Расчет и проектирование технико-экономических характеристик тепловоза. Расчет параметров тягового редуктора

1 Расчет и проектирование технико-экономических характеристик тепловоза

1.1 Расчет параметров тягового редуктора

Передаточное число представляет собой отношение крутящего момента на ободе колеса к моменту на валу тягового электродвигателя (ТЭД), определяемое при длительном режиме работы колесно-моторного блока (КМБ)

                                         (1)

где n_gmax – максимально допустимая частота вращения якоря ТЭД,

n_gmax =2300 об/мин [1];

D_к – диаметр колеса, D_к =1,05 м (по тепловозу образцу);

V_кон – конструкционная скорость, V_кон =105 км/ч (из задания).

Окончательное значение передаточного числа устанавливается с учетом принятой длины централи

                                          (2)

где А – длина централи, А = 468,8 мм [1];

m – модуль зубчатого зацепления, m=10 [1];

z₁, z₂ – числа зубьев ведущей и ведомой шестерен.

Определяем z₁, z₂ решая систему уравнений

                                           (3)

                                                        (4)

      

После решения уравнений получим, z₁ = 18, z₂ = 76.

Окончательно устанавливаем передаточное число, используя формулу (4)

Определив i2 уточняем из формулы (1) значение максимально допустимой частоты вращения якоря ТЭД

Учитывая, что КМБ имеет габаритные ограничения, следует проверить возможность размещения в нижней части габарита подвижного состава (ПС) ведомого зубчатого колеса с кожухом по формуле

                                        (5)

где С – расстояние от торца зубьев ведомого колеса до нижней поверхности кожуха, С=21 мм [1];

d₂ – диаметр делительной окружности ведомого колеса, мм

                                                  (6)

Т.о. условие, D ≥ 120÷130 , выполняется, поэтому оставляем количество зубьев z₂ прежним.

1.2 Расчет электромеханических и электротяговых характеристик

колесо-моторного блока

Находим длительную мощность генератора по формуле

                                            (7)

где N_e – эффективная мощность дизеля, N_e =2300 кВт (по заданию);

η_г – КПД генератора, η_г=0,96 [1];

β_всп – коэффициент учитывающий затраты мощности на вспомогательные нужды

                                         (8)

где SN_всп – мощность, затрачиваемая на привод вспомогательных агрегатов, SN_всп = 0,1N_e кВт [1].

Определим длительные параметры тягового генератора по формуле

                                              (9)

где U_гmax – максимальное напряжение генератора, U_гmax =950В [1];

 – относительное значение максимального напряжения, В.

Для определения  находим относительные значения максимальной скорости движения тепловоза, при которой используется полная мощность дизеля

                                             (10)

где V_max – максимальная скорость движения, равная конструкционной, км/ч;

         V_¥ – длительная скорость, V_¥ =29 км/ч (по заданию).

По универсальной характеристике ТЭД [1, рисунок 2] определяем для значения , значение , 1,4.Зная  определим по универсальной характеристике генератора [1, рисунок 1] значение ,

Длительный ток генератора определяем по формуле

                                           (1311)

,

 

Определяем длительную мощность ТЭД.

                                              (1412)

где К – количество ТЭД, К=6;

,

Длительная сила тяги одного КМБ

                                       (1513)

где h_g – КПД электродвигателя при длительном режиме, h_g = 0,915 [1].

Длительный вращающий момент ТЭД

                                         (14)16)

где h_зп – КПД зубчатой передачи тягового редуктора, h_зп=0,975 [1].

,Длительная частота вращения ТЭД

                                        (1715)

,

 

Длительное значение тока нагрузки ТЭД при параллельном соединении

                                               (1816)

,

Расчет электротяговых характеристик КМБ тепловоза сведем в таблицу 1.

Значения силы тяги КМБ определяем из выражения

,                                     (1917)

Скорость движения тепловоза, определяем по формуле

,                                   (2018)

Таблица 1 – Расчетные значения электромеханических и электротяговых характеристик

