Расчет технико-экономических показателей проектного тепловоза. Расчет параметров тягового редуктора. Длительный вращающий момент ТЭД

Исходные данные

Эффективная мощность	2200 кВт
Нагрузка на одну колесную пару	260 кН
Диаметр колес	1,25 м
Конструкционная скорость	120 км/ч
Радиус кривой	600 м
Возвышение наружного рельса	120 мм
Номер расчетной схемы	Рисунок 11
Тепловоз образец	2ТЭ116
Схема рессорного подвешивания	Рисунок 6
Тип гасителя	Фрикционный гаситель
Расчетная скорость	24 км/ч

1. Расчет технико-экономических показателей       

    Проектного тепловоза

1.1 Расчет параметров тягового редуктора

Передаточное число представляет собой отношение крут0ящего момента на ободе колеса к моменту на валу ТЭД, определяемое при длительном режиме работы колесно-моторного блока по формуле:

                                               ,                           (1)

где  n_gmax – максимально допустимая частота вращения якоря 

                 ТЭД,  n_gmax =2200 об/мин,

       D_к – диаметр колеса, D_к= 1,25м,

       V_к – конструкционная скорость, V_к =120км/ч..

                                               

Окончательное значение передаточного числа устанавливается с учетом принятой длины централи

                                               ,                                    (2)                  

где А – длина централи, А=468,8 мм;

      m – модуль зубчатого зацепления, m=10;

      z₁, z₂ – числа зубьев ведущей и ведомой шестерен.

определим z₁, z₂ решая соответственно систему уравнений.

                                               ;                                         (3)                      

                                               ;                                                 (4)                       

_;

После решения уравнений принимаем, .

.

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

                                               ,                                    (5)      

где С – расстояние от торца зубьев ведомого колеса до нижней  

             поверхности кожуха, С=18 мм;

       d₂ – диаметр делительной окружности ведомого колеса, мм

                                                                                                 (6)              

                                                     ;

т.к. условие, , выполняется, то поэтому оставляем количество зубьев  прежним.

1.2 Расчет электротяговых характеристик колесно-  

      -моторного блока.

Определяем длительную мощность генератора

,                                                       (7)

где  эффективная мощность дизеля, кВт;

        КПД генератора, ;

        коэффициент учитывающий затраты мощности на                 

                  вспомогательные нужды, определим из выражения:

                                                                                 (8)              

гдемощность, затрачиваемая на привод вспомагатель-

агрегатов, кВт и составляет 8 -10% от эффективной  мощности

                                    

Определяем длительные параметры тягового генератора по формуле

                                              (9)

где максимальное напряжение генератора, В;

       относительное значение максимального напряжения.

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

                                                  (10)

где максимальная скорость движения;

       длительная скорость.

                                               

После определения  по универсальной характеристике ТЭД, для максимального значения ослабления поля находим значение  при котором используется полная мощность дизеля. Для полученного значения  по универсальной характеристике генератора определяем =1,83. Для определения длительного значения напряжения генератора полученное значение  подставляем в формулу (9).

Длительный ток генератора, А.

                                              (11)

Находим длительную мощность ТЭД, кВт,

                                                        (12)

где  количество тяговых электродвигателей.

Длительная сила тяги одного КМБ, кН,

,                                             (13)

где  КПД электродвигателя при длительном режиме и равного .

Длительный вращающий момент ТЭД, ,

,                                                 (14)

где  КПД зубчатой передачи тягового редуктора равного, .

                                            

Длительная частота вращения двигателя, ,

                                                  (15)

Длительное значение тока нагрузки ТЭД при параллельном соединении ТЭД

                                                                                                          (16)

                                                                 

.

 

Рисунок 1.1 – Электротяговые характеристики КБМ  тепловоза

1.3 Расчет тяговой характеристики тепловоза

Тяговой характеристикой тепловоза называют графическую зависимость касательной силы тяги от скорости движения при заданной мощности силовой установки.

Тяговую характеристику тепловоза с электрической передачей мощности от силовой установки к движущим колесам рассчитаем с использованием электротяговых характеристик КМБ.

Для этого задаемся рядом значений тока нагрузки и по кривым  определяем значение касательной силы тяги и скорости движения, соответствующие принятому значению тока нагрузки. Расчет производим для всех трех режимов работы ТЭД.

