Брянский государственный технический университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УНИТ

Кафедра «ПСЖД»

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ

ЗАПИСКА

(ДОКУМЕНТЫ ТЕКСТОВЫЕ)

к курсовому проекту по дисциплине

“Теория и конструкция локомотивов”

Студент группы 08-ЛК

Субратов Р.А.

Руководитель:

Галичев А.Г.

Брянск 2012

Брянский государственный технический университет

КАФЕДРА “ЛОКОМОТИВЫ”

Тепловоз пассажирский с электропередачей мощностью 4400 кВт

Конструкция тягового привода

(краткое описание темы проекта)

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

(ДОКУМЕНТЫ ТЕКСТОВЫЕ)

к курсовому проекту по дисциплине

“Теория и конструкция локомотивов”

Всего 79 листов

Проект выполнил

Студент группы 08-ЛК ________ Субратов Р.А.

(подпись) (Ф.И.О.)

Руководитель проекта

Доцент_____________ Галичев А.Г.

(подпись) (Ф.И.О.)

2012

Аннотация

В проекте разработан в объеме эскизного проекта тепловоз пассажирский мощностью 4400 кВт, с необходимыми расчетами и технико-экономическими обоснованиями.

На основе проведенного анализа существующих локомотивов разработана конструкция тепловоза и предложена конструкция тягового привода.

Проект включает комплект текстовых документов (расчетно-пояснительную записку) на 89 листах формата А4 и 2 листах чертежей форматов:

• общий вид тепловоза – 1 лист ф. А1;

• элементы конструкции тягового привода - 1 лист ф. А1;

Список литературы включает 17 наименований.

Оглавление

Листы
Введение……………………………………………………………………….		5
1.	Определение основных параметров локомотива………………….	6 – 12
2.	Определение размеров строительного очертания локомотива…...	13 – 17
3.	Выбор экипажной части…………………….………………………	18 – 19
4.	Выбор силового и вспомогательного оборудования…………..….	19
4.1.	Выбор дизеля……………………………………………………..….	19-22
4.2.	Выбор типа передачи…………………………………………..…....	22-24
4.3.	Выбор тягового генератора………………………………………....	24-25
4.4.	Выбор тяговых электродвигателей…………………………………	25-26
4.5.	Выбор топливной системы дизеля………………………………....	28-32
4.6.	Выбор масляной системы дизеля…………………………..……....	32
4.7.	Выбор водяной системы охлаждения дизеля…….………………..	32-35
4.8.	Выбор компрессора……………………..…………………………...	35-36
4.9.	Выбор системы воздухоснабжения и воздушного охлаждения…..	37-38
4.10.	Компоновка локомотива……………………..……………………...	38-39
5.	Развеска проектного тепловоза………………………..……………	40-42
6.	Энергетический баланс тепловоза………………………..………...	43
7.	Требования безопасности на проектном локомотиве……………..	44
7.1.	Общая компоновка проектного локомотива……………………....	44-48
7.2.	Требования к электрооборудованию……..………………………...	49
7.3.	Требования безопасности к кабине машиниста…………………...	49-53
7.4.	Требования безопасности к машинному помещению……………..	53-54
Специальная часть
8.	Анализ конструкции тяговых приводов локомотивов ……….	56-60
9.	Тяговые приводы локомотивов с электрической передачей……	61-70
10.	Тяговый привод проектного локомотива…………………………	70
11	Выбор основных параметров и расчет прочности элементов тягового привода с электродвигателем………………………….	71-77
Список литературы…………………………………...………………………..		78-79

Введение

Железнодорожный транспорт России выполняет 18% мирового грузооборота и 9% пассажирооборота, при протяженности сети 7% от общей длины сети железных дорог мира. В транспортной системе России железнодорожный транспорт занимает ведущее место, обеспечивая 86,7% общего грузооборота всех видов транспорта (без учета трубопроводного) и 43,2% пассажирооборота.

Эксплуатационная длина сети железных дорог по состоянию на 01.01.2001 г. составляет 86 тыс. км, в том числе протяженность участков, имеющих два и более пути 36,3 тыс. км. Общее протяжение железнодорожных линий, обслуживаемых электрической тягой составляет 40,8 тыс. км (47,4% от эксплуатационной длины), на которых выполняется 78,3% всего грузооборота сети железных дорог.

На железные дороги России приходится более 95% объёма перевозок руды, чёрных металлов, леса, угля, стройматериалов; треть – на нефтепродукты. Российские пассажиры предпочитают рельсовый транспорт другим видам транспорта.

Инвестиционная программа РАО «РЖД» (в основном за счёт собственных ресурсов) предусматривает повышение эффективности работы железнодорожного транспорта от внедрения новой эксплуатационной модели информационных систем управления (прокладка 48 тыс. км оптико-волоконного кабеля с выходом на 18 зарубежных стран и 290 городов), создание подвижного состава нового поколения, перевооружение путевого комплекса и модернизация электрифицированной сети железных дорог.

Среди крупных инвестиционных проектов – создание международных транспортных коридоров «Азия-Европа» и «Север-Юг» (железнодорожная ветка Россия – Азербайджан – Иран длиной 1760 км), модернизация Транскорейской магистрали (930 км), связывающая Южную и Северную Корею с Транссибом, создание глобального азиатско-тихоокеанского транспортного узла (сооружение перехода Сахалин – остров Хоккайдо, Япония), продление Транссибирской магистрали на запад до станции Богумин (Чехия), где предусмотрено строительство контейнерного терминала и Катовица (Польша).

