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
СОДЕРЖАНИЕ
|
ВВЕДЕНИЕ |
|||
|
1 |
РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРЕКТНОГО ТЕПЛОВОЗА |
||
|
2 |
ВЫБОР ТЯГОВОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРЕКТНОГО ТЕПЛОВОЗА |
10 |
|
|
2.1 |
Выбор тягового электродвигателя |
10 |
|
|
2.2 |
Режим работы тяговых электрических машин на проектируемом тепловозе |
13 |
|
|
2.3 |
Выбор дизель-генераторной установки |
17 |
|
|
2.4 |
Оценка параметров тягового зубчатого редуктора |
23 |
|
|
3 |
РАСЧЁТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРОЕКТНОГО ТЕПЛОВОЗА |
27 |
|
|
3.1 |
Выбор схемы охлаждения теплоносителей дизеля и конструкции охлаждающих устройств |
27 |
|
|
3.2 |
Тепловой расчёт водовоздушных радиаторов |
27 |
|
|
3.3 |
Обоснование технических требований и выбор конструктивных параметров вентиляторов охлаждающего устройства |
34 |
|
|
3.4 |
Тепловой и гидравлический расчёты водомасляного теплообменника |
42 |
|
|
3.5 |
Оценка основных параметров системы охлаждения тяговых электрических машин |
56 |
|
|
3.6 |
Разработка схемы приводов вспомогательного оборудования тепловоза, расчёт коэффициента отбора мощности на привод вспомогательного оборудования |
58 |
|
|
4 |
РАСЧЁТ ЭКИПАЖНОЙ ЧАСТИ ПРОЕКТНОГО ТЕПЛОВОЗА |
61 |
|
|
4.1 |
Тяговый привод тепловоза: конструкция и основные параметры |
61 |
|
|
4.2 |
Расчёт статического коэффициента использования сцепного веса тепловоза |
61 |
|
|
4.3 |
Геометрическое вписывание тепловоза 63 |
64 |
|
|
5 |
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СПРОЕКТИРОВАННОГО ТЕПЛОВОЗА |
67 |
|
|
5.1 |
Расчёт и анализ удельных параметров тепловоза |
67 |
|
|
5.2 |
Расчёт и анализ тяговой характеристики тепловоза |
68 |
|
|
5.2 |
Расчёт и анализ удельных характеристик тепловоза |
72 |
|
|
ЗАКЛЮЧЕНИЕ |
78 |
||
|
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ |
79 |
1 РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЕКТНОГО ТЕПЛОВОЗА
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:
Повышаем коэффициент сцепления на 40% за счет поосного регулирования силы тяги:
1.2 Коэффициент тяги:
1.3 Основное удельное сопротивление движению локомотива:
1.4 Основное удельное сопротивление движению вагонов:
По формуле (1) рассчитываем :
2. Касательная 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:
По (2) можно найти:
Повышаем коэффициент сцепления на 25% за счет поосного регулирования силы тяги:
2.2 Основное удельное сопротивление при трогании
По формуле (2) рассчитываем :
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 секции тепловоза как постройки:
где удельная металлоемкость.
Окончательно принимаем
8. Осевая нагрузка тепловоза.
Принимаем осевую формулу -
9. Ориентировочный диаметр колеса тепловоза.
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=23757 мм.
10.2 База локомотива:
где числовой коэффициент
10.3 База тележек:
где число осей в тележке
Вывод: по результатам расчета получаем данные тепловоза сведенные в таблицу 1.
Таблица 1
Технические данные проектируемого тепловоза.
|
№ |
Параметр |
Значение параметра |
|
1 |
Число секции |
1 |
|
2 |
Расчетная скорость, км/ч |
20 |
|
3 |
Конструкционная скорость, км/ч |
100 |
|
4 |
Расчетная касательная сила тяги, кН |
463 |
|
5 |
Номинальная касательная мощность секции, кВт |
2572 |
|
6 |
Секционная мощность по дизелю, кВт |
3429 |
|
7 |
Сцепной вес секции, кН |
1744 |
|
8 |
Служебная масса секции, т |
178 |
|
9 |
Осевая нагрузка локомотива, кН |
218 |
|
10 |
Осевая формула |
20+20 – 20+20 |
|
11 |
Диаметр колеса*, мм |
1250 |
* Диаметр колеса в связи с применением тягового привода III класса увеличен до 1250 мм.
