Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE \* MERGEFORMAT 7
СОДЕРЖАНИЕ
|
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………….......... |
4 |
||
|
1 |
РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРЕКТНОГО ТЕПЛОВОЗА……………………………………………............ |
5 |
|
|
2 |
ВЫБОР ТЯГОВО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРЕКТНОГО ТЕПЛОВОЗА…………………………………………….. |
9 |
|
|
2.1 |
Выбор тягового электродвигателя……………………………… |
9 |
|
|
2.2 |
Режим работы тяговых электрических машин ………………... |
13 |
|
|
2.3 |
Выбор тягового генератора……………………………………... |
17 |
|
|
2.4 |
Выбор дизеля…………………………………………………….. |
19 |
|
|
2.5 |
Оценка параметров тягового зубчатого редуктора……………. |
21 |
|
|
3 |
РАСЧЁТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРОЕКТНОГО ТЕПЛОВОЗА…………………………………………... |
25 |
|
|
3.1 |
Выбор схемы охлаждения теплоносителей дизеля и конструкции охлаждающих устройств………………………… |
25 |
|
|
3.2 |
Тепловой расчёт водовоздушных радиаторов…………………. |
25 |
|
|
3.3 |
Расчет технических требований вентилятора охлаждающего устройства………………………………………………………... |
33 |
|
|
3.4 |
Тепловой и гидравлический расчёты водомасляного теплообменника………………………………………………….. |
40 |
|
|
3.5 |
Оценка основных параметров системы охлаждения тяговых электрических машин…………………………………………… |
55 |
|
|
3.6 |
Разработка схемы приводов вспомогательного оборудования тепловоза, расчёт коэффициента отбора мощности на привод вспомогательного оборудования……………………………….. |
58 |
|
|
4 |
РАСЧЁТ ЭКИПАЖНОЙ ЧАСТИ ПРОЕКТНОГО ТЕПЛОВОЗА…….. |
60 |
|
|
4.1 |
Расчет статического коэффициента использования сцепного веса………………………………………………………………. |
61 |
|
|
4.2 |
Геометрическое вписывание тепловоза ………………………. |
65 |
|
|
5 |
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СПРОЕКТИРОВАННОГО ТЕПЛОВОЗА…………………………………………………………….. |
68 |
|
|
5.1 |
Расчёт и анализ удельных параметров тепловоза…….……... |
68 |
|
|
5.2 |
Расчёт и анализ тяговой характеристики тепловоза….……... |
69 |
|
|
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………….. |
73 |
||
|
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………. |
74 |
ВВЕДЕНИЕ
В данном курсовом проекте закреплены теоретические знания, полученные в лекционном курсе "Теория и конструкция локомотивов". На основе тепловоза прототипа разрабатывается проект магистрального грузового тепловоза заданной мощности. В работе выбираются и рассчитываются конструкции охлаждающего устройства и его вентилятора, водомасляный теплообменник, секции радиатора, а также выбирается и рассчитывается система охлаждения тяговых электрических машин. Выполняется геометрическое вписывание в кривую заданного радиуса, производится расчет статического коэффициента использования сцепного веса, строится тяговая характеристика проектного тепловоза.
Объём курсового проекта включает расчетно-пояснительную записку и графическую часть.
1 РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЕКТНОГО ТЕПЛОВОЗА
Исходные данные:
1. Определение расчетной касательной силы тяги.
где –ускорение свободного падения;
–коэффициент тяги;
–основное удельное сопротивление движению локомотива;
–основное удельное сопротивление движению вагонов;
1.1 Коэффициент сцепления при расчётной скорости:
1.2 Коэффициент тяги:
1.3 Основное удельное сопротивление движению локомотива:
1.4 Основное удельное сопротивление движению вагонов:
Теперь можно рассчитать :
2. Сила тяги тепловоза при трогании с места:
где –основное удельное сопротивление при трогании;
расчетный коэффициент сцепления при трогании;
удельная ускоряющая сила.
2.1 Расчетный коэффициент сцепления при трогании:
можно найти:
2.2 Основное удельное сопротивление при трогании
Теперь можно определить :
3. Номинальная касательная мощность тепловоза:
4. Номинальная мощность тепловоза по дизелю:
где - коэффициент отбора мощности по дизелю.
5. Секционная мощность тепловоза по дизелю:
где число секций локомотива .
Принимаем
6. Сцепной вес секции тепловоза.
6.1 Сцепной вес, требуемый для реализации силы тяги при разгоне:
6.2 Сцепной вес, требуемый для реализации силы тяги при трогании:
Принимаем максимальный сцепной вес
7. Служебная масса секции тепловоза.
7.1 Служебная масса, необходимая для создания требуемого сцепного веса:
7.2 Служебная масса тепловоза как постройки:
где удельная металлоемкость.
Окончательно принимаем
8. Осевая нагрузка тепловоза.
Принимаем осевую формулу .
9. Ориентировочный диаметр колеса.
где – удельная нагрузка на один миллиметр диаметра колеса.
Принимаем =1050 мм
10. Габаритные и базовые размеры секции тепловоза.
