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

Белорусский государственный университет транспорта

Кафедра “Тепловозы и тепловые двигатели”

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине “Теория и конструкция локомотивов”

   Проверил                                                                      Выполнил:

   профессор                                                                    студент группы МТ - 41

д.т.н.                                                   

2003
 Введение

Целью данной курсовой работы является изучение теоретических основ проектирования основных параметров тепловоза. В ходе работы изучается конструкция тепловоза, его основные характеристики, а также методы проектирования. Работа состоит в определении и построении электромеханических, тяговых и экономических характеристик проектного тепловоза, расчете геометрического и динамического вписывания в заданную кривую. Кроме того необходимо рассчитать охлаждающее устройство, а именно: количество секций радиатора; температуру охлаждающих жидкостей и воздуха и требуемый расход воздуха на выходе из секций; подачу циркуляционного насоса, а также основные параметры вентилятора, теплообменник.

            1 Расчет и проектирование технико-экономических характеристик           

тепловоза

         1.1  Расчет параметров тягового редуктора              

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

                                               i₁=                                                                                                                              (1)

где n_gmax – максимально допустимая частота вращения якоря ТЭД,                  

n_дмах=2250 об/мин;

           D_к – диаметр колеса, D_к=1,05 м;

V_к – конструкционная скорость,V_к=160 км/ч.

Подставляя численные значения в формулу (1) получаем

Проверим передаточное отношение с учетом длины централи 

А=,                                                                                                                              (2)

где А – длина централи, А=520 мм;

Z₁, Z₂ – числа зубьев ведущей и ведомой шестерен;

m – модуль зубчатого зацепления, m=10.

Из формулы  (2) имеем

;                                                                                                                           (3)

;

Z₂=i₁×Z₁;

Z₁=;

Z₁=

Z₂= 2,81 ·27= 76.

После решения системы уравнений (3), принимаем Z₁=27, Z₂=76.

Окончательно устанавливаем передаточное число i₂

i₂=

Учитывая, что КМБ имеет габаритные ограничения, проверяем возможность размещения в нижней части габарита подвижного состава колеса с кожухом по формуле

D=                                 (4)

где С – расстояние от торца зубьев ведомого колеса до нижней поверхнос-                       ти кожуха, С=20мм [1];

d₂ – диаметр делительной окружности ведомого колеса, мм

d₂=m×Z₂.                                                                                                                  (5)

d₂=10×76=760 мм.

Подставляя численные значения в формулу (4) получаем

D= мм.

Условие (4) выполняется.

1.2 Расчет электромеханических и электротяговых характеристик  

                 колесно-моторного блока

Длительная мощность генератора

Р_2¥=Р_е×h_¥г×b_всп,                                                                                                    (6)

где P_e – эффективная мощность дизеля, P_е=2200кВт;

n_г – КПД генератора, η_г=0,96 [1];

b_всп – коэффициент, учитывающий затраты мощности на вспомога-                                                                                                                

гательные нужды

                                                 b_всп=                                                                                                                      (7)

где SP_всп – мощность, затрачиваемая на привод вспомогательных                                                                                                                                                                                                           

агрегатов, кВт, примем 10% от эффективной

 

åP_всп=0,1×2200=220 кВт.

Подставляя численные значения в формулу (7) получаем

b_всп =

Следовательно

Р_г¥=2200×0,96×0,9= 1901 кВт.

Определим длительные параметры тягового генератора по формуле

U_г=,                                                    (8)

где U_гmax – максимальное напряжение генератора, U_гмах=750 В [1];

U_гmax – относительное значение максимального напряжения, В.

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

V_гmax=                                                                                                                      (9)

где V_max – максимальная скорость движения, V_мах=160 км/ч;

V_¥ – длительная скорость,V¥=55 км/ч.

V_гmax=

На рисунке 2 [1] (для V_мах=2,91) по кривой n/n (для α =0,25) находим

I/I=0,9.По рисунку 1[1] для I/I=0,9 имеем U_гмах=1,15.     

U_г¥=В.      

Длительный ток генератора определяем по формуле

                                                       I_г¥=.                                                   (10)

Тогда

I_г¥=  А.

Рассчитаем электромеханические характеристики ТЭД проектного тепловоза  следующим образом .

Определяем длительную мощность ТЭД

                                                Р_д¥=,                                                           (11)

где К – количество ТЭД, к=6.

Р_д¥= кВт.

Длительная сила тяги одного КМБ, кН

F_д¥=,                                                (12)

где h_д – КПД электрического двигателя при длительном режима,

h_г=0,915 [1].

Тогда

F_д¥= кН.

Длительный вращающий момент ТЭД

М_д¥=,                                                    (13)

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

                                             М_д¥= кН∙м.

Длительная частота вращения ТЭД

n_д¥=,                                                   (14)

где n_дmax – максимальная частота вращения ТЭД, n_дmax=2250 об/мин [1].                                              

n_д¥= об/мин.

Длительное значение тока нагрузки ТЭД при параллельном соединении                                                         

I_д¥=.                                                        (15)

I_д¥= А.

Электромеханические характеристики ТЭД определяются из соотношений : М_д=М_д¥××М_д; n_д=n_д¥ n_д; I_д=I_д¥I_д.

Расчет произведем для трех ступеней ослабления магнитного поля ТЭД

(α₁=1,0; α₂=0,6; α₃=0,25) и сведем результаты в таблицу 1.            

Значения силы тяги КМБ определяется по формуле

F_д=.                                                                                                                   (16)

Скорость движения тепловоза,соответствующая найденному значению n_д определяется по формуле

V_д=.                                                                                                                   (17)

Результаты расчетов сводим в таблицу 1.

       По полученным данным строим электротяговые характеристики F_д=f(I_д),V_д=f(I_д).

   Таблица 1-  Расчетные значения электромеханических и электротяговых   характеристик

	Режим работы тяговых электродвигателей
		ПП(α=100%)					ОП1(α=60%)					ОП2(α=25%)
Iд	Mд	nд	Fд	Vд	Iд	Mд	nд	Fд	Vд	Iд	Mд	nд	Fд	Vд
А	кНм	об/мин	кН	км/ч	А	кНм	об/мин	кН	км/ч	А	кНм	об/мин	кН	км/ч
384	2,58	1082	13,5	76,2	384	2	1407	10,4	99,0	384	0,9	3092	4,7	217,7
437	3,2	889	16,5	62,6	437	2,4	1190	12,3	83,8	437	1,2	2242	6,5	157,8
486	3,6	773	19,0	54,4	486	2,7	1028	14,2	72,4	486	1,5	1855	8,0	130,6
583	4,7	595	24,7	41,9	583	3,6	773	19,0	54,4	583	2,1	1353	10,8	95,2
680	5,9	472	31,0	33,2	680	4,6	611	23,9	43,0	680	2,7	1044	14,1	73,5
778	7,3	387	38,0	27,2	778	5,8	487	30,4	34,3	778	3,5	812	18,0	57,1

 

1.3 Расчет тяговой характеристики тепловоза

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

F_к=F_д×К                                                                                            (4)

F_к=19,0×6=114 кН

Для определения скорости перехода с ПП на ОП1 и ОП2 следует воспользоваться соотношениями

V_пр^ОП1-2=V_пр^ОП1-2×,                                                                                                            (5)

V_пр^пп-оп1=V_пр^ОП1-2×,                                                                                                            (6)

где V_обр^ОП1-2 – скорость перехода тепловоза-образца, V_обр^ОП1-2 =118км