2 ВЫБОР ТЯГОВО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРОЕКТНОГО ТЕПЛОВОЗА
2.1 Выбор тягового электродвигателя
Выбор тягового электродвигателя будем производить из числа серийных двигателей по известным размерам сердечника якоря (ЭДУ-133):
м
1. Электрическая мощность ТЭД:
- касательная мощность секции тепловоза;
- число движущих осей секции тепловоза;
- 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 «Н»):
, А/м
А/м
- проверка выполняется
Принимаем А∞ = 59500 А/м
5. Требуемый коэффициент регулирования напряжения ТЭД.
где – минимальная степень ослабления возбуждения ТЭД. По условиям нормальной коммутации для некомпенсированных двигателей. Обычно - для магистральных тепловозов.
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.
Проверка по условию нормальной коммутации (для некомпенсированных двигателей при толщине миканита 1,5 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.
Проверка по условию нормальной коммутации (для некомпенсированных ТЭД при толщине миканита 1,5 мм):
.
9. Реактивная ЭДС в якорной обмотке ТЭД при движении с конструкционной скоростью.
где - коэффициент рассеяния якорной обмотки.
В
Проверка по условию нормальной коммутации:
.
По итогам расчёта выбираем тяговый электродвигатель ЭДУ-133 (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=232 – число коллекторных пластин;
Тогда .
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
Допустимое напряжение ТЭД.
В
Проверка по напряжению:
.
7. Минимальная сила тока
8. Максимальная сила тока ТЭД.
А
9. Допустимая сила тока ТЭД.
где А – допустимая сила тока в параллельной ветви якорной обмотки ТЭД с классом изоляции «Н»;
2а=4 – число параллельных ветвей якорной обмотки.
А
Проверка по силе тока:
10. Электрическая мощность генератора постоянного тока.
где
кВт
11. Напряжение и ток продолжительного режима работы тягового генератора.
где – зависит от схемы подключения двигателей к тяговому генератору.
А
В
2.3 Выбор дизель-генераторной установки
1. Выбор тягового генератора
Выбирать серию тягового генератора будем по допустимой линейной токовой нагрузке. Принимаем за прототип тяговый генератор постоянного тока ГП-312, тогда:
где число коллекторных пластин тягового генератора;
число заходов якорной обмотки тягового генератора;
число главных полюсов тягового генератора;
диаметр сердечника якоря тягового генератора.
2. Определение возможной частоты вращения тягового генератора при номинальном режиме работы.
Возможная частота вращения тягового генератора должна соответствовать условию:
где - минимально возможная частота вращения ротора тягового генератора на номинальном режиме;
- максимально возможная частота вращения ротора тягового генератора на номинальном режиме (по условию механической прочности генератора).
а) Определение
Для определения минимальной возможной частоты вращения ротора воспользуемся основным уравнением тягового генератора, как электрической машины:
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 тягового генератора;
электромагнитная мощность тягового генератора, кВт;
КПД тягового генератора в продолжительном режиме.
Из основного уравнения генератора как электрической машины (43) можно получить зависимость для выбранной серии тягового генератора.
Далее по полученным зависимостям строим графики и в одних осях координат, а абсцисса точки их пересечения будет искомой минимально возможной частотой вращения ротора.
б) Определение
Определять будем по условию механической прочности:
где м/с – предельно допустимая линейная скорость на поверхности ротора.
Дополнительно определим по условию нормальной коммутации, которая выражается критерием Касьянова В. Т.:
Таким образом, выбираем об/мин по условию механической прочности как наименьшую.
Окончательно номинальную частоту вращения можно выбрать в пределах с учётом технических параметров дизеля.
, тогда принимаем об/мин.
3. Выбор дизеля.
В качестве энергетической установки будем использовать дизель из мощностного ряда Д49 с следующими параметрами:
Определим рабочий объем цилиндра:
Запишем основное уравнение ДВС:
По диаграмме, отражающей зависимость можно определить ограничения для нахождения параметров дизель-генераторной установки:
Далее в одних осях координат строим ограничения по эффективному давлению и возможной частоте вращения ротора генератора. По (47) строятся несколько кривых для разного количества цилиндров ДВС. Окончательно принимаем дизель типа Д49 с 12 цилиндрами. Тогда по (47) можно найти:
Параметры ДГУ:
дизель Д49;
z=12;
МПа;
об/мин.