10.1 Ориентировочная длина тепловоза по осям автосцепки:
Максимальная длина локомотива ограничена техническими требованиями к ремонтным стойлам депо, минимальная – прочностью путевых сооружений.
где – допускаемая нагрузка на единицу длины пути.
Окончательно принимаем Lл=17720 мм.
10.2 База локомотива:
где числовой коэффициент
10.3 База тележек:
где число осей в тележке
Вывод: по результатам расчета получаем данные тепловоза (в скобках указаны значения параметров тепловоза-прототипа ):
nс=1 ( nс=1);
осевая формула 30-30
Fкр=190 кН (Fкр=200 кН);
Ne=1547,7 кВт (Ne=1470 кВт);
mсл=110,66 т
По полученным данным выбираем прототип тепловоза – М62К.
2.1 Выбор тягового электродвигателя
Выбор тягового электродвигателя будем производить из числа серийных двигателей по известным размерам сердечника якоря (прототип ЭД-127):
Тип двигателя: ЭД-118
Серия тепловоза: М62К
Класс изоляции якорной обмотки: F
Диаметр сердечника якоря, мм: 493
Длина сердечника якоря, мм: 420
Число главных полюсов: 4
Число коллекторных пластин: 216
Развиваемая мощность, кВт: 305
Толщина миканита между коллекторными пластинами, мм: 1.2
1. Электрическая мощность ТЭД:
- касательная мощность секции тепловоза;
- число движущих осей секции тепловоза;
5 - КПД тягового зубчатого редуктора;
- КПД ТЭД в продолжительном режиме.
2. Линейная скорость на поверхности якоря ТЭД при движении с конструкционной скоростью:
Принимаем по условиям механической прочности ТЭД.
3. Линейная скорость на поверхности якоря ТЭД при движении с расчётной скоростью:
где диапазон рабочих скоростей тепловоза.
4. Линейная токовая нагрузка ТЭД в продолжительном режиме (с изоляцией якорной обмотки класса «F»):
, А/м
А/м
- проверка выполняется
5. Требуемый коэффициент регулирования напряжения ТЭД.
где – минимальная степень ослабления возбуждения ТЭД.
диапазон рабочих скоростей тепловоза
Принимаем ,тогда:
- проверка выполняется.
6. Магнитная индукция в воздушном зазоре ТЭД в продолжительном режиме.
где - коэффициент, зависящий от конструкции ТЭД;
- коэффициент полюсного перекрытия ТЭД (для некомпенсированных ТЭД).
Проверка по условию насыщения магнитной системы ТЭД:
- проверка выполняется.
7. Среднее напряжение между коллекторными пластинами ТЭД при движении с конструкционной скоростью.
9,3 В
Проверка: для некомпенсированных тяговых двигателей значения[еср], [еmax] можно увеличить на 2-3 В.
Следовательно по условию нормальной коммутации (для некомпенсированных двигателей при толщине миканита 1,2 мм):
проверка выполняется
8. Максимальное напряжение между коллекторными пластинами ТЭД при движении с конструкционной скоростью.
где 2р=4 – число главных полюсов ТЭД;
- эффективный воздушный зазор под главным полюсом;
- коэффициент воздушного зазора.
30,86 В
Проверка: для некомпенсированных тяговых двигателей значения[еср], [еmax] можно увеличить на 2-3 В.
Следовательно по условию нормальной коммутации (для некомпенсированных двигателей при толщине миканита 1,2 мм):
.
9. Реактивная ЭДС в якорной обмотке ТЭД при движении с конструкционной скоростью.
где - коэффициент рассеяния якорной обмотки.
6,52В
Проверка по условию нормальной коммутации:
.
По итогам расчёта выбираем тяговый электродвигатель ЭД-118 (некомпенсированный) со следующими параметрами:
м
2р=4
а также параметры работы ТЭД на проектируемом тепловозе:
А/м
2.2 Режим работы тяговых электрических машин на проектируемом тепловозе
1. Частота вращения якоря ТЭД в режиме конструкционной скорости.
об/мин
2. Частота вращения якоря ТЭД в продолжительном режиме.
об/мин
3. Сила тока ТЭД в продолжительном режиме.
где - число проводников якорной простой петлевой обмотки ТЭД (для тепловозов);
К=216 – число коллекторных пластин;
Тогда .
628,5 А
4. Напряжение ТЭД в продолжительном режиме.
В
5. Магнитный поток возбуждения в продолжительном режиме.
где – электрическая постоянная ТЭД;
а=р – число параллельных ветвей якорной обмотки ТЭД (для тепловозных ТЭД с простой петлевой обмоткой);
Тогда
Вб
6. Максимальное напряжение ТЭД.
В
7. Допустимое напряжение ТЭД.
В
Проверка по напряжению:
.
8. Минимальная сила тока ТЭД:
9. Максимальная сила тока ТЭД.
А
10. Допустимая сила тока ТЭД.
где А – допустимая сила тока в параллельной ветви якорной обмотки ТЭД с классом изоляции «F»;
2а=4 – число параллельных ветвей якорной обмотки.
