Курсовая работа (т): Расчет основных параметров систем обеспечения тепловоза

Расчет основных параметров систем обеспечения тепловоза

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Улан-Удэнский институт железнодорожного транспорта

Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

"Иркутский государственный университет путей сообщения"

(ФГБОУ ВПОУУИЖТ ИрГУПС)

Факультет "Высшего профессионального образования"

Кафедра "Подвижной состав"

Курсовая работа

КР. 524310.190301.65.043-2014.ПЗ

Расчет основных параметров систем обеспечения тепловоза

Руководитель работы: Ю.В. Федоров

Исполнитель: А.В. Медведева

Улан - Удэ 2014

Задание

Студент: Медведева А.В. Группа: ПСЖ 1-11-2 Вариант: 043

ДАНО:

.     Эффективная мощность ДВС: N_e = 1400 кВт;

2.      Допустимая статистическая нагрузка на рельсы: 2П = 230 кН;

.        Диаметр колёс: D_к = 1,05 м;

.        Конструкционная скорость: v_к = 100 км/ч;

.        Расчётная скорость: v_р = 22 км/ч.

.        Тепловоз-образец: 2ТЭ 3

НЕОБХОДИМО рассчитать или выбрать:

.     Основное и вспомогательное оборудование проектируемого тепловоза;

.     Компоновочная схема проектируемого тепловоза

3.      Расчет охлаждающих устройств.

.        Расчет и построение тяговой и экономических характеристик тепловоза.

Дата выдачи задания: 15.02.2014

Срок сдачи курсовой работы: 22.05.2014

Задание выдал: Федоров Ю.В.

Задание получил: Медведева А.В.

Зав. кафедрой: Федоров Ю.В.

Содержание

Введение

. Выбор основного и вспомогательного оборудования для тепловоза 2ТЭ 3

. Разработка компоновочной схемы тепловоза

. Расчет охлаждающего устройства тепловоза

.1 Разработка расчетной схемы охлаждения

.2 Расчет оптимальной поверхности охлаждения

.3 Расчет параметров вентилятора

. Расчет и построение тяговой и экономических характеристик тепловоза

.1 Расчет касательной мощности тепловоза и передаточного числа тягового редуктора

.2 Расчет электротяговых характеристик колесно-моторного блока

.3 Расчет и построение тяговой характеристики тепловоза

.4 Расчет и построение экономических характеристик тепловоза

Список литературы

Введение

В 1905 г. инженер Н.Г. Кузнецов и полковник А.Н. Одинцов разработали проект автономного электровоза (тепловоза с электрической передачей). Это был первый в мире проект современного тепловоза.

В 1909 г. инженер Ю.В. Ломоносов, работавший начальником паровозной службы на Ташкентской железной дороге, создал проект тепловоза непосредственного действия с групповым приводом колес.

В 1912 г. профессор МВТУ В.И. Гринивецкий разработал требования к транспортному ДВС, который был построен на Путиловском заводе в г. Петербурге.

В 1912 г. студент МВТУ А.Н. Шелест под руководством профессора Гринивецкого во время работы над дипломом разработал проект тепловоза с газовой передачей.

В 1913 г. инженер А.И. Липец совместно с Ю.В. Ломоносовым разработал проект тепловоза, на строительство которого правительство России выделило средства. Однако начало Первой Мировой войны сорвало осуществление данного проекта. Процесс создания тепловозов в России можно разделить на три этапа.

Первый этап (1924-1937 гг.).

Советом Труда и обороны Советской России 4 января 1922 г. было принято решение о постройке тепловозов. Один строится в Петрограде под руководством проф. Гаккеля, другой - по отечественному проекту под руководством проф. Ю.В. Ломоносова в Германии, в счет поставки в нашу страну 1200 паровозов. В ноябре 1924 г. вышли на испытания два магистральных тепловоза: Юэ 001 (конструктор Ломоносов), Юэ 002 (конструктор Гаккель). Позже они были переименованы: первый стал называться Ээл 2, второй - Щэл 1.

