Компоновочная схема, основное и вспомогательное оборудование проектируемого тепловоза. Расчет охлаждающих устройств и параметров вентилятора. Расчет электротяговых характеристик колесно-моторного блока, передаточного числа тягового редуктора тепловоза.
Аннотация к работе
Одинцов разработали проект автономного электровоза (тепловоза с электрической передачей). Процесс создания тепловозов в России можно разделить на три этапа. За рубежом первый тепловоз был создан в Германии в 1912 г. на заводе Зульцера. 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.В сочлененном состоянии тепловоз управляется с одного поста, а при движении в обратном направлении используется пост управления второй секции. Дизель-генератор представляет собой единый силовой агрегат, состоящий из дизеля и тягового генератора, смонтированных на общей поддизельной раме и соединенных эластичной муфтой. В кабине машиниста расположен пульт, с которого ведется управление тепловозом. 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. 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.Расчетная схема охлаждающего устройства тепловоза приведена на рис. Как известно, количество воды, нужное для охлаждения, зависит от температурного перепада (разность температуры входящей и выходящей из двигателя). Большой температурный перепад, связанный с подачей малого количества воды, а следовательно, малой скорости ее движения, приводит к значительной неравномерности температуры в рубашке втулки цилиндра (вода холодная у входа и горячая у выхода). 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). Кроме того, температура охлаждения воды в холодильнике тепловоза регулируется изменением частоты вращения вала вентилятора охлаждающего воздуха (следовательно, количество воздуха), что достигается применением многоступенчатых редукторов.Для решения поставленной задачи, необходимо определить количество тепла, отводимого от воды ДВС, QB, масла QM и наддувочного воздуха QHB, по общему уравнению, КДЖ/с, QB = (AB be Ne QHB) 3600, (1) QM = (AM be Ne QHB) 3600, (2) 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; QHP - низшая теплота сгорания дизельного топлива, 42500 КДЖ/ кг. После выбора температур производится расчет оптимальной поверхности охлаждения, расхода жидкости и воздуха путем решения трех уравнений: - уравнения теплопередачи в ОУ, КДЖ/с, Q = K FDT, (7) Коэффициент теплопередачи для водяных радиаторов КВ определяется из графической зависимости, построенной на основании аналитических расчетов, исходя из значений массовой скорости воздуха UB и скорости воды в трубках радиаторов - VB (рис. При двухрядном (последовательном) расположении масляных и водяных радиаторов (тепловоз 2ТЭ 3) массовая скорость воздуха в масляных радиаторах UM определяется из условия, что количество воздуха, проходящего через масляные и водяные радиаторы, одинаково: UM WM = UB WB, (11) где WM и WB - площадь живого сечения для прохода воздуха соответственно в масляном и водяном радиаторах, м 2.Расчет вентилятора производят с целью определения диаметра колеса, максимальной частоты вращения и затрат мощности на его привод, при которых обеспечивается необходимая производительность и напор. Так напор Н, создаваемый вентилятором, должен быть достаточным для преодоления аэродинамического сопротивления воздушного тракта, а производительность вентилятора Q должна быть равна расходу воздуха через радиаторы ОУ. Исходя из вышесказанного, приводятся формулы для определения указанных величин: H = НЖ HP НШ HD, (33) где H - напор, создаваемый вентилятором, Н/ м2; HP - сопротивление жалюзи ОУ, Н/м2 ; HC - сопротивление радиаторов, Н/ м2 ;h - сопротивление шахты ОУ, Н/ м2; h - динамические потери за вентилятором, Н/ м2. Напор, создаваемый вентилятором при двухрядном расположении радиаторов, определяется как Н = 0,1 HP HP 0,4 HP 0,45HP = 1,95 HP. Далее рассчитывается производительность вентилятора, которая равна расходу воздуха, проходящего через радиаторы, м3 / с, QB = GBЗ/ GB, (37) где GB - расход воздуха, кг/ с, определенный по формуле (27); GВЗ - удельная масса воздуха перед вентилятором, кг/ м3, GВЗ = 105 / [RB (t2
План
Содержание
Введение
1. Выбор основного и вспомогательного оборудования для тепловоза 2ТЭ 3
2. Разработка компоновочной схемы тепловоза
3. Расчет охлаждающего устройства тепловоза
3.1 Разработка расчетной схемы охлаждения
3.2 Расчет оптимальной поверхности охлаждения
3.3 Расчет параметров вентилятора
4. Расчет и построение тяговой и экономических характеристик тепловоза
4.1 Расчет касательной мощности тепловоза и передаточного числа тягового редуктора
4.3 Расчет и построение тяговой характеристики тепловоза
4.4 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 Ээл 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.
Оборудование Тип Мощность, КВТ Тип привода
ДВС 2Д 100 1400 -
Тяговая передача Постоянно-постоянного тока - -
Тяговый генератор (ТГ) МПТ-99/47А 1350 -
Тяговый двигатель (ТЭД) ЭДТ 200Б 206 -
Вентилятор охлаждения ТЭД Центробежный, на три ТЭД 21 Механический
Вентилятор охлаждения ТГ Центробежный 270 Механический от ДВС
Водяная система Открытого типа, с расширительным баком - -
Вентилятор охлаждающего устройства Осевой, типа У, один Согласно расчету Гидродинамический