=Курсовая работа= Определение основных параметров и компоновка оборудования автономного локомотива

[Admin]

Определение основных параметров и компоновка оборудования автономного локомотива

Курсовой проект

Скачать

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Исходные данные:
Род службы локомотива - грузовой
Тип передачи - электрическая
Годовой грузооборот - 50млрд. т. км. брутто
Число пар поездов в сутки - 2n=35
Длина участка обращения - Lуо=400км
Расчетный подъем - iр=10‰
Расчетная скорость - Vр=26км/ч
Произвести выбор основных параметров силовой установки и вспомогательного оборудования локомотива исходя из номенклатуры серийных локомотивов.
Описать взаимосвязь основного и вспомогательного оборудования.
Определить тяговые энергетические параметры локомотива: удельную массу, коэффициент полезного действия, коэффициент полезного использования мощности для тяги, коэффициент тяги.
Выполнить индивидуальное задание.
Графическая часть (компоновочная система локомотива на формате А1).



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
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.

В крышке расположены два впускных и выпускных клапана, форсунка и индикаторный кран. На крышке установлены рычаги привода клапанов. Крышка нижней плоскостью опирается на блок и крепится к нему четырьмя шпильками, ввернутыми в плиту блока цилиндров. Втулка цилиндра подвешена и прикреплена к крышке цилиндра шпильками. Стык между крышкой и втулкой (газовый стык) уплотняется стальной омедненной прокладкой. На втулку напрессована рубашка, которая образует полость для прохода охлаждающей воды.
Лоток с распределительным валом расположен на верхней части блока. На лотке установлены топливные насосы. Распределительный вал один на оба ряда цилиндров, приводится во вращение от коленчатого вала шестеренчатой передачей, имеющейся на заднем торце блока цилиндров, которая одновременно является приводом объединенного регулятора, механического тахометра, предельного выключателя, возбудителя, стартер-генератора и вентилятора охлаждения генератора. Топливная система высокого давления состоит из 16-ти индивидуальных насосов золотникового типа и 16-ти форсунок закрытого типа. Топливо от насосов подается к форсункам по форсуночным трубкам.
Топливоподкачивающая система состоит из топливоподкачивающего насоса, фильтра грубой очистки, установленных на тепловозе, фильтров тонкой очистки и подпорного клапана, обеспечивающего необходимое давление топлива, поступающего к топливным насосам.
Предельный выключатель в случае повышения вращения частоты коленчатого вала выше допустимой посредством рычажной передачи выключает подачу топлива в цилиндры дизеля.
С помощью привода механического тахометра можно периодически по мере необходимости включать тахометр для проверки частоты вращения коленчатого вала.
Масляная система состоит из насоса, фильтра тонкой очистки, теплообменника, фильтров грубой очистки, центробежных фильтров и маслопрокачивающего насоса.
Все агрегаты и трубопроводы масляной системы, кроме фильтров тонкой очистки, расположены на дизеле.
Система охлаждения дизеля водяная, принудительная, двухконтурная, замкнутого типа.
Циркуляция воды в системе обеспечивается с помощью центробежных насосов.
Картер дизеля вентилируется путем отсоса газов на всасывание в турбокомпрессор.
Величина разрежения в картере регулируется автоматически.
В целях предотвращения скопления масла в ресивере надувочного воздуха на дизеле имеется система удаления масла из ресивера в емкость, расположенную с левой стороны в раме. Для контроля работы этой системы на раме предусмотрен специальный штуцер.
На переднем торце дизеля установлены привод насосов, водяные и масляный насосы, турбокомпрессор, охладитель надувочного воздуха, реле давления масла, автомат системы вентиляции картера.
С левой стороны дизеля расположены фильтр масла грубой очистки, центробежные фильтры, теплообменник масла, объединенный регулятор, пусковой сервомотор, привод механического тахометра и тахометр, с правой стороны дизеля - фильтр тонкой очистки топлива, предельный выключатель и маслоотделительный бачок системы вентиляции картера.
С переднего торца дизеля от привода насосов имеется возможность отбирать мощность на привод вспомогательных нужд тепловоза.
Пуск дизеля осуществляется через привод распределительного вала стартер-генератором, расположенным на тяговом генераторе.
Пуск в генераторном режиме стартер-генератор питает цепи управления тепловозом и производит подзарядку аккумуляторных батарей.
На тяговом генераторе также расположен возбудитель тягового генератора, получающий вращение от привода распределительного вала.
Стартер-генератор и возбудитель соединены с приводом распредвала двойными резиновыми пальцевыми муфтами.
В системе тепловоза предусмотрена защита дизеля от перегрева воды и масла.
На переднем торце дизеля установлено реле давления масла КРД-4, обеспечивающее через систему управления тепловоза защиту дизеля в случае отсутствия давления масла (сброс нагрузки, остановка дизеля, сигнализация по падению масла).
Имеется также защита дизеля от повышения давления газов в картере.
Конструктивные параметры и основные характеристики дизель-генератора приведены в таблице 2.2.2.1




