МПС РФ
Московский Государственный Университет Путей Сообщения
(МИИТ)
Курсовой проект
По дисциплине
«Локомотивы. Общий курс»
Тема:
«Определение основных параметров и компоновка
оборудования автономного локомотива»
Выполнила: студентка группы ТЛТ-241
Е.В. Пыхова
Принял: доцент М.А. Яцков
2005г.
Задание на курсовой проект
Исходные данные:
Род службы локомотива — грузовой
Тип передачи — электрическая
Годовой грузооборот — 50млрд. т. км. брутто
Число пар поездов в сутки — 2n=35
Длина участка обращения — Lуо=400км
Расчетный подъем — iр=10‰
Расчетная скорость — Vр=26км/ч
Произвести выбор основных параметров силовой установки ивспомогательного оборудования локомотива исходя из номенклатуры серийных локомотивов.
Описать взаимосвязь основного и вспомогательногооборудования.
Определить тяговые энергетические параметры локомотива: удельнуюмассу, коэффициент полезного действия, коэффициент полезного использованиямощности для тяги, коэффициент тяги.
Выполнить индивидуальное задание.
Графическая часть (компоновочная система локомотива наформате А1).
Содержание
Введение
I. Выборосновных параметров силовой установки и вспомогательного оборудования локомотива
1.1 Выбор основных параметров силовойустановки
1.2 Технико-экономические параметрытепловоза
II. Краткоеописание конструкции локомотива
2.1 Анализ конструкции локомотива
2.2 Описание конструкции локомотива
2.2.1 Основные технические данныетепловоза 2ТЭ116
2.2.2 Особенности конструкции,компоновка и основная техническая характеристика дизеля 1А-5Д49
2.2.3 Особенности конструкции силовойпередачи
2.2.4 Краткое описание конструкцииэкипажной части
2.2.5 Краткое описание основныхсистем тепловоза.
III.Индивидуальная часть
3.1 Рессорное подвешивание
3.2 Пружинный комплект
3.3 Фрикционный гаситель колебаний
Заключение
Список используемой литературы
Приложение 1
Введение
1956г. Вошел в историю развития транспорта как год началаграндиозной технической реконструкции тяги на железных дорогах Советского Союза.Состоявшийся в феврале 1956г. XX съезд Коммунистическойпартии Советского Союза в директивах по шестому пятилетнему плану развития народногохозяйства СССР на 1956-1960гг. указал: «В целях повышения провознойспособности железных дорог осуществить работы по технической реконструкции тягина железнодорожном транспорте путем широкого внедрения электровозов итепловозов с тем, чтобы уже в 1960г. Было выполнено ими 40-45% всегогрузооборота». Этими же директивами была намечена электрификация в1956-1960гг.8100км железных дорог.
В 1956г. на магистральные дороги поступили последниепаровозы, строительство которых на отечественных заводах продолжалось 110 лет. Сыгрависключительную роль в экономическом развитии страны, справившись с перевозкамив тяжелые годы гражданской и Великой Отечественной войн, выполнив основнуюработу в первое послевоенное десятилетие, паровоз начал быстро уступать все новыеи новые участки более совершенным локомотивам — электровозам и тепловозам.
Замена паровозов электровозами и тепловозами далазначительную экономию топлива, снизила эксплуатационные расходы и увеличилапровозную способность дорог.
Многие участки железных дорог в 1956г. обслуживалисьпаровозами с применением двойной тяги, что вело к росту эксплуатационныхрасходов, усложняло экипировку паровозов и увеличивало количество локомотивныхбригад. Замена же двух паровозов одним мощностью 3500-4000л. с., который приусловии ограничения нагрузки от колесных пар на рельсы до 21-23тс можно быловыполнить только в виде сочлененного локомотива, потребовала бы больших затратна реконструкцию деповских устройств и самих депо. Кроме того, как показалопыт, при достижении размеров движения на двухпутной линии более 50 паргрузовых поездов в сутки, паровая тяга уже не могла обеспечить бесперебойноедвижение поездов, особенно в зимних условиях.
Электрические системы управления электровозами и тепловозамипозволяют соединить несколько секций с сохранением управления ими с одногопоста, что дает возможность реализовать большие мощности без увеличенияколичества локомотивных бригад.
