию  машины. У тележечных локомотивов,  у которых все колесные пары  движущие, служебная масса равна  0,1P_сц. У маневровых локомотивов обычно служебной массы недостаточно для получения расчётного сцепного веса. В этом случае в экипажной части предусматривают размещение дополнительной массы (балласта). Служебная масса магистральных пассажирских локомотивов, особенно скоростных, обеспечивает действительный сцепной вес, превосходящий расчётный. У таких локомотивов можно снизить служебную массу при их изготовлении уменьшением расхода материалов.

Далее определяю вес секции как постройки.

 

m_сл = m'*Ne_(c) = 159 т

 

m'_сл = 4236*Ne_(с)^-0,554 = 46 т

 

1.9.2 Определение  сцепного веса тепловоза  

 

_{Считая, что все оси  ведущие, получаю} 

 

_{Р'сц = 159*9,8 =1558 кН}

 

 

1.10 Проверка величины фактической статической нагрузки колёс на рельсы

 

Принимаю 2П = 225-для грузовых локомотивов

 

2П_факт = Р_сц(с)/n_ос(с) = 1158/8 = 195 кН < 220 кН

 

 

 

 

1.11 Определение диаметра движущих колёс

 

      Диаметр  движущих колёс локомотивов зависит  от многих факторов, из которых  надёжность и минимальная неподрессоренная  масса являются основными. 

      В настоящее  время для тягового подвижного  состава отечественных железных  дорог применяют три типоразмера  колёс: диаметром 1050 и 

1220 мм для тепловозов, 950 мм для дизель-поездов и электропоездов и 1220 и 1250 мм для электровозов. При применении колёс с большим диаметром возрастает масса колёсной пары и увеличивается эксцентриситет главной рамы относительно автосцепки. Требуемый диаметр колеса подсчитывается по формуле

D_к = 2П/[2Р] = 195/0,2 = 975 мм

 

       где  [2р]—допустимая нагрузка на 1 мм диаметра колеса. Принимается в пределах 0,2 ÷ 0,27 кН/мм.

       Принимаю  стандартный диаметр колёс тепловозов - 1050 мм.

 

1.12 Определение предварительной (ориентировочной) величины длины секции по осям автосцепок

 

       Для Ne ≥ 2500 кВт длина локомотива может быть рассчитана в соответствии с эмпирическим выражением

 

L_лок = 8*Ne*(1-0,00008*Ne) = 8*3408*(1-0,00008*3408) = 19829 мм = 19,8 м

   

  Проверка:

Р_сц/L_лок  ≤ [g_n],

 

где g_n = 75÷80 кН/м

 

1558/19,8 = 78, 8 ≤ [g_n]

 

В общем случае ориентировочно

 

L'_б = e*L_л = 19,8*0,52 = 10,3 м

где e-коэффициент, равный 0,5÷0,54 для экипажной части с длиной L_л до 20 м.

 

 

 

 

2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОГО ТИПА ДИЗЕЛЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА ЕГО ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

 

       Задача, связанная с выбором дизеля  для проектируемого локомотива  должна рассматриваться не только  с точки зрения применения  двигателей, уже установленных на  прототипах, но и с учётом перспектив  развития тепловозной тяги.

       Необходимость  оценки технического уровня дизеля, как важнейшего показателя качества, возникает на стадиях разработки, производства и эксплуатации  тепловозных дизелей. При этом, определяющим критерием при формировании  требований к качеству дизелей  является экономия общественно  необходимых затрат на их производство  и эксплуатацию. Поэтому перед  принятием решения о выборе  типа первичного двигателя необходимо  учитывать общие требования и  возможность их выполнения как  существующими, так и перспективными  конструкциями дизелей. Необходимо  также иметь в виду, что в  настоящее время весь локомотивный  парк страны значительно постарел и поэтому наряду с приобретением новых типов локомотивов, главным направлением оздоровления парка в ближайшей перспективе должна стать глубокая модернизация уже существующих тепловозов.

      Последовательную  модернизацию дизелей для достижения  большей мощности, экономичности  и надёжности надо рассматривать  как одно из главных направлений  развития тепловозостроения в  ближайшей перспективе. 

      Наиболее  приемлемым решением при выборе  типа силовой установки, будет  выбор дизеля, имеющего высокую  степень унификации и стандартизации  применяемых узлов. Надёжность  унифицированных узлов и деталей  в 8…10 раз превышает надёжность  так называемых «оригинальных», вновь созданных узлов и деталей.

      Мощность дизеля определяется по формуле

 

Ne_диз ˂ 1,15*Ne_(с) = 1,15*3408 = 3919,2 кВТ

 

Принимаю Neдиз = 3900 кВТ; Ne_проект = 3408 кВт

Дифарсирую дизель 1-1Д49 мощностью 4400 кВт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1 Техническая характеристика дизеля      

          

Тип дизеля	Д49
Марка дизеля	1-1Д49
Обозначение по ГОСТ	20ЧН26/26
Тактность дизеля	4
Номинальная мощность, кВт	4400
Расположение цилиндров	20V
Число цилиндров	20
Диаметр цилиндра, мм	260
Ход поршня, мм	260
Номинальная частота вращения коленчатого вала, об/мин	1100
Минимальная частота вращения коленчатого вала, об/мин	350
Удельный расход топлива, кг/кВт*ч	0,214
Длина двигателя, м	4,924
Ширина двигателя, м	2,13
Высота двигателя, м	3,0
Масса двигателя, кг	22000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ  НЕОБХОДИМЫХ ПАРАМЕТРОВ, КОЛИЧЕСТВА  И РАЗМЕРОВ ОХЛАЖДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ  ТЕПЛОВОЗА

 

      Охлаждающее устройство предназначено для отвода теплоты и обеспечения заданного температурного режима дизеля. В тепловозных дизелях только около 40 % теплоты, выделяемой при сгорании топлива, превращается в полезную работу, остальная часть теряется с отработавшими газами или отводится в охлаждающее устройство.

      Теплота  работающего дизеля отводится  от стенок цилиндров, поршней  и других деталей, нагревающихся  в результате контакта с горячими  газами или трения. Чтобы поддерживать  температуру этих деталей в  допустимых пределах, их охлаждают  водой и маслом. Нагретые вода и масло отдают полученную теплоту в окружающую среду в охлаждающем устройстве тепловоза.