Определение основных параметров и компоновка оборудования автономного локомотива

I. Выбор основных параметров силовой установки и вспомогательного оборудования локомотива

1.1 Выбор основных параметров силовой установки

1.2 Технико-экономические параметры тепловоза

II. Краткое описание конструкции локомотива

2.1 Анализ конструкции локомотива

2.2 Описание конструкции локомотива

2.2.1 Основные технические данные тепловоза 2ТЭ116

2.2.2 Особенности конструкции, компоновка и основная техническая характеристика дизеля 1А-5Д49

2.2.3 Особенности конструкции силовой передачи

2.2.4 Краткое описание конструкции экипажной части

2.2.5 Краткое описание основных систем тепловоза.

III. Индивидуальная часть

3.1 Рессорное подвешивание

3.2 Пружинный комплект

3.3 Фрикционный гаситель колебаний

Заключение

Список используемой литературы

Приложение 1

Введение

1956г. Вошел в историю развития транспорта как год начала грандиозной технической реконструкции тяги на железных дорогах Советского Союза. Состоявшийся в феврале 1956г. XX съезд Коммунистической партии Советского Союза в директивах по шестому пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1956-1960гг. указал: "В целях повышения провозной способности железных дорог осуществить работы по технической реконструкции тяги на железнодорожном транспорте путем широкого внедрения электровозов и тепловозов с тем, чтобы уже в 1960г. Было выполнено ими 40-45% всего грузооборота". Этими же директивами была намечена электрификация в 1956-1960гг.8100км железных дорог.

В 1956г. на магистральные дороги поступили последние паровозы, строительство которых на отечественных заводах продолжалось 110 лет. Сыграв исключительную роль в экономическом развитии страны, справившись с перевозками в тяжелые годы гражданской и Великой Отечественной войн, выполнив основную работу в первое послевоенное десятилетие, паровоз начал быстро уступать все новые и новые участки более совершенным локомотивам - электровозам и тепловозам.

Замена паровозов электровозами и тепловозами дала значительную экономию топлива, снизила эксплуатационные расходы и увеличила провозную способность дорог.

Многие участки железных дорог в 1956г. обслуживались паровозами с применением двойной тяги, что вело к росту эксплуатационных расходов, усложняло экипировку паровозов и увеличивало количество локомотивных бригад. Замена же двух паровозов одним мощностью 3500-4000л. с., который при условии ограничения нагрузки от колесных пар на рельсы до 21-23тс можно было выполнить только в виде сочлененного локомотива, потребовала бы больших затрат на реконструкцию деповских устройств и самих депо. Кроме того, как показал опыт, при достижении размеров движения на двухпутной линии более 50 пар грузовых поездов в сутки, паровая тяга уже не могла обеспечить бесперебойное движение поездов, особенно в зимних условиях.

Электрические системы управления электровозами и тепловозами позволяют соединить несколько секций с сохранением управления ими с одного поста, что дает возможность реализовать большие мощности без увеличения количества локомотивных бригад.

В связи с широкомасштабной электрификацией железных дорог и переводом многих линий с паровозной на электрическую и дизельную тягу насущной стала проблема концентрации и роста научно-технических кадров. Министерство электротехнической промышленности - ведущий изготовитель электровозов и Министерство транспортного машиностроения - ведущий изготовитель тепловозов выбрали разные пути ее решения. Министерство электротехнической промышленности организовало в 1958г. на Новочеркасском электровозостроительном заводе Научно-исследовательский институт электровозостроения (ЭлНИИ), который в 1964г. был преобразован во Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения. С 1973г. этот институт стал технологическим и получил полное наименование Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электровозостроения (сокращенно ВЭлНИИ). С самого начала создания института электровозостроения в него были включены проектно-конструкторские подразделения, имевшиеся в то время у Новочеркасского электровозостроительного завода.

Министерство транспортного машиностроения при создании своего Всесоюзного научно-исследовательского тепловозного института (ВНИТИ) в Коломне не образовало в нем подразделений, занимающихся проектированием новых локомотивов. Главные конструкторы тепловозов со своими подразделениями оставались на тепловозостроительных заводах, что позволило исключить длительную "притирку" между научно-исследовательским институтом и заводами-изготовителями, долгое время происходившую между НЭВЗом и ЭлНИИ.

В 1956 г. Ворошиловградский и Коломенский заводы прекратили выпуск паровозов, и перешли на строительство магистральных тепловозов серии ТЭ3. Министерство транспортного машиностроения приняло решение о широкой кооперации при постройке тепловозов серии ТЭ3 между Харьковским, Ворошиловградским и Коломенским заводами. Харьковскому заводу транспортного машиностроения и Коломенскому тепловозостроительному заводу было поручено изготовление дизелей, Ворошиловградскому - кузовов и тележек. Сборка тепловозов была организована на всех трех заводах, но затем весь выпуск тепловозов серии ТЭ3 был сосредоточен на Ворошоловградском (в 1858-1970гг. - Луганском) тепловозостроительном заводе.

Муромский завод построил первые маневровые (промышленные) тепловозы в конце 1956 г., а в 1957 г. полностью перешел на выпуск тепловозов.

