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

основании данных таблиц 2 и 3 строим  тяговую характеристику тепловоза, представленную на рисунке 2.

    1.4   Расчет и построение экономических характеристик

Основным экономическим показателем тепловоза является его коэффициент полезного действия (КПД), который показывает отношение полезной работы , совершаемой тепловозом, к затраченной работе

(27)

где  Рк –	касательная мощность тепловоза, кВт;
Вч –	часовой расход топлива, кг/ч;
Qрн–	удельная теплота сгорания топлива, кДж/кг; Qрн=42745 кДж/кг,

		(28)
Вч=gе×Рe		(29)
где  gе –	удельный расход топлива, gе=0,219 кг/кВт×ч;

В_ч=0,219×1600=350,4 кг/час.

КПД передачи определяется по формуле

(30)

Результаты расчетов сводим в таблицу 4 и по ним строим экономические характеристики, представленные на рисунке 4.

Таблица 4 – Результаты расчетов экономических характеристик

Режим работы ТЭД
ПП (α=1)					ОП1 (α=0,6)
V,км/ч	Fк,кН	Pк,кВт	ηпер	ηт	V,км/ч	Fк,кН	Pк,кВт	ηпер	ηт
10	300	833	0,578	0,2	29	155	1249	0,867	0,3001
20	226	1256	0,872	0,3018	35	129	1254	0,871	0,3014
25	183	1271	0,883	0,3055	40	114	1267	0,880	0,3044
30	150	1267	0,880	0,3044	50	92	1278	0,887	0,3071
35	129	1254	0,871	0,3014	60	76	1267	0,880	0,3044
38	118	1246	0,865	0,2994	70	64	1244	0,864	0,2991

Продолжение таблицы 4 – Результаты расчетов экономических характеристик

Режим работы ТЭД
ОП2 (α=0,38)
V,км/ч	F,кН	P,кВт	ηпер	ηт
60	76	1267	0,880	0,3044
70	65,9	1281	0,890	0,3080
80	57,5	1278	0,887	0,3071
90	51	1275	0,885	0,3065
100	45	1250	0,868	0,3004
115	39	1246	0,865	0,2994

2  ПРОЕТИРОВАНИЕ ОХЛАЖДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ТЕПЛОВОЗА

Исходные данные для расчета

Мощность дизеля ……………………………………	Nе = 1600кВт
Удельный расход топлива дизеля ………………….	gе = 0,219 кг/(кВт×ч)
Теплоотводы: в воду дизеля ……………………….. в масло дизеля ……………………….	qв = 18,2 %; qм = 9,7 %;

Принимаем

Температуру воды на выходе из дизеля , °С ………………………	90
Температуру масла на выходе из дизеля , °С ……………………..	84
Температуру воды на выходе из водомасляного теплообменника , °С ………………………………………………	75
Температуру окружающего воздуха t’1, °С …………………………...	40
Удельную теплоемкость воды Св, кДж/(кг×К) ………………………..	4,19
Удельную теплоемкость воздуха  Ср, кДж/(кг×К) …………………….	1,0
Удельную теплоемкость масла См, кДж/(кг×К) ……………………….	2,06
Плотность воды rв, кг/м3 ……………………………………………….	1000
Плотность масла rм, кг/м3 ……………………………………………...	900
Подача масляного насоса Вм, м3/ч ……………………………………..	55
Рабочая длина секций холодильной камеры, мм ……………………..	1206

Выбираем расчетные параметры стандартной водяной секции типа ВВ12:

Массовая скорость воздуха uв, кг/(м2×с) …………………………...	8
Площадь живого сечения для прохода воздуха , м2 …………..	0,149
Площадь живого сечения для прохода воды  , м2 …………….	0,00132
Поверхность теплообмена, омываемая воздухом Fв, м2 ………….	29,6

2.1  Расчет водяного контура охлаждения воды дизеля

Теплоотвод в воду, охлаждающую дизель

(31)

где Qд –	количество тепла, вводимое в двигатель вместе с топливом,
		(32)

Тогда

Для u_в =8 кг/(м²×с) находим коэффициент теплоотдачи для стандартных водяных секций[1].

К_в = 0,052 кВт/(м²×К).

Расход воды через секции определим по формуле

(33)

где Zв –	количество водяных секций;
Vв–	Линейная скорость движения воды в секциях, Vв=1 м/с.

Расход воздуха через водяные секции

	(34)

Составляем систему уравнений

(35)

Подставим цифровые значения

Решая систему уравнений, получаем t₂^в=82,2⁰С, τ₂=76,2⁰С, z_в=18 штук.