А
Проверка по силе тока:
11. Минимальное напряжение питания ТЭД
12. Электрическая мощность генератора постоянного тока.
где
кВт
13. Напряжение и ток продолжительного режима работы тягового генератора.
где – зависит от схемы подключения двигателей к тяговому генератору.
А
В
Режим работы представлен на рисунке 1
2.3 Выбор тягового генератора проектируемого тепловоза
Предварительно задаем серию ТГ такой же, как и на тепловозе-прототипе (ГП-312)
Тип генератора: ГП-312
Серия тепловоза: М62К
Диаметр сердечника статора Dа, мм: 990
Длина сердечника статора Lа, мм: 500
Число главных полюсов 2р: 10
Число коллекторных пластин к: 435
Число заходов якорной обмотки m: 2
1. Линейная токовая нагрузка ТГ.
Для выбранного ТГ необходимо выполнить проверку по допустимой тепловой напряженности рабочей обмотки в продолжительном режиме работы:
, А/м
,3 А/м
- проверка выполняется
2. Номинальная частота вращения ротора ТГ.
a) Минимальная возможная частота вращения ротора ТГ на номинальном режиме
где:
где:
- коэффициент полюсного перекрытия;
- обмоточный коэффициент;
- коэффициент формы кривой поля;
Тл – магнитная индукция в воздушном зазоре, при работе генератора с максимальным напряжением;
м – длина якоря ТГ;
- продолжительная электромагнитная мощность тягового генератора, кВт,
где:
коэффициент мощности в продолжительном режиме;
кВт
Теперь можем найти:
об/мин,
Максимально допустимые частоты вращения ротора ТГ на номинальном режиме:
, об/мин,
, об/мин
где:
м/с – предельно допустимая линейная скорость на поверхности ротора;
Dр- диаметр ротора ТГ (Dp=0,99)
об/мин.
, об/мин
Окончательно номинальную частоту вращения можно выбрать 1254,6 об/мин
2.4. Выбор дизеля.
В качестве энергетической установки будем использовать дизель из мощностного ряда Д49.
Основное уравнение ДВС:
, МПа, где
МПа
При Ne=1500: 0,95 МПа – условие выполняется.
Окончательно выбираем следующие параметры ДГУ:
Дизель Д49: z=12; МПа; об/мин.
ГП - 312: В; кВт.
Выбор числа цилиндров представлен на рисунке 2
2.5 Оценка параметров тягового зубчатого редуктора
1. Параметры работы ТЭД на проектируемом тепловозе.
1.1 Частота вращения якоря ТЭД при движении тепловоза с конструкционной скоростью.
Из пункта 2.2 имеем
1.2 Частота вращения якоря ТЭД в продолжительном режиме.
Из пункта 2.2 имеем
1.3 Вращающий момент на валу двигателя в продолжительном режиме:
2. Выбор конструкции тягового привода проектируемого тепловоза.
2.1 Класс тягового привода.
В соответствии с родом службы (грузовое движение) и выбранной серией ТЭД (ЭД-118) принимаем в курсовом проекте тяговый привод I класса.
2.2 Диаметр колеса.
В соответствии с пунктом 1 принимаем мм.
2.3 Тип зубчатой передачи.
По рассчитанным параметрам мм и применяем одностороннюю зубчатую передачу.
3. Выбор параметров тягового зубчатого редуктора.
3.1 Передаточное отношение:
3.2 Модуль зубчатого зацепления:
В соответствии с , и т.к. Dк=1050 выбираем .
3.3 Геометрические параметры большого зубчатого колеса.
1. Диаметр делительной окружности большого зубчатого колеса:
где - расстояние между нижней точкой корпуса редуктора и головкой рельса (клиренс ТЗР);
с мм – расстояние между вершиной зуба большого зубчатого колеса и кожухом редуктора.
2. Число зубьев большого зубчатого колеса:
3.4 Геометрические параметры шестерни
1. Число зубьев шестерни:
Значения следует принимать взаимно простыми, с наибольшим общим делителем равным 1.
.26≈20
Окончательно принимаем 20:77.
3.5 Диаметр делительной окружности шестерни:
мм
4 Компоновка ТЭД и ТЗР.
4.1 Централь тягового зубчатого редуктора:
мм
4.2 Предельное значение ширины остова ТЭД:
мм
мм
4.3 Предельное значение высоты остова ТЭД:
где мм – клиренс ТЭД;
мм – превышение оси вала ТЭД над осью колёсной пары.
мм
4.4 Проверка возможности совместной компоновки ТЭД и ТЗР.
Для ЭД-118 можно условно принять:
Все проверки выполняются. Эскиз колесно-моторного блока представлен на рисунке 3.
3 РАСЧЁТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРОЕКТНОГО ТЕПЛОВОЗА
3.1 Выбор схемы охлаждения теплоносителей дизеля и конструкции охлаждающих устройств
Водяная система: 2-х контурная система охлаждения теплоносителей дизеля, ОУ с секциями радиатора ВС-12.