Генератор ГС-501А представляет синхронную электрическую машину защищенного исполнения, с явно выраженными 12 полюсами на роторе, с независимым возбуждением, с принудительной вентиляцией. Охлаждающий воздух подается осевым вентилятором через сборный стальной патрубок со стороны, противоположной контактным кольца (со стороны дизеля). В нижней части подшипникового щита под контактными кольцами укреплен стальной патрубок для выброса в атмосферу нагретого воздуха. При необходимости воздух может частично выбрасываться в кузов тепловоза.
Расход охлаждающего воздуха и падения статического напора приведены в технической характеристике.
Вращение генератора по часовой стрелке, если смотреть со стороны контактных колец.
Состоит генератор из неподвижной части статора, в пазах которого располагаются две трехфазные, волновые двухслойные обмотки и вращающиеся части - ротора с полюсами возбуждения, питаемыми постоянным током через щетки и кольца.
Статор имеет сварной корпус, изготовленный из стальных листов, которым с помощью вальцевания придается цилиндрическая форма. К корпусу статора приварены опорные лапы для установки генератора, ребра с проушинами - для подъема и транспортировки, а также кронштейны для установки синхронного возбудителя и стартер-генератор.
Ротор имеет сварной литой корпус, на который нашихтован и спрессован пакет из стальных двухмиллиметровых листов и индуктора. В этих листах выштампованы пазы формой "ласточкиного хвоста", в которых на готовом корпусе ротора клиньями крепят 12 полюсов моноблочной конструкции. В пазы полюсных наконечников встроена демпферная (успокоительная) обмотка, которая снижает перенапряжение на фазах в динамических режимах работы.
Подшипниковый щит сварной конструкции является несущей частью. В щите имеется выемная ступица, обеспечивающая возможность замены роликового подшипника без снятия щита с генератора и без отъема генератора от дизеля.
Конструкция щеткодержателя предусматриваем постоянные усилия нажатия пружины на щетку независимо от износа последней. Всего 6 щеток ЭГ-4, снабженных резиновыми амортизаторами, через которые на щетку передаются постоянные усилия нажатия рычага пружины, равные 1,7-2 кгс.
Конструкцией генератора предусмотрено предохранение всего крепежа от самоотвинчивания и коррозии.
Характеристики тягового генератора ГС-501А.
Активная мощность, кВт2190 Линейное напряжение, В290/535 Действующее значение линейного тока, А2х2350/2х1330 к. п. д.,%94,1/95,8 Наибольший ток, А2х3700 Частота вращения вала, с-1 (об/мин) 16,7/1000 Масса, кг: 6000
Класс изоляции: обмотки статора H полюсов ротора F.
Выпрямительная установка УВКТ-5. Выпрямительная установка на кремниевых лавинных вентилях предназначена для питания выпрямленным током тяговых электродвигателей и состоит из одного шкафа с вентилями. Электрическая схема ВУ представляет собой два трехфазных моста, включенных параллельно и питающихся от тягового синхронного генератора. Каждое плечо моста ВУ состоит из 10 параллельных ветвей, в каждой из которых по два последовательно соединенных вентиля. Вентили собраны в отдельные блоки с охладителями по 8 штук, причем на каждой стороне ВУ расположены по 15 блоков. Конструкция ВУ допускает двухстороннее обслуживание.
Тяговый электродвигатель ЭД-118А (рис 6). Предназначен для привода колесных пар тепловоза через одноступенчатый прямозубый редуктор. Тяговый электродвигатель ЭД-118А является электрической машиной постоянного тока с последовательным возбуждением. На тепловозе установлено 6 ТЭД, по одному на каждую ось. В электродвигателе имеются 4 главных и 4 дополнительных полюса. Главные полюсы создают магнитный поток. Дополнительные полюсы в сочетании с электрографитными щетками обеспечивают нормальную коммутацию без подгара коллектора и электрощеток.
Якорь представляет собой вращающуюся часть электродвигателя и состоит из сердечника напрессованного на вал коллектора, в петушки которого впаяны концы секции, уложенной в сердечник якорной обмотки. Сердечник нашихтован на вал из штампованных листов электротехнической стали. Обмотка якоря петлевая с уравнительными соединениями. Коллектор арочного типа собран из штампованных пластин твердотянутой коллекторной меди, имеющей в поперечном сечение форму трапеции.
Для облегчения массы коллектора в медных пластинах выштампованы отверстия.