В связи с широкомасштабной электрификацией железных дорог ипереводом многих линий с паровозной на электрическую и дизельную тягу насущнойстала проблема концентрации и роста научно-технических кадров. Министерствоэлектротехнической промышленности — ведущий изготовитель электровозов иМинистерство транспортного машиностроения — ведущий изготовитель тепловозоввыбрали разные пути ее решения. Министерство электротехнической промышленностиорганизовало в 1958г. на Новочеркасском электровозостроительном заводеНаучно-исследовательский институт электровозостроения (ЭлНИИ), который в 1964г.был преобразован во Всесоюзный научно-исследовательский ипроектно-конструкторский институт электровозостроения. С 1973г. этот институтстал технологическим и получил полное наименование Всесоюзныйнаучно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институтэлектровозостроения (сокращенно ВЭлНИИ). С самого начала создания институтаэлектровозостроения в него были включены проектно-конструкторскиеподразделения, имевшиеся в то время у Новочеркасского электровозостроительногозавода.
Министерство транспортного машиностроения при созданиисвоего Всесоюзного научно-исследовательского тепловозного института (ВНИТИ) вКоломне не образовало в нем подразделений, занимающихся проектированием новыхлокомотивов. Главные конструкторы тепловозов со своими подразделениямиоставались на тепловозостроительных заводах, что позволило исключить длительную«притирку» между научно-исследовательским институтом изаводами-изготовителями, долгое время происходившую между НЭВЗом и ЭлНИИ.
В 1956 г. Ворошиловградский и Коломенский заводы прекратиливыпуск паровозов, и перешли на строительство магистральных тепловозов серии ТЭ3.Министерство транспортного машиностроения приняло решение о широкой кооперациипри постройке тепловозов серии ТЭ3 между Харьковским, Ворошиловградским иКоломенским заводами. Харьковскому заводу транспортного машиностроения иКоломенскому тепловозостроительному заводу было поручено изготовление дизелей,Ворошиловградскому — кузовов и тележек. Сборка тепловозов была организована навсех трех заводах, но затем весь выпуск тепловозов серии ТЭ3 был сосредоточенна Ворошоловградском (в 1858-1970гг. — Луганском) тепловозостроительном заводе.
Муромский завод построил первые маневровые (промышленные) тепловозыв конце 1956 г., а в 1957 г. полностью перешел на выпуск тепловозов.
Завершив выпуск паровозов в 1950 г., Брянскиймашиностроительный завод вновь приступил к постройке локомотивов в 1958 г. Назаводе началось изготовление маневровых тепловозов серии ТЭМ1 с дизелями Пензенскогои электрооборудованием Харьковского завода тепловозного электрооборудования. Последнийв дальнейшем получил наименование завод «Электротяжмаш».
Одновременно с увеличением протяженности линий магистральныхжелезных дорог, переводимых на тепловозную тягу, росло и количество магистральныхтепловозов с электрической передачей. В нашей стране их строили три завода: Харьковскийзавод транспортного машиностроения им.В.А. Малышева, Коломенскийтепловозостроительный завод им.В. В. Куйбышева и Ворошиловградский (в 1958-1970гг. — Луганский) тепловозостроительный завод им. Октябрьской революции. Поступлениес зарубежных заводов, кроме одного локомотива, не было.
В этот период росли не только количественные, но икачественные показатели производства тепловозов с электрической передачей. Секционнаямощность локомотивов увеличилась в два раза: с 2000 л. с. (тепловоз серии ТЭ3) до4000 л. с. (тепловоз серии ТЭП70). В начале 70-х годов был освоен выпусктепловозов серии 2ТЭ116, у которых вместо электрической передачи постоянноготока была применена передача переменно-постоянного тока с более легким инадежным синхронным тяговым генератором. В конце 50-х и начале 60-х гг. первыепассажирские тепловозы с электрической передачей (серий ТЭ7, ТЭП10, ТЭП10Л) создавалисьна базе грузовых тепловозов путем их соответствующей доработки: уменьшенияпередаточного числа тяговых редукторов, применение электропневматическихтормозов и т.д. Позднее для вождения пассажирских поездов стали применятьсяспециально спроектированные тепловозы (серий ТЭП60, 2ТЭП60, ИЭП70) с опорнымрамным подвешиванием тяговых электродвигателей вместо опорно-осевого и рядомдругих существенных отличий от грузовых локомотивов.