За рубежом первый тепловоз был создан в Германии в 1912 г. на заводе Зульцера. Он имел два ДВС: один - тяговый, другой - вспомогательный. Вспомогательный дизель приводил в действие компрессор, который направлял воздух в цилиндры тягового ДВС.

Тяговый дизель начинал запускаться и одновременно, через непосредственную передачу, приводил в действие колесные пары c помощью системы дышел. Мощность тягового ДВС составляла 1200 лс. Данный тепловоз не имел практического применения, так как наблюдались большие затруднения при запуске ДВС и в поддержании температуры в рабочих пределах (тепловоз не имел охлаждающих устройств).

В 1930 г. в Германии на заводе Эсслинга был построен тепловоз с воздушной передачей мощностью 1000 лс. Дизель-компрессорный агрегат сжимал воздух до 0,7 МПа при температуре 2000 С, который направлялся в боковые цилиндрытепловоза и далее, через систему дышел, к колесным парам. Опытная эксплуатация этих тепловозов показала их полную непригодность для железнодорожных перевозок, поэтому нашу страну называют родиной современных тепловозов. Тепловоз Ээл 2 проработал 30 лет (пробег около 1 млн. км) и был списан в 1954 г. ТепловозЩэл 1 (пробег около 60 тыс. км) по результатам испытаний был списан с эксплуатации в 1927 г., но сохранен и в настоящее время находится на почетной стоянке в депо ст. Ховрино Московской железной дороги.

В 1927 г. построен тепловоз Эмх3 с трехступенчатой механической передачей, включаемой электромагнитными муфтами. В депо ст. Люблино Московской железной дороги создается опытная база по эксплуатации и ремонту тепловозов.

В 1930 г. начато строительство тепловозов на Коломенском заводе. В 1931 г. вышел первый серийный тепловоз серии Э_эл мощностью 1050 лс.

В 1934 г. построен первый двухсекционный тепловоз серииВМ мощностью 2100 лс. Авторами этих тепловозов были инженерыБ.С. Поздняков, А.И. Козявкин, А.А. Кирнарский. За 1930-1937 гг. было создано 34 тепловоза. В 1937 г. строительство тепловозов было прекращено. Причиной этому послужило создание паровоза СОк с конденсацией пара, что позволяло использовать его в маловодных районах страны.

В 1931 г. в депо ст. Ашхабад были собранывсе тепловозыи создано первое тепловозное депо.

Второй этап (1945-1956 гг).

В 1945 г. Из США поступили тепловозы серии Да фирмы Алко (120 шт. приписанык депо Ашхабад), серии Дб фирмы Балдвин (80 шт. приписаны к депо Гудермес).

В 1946 г. создан на Харьковском заводе тепловоз серии ТЭ1 мощностью 1000 лс.

В 1948 г. построен на базе тепловоза ТЭ1 двухсекционного тепловоз ТЭ2 мощностью 2000 лс. Конструктор этого тепловоза инженер А.А. Кирнарский удостоен Государственной премии.

За 1946-50 гг. полигон тепловозной тяги увеличился более чем вдвое и составил 3,1 тыс.км (3% общей длины).

В 1953 г. создан на Харьковском заводе тепловоз ТЭ3 мощностью 4000 лс в двух секциях. Он стал первым тепловозом второго поколения.

В 1955 г. переведено 6,5 тыс. км пути на тепловозную тягу.

Третий этап (с 1956 г. и по настоящее время).

В 1956 г. ХХ съезд КПСС принимает программу коренной реконструкции железнодорожного транспорта, в том числе полной замены паровозов тепловозами и электровозами. За предстоящую пятилетку планировалось построить 2250 магистральных двухсекционных тепловозов. Для чего на тепловозостроение были переведены Коломенский, Луганский и Харьковский заводы. Дизели стали создаваться на Харьковском и Коломенском заводах, электрооборудование - на Харьковском заводе "Электротяжмаш".

В 1958 г. создается на Харьковском заводе тепловоз ТЭ10 мощностью 3000 лс.

В 1960 г. создается пассажирский тепловоз ТЭП10 мощностью 3000 лс с конструкционной скоростью 140 км/ч.