Тяговый редуктор Тяговый редуктор тепловоза предназначен для повышения вращающего момента, подаваемого тяговым двигателем на колесную пару, и обеспечение заданной длительной конструкционной скорости движения тепловоза.
Зубчатая передача редуктора при опорно-осевом подвешивании тягового электродвигателя работает в тяжелых условиях из-за переменных режимов работы и динамических нагрузок, перекосов зубчатых колес, от деформации оси и вала якоря, а также перекосов остова тягового электродвигателя вследствие зазоров в осевом подшипнике, которые в эксплуатации могут достигать 2 мм и более. Для обеспечения надежности и увеличения срока службы редуктора зубчатое зацепление выполнено с самоустанавливающимся зубчатым венцом упругого колеса. Венец и ведущую шестерню изготавливают из легированных сталей.
Основные параметры зубчатой передачи:
Модуль, мм:
Шестерни 17 колеса 75
Модуль, мм:
угол исходного контура, град. 10
Диаметр окружности выступов, мм:
Шестерни 198,88
колеса 777,5
передаточное число 4,412
межцентровое расстояние, мм 468,8
Колесная пара. Колесную пару тепловоза образуют напрессованные на ось колесные центры с бандажами. Колесные пары тепловоза воспринимают и передают на рельсы вес кузова и тележек со всем оборудованием, а также собственный вес с деталями, смонтированными непосредственно на колесных парах. При движении тепловоза каждая колесная пара, взаимодействуя с колеей, воспринимает удары, порождаемые неровностями пути и направляющими силами, и в свою очередь сама воздействует на путь. Кроме того колесной паре передается вращающий момент тягового электродвигателя, а в месте контакта колес с рельсами образуются силы тяги и торможения.
Колесные центры унифицированной колесной пары изготовлены из стальной отливки и состоят из ступицы, обода и диска. Колесные центры напрессовывают на ось с усилием 1100-1500 кН при насаженных бандажах, и 950-1440 кН - без бандажей.
Бандажи являются той частью колес, которая непосредственно взаимодействует с рельсами. Материал бандажа должен обладать высокой прочностью, чтобы сопротивляться износу и снятию, и быть достаточно вязким, чтобы сопротивляться ударным нагрузкам.

2.2.4 КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЭКИПАЖНОЙ ЧАСТИ
Экипажная часть состоит из кузова, главной рамы, ходовой части.
Кузов (рис.8). Кузов тепловоза 2ТЭ116 выполнен с несущей рамой и состоит из главной несущей рамы, кабины машиниста с проставкой, кузова над дизелем и охлаждающего устройства.
Главная рама (рис.7). Главная рама предназначена для восприятия веса оборудования, находящегося в кузове тепловоза, передача тягового усилия тормозных сил, динамических и ударных нагрузок, возникающих при движении локомотива.
Основными несущими элементами рамы являются две хребтовые балки 9, выполненные из двутавров, усиленных приваренными к нижним и верхним полкам, усиливающими полосами толщиной 18мм и скрепленные стяжными ящиками 1 и 6, прикрепленными к нижним усиливающим полосам с помощью заклепок и прерывистого сварного шва.
К задним и передним торцам хребтовых балок приварены лобовые листы толщиной 14мм, в которые стяжные ящики упираются своими буртами. Стяжные ящики представляют собой литые пустотелые конструкции. Для увеличения жесткости рамы хребтовые балки соединены между собой поперечными диафрагмами толщиной 8мм. С левой и правой сторон в средней части рамы для увеличения ее несущей способности в месте ее наибольшего нагружения (установка дизеля, бака для топлива, АБ) в раму вварены две фермы. Каждая ферма представляет собой коробчатую сварную конструкцию трапециевидной формы, разделенную четырьмя диафрагмами на три отсека, в которых выполнены ниши для АБ. Ниши закрываются крышками. Фермы приварены сплошным швом к хребтовым балкам по диафрагмам, продольным листам и откосам составляют со всеми другими несущими элементами рамы сварную конструкцию. По периметру рамы (по трем ее сторонам - боковым и лобовым) к кронштейнам, хребтовым балкам, а также к фермам приварен обносной швеллер 3.
Снизу на специальные, имеющие коробчатые сечения усиления во всю высоту хребтовых балок рамы приварены два шкворня 8, на которые установлены и приварены прерывистом швом сменные шкворневые кольца 7, изготовленные из стали 40.




ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения курсового проекта, на основе исходных данных мы провели расчеты, в результате которых получили необходимую касательную мощность 1099,1кН. На основе серийно выпускаемых тепловозов выбрали 6 секций тепловоза 2ТЭ116, способных при заданной расчетной скорости Vр=26км/ч и заданном руководящем уклоне iр=10‰ вести состав весом 11853,3т.
В процессе работы мы проанализировали конструкцию выбранного локомотива, разобрали его по иерархическому принципу, вследствие чего выделили подсистемы первого, второго и третьего уровней.
В индивидуальной части был наиболее подробно освещен вопрос работы и необходимости водяной системы тепловоза.
Итак, в процессе выполнения работы мы научились выбирать, компоновать и анализировать нужный материал, также подробно узнали конструкцию выбранного нами тепловоза 2ТЭ116.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Б.Н. Поронин, "Электрическое оборудование тепловоза", г. Москва, изд. Транспорт.
2. С.П. Филонов "Тепловоз 2ТЭ116", г. Москва, изд. Транспорт
3. А.И. Володин "локомотивные энергетические установки", г. Москва, изд. Желдориздат.
4. А.П. Пойда "Тепловозы", г. Москва, изд. Транспорт.