Генератор:
тяговый генератор ГП-312;
А/м;
2.4 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-125) 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 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);
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.
Окончательно принимаем 15:58.
3.5 Диаметр делительной окружности шестерни:
мм
Проверка возможности посадки шестерни на вал:
Диаметр вала принимаем , тогда:
проверка выполняется.
4 Компоновка ТЭД и ТЗР.
4.1 Централь тягового зубчатого редуктора:
где коэффициенты коррекции зубьев шестерни и колеса при проектировании прямозубых передач.
мм
4.2 Предельное значение ширины остова ТЭД:
где мм – диаметр оси.
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-125 можно условно принять:
Все проверки выполняются. Эскиз колесно-моторного блока представлен на рисунке 4.
3 РАСЧЁТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРОЕКТНОГО ТЕПЛОВОЗА
3.1 Выбор схемы охлаждения теплоносителей дизеля и конструкции охлаждающих устройств
Закрытая двухконтурная система охлаждения теплоносителей дизеля, с охлаждением масла в ВМТ и с охлаждением надувочного воздуха в водовоздушном охладителе. Охлаждающие устройства с секциями радиатора типа ВС12.
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 по (59) и (60) 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 2:
Таблица 2
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.
(11,7
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 по (75) находим мощность привода водяного насоса:
II контур
1. Теплофизические параметры воды при температуре 75:
;
;
;
;
2. Расчетная подача водяного насоса во II-м контуре.
3.1 Число Рейнольдса для потока воды:
По (66) можно найти:
3.2 Температурный фактор:
3.3 Число Кирпичева.
По (69) можно найти:
4. Коэффициент теплопередачи секции радиатора.
По (70) можно найти:
5. Число секций радиатора в II контуре системы охлаждения.
(77)
Окончательно принимаем: секции.
6. Фактическая массовая скорость воды в трубках радиатора.
При последовательно-параллельном соединении секций
7. Температура теплоносителей на выходе из радиатора:
Вода:
Воздух:
8. Мощность привода водяного насоса.
По (76) можно определить:
Hв=10·Па
3.3 Обоснование технических требований и выбор конструктивных параметров вентиляторов охлаждающего устройства
1 Исходные данные.
1.1 Безразмерные характеристики вентиляторной установки УК-2М.
1.2 Тип привода вентилятора: электрический с асинхронным мотор - вентилятором АМВ-75.
1.3 Частоту вращения вентиляторного колеса принимаем n = 1160 об/мин.
2 Компоновка шахты охлаждающих устройств.
2.1 Длина шахты:
2.2 Число вентиляторов в шахте:
2.3 Число секций обслуживаемых одним вентилятором:
2.4 Длина шахты с одной стороны тепловоза, обслуживаемая одним вентилятором:
3 Расчетная производительность вентилятора:
3.1 Температура воздуха на входе в вентилятор:
(86)
где - коэффициент, учитывающий подсос воздуха в шахту через неплотности.
3.2 Плотность воздуха на входе в вентиляторное колесо:
Тогда по (85) можно найти расчетную производительность вентилятора:
4 Расчетный напор вентиляторной установки.
4.1 Потеря давления воздуха в боковых жалюзи:
, Па (88)
где – коэффициент аэродинамического сопротивления боковых жалюзи;
- фронтальная поверхность одной секции радиатора.
4.2 Потери давления воздуха в секциях радиатора:
где число Эйлера для потока воздуха.
где температурный фактор.
Тогда по (90) найдем число Эйлера для потока воздуха:
Теперь можно определить потери давления воздуха в секциях радиатора по (89):
4.3 Потеря давления воздуха в шахте:
Па (92)
где - поправочный коэффициент, учитывающий конструкцию ОУ (для арочного ОУ всасывающего типа);
- коэффициент аэродинамического сопротивления шахты.
где степень поджатия потока воздуха при проходе от радиатора к вентилятору;
.
где площадь сечения, ометаемая лопастями вентилятора,.
Задаем ориентировочно D=1,7 м.
