Выбор основных параметров, расчёт и конструирование тепловозов

где -температурный фактор, рассчитываемый в виде

Определяю аэродинамическое сопротивление шахты

,

где - коэффициент аэродинамического сопротивления шахты

Рассчитываю аэродинамическое сопротивление вентилятора:

Нахожу аэродинамическое сопротивление верхних жалюзи:

Рассчитываю полное давление воздуха:

Н_вз = ΔP_бж+ΔР_с+ΔР_ш+ΔР_вен+ΔР_в.ж. = 8,4+331+158+213+11,76 = 722,2 Па

3.5.4 Определяю угол закрутки

лопаток вентилятора, соответствующий максимальному значению к.п.д.-

Выполнение  этой операции связано с использованием безразмерной характеристики вентилятора, представленной в относительных  значениях расхода  и напора воздуха .

=V_вз/Kv = 73,6/307 = 0,24

Kv =(П² *Д_в² *n)/240 = 307

=ΔР/К_н = 722,2/19872 = 0,036

К_н = (ρ_вз* П² *Д_в² *n²)/3600 = 19872

k₁=

k₂=k₁

N_опт =

H=k₂∙V²

Таблица 3 Координаты безразмерной сетки.

V		H
0,08		0,01
0,12		0,02
0,16		0,04
0,20		0,07
0,24	0,09
0,28	0,013

         Полученные рабочие точки дают возможность определить максимальное значение к.п.д. вентилятора и выбрать угол установки его лопастей. Рабочим участком аэродинамической характеристики вентилятора должна приниматься та его часть, на которой при заданном угле установки лопаток. В соответствии с данными, представленными на рис.4 и угол установки лопастей .

Рис. 12. Безразмерные аэродинамические характеристики вентилятора

УК-2М.

 

Полученные рабочие точки  дают возможность определить максимальное значение к.п.д. вентилятора и выбрать  угол установки его лопастей. Рабочим  участком аэродинамической характеристики вентилятора должна приниматься  та его часть, на которой  при заданном угле установки лопаток.

          В соответствии с данными, представленными на рис.4 и угол установки лопастей .

 

3.5.12 Определяю расчётную угловую скорость

 

 

3.5.13 Величина мощности на привод вентилятора

 

           Соответственно на привод двух вентиляторов холодильника тепловоза необходимо расходовать порядка 136 кВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО ТЕПЛОВОЗА

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

Необходимая электрическая мощность тягового генератора:

,

где – эффективная мощность дизеля;

 – коэффициент затрат мощности  на собственные нужды;

 – коэффициент полезного действия тягового генератора.

Принимаю , .

Для проектируемого тепловоза применяю генератор переменного тока ГС-501АУ, мощностью 2800 кВт.

Таблица 4. Основные технические данные тягового генератора ГС-501АУ

Род тока, возбуждение, вентиляция	Постоянный, независимого возбуждения, принудительная вентиляция
	2800
	360/580
	2х2400/2х1500
	1000
Масса, кг	6000

Проектируемый тепловоз имеет передачу постоянного  тока.

Мощность  тяговых электродвигателей определяю количеством используемых на тепловозе ведущих осей.

По мощности выбираю тяговый электродвигатель ЭД-108А

Таблица 5

Основные  технические данные тягового электродвигателя ЭД-108А

Тип подвески		Опорно-осевая
		411
		512/750
		880/600
		10,51/37,12
Масса,    кг	3000

Система охлаждения тяговых двигателей воздушная, принудительная, модульного типа с  осевым вентилятором, спрямляющим аппаратом. Привод вентилятора – от электродвигателя постоянного тока.

Аккумуляторную  батарею локомотива подбираю по величине требуемой емкости Е, [А·ч]

,

где – величина пускового тока;

 – резерв токовой нагрузки  при запуске;

 – расчетное число циклов  запуска дизеля;

 – расчетная продолжительность  времени запуска дизеля;

 – коэффициент, учитывающий  неполную зарядку аккумуляторной  батареи в момент пуска;

 – коэффициент, учитывающий  уменьшение емкости батареи в  результате перегрузки;

 – коэффициент, учитывающий  уменьшение емкости батареи при  повторных пусках;

 – коэффициент, учитывающий  уменьшение емкости батареи при  работе в трудных климатических  условиях.

Выбираю батарею типа 48ТН-450У2.

Таблица 6

Основные  технические данные аккумуляторной батареи 48ТН-450

Тип	Кислотная
Количество аккумуляторов	48
Емкость, А·ч	450
Напряжение, В	96
Масса, кг	1926

 

Подбор  тормозного компрессора произвожу по требуемой производительности:

,

где – снижение (повышение) давления в главных резервуарах при торможении (зарядке) тормозов;

 – объем главных резервуаров локомотива;

 – время, необходимое на зарядку тормозов;

 – расход воздуха в тормозной магистрали при торможении поезда;

 – расход воздуха на служебные нужды локомотива;

 – коэффициент, учитывающий снижение производительности компрессора по мере увеличения срока службы.

