7 Розрахунок тягових і економічних характеристик локомотива
Тягову й економічні характеристики тепловоза з електричною передачею розраховують і будують по робочих характеристиках тягових електричних машин (ТЕД),які можуть бути отримані шляхом повного й електромагнітного розрахунку машин або на підставі їхніх універсальних характеристик.
В електричних машинах того самого призначення з однаковою системою збудження і виконаних з тих самих магнітних й електричних матеріалів безрозмірні характеристики близькі. Універсальні характеристики (характеристики намагнічування, зовнішні характеристики генераторів, електромеханічні характеристики електродвигунів) відповідають характеристикам подібних машин й являють собою залежності між величинами, віднесеними до їхніх базових значень. Звичайно в якості базових вибирають номінальні значення величин.
В попередніх розрахунках універсальні характеристики ТЕД використають для побудови їхніх дійсних характеристик. Розрахунок необхідних характеристик ТЕД виконують таким чином:
1)
Обирають схему з'єднання ТЕД і найбільше
значення напруги генератора
.
Практикою проектування тягових
генераторів для рухомого складу
встановлено, що найбільше вигідніше
=850-950В.
одержують при змішаному з'єднанні ТЕД,
=650-750В.
при паралельному. В цих випадках маса
передачі, доводячись на одиницю
потужності, найменша.
2)
Обирають найбільшу кутову швидкість
якоря електродвигуна, визначають
передаточне число зубчастої пари, що
з'єднує вал електродвигуна з КП локомотива.
3)
Визначають коефіцієнт
порушення ТЕД. За умовою комутації
значення
повинне бути не менш чим 0,3-0,38. якщо
<0,5,
то необхідно вибирати проміжний ступінь
регулювання.
4) Знаходять відносне значення максимальної швидкості руху тепловоза й відповідно відносне значення максимальної кутової швидкості
електродвигуна, при якій використовується повна потужність дизеля:
; (7.1)
де
- максимальна швидкість руху, при якій
використається повна потужність дизеля.
Для магістральних тепловозів
=
, для маневрових
=(0,6-0,8)
.
5)
По універсальній характеристиці ТЕД
знаходять для відомих значень
і
відносні значення мінімального струму
ТЕД і генератора
при повному використанні потужності
дизеля.
6)
По універсальній характеристиці
головного генератора для певного
значення
знаходять відносну величину максимальної
напруги генератора
.
7) Визначають значення напруги й струму тягових електричних машин у тривалому режимі:
В; (7.2)
А. (7.3)
Користуючись
отриманими значеннями
й
,на
підставі безрозмірної характеристики
будують зовнішню характеристику
головного генератора. Силу струму I і
напругу U ТЕД шукають по напрузі й струму
генератора відповідно до прийнятої
схеми їхнього з'єднання.
8)
Вираховують момент
і кутову швидкість
електродвигуна в тривалому режимі:
;
; (8.4),(8.5)
де
- ККД електродвигуна в тривалому режимі.
По
отриманим значенням
,
і
на підставі універсальних характеристик
ТЕД будують його дійсні електромеханічні
характеристики.
Характеристику
сили тяги автономного локомотива з
електричною передачею будують по
електромеханічних характеристиках
ТЕД. Задаючись кутовою швидкістю
електродвигуна
,
по електромеханічних характеристиках
знаходять відповідний цій швидкостей
момент М. тоді по відомим
і М визначають швидкість руху, [км/год]:
(7.7)
і силу тяги локомотива, [кН]:
. (7.8)
Визначивши
у такий спосіб значення
й
для кожного режиму роботи електродвигунів,
будують характеристику сили тяги
в зоні обмеження по потужності дизеля.
Сила тяги локомотива в зоні обмеження по зчепленню відповідно до правил виконання тягових розрахунків, кН:
;
(7.9)
де
-
навантаження від ведучих коліс на рейки,
Н;
-
розрахунковий коефіцієнт зчеплення.
Коефіцієнт залежно від швидкості локомотива розраховується по формулі :
.
(7.10)
Підставляючи
значення швидкості
у формулу 74, а отримані значення
у формулу 73 одержимо числові значення
й
для побудови кривої обмеження по
зчепленню на рисунку 7.1 і заносимо ці
значення до таблиці 7.1.
Таблиця 7.1 - Залежність сили тяги проектного локомотива від швидкості
Результати розрахунків обмеження кривої FК = f (v) по зчепленню.