Завершив выпуск паровозов в 1950 г., Брянский машиностроительный завод вновь приступил к постройке локомотивов в 1958 г. На заводе началось изготовление маневровых тепловозов серии ТЭМ1 с дизелями Пензенского и электрооборудованием Харьковского завода тепловозного электрооборудования. Последний в дальнейшем получил наименование завод "Электротяжмаш".

Одновременно с увеличением протяженности линий магистральных железных дорог, переводимых на тепловозную тягу, росло и количество магистральных тепловозов с электрической передачей. В нашей стране их строили три завода: Харьковский завод транспортного машиностроения им.В.А. Малышева, Коломенский тепловозостроительный завод им.В. В. Куйбышева и Ворошиловградский (в 1958-1970 гг. - Луганский) тепловозостроительный завод им. Октябрьской революции. Поступление с зарубежных заводов, кроме одного локомотива, не было.

В этот период росли не только количественные, но и качественные показатели производства тепловозов с электрической передачей. Секционная мощность локомотивов увеличилась в два раза: с 2000 л. с. (тепловоз серии ТЭ3) до 4000 л. с. (тепловоз серии ТЭП70). В начале 70-х годов был освоен выпуск тепловозов серии 2ТЭ116, у которых вместо электрической передачи постоянного тока была применена передача переменно-постоянного тока с более легким и надежным синхронным тяговым генератором. В конце 50-х и начале 60-х гг. первые пассажирские тепловозы с электрической передачей (серий ТЭ7, ТЭП10, ТЭП10Л) создавались на базе грузовых тепловозов путем их соответствующей доработки: уменьшения передаточного числа тяговых редукторов, применение электропневматических тормозов и т.д. Позднее для вождения пассажирских поездов стали применяться специально спроектированные тепловозы (серий ТЭП60, 2ТЭП60, ИЭП70) с опорным рамным подвешиванием тяговых электродвигателей вместо опорно-осевого и рядом других существенных отличий от грузовых локомотивов.

Имея возможность совершать без пополнения запаса топлива пробег более 1000 км, тепловозы с конца 50-х г., как электровозы, стали во многих местах следовать с поездами без отцепки на значительные расстояния. Тяговые плечи локомотивов трансформировались в участке их обращения, а при значительной разветвленности последних - в зоны или полигоны работы с поездами. Особенно это относилось к пассажирскому движению.

Среди самых больших участков обращения пассажирских тепловозов на сети отечественных железных дорог можно выделить следующее: Можайск - Калининград через Витебск, Даугавплс (1314 км; тепловозы депо Смоленск, Витебск); Тобол - Кулунда (1240 км; тепловозы депо Ерментау); Ленинград - Здолбунов (1229 км; тепловозы депо Ленинград - Варшавский); Ленинград - Кандалакша (1172 км; тепловозы депо Кандалакша).

К середине 70-х г. большинство участком, зоны полигоном работы как пассажирских, так и грузовых тепловозов с электрической передачей сократилось по своей длине и совсем исчезло в связи с электрификацией железных дорог.

Отсутствие у тепловозов необходимости пополнять запасы воды обусловило первоочередность перевода на тепловозную тягу не электрифицированных линий, расположенных в безводных районах и там, где водоснабжение затруднено. Поэтому в начале 60-х г. тепловозы заменили паровозную тягу на главных направлениях степных районов Украины, России, Казахстана и Сибири, а также в Средней Азии.

I. Выбор основных параметров силовой установки и вспомогательного оборудования локомотива

1.1 Выбор основных параметров силовой установки

Касательная сила тяги определяется из условия равномерного движения поезда с расчетной скоростью (V_р) на расчетном подъеме (i_р), когда имеет место равенство сил полного сопротивления движению поезда (W_к) и касательной силы тяги локомотива (F_к):

F_к = W_к = P (ω_о’ + i_р) +Q (ω_о" + i_р) (н) (1.1)

где ω_о’ и ω_о” - основное удельное сопротивление движению локомотива и вагонов, н/кН;

Q и P - вес состава и локомотива, кН.

Для принципиальных расчетов, предусмотренных в курсовой работе, значения ω_о’и ω_о” можно заменить определенной величиной ω_о ≈ω_о’≈ ω_о", находящееся в пределах 1,2 - 1,4 н/кН, тогда

F_к = W_к = (P +Q). (ω_о + i_р) (н) (1.2)

Величина P принимается предварительно, исходя из средней нагрузки на ось 23т/ось, примем массу локомотива m=130 тонн, тогда

Н

Масса состава m_гр грузового поезда определяется по исходным данным из уравнения:

(т) (1.3)

где Г - годовой грузооборот в обоих направлениях, т. км. бр, Гт. км. бр; 2n_{гр -} число пар грузовых поездов в сутки, 2n_гр=35; Lyo - длина участка обращения локомотивов, т, Lyo=400т.