Количество водяных секций принимаем равным –18 штук.

2.2  Расчет контура охлаждения масла дизеля

Расчет производим по тем же формулам, что и в пункте 2.1.

Теплоотвод в воду, охлаждающую дизель

                                      (36)

Составляем систему уравнений

 

                   (37)

Подставим цифровые значения

Решая систему уравнений, получаем t₂^в=65,3⁰С, τ₂=61,6⁰С, z_в=16 штук.

Учитывая симметричность расположения оборудования на тепловозе, принимаем для охлаждения масла 18 секций.

Таким образом, принимаем 18 секций для охлаждения воды дизеля и 18 секций для охлаждения масла. Расположение секций на тепловозе представим на рисунке 5.

2.3     Расчет водомасляного теплообменника

Количество тепла, отводимое в масло

Температура масла на выходе из масляного теплообменника

(38)

Температура воды на выходе из теплообменника

(39)

где G_ввм – расход охлаждающей воды через водомасляный теплообменник.

	(40)

Тогда

Средние температуры воды и масла в теплообменнике

	(41)
	(42)

Подставляя численные значения, получим

Поверхность теплообмена теплообменника определим по формуле

(43)

где  К_то – коэффициент теплопередачи теплообменника,

К_то = 0,68 кВт/(м²К), [2].

Принимаем диаметр трубок d = 10 мм = 0,01 м.

Тогда полная длина трубок теплообменника будет равна

	(44)

При рабочей длине трубки ℓ = 2,0 м, число трубок теплообменника будет равно

	(45)

2.4  Расчет вентилятора холодильной камеры

Выбираем вентилятор типа УК-2М с углом установки a = 25°.

Сопротивление секций холодильника определим по формуле

	(46)

Сопротивление жалюзи определим из соотношения

	(47)

Сопротивление от сужений, расширений и поворотов воздушного потока в холодильной камере

	(48)

Динамические потери потока за вентилятором  определим из соотношения

	(49)

Потребный напор вентилятора определим по формуле

	(50)

Учитывая, что количество секций для охлаждения воды равно количеству секций для охлаждения масла, то соответственно расход воздуха через группу секций охлаждения воды равен  расходу воздуха через группу секций  охлаждения масла дизеля. Определим его из выражения

	(51)

Удельная масса (плотность) воздуха перед вентиляторным колесом

	(52)
	(53)

Подача вентилятора

	(54)

Максимальный КПД (h_max = 0,838) при a = 25° достигается при В = 0,25; это соответствует Н = 0,068. Отсюда измеритель подачи

	(55)

Измеритель напора

	(56)

Диаметр вентиляторного колеса определим по следующей формуле

	(57)

Частота вращения вентиляторного колеса определим по формуле

	(58)

Мощность, потребляемая вентилятором холодильника

	(59)

3    РАЗМЕЩЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ НА ТЕПЛОВОЗЕ

Компоновку оборудования на проектном тепловозе производится в соответствии с расположением оборудования на тепловозе-образце. Оборудование равномерно распределяется по всему тепловозу, для обеспечения  равномерного распределения массы  по всему тепловозу.

Компоновка оборудования проектного тепловоза выполняется на форматеА1.
             4     ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ ВПИСЫВАНИЕ ТЕПЛОВОЗА В КРИВОЙ

УЧАСТОК ПУТИ

Геометрическое вписывание заключается в вычерчивании экипажа в кривой с таким искажением, при котором боковые зазоры между гребнями бандажей и головками рельсов, а также отклонение базы экипажа от рельсовых кривых представлены в натуральную величину или в масштабе, по которому можно достаточно точно определить их величину.

Радиус наружного рельса для построения, м

(60)

где Rг –	минимальный радиус кривого участка пути, Rг=115 м;
n –	коэффициент искажения, n = 10;
m –	масштаб, m = 5.

Радиус внутреннего рельса, м

(61)

где   2s –	зазор между внешними гранями гребней бандажей и внутренними гранями головки рельса, 2s = 14 мм;
D –	уширения колеи в кривом участке пути, согласно ПТЭ при Rг < 300 м, D = 15 мм.

Величина искажения базы тепловоза и тележки

		(62)
где L –	база тепловоза, L = 12800 мм (для М62);
В –	база тележки, В = 4200 мм.

Построение геометрического вписывания отображено на рисунке 6.

Действительный угол поворота тележки

(63)

где ai –

угол, измеренный на чертеже( рисунок 6).

Полученные углы превышают допустимые значения, т.к. α₂ больше 3°. Вписывание тепловоза в кривую заданного радиуса не обеспечивается