-
V км/ч
0
5
10
15
20
25
30
ψK
0,299
0,271
0,251
0,235
0,223
0,213
0,201
FК кН
384
315,4
292,2
273,5
259,6
247,9
234
Друге обмеження дотичної сили тяги – за потужністю силової установки установки наведено в таблиці 7.2.
Таблиця 7.2 – Результати розрахунків обмеження кривої FЗЧ = f(v) за потужністю дизеля
-
V км/ч
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
FЗЧ кН
381
190,5
127
95,3
76,2
63,5
54,4
47,6
42,3
38,1
Значення таблиці ми відобразимо на графіку тягової характеристики проектованого локомотива. Розрахунок тягової характеристики зроблений на ЕОМ. Результат і графік наведений в роздруківці.
Рисунок 7.1 - Графік тягової характеристики проектованого локомотива
8 Короткий опис конструкції локомотива.
Тепловоз являє собою шестивісний двохвізковий екіпаж, об’єднаний головною рамою з кузовом і кабіною машиніста. По середині кузова розміщена дизель-генераторна група, яка складається з дизеля і встановленого з ним на одній загальній рамі генератора. Тяговий генератор виробляє струм, який потрапляє до шести тягових електродвигунів, встановлених на візках. Через зубчату передачу тягові двигуни обертають колісні пари тепловоза. При пуску дизеля тяговий генератор використовується в якості пускового двигуна, який отримує живлення від акумуляторної батареї.
Проектований тепловоз має зварну раму, яка передає тягові зусилля, гальмівні сили, динамічні та ударні навантаження, сприймає вагу обладнання, розташованого в кузові тепловозу. Основні силові елементи – дві хребетні балки, виготовлені з двотаврів, верхня і нижня полки яких підсилені привареними полосами. Зовнішній контур рами виконаний з швелера. Кінці хребетних балок з’єднані стяжними ящиками, вилитих зі сталі. В ящиках розміщені фрикційні апарати ударно-тягових пристроїв. Для надання необхідної жорсткості рамі хребетні балки по всій довжині зв’язані поперечними перегородками. Одночасно хребетні балки з’єднані з обносним швелером кронштейнами. Низ і верх рами обшиті стальними листами з вирізами, які забезпечують монтаж обладнання на рамі.
В середній частині рами розміщений піддон для встановлення дизель-генератора. Знизу рами на спеціально підсилені місця приварені два шворні, через які передається горизонтальне навантаження від візків тепловоза. Навколо кожного шворня розташовано чотири опори.
Основні частини кузова: дві кабіна машиніста, проставка, кузов над дизелем, холодильна камера. Зовнішня обшивка виконана зі стальних листів. Загальна площа кабіни, рівень освітленості, інтер’єр, конфігурація передньої та бокових стінок створюють необхідні умови для роботи локомотивної бригади.
Проставка виготовлена з фасонних профілів, обшитих стальними листами.
В бокових стінках вмонтовані двері для входу до тепловозу.
Кузов над дизелем складається з двох частин. Нижня частина приварена до головної рами. Верхня частина – з’ємна.
Холодильна камера є продовженням кузова тепловозу. На бокових стінках для проходження повітряного потоку розташовані жалюзі. Шахта холодильника створюється передньою і задньою стінками камери, нахиленими боковими стінками, з’єднаними зверху аркою. В шахті холодильника на арці встановлений чотири вентилятори. Робоче колесо вентиляторів обертаються в дифузорі, які вварені в дах холодильника. До верхньої частини дифузора кріпиться рама жалюзі.
В систему ресорного підвішування включено паралельно шість незалежних груп. Кожна група складається з двох однакових комплектів пружин. В комплект в свою чергу входять три пружини: зовнішня, середня і внутрішня. Для гасіння коливань надресореної будови паралельно пружинам включено шість фрикційних гасників коливань.
Для кращих динамічних характеристик, відповідно до прототипу, оберемо повідкові букси з підшипниками тертя кочення. Буксовий вузол зібраний на двох роликових підшипниках, між якими вставлені дистанційні кільця. В якості осьового упора кочення застосований шарикопідшипник упорний. Буксовий поводок з’єднує буксу з рамою візка і передає їй горизонтальні, поздовжні і поперечні зусилля.
