Проектировка магистрального 2-х секционного тепловоза с электропередачей переменно-постоянного тока

1.ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЕКТИРУЕМОГО ТЕПЛОВОЗА.

    Тепловоз-магистральный,2-х секционный, мощностью 2 х2250 кВт                 (2 х3000л.с.), с электропередачей переменно-постоянного тока. На тепловозе применяю 16-и цилиндровый 4-х тактный дизель с синхронным тяговым генератором. Выпрямительная установка выполнена на кремниевых лавинных вентилях (диодах).

    Охлаждающее устройство тепловоза шахтного исполнения с гидростатическим приводом 2-х вентиляторов посредством аксиальных гидронасосов и моторов. Масло дизеля охлаждается водой в водомасляном теплообменнике, а наддувочный воздух-в водо-воздушном охладителе.

    Воздух, подаваемый на охлаждение электрических машин и аппаратов, очищается в сетчатых фильтрах, установленных в крыше тепловоза.

    Вал тормозного компрессора имеет привод от электродвигателя постоянного тока, питаемого от стартер генератора.

     На тепловозе предусмотрена возможность установки электродинамического тормоза.

    Кузов тепловоза закрытого типа с несущей рамой.

    Тележки бесчелюстные, с индивидуальным рессорным подвешиванием и односторонней установкой тяговых электродвигателей.

    Тяговый привод опорно-осевой с упругим зубчатым колесом.

1.1.Определение статической нагрузки от колесной пары на рельс:

    Для грузовых тепловозов принято задавать нагрузки от колесной пары на рельс в пределах от 206 до 245 кН т. е:

2П=206-245, кН;

Принимаю:2П=230 кН.

1.2.Выбор диаметра колеса и проверка его по статической нагрузке:

Дк>2П/2Р, мм;

      Р-удельная нагрузка на рельс в месте контакта, Н/кН;

   Для грузовых тепловозов удельная нагрузка лежит в пределах от 100 до 120 Н/мм т. е:

Р=100-120, Н/мм;

Принимаю: Р=110 Н/мм;

                                                 Дк>230000/2 110=1045 мм;

Наиболее близким по значению является диаметр Дк=1050 мм. Условие Дк>2П/2Р-выполняется-1050мм>1045мм.

Принимаю: Дк=1050 мм.

1.3.Служебная  масса локомотива:

Мсл=Муд  Ne, кг;

Мсл=62,2 2250=140000 кг(1-а секция);

Мсл=140000 2=280000 кг(2-е секции).

 Служебная масса тепловозов находится в интервале 120-150 т;

Принимаю: Мсл=140 т(140000 кг-1-а секция,280000 кг-2-е секции -280 т);

1.4.Определение удельной массы локомотива:

Муд=Мсл/Ne,кг/кВт;

       Мсл-служебная масса локомотива, кг;Ne-эффективная мощность тепловоза, кВт;

  Мсл=140000 кг;Ne=2250 кВт;

Муд=140000/2250=62,2 кг/кВт(1-а секция);

Муд=62,2 2=124,4 кг/кВт(2-е секции).

1.5.Определение удельного веса локомотива:

Руд=Мсл g/1000 Ne,кН/кВт;

Руд=Муд g/1000,кН/кВт;

g-ускорение свободного падения,м/с²;g=9.81 м/с²; 1000-переводной коэффициент;

Руд=140000 9,81/1000 2250=0,61 кН/кВт(1-а секция);

Руд=62,2 9,81/1000=0,61 кН/кВт(1-а секция).

Руд=0,61 2=1,22 кН/кВт(2-е секции).

1.6.Служебный вес локомотива:

Рсл=Муд  Ne,кН; Рсл=Мсл g ,кН;

Рсл=0,61 2250=1374 кН; Рсл=140000 9,81=1374 кН(1-а секция);

Рсл=1374 2=2748 кН(2-е секции).

1.7.Число осей локомотива:

Nос=Рсл/2П, шт.

N=1374/230=5,97=6 осей (1-а секция);

N=6 2=12 осей (2-е секции).

1.8.Чило секций тепловоза:

    В данной курсовом проекте принимается число секций тепловоза равный 2.

1.9.Осевая формула тепловоза:

2 (3о-3о).

1.10.Длинна тепловоза:

а)По осям автосцепок: L = Ne (14-0,0025 Ne)/1000, м;

б)Секции: Lск=Ne  l уд/1000, м;

в) Удельная длинна: l уд= L/ Ne, мм/кВт;

в) База тепловоза: Lo=(0.5-0.55) Lск, м;

Для 1-ой секции тепловоза:

L =2250(14-0,0025 2250)/1000=18,845 м;

Lск=2250 8,375/1000=18,845 м;

L уд=18845/2250=8,375 мм/кВт;

Lo=18,845 0,5=9,42 м.

Для 2-х секций:

L =18,845 2=37,69 м;

Lск=18,845 2=37,69 м;

L уд=8,375 2=16,75 мм/кВт;

Lo=9,42 2=18,84 м.

1.11.Габарит: 1-Т.

1.12.Сцепной вес тепловоза:

Рсц> Fk/ Ψсц ηсц, кН;

ηсц-КПД контакта типа «Колесо-рельс»;ηсц=0,78-0,88;(0,88);

 Ψсц-коэффициент сцепления;

Ψсц=0,118+5/27,5+Vp;

Ψсц=0,118+5/27,5+25=0,213;

Рсц=Nсекц 2П  Nос, кН;

Рсц= 1 230  6=1380 кН (1-а секция);

Рсц=2 1380=2760 кН (2-е секции);

2760>472/0,213 0,88;2760<2518;

       Условие Рсц> Fk/ Ψсц ηсц-выполняется-2760кН>2518кН.

 1.13.Расчетная скорость тепловоза:

       Для грузовых тепловозов расчетные скорости лежат в интервале от24,5 км/ч до 27 км/ч;

   Принимаю: Vp=25 км/ч.

1.14.Расчетная сила тяги:

Fk< Рсц Ψсц hсц,кН;

Fk=3,6 Nk/Vp=3.6 Ne  φп/Vp,кН;

Nk-касательная мощность тепловоза,кВт;Ne-эффективная мощностьтепловоза,кВт;Vp-расчетная скорость тепловоза,км/ч;φп-коэффициент использования мощности дизеля для тяги;

φп=ηтг ηву ηтэд ηзп (1-ΣNвсп/Nе)=ηтг ηву ηтэд ηзпβ;

β – коэффициент расхода на вспомогательные нужды;

φп – в пределах 0,7-0,75; β –в пределах 0,88-0,92;

ηтг, ηву, ηтэд, ηзп-КПД тягового генератора, выпрямительной установки, тягового электродвигателя, осевого зубчатого редуктора (передачи);

φп=0,95 0,97 0,9 0,985 0,89=0,73;

Fk=3,6 2250 0,73/25=236 кН(1-а секция);

Fk=2 236=472 кН(2-е секции);

472<2760 0,213 0,88;472<517;

       Условие Fk< Рсц Ψсц hсц - выполняется-472кН<517кН.

1.15.Касательная мощность тепловоза (2-е секции):

Nk=Fk Vp/3,6,кН;

Nk=472 25/3,6=3278 кВт;

1.16.Коэффициент тяги (2-е секции):

Ψт= Fk/ Рсц;

Ψт=472/2760=0,17.

1.17.Удельная сила тяги на расчетном режиме (2-е секции):

fуд= Fk/ Ne,Н/кВт;

fуд=472/2250 2=0,104 Н/кВт.

1.18.Диапазон экономичной работы тепловоза по внешней характеристике:

δ=Vk/Vpac;

δ=120/25=4,8.

1.19.Коэффициент полезного действия КПД тепловоза (1-а секция):

ηт= Nk/Qт= Neφп/Вч Hu/3600=Ne φп/(ge/ Ne)/3600 Hu=(3600/geHu) φп;

Nk= Neφп, кВт;

Hu=42500; ge=0,208;

Nk=2250 2 0,73=3270 кВт;

ηт=(3600/0,208  42500) 0,73=0,297.

Получен реальный КПД тепловоза ηт=0,297 или 29,7%.

 

2.ДИЗЕЛЬ –ГЕНЕРАТОР 1А-9ДГ ПРОЕКТИРУЕМОГО ТЕПЛОВОЗА.

Основные технические характеристики.

Дизель V-образный с газотурбинным наддувом, охлаждением наддувочного воздуха и клапанным распределением.16 –и цилиндровый мощностью 2250кВт и частотой вращения 1000об/мин. Блок цилиндров сварно-литой стальной, укреплен на общей с генератором поддизельной раме, установленной на резиновых амортизаторах. Коленчатый вал стальной с противовесами, силиконовым демпфером и маятниковым антивибратором. Шатуны из легированной стали прицепного типа. Прицепной шатун прикреплен болтами к пальцу, установленному в подшипниках проушин главного шатуна. В поршневых головках шатунов запрессованы стальные втулки, залитые свинцовистой бронзой. Шатунные и коренные подшипники стальные тонкостенные с заливкой бронзой и приработочным покрытием. Поршни составные (головка из жаропрочной стали, тронк из алюминиевого сплава), имеют 3-и компрессионных хромированных кольца и 2-а маслосъемных кольца. Крышки цилиндров, охлаждаемые водой, из высокопрочного чугуна, имеют седла клапанов из жаропрочной стали. Выпускные и впускные клапаны имеют азотированные стержни и упрочняющую наплавку фасок. Втулки цилиндров чугунные, с водяной рубашкой. Выпускные коллекторы имеют водяное охлаждение.

1.  Завод-Коломенский тепловозостроительный.

2.  Дизель-1А-5Д49(тип Д 49).

3.  ГОСТ4393-82-16ЧН26/26.

4.  Тепловоз-2ТЭ116.

5.  Число цилиндров-16.

6.  Расположение цилиндров-V-образное.

7.  Мощность-2250кВт (л.с).

8.  Давление наддувочного воздуха-0,235 МПа.

9.  Турбокомпрессор-6ТК.

10.  Частота вращения коленчатого вала-max1000об/мин,min350об/мин.

11.  Диаметр цилиндра-260 мм.

12.  Ход поршня-260 мм.

13.  Объем цилиндров-220,8 л.

14.  Литровая мощность-13,3 кВт/л.