Имея возможность совершать без пополнения запаса топливапробег более 1000 км, тепловозы с конца 50-х г., как электровозы, стали во многихместах следовать с поездами без отцепки на значительные расстояния. Тяговыеплечи локомотивов трансформировались в участке их обращения, а при значительнойразветвленности последних — в зоны или полигоны работы с поездами. Особенно этоотносилось к пассажирскому движению.
Среди самых больших участков обращения пассажирскихтепловозов на сети отечественных железных дорог можно выделить следующее: Можайск- Калининград через Витебск, Даугавплс (1314 км; тепловозы депо Смоленск,Витебск); Тобол — Кулунда (1240 км; тепловозы депо Ерментау); Ленинград — Здолбунов (1229 км; тепловозы депо Ленинград — Варшавский); Ленинград — Кандалакша (1172 км; тепловозы депо Кандалакша).
К середине 70-х г. большинство участком, зоны полигономработы как пассажирских, так и грузовых тепловозов с электрической передачейсократилось по своей длине и совсем исчезло в связи с электрификацией железныхдорог.
Отсутствие у тепловозов необходимости пополнять запасы водыобусловило первоочередность перевода на тепловозную тягу не электрифицированныхлиний, расположенных в безводных районах и там, где водоснабжение затруднено. Поэтомув начале 60-х г. тепловозы заменили паровозную тягу на главных направленияхстепных районов Украины, России, Казахстана и Сибири, а также в Средней Азии.
/>I. Выбор основныхпараметров силовой установки и вспомогательного оборудования локомотива1.1 Выбор основных параметров силовой установки
Касательная сила тяги определяется из условия равномерногодвижения поезда с расчетной скоростью (Vр) нарасчетном подъеме (iр), когда имеет месторавенство сил полного сопротивления движению поезда (Wк)и касательной силы тяги локомотива (Fк):
/>
Fк = Wк= P (ωо’ + iр)+Q (ωо” + iр)(н) (1.1)
где ωо’ и ωо” — основноеудельное сопротивление движению локомотива и вагонов, н/кН;
Q и P — вес состава и локомотива, кН.
Для принципиальных расчетов, предусмотренных в курсовойработе, значения ωо’и ωо” можно заменитьопределенной величиной ωо ≈ωо’≈ωо”, находящееся в пределах 1,2 — 1,4 н/кН, тогда
Fк = Wк= (P +Q). (ωо +iр) (н) (1.2)
Величина P принимаетсяпредварительно, исходя из средней нагрузки на ось 23т/ось, примем массулокомотива m=130 тонн, тогда
/>Н
Масса состава mгргрузового поезда определяется по исходным данным из уравнения:
/> (т) (1.3)
где Г — годовой грузооборот в обоих направлениях, т. км. бр,Г/>т. км. бр; 2nгр — число пар грузовых поездов в сутки, 2nгр=35; Lyo — длина участка обращения локомотивов, т, Lyo=400т.
/>т
Вес грузового поезда определяется из формулы:
/> (Н) (1.4) />Н;
тогда касательная сила тяги по формуле (1.1):
/>кН
Рассчитываем касательную мощность локомотива из формулы:
/> (кВт), (1.5)
где Fк имеет размерностькН, тогда
/>кВт
Эффективная мощность силовых установок тепловозаопределяется из формулы:
/>, (1.6) или
/> (1.7)
где φмощн — коэффициент полезногоиспользования мощности для тяги, для тепловозов с электрической передачейφмощн =0,7-0,85;
ηтг — коэффициент полезного действиятягового генератора ηтг =0,94-0,96
ηву — коэффициент полезного действиявыпрямительной установки ηву =0,99
ηтэд — коэффициент полезного действиятяговых электродвигателей ηтэд =0,91-0,92
ηзп — коэффициент полезного действия тяговойзубчатой передачи ηзп =0,96-0,98
βвсп — коэффициент отбора мощности отсиловой установки на вспомогательные нужды βвсп =0,92-0,85
/>кВт
Выбираем тепловоз серии 2ТЭ116, Nе=2250кВт.
Число секций локомотива подсчитывается по формуле:
/> (1.8)
где /> – мощность однойсекции серийного локомотива.