Тогда по (94) можно определить:
Скорость воздуха в сечении ометаемом лопастями вентилятора можно определить так:
Теперь по (92) и (93) имеем:
4.4 Динамический напор вентилятора:
4.5 Расчетный напор вентиляторной установки:
5 Выбор конструктивных параметров вентилятора.
5.1 Показатель быстроходности:
5.2 Расчет кривой геометрически подобных вентиляторов, отвечающих заданным технологическим требованиям.
Для вентиляторов с заданной быстроходностью:
(105)
Расчет по (105) целесообразно представить в таблице 3.
Таблица 3
Координаты точек кривой геометрически подобных вентиляторов заданной быстроходности
|
0 |
0,04 |
0,08 |
0,12 |
0,16 |
0,20 |
0,24 |
0,28 |
|
|
0 |
0,060 |
0,095 |
0,124 |
0,150 |
0,174 |
0,197 |
0,218 |
5.3 Определение возможных сочетаний конструктивных параметров вентилятора. Для этого необходимо совместить кривую геометрически подобных вентиляторов с безразмерными характеристиками вентиляторной установки.
Для вентиляторов с заданной быстроходностью:
Таблица 4
Возможные сочетания конструктивных параметров вентиляторов
Zл=8 |
|||||
№ |
φ |
ηв |
D, м |
ω,м/с |
|
1 |
15 |
0,125 |
0,59 |
1,73 |
105,1 |
2 |
20 |
0,16 |
0,59 |
1,59 |
96,8 |
3 |
25 |
0,175 |
0,58 |
1,55 |
93,9 |
4 |
30 |
0,215 |
0,575 |
1,44 |
87,7 |
5 |
35 |
0,245 |
0,55 |
1,38 |
84,0 |
5.4 Выбор сочетаний конструктивных параметров вентилятора:
Выбираем θл=15, ηв=0,59, D=1,73 м, .
6. Мощность вентилятора на расчетном режиме:
Проверка ограничений:
D=1,73 м < A=1,2 м
<
Все проверки выполняются.
3.4 Тепловой и гидравлический расчёты водомасляного теплообменника
1) Исходные данные.
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 по (103) 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 по (105) 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 со следующими параметрами:
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:
(110)
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:
9. Температура стенки трубки:
10. Теплофизические параметры для масла, при температуре =68,1
;
;
;
.
11. Число Прандтля для потока масла при температуре стенки трубки =68,1
12.Число Нуссельта для потока масла:
где параметр шаговых отношений, учитывающий расположение трубок в трубном пучке;
параметр оребрения.
Теперь по (125) 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 по (136) 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:
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 по (152) 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 по (159) 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.
3.5 Оценка основных параметров системы охлаждения тяговых электрических машин
1 Выбор системы охлаждения тяговых электрических машин.
Полуцентрализованная система.
Применяем для ТСГ, ВУ и группы ТЭД передней тележки – централизованную систему охлаждения электрических машин.
А для группы ТЭД задней тележки устанавливаем отдельно центробежный вентилятор.
2. Условия работы системы охлаждения тяговых электрических машин.
2.1 Температура воздуха на входе в электрическую машину:
Принимаем .
2.2 Перепад температуры воздуха в машине:
Тяговый генератор
Тяговый электродвигатель м
ВУ
2.3 Плотность воздуха в пределах электрической машины:
Принимаем
2.4 Теплоемкость воздуха в пределах электрической машины:
Принимаем
3. Требуемые расходы воздуха для охлаждения тяговых электрических машин.
3.1 Расход воздуха на охлаждение ТГ:
3.2 Расход воздуха на охлаждение ТЭД:
3.3. Расход воздуха на охлаждение ВУ:
4 Требуемый напор охлаждающего воздуха на входе в электрическую машину.
4.1 Тяговый агрегат серии А-714:
где требуемый напор охлаждающего воздуха на входе в генератор;
динамический напор воздуха на выходе из электрической машины.
4.2 Для тягового электродвигателя серии ЭДУ-133:
где требуемый напор охлаждающего воздуха на входе в ТЭД.
4.3. Для выпрямительной установки:
,где
- аэродинамическое сопротивление ВУ.
5. Мощность приводов вентиляторов:
1) ЦВС ТА, ВУ и группы ТЭД передней тележки.