т

Вес грузового поезда определяется из формулы:

(Н) (1.4) Н;

тогда касательная сила тяги по формуле (1.1):

кН

Рассчитываем касательную мощность локомотива из формулы:

(кВт), (1.5)

где F_к имеет размерность кН, тогда

кВт

Эффективная мощность силовых установок тепловоза определяется из формулы:

, (1.6) или

(1.7)

где φ_мощн - коэффициент полезного использования мощности для тяги, для тепловозов с электрической передачей φ_мощн =0,7-0,85;

η_тг - коэффициент полезного действия тягового генератора η_тг =0,94-0,96

η_ву - коэффициент полезного действия выпрямительной установки η_ву =0,99

η_тэд - коэффициент полезного действия тяговых электродвигателей η_тэд =0,91-0,92

η_зп - коэффициент полезного действия тяговой зубчатой передачи η_зп =0,96-0,98

β_всп - коэффициент отбора мощности от силовой установки на вспомогательные нужды β_всп =0,92-0,85

кВт

Выбираем тепловоз серии 2ТЭ116, Nе=2250кВт.

Число секций локомотива подсчитывается по формуле:

(1.8)

где - мощность одной секции серийного локомотива.

= 11340/ 2250 = 5,04 секций

Принимаем 6 секций. Так как округление количества секций произошло в большую сторону, то возникает запас по силе тяги локомотива, а следовательно, появляется возможность увеличить первоначальный заданный вес состава, определив его расчетное значение по следующей формуле:

^(1.9)

где - уточненное расчетное значение веса состава, кН;

- расчетная сила тяги выбранного локомотива (при расчетной скорости ), Н;

, - основные удельные сопротивления движению соответственно локомотива и вагонов при скорости движения , н/кН.

т

1.2 Технико-экономические параметры тепловоза

Значение коэффициента, учитывающего расход мощности на привод вспомогательных агрегатов тепловоза:

(1.10)

где - расход мощности на привод вспомогательных агрегатов

Значение коэффициента полезного использования мощности дизеля на тяги:

(1.11)

К.П.Д. тепловоза при номинальном режиме работы дизеля:

(1.12)

где - удельный расход топлива кг/кВт; - теплота сгорания топлива, = 42500кДж/кг

(1.13)

Значение удельной силы тяги локомотива:

(Н/кВт) (1.14)

Н/кВт

Значение удельной массы:

(кг/кВт) (1.15)

где - служебная масса

кг/кВт

Коэффициент тяги:

(1.16)

II. Краткое описание конструкции локомотива

2.1 Анализ конструкции локомотива

Локомотив, как сложная техническая система состоит из совокупности подсистем и элементов, которые взаимосвязаны между собой и выполняют заданные функции, направленные на достижение определенной цели - создание управляемой силы тяги.

Подсистема локомотива могут быть скомпонованы и рассмотрены по иерархическому принципу. Например, подсистемами первого уровня являются наиболее крупные агрегаты, узлы и их совокупности, такие как: силовая установка, экипаж, передача, вспомогательное оборудование. Каждая из подсистем первого уровня в свою очередь состоит из менее масштабных и сложных подсистем второго уровня. Так экипаж образован следующими подсистемами второго уровня: кабины машиниста, главной рамы с кузовом и тележками. Передача тепловоза включает в себя подсистемы второго уровня, такие как тяговый генератор и тяговые электродвигатели. Подсистемами третьего уровня, например для тележки, могут быть рамы тележки, опорно-возвращающие устройства, устройства передачи силы тяги, тяговые электродвигатели, колесные пары и передаточные механизмы, обеспечивающие связь тяговых электродвигателей с колесными парами, а также тормозное оборудование.

Анализируя устройство технических систем, можно рассматривать их до уровня элементов - деталей, изготовленных из одной заготовки. Например, элементами подсистемы третьего порядка колесной пары тепловоза типа 2ТЭ116 являются: ось, колесный центр, бандаж, стопорные кольца и зубчатое колесо тяговой передачи.

Между подсистемами и элементами локомотива имеются определенные связи (отношения), которые с закономерной необходимостью определяют функциональные свойства (качество) системы (локомотива) в целом. Например, связи подсистем и элементов передачи определяют такие функциональные качества локомотива, как сила тяги, скорость, движение, К.П.Д. Связи подсистем и элементов экипажа определяют динамические, тяговые и ходовые свойства локомотива (Рис.1).

При анализе устройства и принципов функционирования локомотива, принимая во внимание вышеизложенные соображения, прежде всего необходимо составить его упрощенную структурно-функциональную схему. Затем следует выделить подсистемы первого, второго и третьего уровней локомотива. Описать принципы и особенности устройства подсистем; приводя их основные технические характеристики. Следующим этапом анализа локомотива должно быть описание функциональных связей подсистем. При этом должно быть составлено общее описание работы как отдельных подсистем, так и технической системы локомотива в целом. Здесь необходимо объяснить смысл и физические принципы преобразования энергии в передаче. Показать принципы управления локомотивом, как человеко-машинной системы, отметив также, каким образом при различных штатных ситуациях (троганье, разгон, выбег, торможение) реализуется управляющее воздействие машиниста на подсистемы локомотива. Проанализировать взаимодействие подсистем экипажа при движении локомотива по прямым и кривым участкам ж. д. пути, пояснив при этом принципы устройства и работы подсистем, относящихся к ходовой части локомотива.