/>= 11340/ 2250 =5,04 секций
Принимаем 6 секций. Так как округление количества секцийпроизошло в большую сторону, то возникает запас по силе тяги локомотива, а следовательно,появляется возможность увеличить первоначальный заданный вес состава, определивего расчетное значение по следующей формуле:
/> (1.9)
где /> – уточненноерасчетное значение веса состава, кН;
/> – расчетная силатяги выбранного локомотива (при расчетной скорости />),Н;
/>,/> – основные удельныесопротивления движению соответственно локомотива и вагонов при скоростидвижения />, н/кН.
/>/>т1.2 Технико-экономические параметры тепловоза
Значение коэффициента, учитывающего расход мощности напривод вспомогательных агрегатов тепловоза:
/> (1.10)
где /> – расходмощности на привод вспомогательных агрегатов
/>
Значение коэффициента полезного использования мощностидизеля на тяги:
/> (1.11) />
К.П.Д. тепловоза при номинальном режиме работы дизеля:
/> (1.12)
где /> – удельныйрасход топлива кг/кВт; /> – теплотасгорания топлива, />= 42500кДж/кг
/> (1.13)
/>
/>
Значение удельной силы тяги локомотива:
/> (Н/кВт) (1.14)
/>Н/кВт
Значение удельной массы: />
/> (кг/кВт) (1.15)
где /> – служебнаямасса
/>кг/кВт
Коэффициент тяги:
/> (1.16)
/>
II. Краткое описаниеконструкции локомотива2.1 Анализ конструкции локомотива
Локомотив, как сложная техническая система состоит изсовокупности подсистем и элементов, которые взаимосвязаны между собой ивыполняют заданные функции, направленные на достижение определенной цели — созданиеуправляемой силы тяги.
Подсистема локомотива могут быть скомпонованы и рассмотреныпо иерархическому принципу. Например, подсистемами первого уровня являются наиболеекрупные агрегаты, узлы и их совокупности, такие как: силовая установка, экипаж,передача, вспомогательное оборудование. Каждая из подсистем первого уровня всвою очередь состоит из менее масштабных и сложных подсистем второго уровня. Такэкипаж образован следующими подсистемами второго уровня: кабины машиниста,главной рамы с кузовом и тележками. Передача тепловоза включает в себяподсистемы второго уровня, такие как тяговый генератор и тяговыеэлектродвигатели. Подсистемами третьего уровня, например для тележки, могутбыть рамы тележки, опорно-возвращающие устройства, устройства передачи силытяги, тяговые электродвигатели, колесные пары и передаточные механизмы,обеспечивающие связь тяговых электродвигателей с колесными парами, а такжетормозное оборудование.
Анализируя устройство технических систем, можнорассматривать их до уровня элементов — деталей, изготовленных из однойзаготовки. Например, элементами подсистемы третьего порядка колесной парытепловоза типа 2ТЭ116 являются: ось, колесный центр, бандаж, стопорные кольца изубчатое колесо тяговой передачи.
Между подсистемами и элементами локомотива имеются определенныесвязи (отношения), которые с закономерной необходимостью определяютфункциональные свойства (качество) системы (локомотива) в целом. Например, связиподсистем и элементов передачи определяют такие функциональные качествалокомотива, как сила тяги, скорость, движение, К.П.Д. Связи подсистем иэлементов экипажа определяют динамические, тяговые и ходовые свойствалокомотива (Рис.1).
При анализе устройства и принципов функционированиялокомотива, принимая во внимание вышеизложенные соображения, прежде всего необходимосоставить его упрощенную структурно-функциональную схему. Затем следуетвыделить подсистемы первого, второго и третьего уровней локомотива. Описатьпринципы и особенности устройства подсистем; приводя их основные техническиехарактеристики. Следующим этапом анализа локомотива должно быть описаниефункциональных связей подсистем. При этом должно быть составлено общее описаниеработы как отдельных подсистем, так и технической системы локомотива в целом. Здесьнеобходимо объяснить смысл и физические принципы преобразования энергии впередаче. Показать принципы управления локомотивом, как человеко-машиннойсистемы, отметив также, каким образом при различных штатных ситуациях (троганье,разгон, выбег, торможение) реализуется управляющее воздействие машиниста наподсистемы локомотива. Проанализировать взаимодействие подсистем экипажа придвижении локомотива по прямым и кривым участкам ж. д. пути, пояснив при этомпринципы устройства и работы подсистем, относящихся к ходовой части локомотива.