, где
=(1,05-1,1)=1,1- коэффициент запаса по расходу воздуха;
=(1–1,05)=1,03 - коэффициент запаса по напору воздуха;
=(1150-1500)=1250 Па - аэродинамическое сопротивление воздуховодов и фильтров;
=(0,87-0,9)=0,89 - КПД осевого вентилятора.
2)Центробежный вентилятор для группы ТЭД задней тележки.
где число осей в тележке.
Суммарная мощность на привод вентиляторов:
Отбор мощности от дизеля:
.
3.6 Разработка схемы приводов вспомогательного оборудования тепловоза, расчёт коэффициента отбора мощности на привод вспомогательного оборудования
В соответствии с рассчитанными параметрами:
.
1. Мощность привода вспомогательного оборудования:
где мощность вентилятора ЦВС, кВт;
– мощность вспомогательных машин, кВт;
– средняя мощность тормозного компрессора, кВт;
– мощность вентилятора ТЭД 2-й тележки, кВт;
- мощность вентилятора охлаждающего устройства, кВт
= 0,97 - кпд углового редуктора и механического редуктора ;
– кпд вспомогательного генератора (ВСГ);
– кпд вспомогательного асинхронного двигателя;
– кпд мотор-вентилятора АМВ-75
2. Мощность тормозного компрессора:
где
3. Мощность вспомогательных электрических машин:
Тогда по (172) имеем:
4. Коэффициент отбора мощности на привод вспомогательного оборудования:
4 РАСЧЁТ ЭКИПАЖНОЙ ЧАСТИ ПРОЕКТНОГО ТЕПЛОВОЗА
4.1 Тяговый привод тепловоза: конструкция и основные параметры
Для проектируемого магистрального грузового тепловоза выбираем тяговый привод III класса с основными параметрами:
Dk=1250 мм ; Zk=86; Zш=15; m=10 мм.
4.2 Расчет статического коэффициента использования сцепного веса
Статический коэффициент использования сцепного веса зависит от конструкции экипажной части. Поскольку РП двухступенчатое, момент на раме кузова и момент на рамах тележек рассчитывают раздельно.
1. Момент на раме кузова от силы тяги в автосцепке:
Осевая сила тяги при трогании локомотива.
2. Изменение обрессоренных нагрузок от Мкт
3. Момент на раме 4-х осной тележки:
3.1. Момент от сил в пружинных подвесках ТЭД:
3.2 От силы тяги в шкворне:
,т.к.
3.3 1 Момент от моторно-редукторного блока:
4. Изменение обрессоренной нагрузки на к.п. от момента Мпр
5. Фактические нагрузки на колесные пары:
8. Статический коэффициент использования веса локомотива:
4.3 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: ;
Построения будем вести по зависимостям:
, мм (188)
, мм (189)
Расчет параболической диаграммы сведем в таблицу:
Таблица 5
Расчет параболической диаграммы
|
x,мм |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
yнар,мм |
0,0 |
2,3 |
9,1 |
20,5 |
36,4 |
56,8 |
81,8 |
111,4 |
145,5 |
184,1 |
227,3 |
|
yвн,мм |
14,5 |
16,8 |
23,6 |
35,0 |
50,9 |
71,3 |
96,3 |
125,9 |
160,0 |
198,6 |
241,8 |
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 .
3. Определение угла поворота тележки.