3.2 Тепловой расчёт водовоздушных радиаторов
1. Основные положения и исходные данные.
1.1 Теплоотводы в воду I и II контуров:
где теплоотвод от элементов дизеля в воду, кВт;
теплоотвод от элементов дизеля в масло, кВт;
теплоотвод от надувочного воздуха, кВт.
Для дизелей мощностного ряда Д49 можно использовать эмпирические зависимости:
Тогда имеем:
1.2 Условия работы системы охлаждения:
а) температура воды на входе в ВВР:
- для первого контура: ;
- для второго контура: ;
б) температура воздуха на входе в ВВР:
в) допустимый перепад температур воды:
1.3 Технические характеристики секции ВВР:
Таблица 1
Технические характеристики секции ВС12
|
№ |
Параметр |
Обозначение |
Величина |
|
1 |
Рабочая длина трубок |
1206 |
|
|
2 |
Шаг оребрения |
2,3 |
|
|
3 |
Живое сечение секции для прохода воды |
0,00132 |
|
|
4 |
Живое сечение секции для прохода воздуха |
0,1490 |
|
|
5 |
Теплопередающая поверхность секции с воздушной стороны |
29,5 |
|
|
6 |
Гидравлический диаметр воздушной стороны секции |
0,0038 |
|
|
7 |
Гидравлический диаметр трубки |
0,002098 |
|
|
8 |
Ширина секции |
0,154 |
|
|
9 |
Глубина секции |
0,187 |
|
|
10 |
Масса секции |
42,25 |
1.4 Теплофизические параметры теплоносителей:
Для расчета теплофизических параметров теплоносителей будем использовать универсальное уравнение:
где значение теплоносителя (например, плотность);
температура теплоносителя;
эмпирические коэффициенты.
I контур
1. Теплофизические параметры теплоносителей.
а) Теплофизические параметры воды при :
;
;
;
.
б) Теплофизические параметры воздуха при температуре 40:
;
;
;
.
2. Расчетная подача водяного насоса в I контуре.
3. Коэффициент теплопередачи секции радиатора I контура.
3.1 Число Рейнольдса для потока воды:
где - массовая скорость воды в трубках радиатора;
- коэффициент динамической вязкости воды.
3.2 Число Рейнольдса для потока воздуха:
где – массовая скорость воздуха в секции радиатора;
коэффициент динамической вязкости воздуха.
3.3 Температурный фактор:
3.4 Критерий Кирпичева:
где – числовые коэффициенты;
, - число Рейнольдса для потока воздуха и воды соответственно;
- температурный фактор.
Значения эмпирических коэффициентов для приведены в таблице:
Таблица2
Значения эмпирических коэффициентов для секций типа ВС
|
A |
n |
p |
||
|
1100-2300 |
0,008729 |
0,78 |
0,095 |
0,08 |
4. Коэффициент теплопередачи секции радиатора.
где –коэффициент, учитывающий технологические неточности изготовления секций типа ВС;
5. Число секций радиатора в I контуре системы охлаждения.
(11,4=12
Окончательно принимаем секций.
6. Температура теплоносителей на выходе из радиатора:
Вода:
Воздух:
7. Фактическая массовая скорость воды в трубках радиатора.
При параллельном соединении секций
8. Мощность привода водяного насоса.
где - КПД центробежного водяного насоса;
– расчетный напор водяного насоса, Па;
Δpв – гидравлическое сопротивление секции радиатора, Па.
Гидравлическое сопротивление секции радиатора можно определить так:
Тогда можно определить расчетный напор водяного насоса:
Далее находим мощность привода водяного насоса:
II контур
1. Теплофизические параметры воды при температуре 75:
;
;
;
;
2. Расчетная подача водяного насоса во II-м контуре.
3. Коэффициент теплопередачи секции радиатора второго контура.
3.1 Число Рейнольдса для потока воды:
3.2 Число Рейнольдса для потока воздуха:
3.3 Температурный фактор:
3.4 Критерий Кирпичева:
Значения эмпирических коэффициентов для приведены в таблице:
Таблица 3
Значения эмпирических коэффициентов для секций типа ВС
|
A |
n |
p |
||
|
1100-2300 |
0,008729 |
0,78 |
0,095 |
0,08 |
4. Коэффициент теплопередачи секции радиатора.
5. Число секций радиатора во втором контуре системы охлаждения.
(15,8=16
Окончательно принимаем секций.
6. Температура теплоносителей на выходе из радиатора:
Вода:
Воздух:
7. Фактическая массовая скорость воды в трубках радиатора.
При последовательно-параллельном соединении секций
8. Мощность привода водяного насоса.
Тогда можно определить расчетный напор водяного насоса:
Далее по находим мощность привода водяного насоса:
3.3. Расчет технических требований вентилятора охлаждающего устройства
1 Исходные данные.
1.1 Серия вентилятора УК-2М.
1.2 Тип привода вентилятора: электрический.
1.3 Предельный диаметр вентилятора по условию прочности лопастей [D]=1,97м.