Опорно-повертаючий пристрій являє собою чотири рухомі опори, які складаються з листових стальних корпусів, в середині яких розміщені рухомі механізми, включаючи в себе верхню опору і циліндричні ролики, які утримуються обоймами. Нижня опора зафіксована двома штифтами і приєднана до корпусу болтами.
Шворнева балка в середній частині має форму коробки, в якому встановлюється повзун і служить для жорсткої передачі горизонтальних поздовжніх сил і пружної передачі горизонтальних поперечних сил.
На тепловозі встановлено опорно-вісьове підвішування тягових двигунів, яке не складне за конструкцією і легко обслуговується при ремонті.
Дизель-генератор складається з дизеля 1А5Д49 та генератора ГС-501А, встановлених на загальній піддизельний рамі і з’єднані муфтою пластичного типу. Дизель-генератор має ряд переваг. Він зручний при обслуговуванні та ремонті, його збір та розбір виконується вузлами, що покращує взаємозамінність.
Дизель чотирьохтактний, V-подібний, 16-циліндровий з газотурбінним наддувом. Подачу повітря в циліндри дизеля забезпечує система наддуву, яка включає в себе турбокомпресор і механічний нагнітач. Турбокомпресор приводиться в рух енергією випускний газів, а механічний нагнітач від колінчатого валу
Шатунний механізм складається з головного та причепного шатунів. Причепний шатун болтами кріпиться до пальця, встановленого в провушинах головного шатуна. Поршень складений. Головка кріпиться до тронка шпильками. В кришці розташовано два випускних клапана, форсунка і індикаторний кран. Втулка циліндра підвішена і прикріплена до кришки циліндра шпильками.
Подача необхідної кількості палива для нормальної роботи паливних насосів дизеля забезпечується паливною системою тепловоза. Запас палива на тепловозі знаходиться в баку, підвішеного до головної рами в середній частині. Паливна система високого тиску складається з одного блочного насосу високого тиску золотникового типу і 16 форсунок закритого типу. Масляна система складається насоса масла, фільтрів тонкого очищення, теплообмінника, фільтрів грубогого очищення, центробіжного фільтра і маслопрокачуючого насоса.
Охолодження дизеля та масла, а також обігрів кабіни машиніста забезпечується водяною системою тепловозу. Водяна система примусова, двохконтурна, відкрита. Циркуляція води в системі забезпечується відцентровими насосами.
Картер дизеля вентилюється підсосом газів на всмоктування в турбокомпресор. Розрідження в картері регулюється автоматично.
Регулювання швидкості тепловозу і тягового зусилля здійснюється шляхом зміни збудження генератора і частоти обертання вала дизеля.
Робота дизеля забезпечується паливною системою, системами
повітропостачання, змащування та охолодження. Електричні машини(тяговий генератор і тягові електродвигуни) забезпечені системою примусової вентиляції. Кабіна машиніста тепловоза захищена шумоізоляцією і обладнана опалювально-вентеляційною установкою. Тепловоз обладнаний радіостанцією, установкою пожежогасіння і автоматичною сигналізацією, попереджуючої про появу пожежі.
Для розширення діапазону швидкостей тепловоза, при яких використовується повна потужність дизеля, застосовано два ступеня послаблення збудження тягових електродвигунів.
Схема збудження тягового генератора забезпечує автоматичну підтримку постійної потужності в робочому діапазоні зовнішньої характеристики, а також обмеження його струму та напруги при перевищенні їх максимально допустимого значення. Здійснюється це загальною роботою регулятора частоти обертання дизеля, тахометричного блока задання та вузла зворотнього зв’язку по струму і напрузі тягового генератора.
Всі допоміжні механізми, а також окремі електричні машини приводяться в обертання від дизеля.
9 Охорона праці,безпека та протипожежні заходи на локомотиві
Локомотиви повинні мати не тільки найкращі техніко-економічні показники, але і задовольняти вимогам по техніці безпеки і виробничої санітарії, спрямованим на виключення передчасного стомлення і професійного захворювання локомотивних бригад, на забезпечення високої продуктивності праці і безпеки руху поїздів.
Вимоги по техніці безпеки і виробничої санітарії, поряд з нормуванням фарбування екіпажної частини й устаткування, безпеки руху й обслуговування, мікроклімату в кабіні і кузові, рівня звуку, освітленості приладів і приміщень, установки санітарно-побутових пристроїв і ін., у значній мірі впливають на конструкцію і компонування локомотива, його складових частин і особливо кабіни машиніста.