Суммарное значение касательной силы тяги тепловоза определяем с учетом числа ТЭД , создающего тяговое усилие тепловоза,

                                                     (17)

Для определения скорости перехода ПП на ОП1 и ОП2 воспользуемся соотношениями

                                            (18)

V_пр^ПП-ОП1=43,5×=45,8 км/ч;

V_пр^ОП1-ОП2=58,5×=61,4 км/ч.

Обратный переход ослабления поля  происходит при скорости движения на меньше, чем при прямом переходе ослабления поля.

Расчет тяговой характеристики проектного тепловоза сведем в таблицу 2.

По результатам расчета строим характеристику проектного тепловоза рисунок 2. На тяговую характеристику наносим ограничение силы тяги по длительному току и по сцеплению.

Таблица 2 Тяговая характеристика тепловоза.

ПП					ОП1					ОП2
Iд	Fд	V	k	Fk	Iд	Fд	V	k	Fk	Iд	Fд	V	k	Fk
А	кН	кмч	-	кН	А	кН	кмч	-	кН	А	кН	кмч	-	кН
1030,7	88,45	12,09	6	530,7	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
901,9	68,8	15,54	6	412,8	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
773	56,35	19	6	338,1	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
644,2	43,24	24,67	6	259,44	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
484	25,6	42	6	153,6	563	25,6	42	6	153,6	-	-	-	-	-
357	18,4	59,6	6	110,4	644,2	32,76	32,57	6	196,6	-	-	-	-	-
-	-	-	-	-	515,4	22,96	46,46	6	137,8	-	-	-	-	-
-	-	-	-	-	338,8	15,89	67,16	6	95,34		20,9	51,5	6	125,4
-	-	-	-	-						515,4	16,74	63,73	6	100,4
-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	338,8	8,65	123,4	6	51,9

Для наложения на тяговую характеристику ограничения по сцеплению воспользуемся основным законом локомотивной тяги .

Определяем силу сцепления колеса с рельсом, кН;

                                                   (19)

где сцепной вес локомотива,

       расчетный коэффициент сцепления, кН.

                                          (20)

Силу сцепления колеса с рельсом вычислим для скоростей движения: 0, 5, 10, 15, 20 км/ч. Результаты расчетов сведем в таблицу 3.

Таблица 3 Определение кривой ограничения по сцеплению.

0	0,30	468
5	0,27	424
10	0,25	392
15	0,24	368
20	0,22	348

 

      Рисунок 1.2 – Тяговая характеристика тепловоза

1.4 Расчет и построение экономических характеристик

  Определим КПД по формуле

                                                   h_т=,                                                  ( 23)

  где Р_к – касательная мощность тепловоза, кВт;

                    В_ч – часовой расход топлива, кг/ч;

                   Q_р^н – удельная теплота сгорания топлива, кДж/кг; Q_р^н=42745 кДж/кг.

                                                 Р_к=;                                                           (24)

Часовой расход определим по формуле

                                                       В_ч=g×N_e;                                                                                         (25)

 где g_е – удельный расход топлива, кг/кВт×ч, g_е=0,21 кг/кВт×ч

В_ч=0,21×2200=462 кг/час.

КПД передачи

                                        .                                                                (26)

Результаты расчетов сводим в таблицу 4 и по ним строим экономические характеристики (рисунок 3).

Таблица 4 - Результаты расчетов экономических характеристики

ПП					ОП1					ОП2
V	Fk	Pk	ηпер	ηт	V	Fk	Pk	ηпер	ηт	V	Fk	Pk	ηпер	ηт
км/ч	кН	кВт	%	%	км/ч	кН	кВт	%	%	км/ч	кН	кВт	%	%
0	467,7	0	0	0	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
5	424,1	589	0,297	0,10	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
10	392,1	1089	0,55	0,19	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
15	367,6	1532	0,774	0,26	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
20	348,3	1935	0,9	0,33	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
19	338,1	1784	0,901	0,31	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
24,67	259,4	1778	0,898	0,30	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
42	153,6	1792	0,905	0,31	-	-				-	-	-	-	-
					42	153,6	1792	0,905	0,306	-	-	-	-	-
-	-	-	-	-	32,57	196,6	1778	0,898	0,304	-	-	-	-	-
-	-	-	-	-	46,46	137,8	1778	0,898	0,304	51,5	125,4	1794	0,906	0,307
-	-	-	-	-	67,16	95,34	1779	0,898	0,304	63,73	100,4	1778	0,898	0,304
-	-	-	-	-				-	-	123,4	51,9	1778	0,898	0,304

По данным таблицы 4 построим график зависимость экономических