В 1961 г. создается тепловоз 2ТЭ10 мощностью 6000 лс.

В 1961 г. создается на Луганском заводе тепловоз 2ТЭ10Л мощностью 6000 лс, который выпускался до 1975 г.

В 1961 г. создается на Коломенском заводе пассажирский тепловоз ТЭП 60 мощностью 3000 лс с конструкционной скоростью 160 км/ч.

В 1961 г. создается на Луганском заводе первый магистральный тепловоз с гидропередачей ТГ105 мощностью 3000 лс. В 1961-1964 гг. создается на Ленинградском заводе тепловоз ТГ 102 мощностью 2000 лс.

За эти годы было выпущено 200 секций.

С 1956 по 1970 гг. было построено 13500 секций магистральных тепловозов и 5840 магистральных электровозов. С заменой паровозов тепловозами и электровозами сократились затраты на перевозки на 35-40% и повысилась производительность труда в 2,5 раза. За это время участковая скорость возросла в 2 раза, средний вес поезда увеличился на 1000 т и составил 2757 т. Внедрение тепловозов окупалось за 1-3 года. Переход на электрическую и тепловозную тягу только за 8-ю пятилетку (1966-70 гг.) позволил сократить эксплуатационные расходы на 5 млрд. р. и сберечь 150 млн. т условного топлива.

В 1970 г. тепловозы обслуживали 76,2 ткм (62,2% эксплуатационной длины железных дорог СССР), электровозы - 33,9 ткм (25%). С 1970 г. по 1990 г. были созданы тепловозы серий 2ТЭ10В, 2ТЭ116, 4ТЭ10С, ТЭП70, ТЭМ2, ТЭМ7 и других.

1. Выбор основного и вспомогательного оборудования для тепловоза 2ТЭ3

Табл.1.

2. Разработка компоновочной схемы тепловоза

Грузовой тепловоз серии TЭ3 с электрической передачей состоит из двух одинаковых секций, сочлененных между собой автоматической сцепкой СА-3. Каждая секция имеет пост управления. В сочлененном состоянии тепловоз управляется с одного поста, а при движении в обратном направлении используется пост управления второй секции. Между секциями имеется переходная площадка, закрытая брезентовым суфле. Каждая секция однокабинная и управляется со своего поста в случае использования ее в качестве самостоятельного локомотива.

Силовой установкой каждой секции служит дизель-генератор 2Д 100 или 2Д 100А (на модернизированных тепловозах с 1980 г.). Мощность дизелей, установленных на тепловозе, 2940 кВт (4000 л. с). Дизель-генератор представляет собой единый силовой агрегат, состоящий из дизеля и тягового генератора, смонтированных на общей поддизельной раме и соединенных эластичной муфтой. При установке дизель-генератора 2Д 100А на секции тепловоза TЭ 3 подсоединение его к существующим системам производится без конструктивных изменений. Тепловоз оборудован автостопом, радиостанцией и автоматическим тормозом.

Главная рама секции установлена на две трехосные тележки, у которых все оси ведущие. На каждую тележку рама опирается в четырех точках-опорах, имеющих возвращающие устройства. Тележка соединена с рамой вертикальным шкворнем, передающим только горизонтальные усилия и служащим осью поворота тележки. Опоры с возвращающим устройством предназначены для обеспечения спокойного хода тепловоза на прямых участках пути и центральной (относительно основной рамы) установки тележек при выходе из кривой. Передняя и задняя тележки имеют одинаковые конструкции.

Кузов секции тепловоза обтекаемой формы. Он состоит из трех основных частей: кабины машиниста, кузова над дизельным помещением и холодильной камеры. В кабине машиниста расположен пульт, с которого ведется управление тепловозом. В задней стороне к кабине машиниста примыкает камера, в которой установлены электрические аппараты. Для обогрева кабины установлен калорифер. На передней стенке кабины расположены два вентилятора (антиобледенители), которые в зимнее время направляют поток теплого воздуха на оконные стекла, не давая им замерзнуть.