5 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СПРОЕКТИРОВАННОГО ТЕПЛОВОЗА
5.1 Расчёт и анализ удельных параметров тепловоза
Таблица 6
Удельные параметры тепловозов
|
№ |
Параметры |
ТЭРА |
Проект ШСМ |
|
1 |
Расчетная скорость, Vp, км/ч |
18,7 |
20 |
|
2 |
Расчетная сила тяги, Fkp, kH |
463 |
463 |
|
3 |
Секционная мощность по дизелю, Ne, кВт |
3063 |
3429 |
|
4 |
Служебная масса, mсл, т |
180 |
178 |
|
5 |
Осевая формула |
20+20-20+20 |
20+20-20+20 |
|
Удельная мощность , кВт/кг |
17,0 |
19,3 |
|
|
6 |
Удельная масса , кг/кВт |
58,8 |
51,9 |
|
7 |
Осевая мощность Noc=, кВт/ось |
383 |
429 |
|
8 |
Осевая сила тяги Foc=, кН/ось |
57,8 |
57,8 |
|
9 |
Коэффициент силы тяги , |
0,262 |
0,265 |
|
10 |
Коэффициент использования сцепного веса |
0,92 |
0,9 |
|
11 |
Коэффициент отбора мощности на привод вспомогательного оборудования |
- |
0,1 |
|
12 |
Коэффициент полезного использования мощности дизеля для тяги |
0,78 |
0,75 |
|
13 |
Номинальный КПД тепловоза ηт = |
33,8 |
31,1 |
- для проектного тепловоза:
- для серийного тепловоза:
По сравнению с тепловозом М62 у проектного тепловоза ТЭ17 более высокая расчётная скорость. Увеличение за счет конструкторских решений коэффициента сцепления колес с рельсами к на 25% приводит к повышению коэффициента тяги т с 0,17 до 0,227. Это позволяет достичь почти такой же расчетной касательной силы тяги по сравнению с прототипом при меньшей массе локомотива. Значительное повышение осевой силы тяги и осевой мощности обусловлено постановкой двухосных тележек с наклонными тягами вместо трехосных. Удельный эффективный расход топлива проектного локомотива меньше, чем у прототипа за счет применения другого типа дизеля.
Из анализа таблицы 6 видно, что увеличение коэффициента сцепления колес с рельсами скорее улучшило удельные показатели.
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 (поосного регулирования) 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 7.
Таблица 7
Ограничение силы тяги по сцеплению
|
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
|
|
0,299 |
0,272 |
0,251 |
0,236 |
0,223 |
0,213 |
|
|
0,409 |
0,409 |
0,409 |
0,409 |
0,409 |
0,409 |
|
|
529 |
480 |
444 |
416 |
394 |
377 |
|
|
714 |
714 |
714 |
715 |
715 |
715 |
2. Ограничение силы тяги по мощности:
Расчет силы тяги на этом участке будем проводить по формуле:
Проведенные расчеты целесообразно представить в виде таблицы 8.
Таблица 8
Ограничение силы тяги по мощности
|
|
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
860 |
430 |
287 |
215 |
172 |
143 |
123 |
108 |
96 |
86 |
|
|
926 |
463 |
309 |
231 |
185 |
154 |
132 |
116 |
103 |
93 |
Таким образом, характеристика проектного тепловоза расположена выше из-за применения поосного регулирования касательной силы тяги, а следовательно более высокого коэффициента
Характеристика проектного тепловоза могла располагаться еще выше, но коэффициент использования сцепного веса серийного тепловоза больше, 0,92 против 0,9, за счет применения догружателей тележек (без догружателей ). Отметим, что сцепной вес практически одинаков.
5.3 Расчёт и анализ удельных характеристик тепловоза
Построение будем проводить на основе тяговой характеристики локомотива; полученные значения удобно свести в таблицы 9 и 10.
Таблица 9
Ограничение по сцеплению
|
|
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
|
172,8 |
156,7 |
144,9 |
135,8 |
128,7 |
122,9 |
|
|
208,1 |
208,2 |
208,3 |
208,4 |
208,5 |
208,5 |
Таблица 10
Ограничение по мощности
|
|
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
280,8 |
140,4 |
93,6 |
70,2 |
56,2 |
46,8 |
40,1 |
35,1 |
31,2 |
28,1 |
|
|
270 |
135 |
90 |
67,5 |
54 |
45 |
38,5 |
33,75 |
30 |
27 |
Рассмотрим ограничение по сцеплению. Характеристика проектного тепловоза расположена выше за счет серьезного преимущества проектного тепловоза по коэффициенту сцепления, тогда как удельная масса меньше на 13%: . Тогда можно показать ,если
и , тогда .
Рассмотрим ограничение силы тяги по мощности. Характеристика проектного тепловоза немного ниже чем у серийного, т.к. коэффициент полезного использования мощности дизеля для тяги меньше, 0,75 против 0,78;
, т.е. характеристики будут отличатся значением :
Построение будем проводить на основе тяговой характеристики локомотива; полученные значения удобно свести в таблицы 11 и 12.