2Компоновка охлаждающих устройств:
2.1 Длина шахты:
2.2 Число вентиляторов в шахте:
2.3 Число секций обслуживаемых одним вентилятором:
2.4 Длина шахты:
3 Расчетная производительность вентилятора:
3.1 Температура воздуха на входе в вентилятор:
где - коэффициент, учитывающий подсос воздуха в шахту через неплотности.
3.2 Плотность воздуха на входе в вентиляторное колесо:
Далее можно найти расчетную производительность вентилятора:
4 Расчетный напор вентиляторной установки.
4.1 Потеря давления воздуха в боковых жалюзи:
, Па
где – коэффициент аэродинамического сопротивления боковых жалюзи;
- фронтальная поверхность одной секции радиатора.
Па
4.2 Потери давления воздуха в секциях радиатора:
где число Эйлера для потока воздуха при .
где температурный фактор.
найдем число Эйлера для потока воздуха:
Далее можно определить потери давления воздуха в секциях радиатора:
4.3 Потеря давления воздуха в шахте:
Па
где - коэффициент аэродинамического сопротивления шахты.
- поправочный коэффициент, учитывающий конструкцию ОУ (для арочного ОУ всасывающего типа);
где степень поджатия потока воздуха при проходе от радиатора к вентилятору;
.
где площадь сечения, ометаемая лопастями вентилятора,.
Тогда можно определить:
Скорость воздуха в сечении ометаемом лопастями вентилятора можно определить так:
Теперь имеем:
4.4 Динамический напор воздуха на выходе из вентилятора:
4.5 Расчетная производительность вентиляторной установки:
5 Выбор конструктивных параметров вентилятора.
5.1 Расчет относительной характеристики сети:
КБ=(ρвз*Qв2/3*n4/3)/Н`в
КБ=(1.01*40.892/3*11604/3)/580.5=251.7
Ψв=(86.9/ КБ)/ϕв2/3
Ψв=(86.9/251.7)/0.042/3=0.04
Таблица 4
Координаты точек кривой геометрически подобных вентиляторов заданной быстроходности
|
0,04 |
0,08 |
0,12 |
0,16 |
0,20 |
0,24 |
0,28 |
|
|
0,04 |
0,06 |
0.08 |
0,1 |
0,12 |
0,13 |
0,15 |
5.2 Определение возможных сочетаний конструктивных параметров вентилятора. Для этого необходимо совместить кривую геометрически подобных вентиляторов с безразмерными характеристиками вентиляторной установки.
Рис 5 Аэродинамические характеристики вентиляторной установки УК 2-М
(8 лопастей)
Полученные значения представим в виде таблицы.
Таблица 5
Возможные сочетания конструктивных параметров вентиляторов
|
Zл=8 |
||||
|
φ |
ηв |
D, м |
ω,м/с |
|
|
10 |
0,11 |
0,55 |
1,98 |
120,2 |
|
15 |
0,14 |
0,58 |
1,83 |
111,1 |
|
20 |
0,19 |
0,6 |
1,65 |
100,2 |
|
25 |
0,23 |
0,58 |
1,55 |
94,1 |
|
30 |
0,27 |
0,59 |
1,47 |
89,2 |
, м/c
5.3 Выбор сочетаний конструктивных параметров вентилятора:
Выбираем θл=15, ηв=0,58, Dм=1,83 м, .
6. Мощность вентилятора на расчетном режиме:
Проверка ограничений:
D=1,83 м < A=2.156 м
<
Все проверки выполняются
Эскиз вентилятора представлен на рисунке 6
3.4 Тепловой и гидравлический расчёты водомасляного теплообменника
1.1 Температура воды на входе в ВМТ ( - задаем по результатам расчета II контура системы охлаждения):
1.2 Температура масла на входе в ВМТ:
1.3 Допустимый перепад температуры масла во внутренней масляной системе дизеля:
1.4 Расчетная производительность водяного насоса:.
1.5 Теплоотвод от масла в воду ВМТ: .
2) Условия работы ВМТ.
2.1 Расчетная подача масляного насоса:
где , теплоемкость и плотность масла при соответственно (определяется по универсальному уравнению).
;
.
Теперь можно определить:
2.2 Температуры воды и масла в ВМТ:
1. температура масла на выходе из ВМТ:
2. температура воды на выходе из ВМТ:
где , теплоемкость и плотность воды при соответственно (определяется по универсальному уравнению).
;
Тогда имеем:
2.3 Средние температуры теплоносителей в пределах ВМТ:
- масло
-вода
3) Геометрические характеристики трубок ВМТ.
Дизель в курсовом проекте типа Д49, поэтому для расчёта ВМТ выбираем оребрённые трубки:
диаметр трубки по вершинам ребер;
наружный диаметр трубки;
внутренний диаметр трубки;
шаг оребрения;
толщина основания ребра;
толщина вершины ребра;
шаг разбивки трубок по фронту течения масла.
Теперь рассчитаем остальные параметры трубок ВМТ.