Тяговый генератор восьмиполюсный с самовентиляцией и независимым возбуждением от возбудителя, обладает мощностью 1350 кВт. Генератор имеет пусковую обмотку для возможности использования его в качестве электродвигателя при пуске дизеля. Электрический ток по силовым кабелям от тягового генератора передается шести тяговым электродвигателям, смонтированным на тележках. Валы якорей приводят в движение колесные пары посредством зубчатой передачи. Электродвигатели соединены в три параллельные группы, по два последовательно в каждой. В электрической схеме предусмотрены две ступени ослабления возбуждения тяговых электродвигателей. Переход на ослабленное возбуждение и обратно автоматический.

Предусмотрено устройство для забора воздуха на охлаждение генератора через окна в боковых стенках кузова, имеющие жалюзи, и фильтры с гофрированной сеткой, причем можно забирать воздух и из машинного помещения. После охлаждения генератора воздух проходит по патрубку под раму тепловоза и выбрасывается наружу. Мощность для привода вентилятора охлаждения тяговых электродвигателей передней тележки, двухмашинного агрегата и тахогенераторов отбирается от хвостовика якоря тягового генератора. Через две муфты с резиновыми втулками и шлицевой карданный вал приводится во вращение ведущий вал переднего редуктора, от которого через шестерни вращение передается на два ведомых вала. Один из них через две муфты и карданный вал соединен с двухмашинным агрегатом, другой также через две муфты с резиновыми втулками и карданный вал - с валом вентилятора охлаждения тяговых электродвигателей. Карданные валы состоят из двух частей, связанных между собой подвижным шлицевым соединением, закрытым брезентовым чехлом. Тахогенераторы получают вращение от ведомого вала переднего редуктора через клиноременную передачу. Один тахогенератор предусмотрен для ограничения максимального тока, а другой - для автоматического регулирования мощности. Двухмашинный агрегат состоит из двух машин: возбудителя и вспомогательного генератора, сидящих на одном валу, имеющем частоту вращения 1800 об/мин при номинальной частоте вращения коленчатого вала 850 об/мин. Он расположен в кабине машиниста под полом.

При пуске дизеля тяговый генератор работает в режиме электродвигателя, получая питание от свинцово-кислотной аккумуляторной батареи типа 32T450, расположенной под, полом в средней части дизельного помещения с правой и левой стороны дизеля в ящиках. От батареи питается цепь освещения тепловоза на стоянках.

Мощность для привода главного вентилятора холодильника, центробежного вентилятора охлаждения тяговых электродвигателей задней тележки и воздушного компрессора отбирается от переднего хвостовика коленчатого вала (задний по ходу секции) через гидромеханический редуктор. Механический редуктор привода вентилятора холодильника имеет две скорости (две ступени). Горизонтальный вал привода к вентилятору передает вращение вертикальному валу вентиляторного колеса при помощи редуктора, который имеет фрикционную муфту для включения вентиляторного колеса.

На тепловозе TЭ3 установлен воздушный двухступенчатый трехцилиндровый компрессор КT6 (два цилиндра низкого давления и один высокого) с подачей 5,3-5,7 мі/мин и промежуточным охлаждением воздуха. Частота вращения коленчатого вала компрессора несколько ниже частоты вращения коленчатого вала дизеля (810 об/мин) за счет скольжения между насосным и турбинным колесами гидромеханического редуктора. Сжатый воздух от компрессора поступает в главный резервуар вместимостью 1080 л, расположенный под рамой тепловоза. Компрессор регулирует на включение при давлении 0,75 МПа (7,5 кгс/смІ) и на выключение при 0,9 МПа (9 кгс/см). На тепловозах ранних выпусков пределы этого давления были несколько ниже, что затягивало отпуск тормозов. Из ресивера воздух поступает в магистраль, объединяющую резервуары обеих секций, и далее для снабжения систем: тормозной, электропневматической (вентилей, контакторов, реверсора, привода управления регулятором частоты вращения дизеля, отключения и включения топливных насосов дизеля, включения и отключения муфты вентилятора и жалюзи холодильников, стеклоочистителей, тифона), привода автоматики.