Таблица 11
Ограничение по сцеплению
|
|
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
|
0,300 |
0,272 |
0,251 |
0,236 |
0,223 |
0,213 |
|
|
0,411 |
0,373 |
0,345 |
0,323 |
0,306 |
0,293 |
Таблица 12
Ограничение по мощности
|
|
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
0,487 |
0,244 |
0,162 |
0,122 |
0,097 |
0,081 |
0,070 |
0,061 |
0,054 |
0,049 |
|
|
0,530 |
0,265 |
0,177 |
0,133 |
0,106 |
0,088 |
0,076 |
0,066 |
0,059 |
0,053 |
Рассмотрим ограничение по сцеплению. Характеристика проектного тепловоза расположена выше, т.к. расчет идет по формуле , а у проектного тепловоза выше (. Тогда можно показать, что
Рассмотрим ограничение силы тяги по мощности. Характеристика проектного тепловоза расположена выше, потому что расчет идет по формуле , а у проектного тепловоза меньше, чем у серийного, но и меньше (). Тогда можно показать, что .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате выполнения курсового проекта разработан тепловоз, близкий к проекту перспективного тепловоза ТЭ17 со следующими удельными показателями:
Полученные данные показывают, что изменение экипажной части по сравнению с серийным образцом улучшает удельные показатели. Использование двухосных тележек позволяет повысить осевые силу тяги и мощность, а также понизить радиус проходимых кривых. Применение тележек с наклонными тягами улучшает статический коэффициент использования сцепного веса, который учитывает влияние конструкции локомотива на расчетный коэффициент сцепления и силу сцепления колес с рельсами.
Постановка на проектируемый локомотив дизеля типа Д49 вместо 14Д40 позволило повысить КПД тепловоза на номинальном режиме с 0,2875 до 0,3197.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
|
Формат |
Зона |
Поз. |
Обозначение |
Наименование |
Кол. |
Материал |
||
|
1 |
прожектор |
|||||||
|
2 |
Главная рама |
|||||||
|
3 |
Компрессор |
|||||||
|
4 |
Канал подвода воздуха на охлаждение тягового генератора |
|||||||
|
5 |
Двухмашинный агрегат |
|||||||
|
6 |
Синхронный подвозбудитель |
|||||||
|
7 |
Тяговый генератор |
|||||||
|
8 |
Дизель |
|||||||
|
9 |
Глушитель |
|||||||
|
10 |
Карданный вал |
|||||||
|
11 |
Вентилятор |
|||||||
|
12 |
Подпятник вентилятора |
|||||||
|
13 |
Холодильная камера |
|||||||
|
14 |
Отопительная вентиляционная установка |
|||||||
|
15 |
Канал подвода воздуха для охлаждения тяговых электродвигателей |
|||||||
|
16 |
Аккумуляторная батарея |
|||||||
|
17 |
Топливный бак |
|||||||
|
18 |
Рама тележки |
|||||||
|
19 |
Наклонная тяга |
|||||||
|
20 |
Автосцепка |
|||||||
|
21 |
Камера электрооборудования |
|||||||
|
22 |
Вентилятор охлаждения тягового генератора |
|||||||
|
23 |
Вентилятор охлаждения тяговых электродвигателей передней тележки |
|||||||
|
24 |
Распределительные редукторы |
|||||||
|
Изм |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |
||||
|
Разработал |
Силюта А. Г. |
Компоновка основных узлов тепловоза ТЭ17 |
Лит |
Лист |
Листов |
|||
|
Проверил |
Неревяткин К. А. |
|||||||
|
МИИТ ТЛТ-411 |
||||||||
|
Формат |
Зона |
Поз. |
Обозначение |
Наименование |
Кол. |
Приме- чание |
||
|
25 |
Топливоподкачивающий агрегат |
|||||||
|
26 |
Водомасляный теплообменник |
|||||||
|
27 |
Маслопрокачивающий агрегат |
|||||||
|
28 |
Топливоподогреватель |
|||||||
|
29 |
Вентилятор охлаждения тяговых электродвигателей задней тележки |
|||||||
|
30 |
Воздухоочиститель |
|||||||
|
31 |
Задний распределительный редуктор |
|||||||
|
32 |
Гидропривод вентилятора |
|||||||
|
33 |
Секция холодильной камеры |
|||||||
|
Лист |
||||||||
|
Изм. |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |