Расчёт и построение тяговой и экономической характеристик тепловоза

Содержание

 

Введение..................................................................................................4

1. Выбор основного и  вспомогательного оборудования  для тепловоза    ТЭМ7....….......................................................................................... .5

2. Разработка компоновочной схемы тепловоза………………....... 6

3. Расчёт охлаждающего устройства тепловоза ……………….…... 10

3.1. Разработка расчетной схемы охлаждения........................... 10

3.2. Расчет оптимальной поверхности охлаждения...................11

3.3 Расчёт параметров водомасляного теплообменника...........18

3.4. Расчет параметров вентилятора ...........................................18

4. Расчёт и построение тяговой и экономической характеристик  тепловоза.…………...........................................................................23

4.1.Расчет касательной мощности тепловоза и передаточного

числа тягового редуктора.............................................................23

4.2. Расчет электротяговых характеристик колесно-моторного                         блока...............................................................................................24

4.3. Расчет и построение тяговой характеристики тепловоза.. 27

4.4.Расчет и построение  экономических характеристик 

тепловоза........................................................................................31

Заключение…………………………………………………………….34

Список литературы……………………………………………………35

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

ТЭМ7 — маневровый тепловоз с электрической передачей переменно-постоянного тока, с осевой формулой 20+20−20+20. До недавнего времени самый мощный маневровый тепловоз, эксплуатирующийся на железных дорогах стран постсоветского пространства.

В 1973 году на Людиновском тепловозостроительном заводе был разработан проект маневрового восьмиосного однокузовного тепловоза с дизелем мощностью 2000 л.с. Тепловоз предназначался для вывозной и маневровой работы на станциях с составами, вес которых требует локомотивов с тяговым усилием на 40-50 % выше, чем у шестиосных маневровых тепловозов, таких как ТЭМ1 и ТЭМ2. В 1975 году завод изготовил первые два тепловоза серии ТЭМ7. На ТЭМ7, впервые на маневровых тепловозах, использована электрическая передача переменно-постоянного тока. На тепловозе уложен балласт в виде чугунных плит общей массой 25 т, из которых 12 т съёмные; следовательно, возможно снижение нагрузки от колёсной пары на рельсы с соответствующими изменениями номинальных значений силы тяги длительного режима и скорости. После 1975 года Людиновский тепловозостроительный завод продолжал изготовление тепловозов ТЭМ7 по нескольку единиц в год. В период 1977 — 1980 гг. был проведён комплекс исследований и поездных испытаний тепловозов ТЭМ7, которые позволили несколько улучшить конструкцию экипажной части. Основные эксплуатационные испытания тепловозов проводились на Свердловской железной дороге. В депо Свердловск-Сортировочный поступили к 1981 году шесть тепловозов ТЭМ7, а в 1982 году все ранее работавшие на манёврах тепловозы ТЭ3 были заменены на ТЭМ7. В мае 1980 года Людиновский завод начал выпуск установочной партии тепловозов ТЭМ7 и продолжал их серийное производство до 1989 года.

 

 

1ВЫБОР ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО  ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ТЕПЛОВОЗА ТЭМ7

Оборудование	Тип	Мощность, кВт	Тип привода
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)	2-2Д49	1470	–
Тяговая передача	Переменно–постоянного тока	–	–
Тяговый генератор (ТГ)	ГС-515У2	1310	–
Тяговый двигатель (ТЭД)	ЭД120А	135	–
Вентилятор охлаждения ТЭД	Используется ЦВС	70	Механический,от вала отбора мощности ТГ
Вентилятор охлаждения ТГ	Используется ЦВС	70	Механический, от вала отбора мощности ТГ
Водяная система	Закрытого типа ,с избыточным давлением	–	–
Вентилятор охлаждающего устройства	Осевой, типа УК-2М, один	Согласно расчету	Механический с гидромуфтой
Водомасляный теплообменник	Вода – внутри, масло – снаружи	–	–
Радиаторы	Стандартные и укороченные	–	–
Компрессор	ПК - 5,25	35	–
Кузов	Капотный, с несущей рамой	–	–
Тележка	4-осная, бесчелюстная с поводковыми роликовыми  буксами	–	–
Колесная пара	Бандажная, диаметром 1050 мм	–	–
Нагрузка от колеса на рельс	–	220 кН	–

 

 

 

 

2.РАЗРАБОТКА КОМПОНОВОЧНОЙ  СХЕМЫ ТЕПЛОВОЗА

Силовая установка и вспомогательное оборудование тепловоза смонтированы на главной раме. В качестве силовой установки на тепловозе применен дизель-генератор 2-26ДГ , состоящий из дизеля 2-2Д49 и синхронного тягового генератора ГС-515, установленных на общей раме и соединенных пластинчатой муфтой. Для пуска дизеля применен стартер-генератор 25 типа 2ПСГ-02 при работе его в режиме электродвигателя постоянного тока с питанием от аккумуляторной батареи.

Дизель имеет двухконтурную систему охлаждения. В первом контуре, имеющем 11 секций, охлаждается вода дизеля; во втором, имеющем 19 секций,— вода, охлаждающая масло дизеля в теплообменниках и наддувочный воздух в воздухоохладителе. Все секции с оптимальным пластинчатым оребрением (шаг охлаждающих пластин 2,3 мм). Для создания потока воздуха через охлаждающие секции применено шестилопастное вентиляторное колесо типа ЦАГИ серии УК-2М диаметром 1600 мм . Привод его осуществляется от вала дополнительного отбора мощности дизеля через редуктор переменного наполнения.

Забор воздуха для дизеля осуществляется снаружи тепловоза или из машинного помещения через четыре блока унифицированных воздухоочистителей 5 типа УТВ конструкции ВНИТИ, обеспечивающих эффективную очистку от пыли (98,3—98,5 %). Отработавшие газы дизеля выбрасываются в атмосферу через выпускную систему 6 эжекционного типа, обеспечивающую одновременно вентиляцию машинного помещения. Мощность дизель-генератора регулируется автоматически объединенным регулятором мощности.

 

 

 

Тяговый генератор ГС-515 представляет собой 12-полюсную синхронную электромашину переменного тока с обмоткой статора в виде двух трехфазных звезд, сдвинутых на 30°.

Маневрово-вывозной тепловоз ТЭМ7 имеет электрическую передачу переменно-постоянного тока, которая обеспечивает к. п. д. на 1,5—2 % выше, чем передача постоянного тока..

Управление возбуждением тяговых электродвигателей (ослабление поля) автоматическое и осуществляется в зависимости от скорости движения локомотива и силы тяги. Для регулирования магнитного поля тяговых электродвигателей предусмотрены две ступени ослабления: 50 и 25 %. Электрическая передача тепловоза совместно с объединенным регулятором дизеля обеспечивает использование полной мощности дизеля до скорости не менее 85 км/ч при конструкционной скорости тепловоза 100 км/ч.

Для охлаждения тяговых электрических машин, выпрямительной установки, управляемого выпрямителя возбуждения и наддува высоковольтной камеры на тепловозе применена система централизованного воздухоснабжения в отличие от устанавливаемых на большинстве существующих тепловозов индивидуальных вентиляторных установок для каждого агрегата или группы агрегатов.

Система централизованного воздухоснабжения состоит из вентиляторной установки  и блока  фильтров, а также воздуховодов в главной раме тепловоза. Вентиляторная установка выполнена на базе осевого напорного вентилятора К-42 по схеме: направляющий аппарат+ вентилятор + спрямляющий аппарат. Осевой вентилятор приводится во вращение от вала тягового генератора через конический редуктор, встроенный в литой корпус вентилятора, являющийся одновременно его проточной частью. Осевой вентилятор засасывает воздух снаружи кузова через открывающиеся жалюзи и блок фильтров и нагнетает его к потребителям по воздуховодам. Блок фильтров включает в себя 32 унифицированные проволочные кассеты с многослойной капроновой набивкой, обеспечивающие высокую степень очистки воздуха от пыли.

Осевой вентилятор с целью экономии затрат мощности на его привод оборудован входным направляющим аппаратом с поворотными лопатками для регулирования количества подаваемого вентилятором охлаждающего воздуха в зимний и летний периоды эксплуатации.

Кузов тепловоза капотного типа, включает в себя кузов аккумуляторного помещения с встроенными бункерами задней песочницы, кабину машиниста 1, кузов высоковольтной камеры, кузов машинного помещения и кузов холодильной камеры  с встроенными бункерами передней песочницы.

Кузова аккумуляторного помещения, высоковольтной и холодильной камер приварены к раме тепловоза, кабина машиниста и кузов машинного помещения — съемные. Последний крепится к раме болтами и имеет съемную крышку для выемки дизель-генератора, а также люки для выемки отдельных узлов дизеля. Вдоль наклонной части крыши расположены жалюзи с установленными против них внутри кузова сетчатыми съемными фильтрами для очистки воздуха, поступающего в машинное помещение.

Кабина машиниста установлена на резинометаллических амортизаторах и отделена резиновыми уплотнениями от других частей кузова, что позволяет обеспечить требуемые нормы уровней вибрации и шума. В кабине машиниста расположен стационарный пульт управления , с которого ведется управление тепловозом и наблюдение за приборами, контролирующими работу силовой установки и электрооборудования. Кроме того, имеется вспомогательный пульт, наличие которого вместе с системой бдительности и сигнализацией местонахождения машиниста в кабине позволяет осуществлять управление тепловозом в одно лицо.

Дверь, соединяющая кабину с высоковольтной камерой , оборудована ограждением, имеющим блокировку, позволяющую входить в высоковольтную камеру только при снятом напряжении тягового генератора.

Два вентилятора, установленные около лобовых окон кабины, служат в зимнее время для предохранения их от запотевания, а в летнее времяиспользуются для вентиляции кабины. Против кресел в пол кабины встроены обогреватели ног машиниста и помощника.

Благодаря меньшему шуму и вибрации условия работы локомотивных бригад в кабине тепловоза ТЭМ7 значительно лучше, чем на тепловозе ТЭМ2.

Главная рама тепловоза через роликовые опоры и винтовые пружины опирается на две четырехосные тележки. Четырехосная тележка состоит из двух двухосных тележек, соединенных между собой промежуточной рамой с помощью маятниковых подвесок и механизма передачи силы тяги. Рама двухосной тележки опирается на бесчелюстные поводковые буксы через пружины первой ступени рессорного подвешивания.

Тяговые двигатели имеют опорно-осевую подвеску. Ведомое зубчатое колесо тягового редуктора—с упругим венцом. Тяговое усилие от двухосных тележек на промежуточную раму передается через специальный механизм передачи силы тяги, а от промежуточной рамы на главную раму тепловоза — через низко опущенный шкворень, жестко закрепленный на главной раме, который является также вертикальной осью вращения четырехосной тележки относительно кузова.

Для лучшего использования веса при трогании с места и движении с низкими скоростями тепловоз оборудован двумя пневматическими до-гружателями, установленными над крайними двухосными тележками и воздействующими на переднюю по ходу движения.

Конструкция ходовой части обеспечивает вписывание тепловоза в кривые радиусом 80 м, а также прохождение неровностей профиля пути, в том числе горба сортировочной горки, без значительного перераспределения нагрузок между осями.

Топливо на тепловозе размещается в баке, расположенном под главной рамой в середине тепловоза.

Тепловоз оборудован радиостанцией, автоматической локомотивной сигнализацией, установкой пожаротушения и другими устройствами, облегчающими эксплуатацию и повышающими безопасность движения.

3  РАСЧЕТ ОХЛАЖДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ТЕПЛОВОЗА

3.1. Разработка расчетной схемы охлаждения

Как известно, количество воды, нужное для охлаждения, зависит от температурного перепада (разность температуры входящей и выходящей из двигателя). Поэтому желательно иметь такую систему охлаждения, в которой всегда обеспечивался бы необходимый расход воды (иметь почти постоянную скорость воды) и сокращалась бы разница температуры между выходом и входом (практически разница в 5—7 °С, а уровень температуры 75—85 °С независимо от нагрузки).

Применение водяных насосов с большой подачей обеспечивает почти постоянную скорость воды на всех режимах. Кроме того, температура охлажденияводы в холодильнике тепловоза регулируется изменением частоты вращения вала вентилятора охлаждающего воздуха (следовательно, количество воздуха), что достигается применением многоступенчатых редукторов. Именно такая система охлаждения используется на дизеле 2-2Д49 тепловоза ТЭМ7— циркуляционная, принудительная, закрытого типа повышенного давления с расширительным баком, исключающим образование воздушных или паровых мешков в трубопроводах.

Рисунок 1. Расчетная схема системы охлаждения тепловоза-образцаТЭМ7

3.2  Расчет оптимальной поверхности охлаждения

Для решения поставленной задачи, необходимо определить количество тепла, отводимого от воды ДВС, QB, масла QМ и наддувочного воздуха  QHB , по общему уравнению, кДЖ/с, 

QB = (aB be Ne QHB) /3600,(1)

       QM = (aM be Ne QHB) /3600,              (2) 

QНВ= (aНВbe Ne QHB)/ 3600                                                           (3)

где Qi - количество тепла отводимое с охлаждающей жидкостью, кДж/с;   ai – доля тепла сгоревшего в ДВС топлива, отводимая в ОУ данным теплоносителем; be – удельный расход топлива ДВС, кг/ кВт ч;  Ne – эффективная мощность ДВС, кВт; QНР – низшая теплота сгорания дизельного топлива, 42500 кДж/ кг.