Відповідно до санітарно-гігієнічного і эргономическим вимогам площа кабіни повинна бути не менш 5,5 м2, висота кабіни від рівня підлоги до стелі - не менш 2000 м, довжина по подовжній осі - не менш 1700 м, вільна площа - не менш 1,8 м2. Ширина проходів до крісел повинна бути не менш 300 мм, до дверей - не менш 500 мм. Для забезпечення гарної видимості впередилежащої ділянки шляху, контактного проводу, поїзних і маневрових сигналів у кабіні передбачають розмір вікон не менш 2,2 м2/з розташуванням нижньої крайки шибок не вище 900- 1100 мм, а верхньої - не нижче 1800 мм від підлоги кабіни. Це створює також достатній огляд зовнішніх об'єктів з положення сидячи і коштуючи і дозволяє машиністу змінювати пози під час роботи,
По всій ширині передніх вікон кабіни необхідно установлювати відкидні регульовані по висоті світлофільтри (тіньові щитки), що забезпечують надійний захист очей від сонячних променів, снігу і сліпучого дії прожектора зустрічного поїзда. Бічні вікна кабіни повинні бути що висуваються чи опускаються із шириною прорізу не менш 500 мм. Перед ними (по ходу руху) на магістральних локомотивах, а в маневрових - із двох сторін необхідно розміщати поворотні щитки (каравани) по усій висоті вікна з безосколкового чи органічного скла
в рамках шириною 100-150 мм. По нижньому краї бічних вікон повинні бути зроблені м'які підлокітники. Над вікнами і зовнішніми вхідними дверима монтують жолобки для стоку дощової води.
Панель з контрольно-вимірювальними приладами на пульті керування повинна бути розташована на висоті не менш 600 мм від підлоги кабін і відповідати вимогам ергономіки. Штурвал керування контролером повинен бути розміщений ліворуч перед машиніста на висоті 750-900 мм від підлоги кабіни.
На магістральних тепловозах кабіну машиніста рекомендують відокремлювати від машинного відділення тамбуром, що усуває проникнення теплого забрудненого повітря в кабіну і сприяє зменшенню шуму і безпечної евакуації локомотивної бригади при пожежі.
Крісла для поїзної бригади повинні бути зручними при будь-якім робочому положенні, регульованими по висоті в межах 450-600 мм від рівня підлоги і пересувними на 150-200 мм по горизонталі в двох напрямках, а також відповідати санітарним вимогам по повітропроникності і віброізоляції.
Забороняється встановлювати в кабіні:
агрегати й апарати, що створюють у процесі роботи шум;
вогненебезпечне і вибухонебезпечне устаткування (у тому числі і під підлогою кабіни);
прилади зі світним складом постійної дії;
внутрішню обробку з металевих аркушів.
У машинному відділенні площа вікон повинна бути не менш 12-15% площі підлоги. Для безпечного пересування обслуговуючого персоналу в кузові магістральних тепловозів необхідно, щоб ширина проходів була не менш 500 мм. Для відводу газів і надлишкового тепла з машинного приміщення варто установлювати вентилятор, що забезпечує 10-15-кратний обмін повітря в годину, а також улаштовувати вікна, що відкриваються, чи люки. Для виключення виходу люків у відкритому положенні за габарит рухомого складу люки повинні мати обмежники. Зовнішні двері кузова повинні відкриватися усередину і мати ручки замкнутого контуру, що виключають зісковзування руки при відкритті дверей.
Список використаних джерел:
1. Тепловозы. Основы теории и конструкции [Текст]: В.Д. Кузьмич – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Транспорт, 1991. – 352 с.
2. Методичні вказівки до курсового і дипломного проектування з дисципліни
«Теорія та конструкція локомотивів» [Текст]: ч. 1, 2, 3. Харків 2002.
3. Конструкция, расчет и проектирование локомотивов [Текст]: под ред. А.А. Камаева – М.: Машиностроение, 1985.
4. Методичні вказівки до курсового і дипломного проектування з дисципліни
«Теорія та конструкція локомотивів» [Текст]: розрахунок охолоджуючого пристрою. Харків 1996.
5. Филонов С.П. Тепловоз 2ТЭ116 [Текст]: Справочник машиниста тепловоза. – М.: Транспорт, 1991. – 300 с.
Додаток