Необходимая емкость топливного бака:

,

где – запас топлива при работе на номинальном режиме;

 – плотность дизельного топлива.

,

где – коэффициент запаса (резерв);

 – время работы локомотива  на участке обращения;

 – величина удельного расхода  топлива;

,

где – длина участка обращения тепловоза;

 – расчетная техническая  скорость движения тепловоза  на участке обращения.

;

Запас топлива 5000 кг и уточняю его при развеске

Запас масла в системе дизеля составляет 800 кг, воды – 950 кг, песка – 600 кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ ЭКИПАЖНОЙ ЧАСТИ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ И ЕГО УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ.

 

5.1 Экипаж  тепловоза

 

Кузов предназначен для размещения локомотивной бригады, силового и вспомогательного оборудования, устройств управления локомотивом. Конструкция кузова определяется родом службы локомотива, компоновкой  оборудования, способом восприятия и  передачи нагрузок, производственно-технологическими условиями изготовления и эксплуатации локомотива. Поэтому к кузовам  предъявляются высокие требования по жёсткости, прочности и надёжности.

По способу восприятия и передачи нагрузок принято различать  кузова двух типов—несущие (цельнонесущие) и ненесущие. К ненесущим относят кузова, которые не воспринимают основных внешних нагрузок. Эту функцию выполняет главная рама локомотива. Кузов несущего типа воспринимает и передаёт нагрузки совместно с главной рамой, которую изготавливают меньшего веса, чем у локомотива с ненесущим кузовом.

Для отечественных локомотивов  применяют кузова вагонного (закрытого) и капотного типа. Кузова закрытого типа используют преимущественно на магистральных локомотивах, капотные кузова на маневровых. Закрытые кузова защищают обслуживающий персонал и оборудование от воздействия внешней среды при выполнении работ по обслуживанию агрегатов во время движения локомотива. Кроме того, кузова вагонного типа обладают меньшим аэродинамическим сопротивлением.

У маневровых локомотивов  одна кабина машиниста, поэтому капотный кузов обеспечивает лучший обзор  станционных путей из кабины. Он проще в изготовлении, чем кузов  вагонного типа. Его легко снимать  с рамы при необходимости демонтажа  и ремонта агрегатов локомотива.

Тележки тепловоза прежде всего должны обеспечивать выполнение установленных показателей безопасности движения и динамических качеств экипажа, способствовать реализации максимальных тяговых свойств и содержать наименьшее количество узлов трения. Кроме этого, наиболее ответственные элементы конструкции тележек должны быть доступны для проведения диагностического контроля и обладать минимальной трудоёмкостью при проведении ТО и ТР. Так как проектируемый тепловоз является грузовым с конструкционной скоростью равной 100 км/ч, то применяю для проектируемого локомотива индивидуальное одноступенчатое рессорное подвешивание и тяговый привод 1-го класса. Вертикальные и поперечные колебания экипажа в этом случае гасятся специальными демпферами. Величина суммарного статического прогиба для проектируемого тепловоза.

Передаточное число тягового редуктора:

,

где – допустимая частота вращения якоря ТЭД, об/мин;

 

_{5.2 Определение конструктивных  параметров упругих  элементов рессорного  подвешивания}

 

5.2.1. Цилиндрическая винтовая пружина

Величина расчетных касательных  напряжений в витках пружины:

 

С = Д/d = 185/38 = 4,9

К = 1,29

.

При расчёте пружины, воспринимающей вертикальную нагрузку, исходя из того, что величина не должна превышать допустимое касательное напряжение [ ] = 750 МПа с учётом коэффициента запаса К , должно выполняться следующее неравенство

≤ К [ ]

Для буксовой ступени подвешивания величину К рекомендуется принимать _в пределах 0,56÷0,59, для кузовной – 0,62÷0,67.

 

0,65*750 = 487≥510-неравенство не выполняется, значит, необходимо     увеличить d = 41

Пересчитываю

= 87823200/216412 = 406 МПа

Поскольку движение экипажа  сопровождается также колебаниями  в горизонтальной плоскости, то возникает  потребность учёта эксцентриситета  в вертикальном нагружении пружины. Этот фактор вызывает появление в витках дополнительных напряжений кручения

 

= 406*0,1 = 40,6

 

С учётом сделанного замечания, условие прочности цилиндрических винтовых пружин рессорного подвешивания

 

= 40,6+406 = 446,6

487≥446,6-равенство выполняется

 

При заданных величинах статического прогиба – Δ пружины, нагрузки – Р и параметров пружины n_p и d, её диаметр D определяю по формуле

 

 

Диаметр наружной пружины:

где G-модуль сдвига материала пружины (G = 8*10⁴ МПа)

общее число витков пружины  n_o равно n_o = n_p+1,5

 

n_o = 5,5-1,5 = 4

вертикальная жёсткость  пружины равна 

 

 

Шаг витков пружин:

,

где – коэффициент запаса, учитывающий деформацию пружины от дополнительных динамических сил;

 

 – величина запаса по  высоте на отсутствие возможного  смыкания витков при деформации  пружины.