Высота ребра:
Средняя толщина ребра:
Боковая площадь одного витка ребра:
Торцевая площадь одного витка винтового ребра:
Площадь межреберного промежутка, приходящаяся на шаг оребрения:
Полная площадь внешней поверхности трубки, приходящаяся на шаг оребрения:
Площадь внутренней поверхности трубки, приходящаяся на шаг оребрения:
Коэффициент оребрения трубки:
4) Расчет коэффициента теплопередачи ВМТ.
1. Теплофизические параметры для масла, при температуре (определяем по универсальному уравнению):
;
;
;
.
2. Теплофизические параметры для воды, при температуре :
;
;
;
.
3. Число Рейнольдса для потока воды:
где скорость воды в трубках.
4. Число Прандтля для потока воды:
5. Число Нуссельта для потока воды:
6. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к воде:
7. Число Рейнольдса для потока масла:
где условный диаметр трубки с оребренной стороны;
скорость масла между водяными трубками.
Условный диаметр трубки с оребренной стороны можно найти так:
8. Число Прандтля для потока масла:
Температура стенки трубки:
10. Теплофизические параметры для масла, при температуре =
;
;
;
.
11. Число Прандтля для потока масла при температуре стенки трубки =
12.Число Нуссельта для потока масла:
где параметр шаговых отношений, учитывающий расположение трубок в трубном пучке;
параметр оребрения.
Теперь можно найти:
13. Конвективный коэффициент теплоотдачи от масла к стенке трубки:
14. Расчетная температура стенки водяной трубки:
15. Приведенный коэффициент теплоотдачи от масла к стенке оребрённой трубки.
- число Био для ребра:
где коэффициент теплопроводности для материала ребра.
- параметр ребра:
- коэффициент эффективности винтового ребра:
- коэффициент расширения ребра к основанию:
- поправочный коэффициент, учитывающий неравномерность теплоотдачи по поверхности ребра:
- приведенный коэффициент теплоотдачи от масла к стенке оребрённой трубки:
16. Коэффициент теплопередачи ВМТ:
5) Расчет технических параметров ВМТ.
1. Теплопередающая поверхность ВМТ со стороны масла:
- расчетный температурный напор между теплоносителями,
Тогда можно определить:
2. Живое сечение водяных трубок для прохода воды:
3. Требуемое число водяных трубок для пропуска воды с заданной скоростью:
где число ходов воды в ВМТ.
4. Диаметр трубного пучка:
где коэффициент заполнения трубной решётки.
5. Ориентировочная длина трубного пучка:
Принимаем 2 теплообменника длиной 2.73/2=1.37 м.
6. Живое сечение между трубками, требуемое для пропуска масла с заданной скоростью:
7. Площадь окна перегородки (сегмента), требуемое для пропуска масла над перегородкой с заданной скоростью:
8. Геометрическая площадь сегмента перегородки:
где - центральный угол сегмента (подбирается так, чтобы ).
Принимаем угол
9. Высота сегмента перегородки:
10. Ширина условного среднего сечения для прохода масла между перегородками:
11. Расстояние между перегородками, требуемое для пропуска масла в межтрубном пространстве с заданной скоростью:
12. Число ходов масла в ВМТ:
13. Расчётная длина трубного пучка:
где - толщина перегородки.
14. Расчётный объём трубного пучка:
6) Порядок расчёта показателей работы теплообменника.
1. Мощность масляного насоса, необходимая для прокачки масла через ВМТ:
- число рядов трубок ВМТ, перпендикулярных потоку масла:
- коэффициент гидравлического сопротивления ряда трубок проходу масла:
где - эмпирический коэффициент;
гидравлический диаметр для прохода масла между оребрёнными трубками.
где относительный диаметр трубного пучка.
Тогда можно найти:
- гидравлическое сопротивление ВМТ проходу масла:
- мощность масляного насоса, требуемая для прокачки масла через ВМТ:
где ηмн=0,65 – к.п.д. масляного насоса
2. Мощность водяного насоса, необходимая для прокачки воды через ВМТ:
- коэффициент гидравлического сопротивления ВМТ проходу воды (по формуле Дарси-Вейсбаха ):
где λт – коэффициент потерь напора на трение, возникающее при течении воды в трубках (коэффициент Дарси);
ξмс ≈3,4 – коэффициент потерь напора на местном сопротивлении, вызванном изменением направления движения воды в трубках ВМТ.
Значение коэффициента Дарси можно определить так:
Тогда можем найти:
- гидравлическое сопротивление ВМТ проходу воды:
- мощность водяного насоса, необходимая для прокачки воды через ВМТ:
где ηвн=0,75 – КПД водяного насоса.
3. Показатель энергетической эффективности ВМТ.
4. Коэффициент использования объема ВМТ.
Эскиз водомасляного теплообменника представлен на рисунке 5
3.5.Оценка основных параметров системы охлаждения тяговых электрических машин
1 Выбор системы охлаждения тяговых электрических машин.
Принимая за прототип М62К ,выбираем в курсовом проекте смешанную систему охлаждения тяговых электрических машин.