Ig	ПП (α=1)					ОП1 (α=0,6)					ОП2 (α=0,38)
	Ig, A	Mg, кН·м	ng, об/мин	Fg, кН	Vg, км/ч	Ig, A	Mg, кН·м	ng, об/мин	Fg, кН	Vg, км/ч	Ig, A	Mg, кН·м	ng, об/мин	Fg, кН	Vg, км/ч
0,64	348	2,8	1024	22,0	48,0	348	2,0	1404	16,1	65,8	348	1,3	2152	10,4	100,9
0,71	386	3,2	913	24,8	42,8	386	2,4	1214	18,8	56,9	386	1,6	1821	12,5	85,3
0,8	435	3,6	803	28,6	37,6	435	2,7	1079	21,4	50,6	435	1,9	1533	15,0	71,8
1	544	4,8	613	37,6	28,7	544	3,6	822	28,2	38,5	544	2,8	1054	21,8	49,4
1,2	653	6,0	484	47,4	22,7	653	4,8	613	37,6	28,7	653	3,6	808	28,4	37,9
1,4	762	7,5	386	59,1	18,1	762	6,0	493	46,6	23,1	762	4,8	613	37,6	28,7
1,6	870	8,9	325	69,6	15,2	870	7,0	417	54,9	19,5	870	5,8	502	45,7	23,5

 

По результаты расчета на рисунке 1 построены электротяговые характеристики КБМ тепловоза.

1.3 Расчет тяговой характеристики тепловоза

	Режим работы тяговых электродвигателей
	ПП (a=100%)										ОП1 (a1=60%)										ОП2 (a2=25%)
	Iд		Mд		nд		Fд		uд		Iд		Mд		nд		Fд		uд		Iд		Mд		nд		Fд		uд
	А		кН·м		об/мин		кН		км/ч		А		кН·м		об/мин		кН		км/ч		А		кН·м		об/мин		кН		км/ч
	125		2		644		16.4		24.8		125		1		877		11.9		33.8		125		0.31		1789		2.98		69
	167		3		465		23.8		17.9		167		2		626		17.9		24.1		167		0.78		1324		7.45		51
	208		3		358		31.3		13.8		208		3		483		23.8		18.6		208		1.25		858.7		11.9		33.1
	250		4		268		40.2		10.3		250		3		376		29.8		14.5		250		1.72		626.2		16.4		24.1
	291		5		233		49.2		8.97		291		4		286		38.7		11		291		2.35		483		22.3		18.6
333		6		197		59.6		7.59		333		5		250		47.7		9.66		333		2.97		375.7		28.3		14.5

 

 

    1.3 Расчет тяговой характеристики тепловоза

Суммарное значение касательной силы тяги тепловоза определяется с учетом числа ТЭД, создающих тяговое усилие тепловоза

                                               (2119)

29,8178,8Для определения скорости перехода с ПП на ОП1 и ОП2 следует воспользоваться соотношением

                                   (2220)

где  – скорость перехода тепловоза-образца, ,

, ,  [2];

,  – передаточные числа, соответственно тепловоза-образца и проектного тепловоза,  [2].

(23)

.                                                                                                                                      (24)

Расчет тяговой характеристики проектного тепловоза сведем в таблицу 2.

Таблица 2 – Результаты расчета тяговой характеристики и

ПП (α=1)					ОП1 (α=0,6)					ОП2 (α=0,38)
Ig, A	Fg, кН	Vg, км/ч	К	Fк, кН	Ig, A	Fg, кН	Vg, км/ч	К	Fк, кН	Ig, A	Fg, кН	Vg, км/ч	К	Fк, кН
348	22,0	48,0	6	132,0	348	16,1	65,8	6	96,4	348	10,4	100,9	6	62,3
386	24,8	42,8		149,0	386	18,8	56,9		112,9	386	12,5	85,3		75,2
435	28,6	37,6		171,5	435	21,4	50,6		128,7	435	15,0	71,8		90,3
544	37,6	28,7		225,7	544	28,2	38,5		169,3	544	21,8	49,4		130,9
653	47,4	22,7		284,4	653	37,6	28,7		225,7	653	28,4	37,9		170,4
762	59,1	18,1		354,4	762	46,6	23,1		279,9	762	37,6	28,7		225,7
870	69,6	15,2		417,6	870	54,9	19,5		329,5	870	45,7	23,5		274,2

Определим силу сцепления колес с рельсами

                                              (2521)

где Р_сц – сцепной вес тепловоза, кН;

y_к – расчетный коэффициент сцепления.

                                              (22)

где 2П – нагрузка на ось, 2П=225 кН.

                                       (23)

где V – скорость движения локомотива от 0 до 20 км/ч.

Результаты расчетов сводим в таблицу 3

Таблица 3 – Определение кривой ограничения по сцеплению

	yк	Fсц, кН
0	0.3	353
5	0.27	320
10	0.25	296
15	0.24	277

По результатам расчетов приведенных в таблицах 2 и 3 на рисунке