ТЭД ТЭД
Рисунок 7 Схема системы охлаждения тяговых электрических машин
2. Исходные данные:
2.1 Условия работы системы охлаждения:
а) Температура воздуха на входе в электрическую машину:
Принимаем
б) Допустимый перепад температуры воздуха в электрической машине:
Тяговый генератор .
Тяговый электродвигатель .
в) Плотность воздуха в пределах электрической машины:
.
г) Теплоемкость воздуха в пределах электрической машины:
.
2.2 Мощность объектов охлаждения:
а) Электрическая мощность ТЭД:
,кВт
где: - КПД ТЭД для грузовых тепловозов.
Принимаем:
–КПД тягового зубчатого редуктора
Получаем: 220,5,кВт
3. Требуемая производительность вентилятора для охлаждения электрической машины (Требуемый расход охлаждающего воздуха)
3.1 Расход воздуха на охлаждение ТГ:
Где: -КПД тягового генератора (0,94-0,96)
Принимаем
Мощность на выходе ТГ: Рг=nос*Pд=6*220.5=1323 кВт
3.2 Расход воздуха на охлаждение ТЭД:
4 Требуемый напор охлаждающего воздуха на входе в электрическую машину
4.1 Тяговый генератор серии ГП 312 :
где коэффициент аэродинамического сопротивления ТГ;
динамический напор воздуха на выходе из электрической машины.
4.2 Для тягового электродвигателя серии ЭД-118:
где коэффициент аэродинамического сопротивления ТЭД
5.1 Мощность приводов вентиляторов смешанной системы.
5.1.1 Мощность отбираемая на привод вентилятора для охлаждения тягового генератора:
где =1,1 - коэффициент запаса по расходу воздуха;
=1,1 - коэффициент запаса по напору воздуха;
=1300 Па - аэродинамическое сопротивление воздуховодов и фильтров;
5.1.2Мощность отбираемая для охлаждения ТЭД:
5.1.3 Общий отбор мощности:
3.6 Разработка схемы приводов вспомогательного оборудования тепловоза, расчёт коэффициента отбора мощности на привод вспомогательного оборудования
1. Мощность привода вспомогательного оборудования:
мощность вентиляторной установки, кВт;
– мощность вспомогательных электрических машин, кВт;
– средняя мощность тормозного компрессора, кВт;
– кпд механического редуктора;
2. Мощность тормозного компрессора:
где
3. Мощность вспомогательных электрических машин:
Тогда имеем:
4. Коэффициент отбора мощности на привод вспомогательного оборудования:
Схема вспомогательного оборудования представлена на рисунке 8.
4 Расчет экипажной части проектного тепловоза
4.1 Расчет статического коэффициента использования сцепного веса
Силы действующие в ТП при реализации силы тяги
2) Момент на КП:
3) Момент на валу ТЭД:
4) Реактивный момент на статоре ТЭД:
5) Сила в зубчатом зацеплении, действующая на большое зубчатое колесо (сила в зубчатом зацеплении, действующая на шестерню):
6) Момент от сил в зубчатом зацеплении:
7) Результирующий момент:
8)Изменение не обрессоренной нагрузки:
-база подвешивания ТЭД принял =865 мм
4.1 Расчёт статического коэффициента использования сцепного веса тепловоза
где
2) От сил, действующих в подвесках ТЭД:
кН∙м
3) Результирующий момент:
М = 889,5 - 170,94=718,56
4) Изменение обрессоренных нагрузок на оси КП от момента на раме тележки:
При индивидуальном рессорном подвешивании и наклоне надрессорного строения на угол φ прогиб пружин и следовательно дополнительные нагрузки на колесные пары будут примерно пропорциональны расстояниям от колесной пары до центра поворота кузова.
Проверка:
=0,97 - 0,98 - коэффициент, учитывающий наличие статического прогиба в опорах кузова
Cсхема экипажной части представлена на рисунке 9.
4.2 Геометрическое вписывание тепловоза в кривую заданного радиуса
1. Построение параболической диаграммы:
Суммарный рельсовый зазор при радиусе кривых менее 300 м:
При построении диаграммы изображают внутренние грани головок рельсов, а расстояние между ними принимают равным рельсовому зазору.
Масштабы:
- по оси х: ;
- по оси у: ;
- R радиус заданной кривой, принимаем из исходных данных 80000 мм
Построения будем вести по зависимостям:
, мм
, мм
Расчет параболической диаграммы сведем в таблицу:
Таблица 6
Расчет параболической диаграммы
|
x,мм |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
|
yнар,мм |
0 |
3,125 |
12,5 |
28,13 |
50 |
78,13 |
112,5 |
153 |
200 |
253 |
|
yвн,мм |
14,5 |
17,6 |
27 |
42,6 |
64,5 |
92,6 |
127 |
167,5 |
214,5 |
267,5 |
2. Вписывание локомотива.
Экипаж локомотива изображается с уменьшением линейных размеров в масштабе . На диаграмме тележка изображается одной прямой линией – эта линия представляет собой горизонтальный след совмещения плоскостей наружных граней гребней колес.
Тележки изображаются в положении наибольшего перекоса. КП показываются точками на прямой линии, изображающей тележку .
Схема вписывания тепловоза в кривую показана на рисунке 10.
По построению видно, что проектируемый тепловоз не вписывается в кривую заданного радиуса. Для вписывания в кривую можно увеличить боковой разбег средних колесных пар (5 и 2 на диаграмме) на 10 мм на сторону.
5 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СПРОЕКТИРОВАННОГО ТЕПЛОВОЗА
5.1 Расчёт и анализ удельных параметров тепловоза
Таблица 7
Удельные параметры тепловозов
|
№ |
Параметры |
М62К |
М62К* |
|
1 |
Расчетная касательная сила тяги, Fkp, kH |
200 |
190 |
|
2 |
Расчетная скорость тепловоза, Vp, км/ч |
20 |
22 |
|
3 |
Номинальная мощность дизеля, Ne, кВт |
1470 |
1547,7 |
|
4 |
Служебная масса секции, mсл, т |
120 |
110,66 |
|
5 |
Число движущих осей |
6 |
6 |
|
6 |
Удельная мощность , Вт/т |
12,25 |
14 |
|
7 |
Удельная масса локомотива , кг/кВт |
81,6 |
71,5 |
|
8 |
Осевая мощность локомотива |
245 |
258 |
|
9 |
Осевая сила тяги Foc=, кН/ось |
33,4 |
31,67 |
|
10 |
Удельная сила тяги , Н/кВт |
0,136 |
0.123 |
|
11 |
Коэффициент силы тяги |
0,17 |
0,175 |
|
12 |
Статический коэффициент использования сцепного веса локомотива |
0,86 |
0,839 |
|
13 |
Коэффициент отбора мощности на привод вспомогательного оборудования |
0,07 |
0,071 |
|
14 |
Коэффициент полезного использования мощности дизеля для тяги |
0,756 |
0,805 |
|
15 |
Номинальный КПД тепловоза на расчетном режиме ηт |
0,305 |
0,326 |
- для проектного тепловоза:
ηт=(3600/Qрн*gен)*
ηт=(3600/42500*0.21)*=0.326
-для серийного тепловоза:
ηт=(3600/Qрн*gен)*
ηт=(3600/42500*0.21)*=0.305
Проанализировав удельные параметры делаем вывод, что проектный тепловоз превосходит базовый по мощности, коэффициенту силы тяги и т.д (см таблицу 7), но это не дает эффекта, так как статический коэффициент использования сцепного веса у проектного тепловоза ниже (0.839 против 0.86 у серийного тепловоза). Таким образом, не целесообразно увеличивать мощность тепловоза, который не сможет реализовать эту ее на колесной паре. Следует применить какую-либо систему для повышения коэффициента статического использования сцепного веса, например догрузить лимитирующую колесную пару (кп №3, см. стр. 62). Для этого можно применить пневматический догружатель по типу 2ТЭ70. За счет его применения можно увеличить βсц до 0.92.
5.2 Расчёт и анализ тяговой характеристики тепловоза
1. Ограничение силы тяги по сцеплению:
Расчет силы тяги на этом участке будем проводить по формуле:
За счет конструкторских решений коэффициент сцепления проектного и серийного тепловозов будут отличатся.
Для серийного тепловоза:
Для проектного тепловоза:
где коэффициент, учитывающий изменение статического коэффициента использования сцепного веса проектного тепловоза;
коэффициент, учитывающий запланированное изменение динамического коэффициента использования сцепного веса проектного тепловоза.
Проведенные расчеты целесообразно представить в виде таблицы.
Таблица 8
Ограничение силы тяги по сцеплению
|
V |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
|
|
0,2998 |
0,2513 |
0,2233 |
0,2050 |
0,1921 |
0,1825 |
|
|
0,291 |
0,244 |
0,214 |
0,199 |
0,187 |
0,177 |
|
|
352,9 |
295,9 |
262,8 |
241,3 |
226,1 |
214,9 |
|
|
316.03 |
265 |
232.4 |
216 |
203.1 |
192.2 |
Расчет силы тяги на этом участке будем проводить по формуле:
Проведенные расчеты целесообразно представить в виде таблицы.
Таблица 9
Ограничение силы тяги по мощности
|
V |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
|
400 |
200 |
133 |
100 |
80 |
66.7 |
57 |
50 |
44.5 |
40 |
|
|
448.5 |
224.3 |
149.5 |
112 |
89.7 |
74.8 |
64 |
56 |
49.8 |
44.9 |
Тяговые характеристики проектного и базового тепловоза показаны на рисунке 11.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате выполнения курсового проекта разработан тепловоз, близкий к проекту тепловоза М62К со следующими удельными показателями:
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
dр
dн
dвн
EMBED Equation.3 
EMBED Equation.3 
p
dр
dн
dвн
EMBED Equation.3 
EMBED Equation.3 
hp
dр
dн
dвн
EMBED Equation.3 
EMBED Equation.3 
hp
dр
dн
dвн
EMBED Equation.3 
EMBED Equation.3 
hp