Среди приоритетов инвестиционной программы – создание существенно усовершенствованных тепловозов с широким использованием микропроцессорных систем контроля и управления, позволяющих повысить надёжность работы, увеличить коэффициент использования сцепной массы, повысить топливную экономичность ДВС.

Немаловажную роль в реализации программы является наращивание мощности предприятий по ремонту локомотивов, предприятий, выпускающих запчасти, а также совершенствование технологии ремонта локомотивов, находящихся в эксплуатации.

Решение этих задач связано с подготовкой специалистов в областях проектирования и расчета локомотивов.

1. Выбор основных параметров тепловоза

К основным параметрам локомотива, характеризующим его как тяговую единицу подвижного состава, относят мощность по дизелю, касательную мощность и силу тяги на ободе колёс и на автосцепке, служебную массу, сцепной вес, нагрузку от колёсной пары на рельсы, конструкционную и расчётные скорости, линейные, базовые и габаритные размеры.

Выбор основных параметров магистральных локомотивов зависит от масс и скоростей движения поездов, обеспечивающих минимальные годовые затраты на освоение заданного объема перевозок. При выборе основных параметров необходимо учитывать несущую способность пути и путевых сооружений, габарит подвижного состава, технический уровень локомотивостроения и смежных отраслей. Для реализации основных параметров следует широко использовать стандартизацию и размерные ряды локомотивов по видам тяги и назначению.

Расчётную касательную мощность локомотива, реализуемую на ободе его колёс при установившемся движении, находят из выражения

, (1), где

- эффективная мощность, кВт;

- КПД передачи;

- коэффициент свободной мощности;

Принимают для локомотивов с электрической передачей , .

.(2)

Находят касательную силу тяги на расчётном режиме, равную сопротивлению движения поезда заданной массы на расчётном подъёме

(3),где

- расчётная скорость движения (установившаяся скорость движения на расчётном режиме), .

Таблица 1

Рекомендуемые массы поездов и скорости движения

Вид движения	Масса поезда, т (не более)	Скорость,
		Расчётная,	Максимальная,
Грузовой на однопутных участках с малым грузооборотом наибольшим грузооборотом Пассажирский	2000-3000 5000-6000 800-1200	19-24 23-26 70-90	100 120 140-200

Для расчёта касательной силы тяги принимают расчётную скорость движения согласно табл.1.

Принимаем =

(4)

Находим максимальную (конструкционную) скорость .

Для этого воспользуемся графиком (рис.1).

Для определения массы поезда и воспользуемся графиком (рис.1).

Для этого задаёмся массой поезда . согласно рекомендациям табл.1.

(5)

Для определения скорости воспользуемся графиком (рис.1)

= .(6)

= .

Сцепной вес является суммарной нагрузкой на движущие колёсные пары локомотива и характеризуют его способность развивать необходимую силу тяги без проскальзывания колёс по рельсам.

Сцепной вес пассажирского локомотива , кН, из условия обеспечения заданного ускорения при разгоне поезда, определяют по формуле:

(7), где

- полное удельное сопротивление движению поезда в момент трогания с условной скоростью 5-8 на уклоне (‰), ;

( - ускорение поезда после трогания с места в зависимости от категории поезда, равное ;

-ускорение поезда, , при действии удельной ускоряющей силы 1 );

– коэффициент использование сцепного веса (значение для локомотивов с индивидуальным приводом);

Для расчёта можно принять . Значения для пассажирских поездов равны .

Расчётный коэффициент сцепления определим по формуле:

(8)

Принимаем ,тогда

,

Принимаем

Служебная масса - это масса экипированного локомотива с 2/3 запаса топлива и песка.

Служебную массу определяют количеством материалов, вложенных в конструкцию машины. У тележечных локомотивов, у которых все колёсные пары движущие, служебная масса равна . Служебная масса магистральных пассажирских локомотивов, особенно скоростных, обеспечивает действительный сцепной вес, превосходящий расчётный. У таких локомотивов можно снизить служебную массу при их изготовлении уменьшением расхода материалов.

(9)

На этапе проектирования масса определяется как сумма масс несущих элементов, агрегатов, приборов, узлов, систем, балласта и т.д., образующих конструкцию локомотива. Все оборудование локомотива необходимо разместить таким образом, чтобы нагрузка от колёсных пар от кузова на тележки и от колёсных пар на рельсы были одинаковыми (в пределах заданного допуска). Для этих целей при проектировании рассчитывается развеска локомотива. Для выполнения развески вычерчивают схему расположения оборудования с указанием расположения центров масс всех элементов, например, от вертикальной оси, проходящей через центр головки автосцепки, и составляют ведомость развески с учётом экипировочных запасов и веса локомотивной бригады. Окончательно служебную массу и распределение нагрузок от колёсных пар на рельсы построенных локомотивов определяют взвешиванием на специальных электрических весах.

Количество колёсных пар зависит от массы локомотива и нагрузки от колёсной пары на рельсы. Если в расчёте использовать служебную массу, то будет определено общее количество колёсных пар, если сцепной вес – общее количество движущих колёсных пар. Для одной секции локомотива может быть равно 2,3,4,6 и 8. Если больше, то локомотив формируют из двух секций.

Наметив для проектируемого локомотива общее количество колёсных пар, проверяют статическую нагрузку на рельсы по выражению

, (10)

где - допускаемая статическая нагрузка от колёсной пары на рельсы,

Допускаемая нагрузка зависит от конструкции и состояния верхнего строения пути и устанавливается техническими требованиями железнодорожного ведомства. На дорогах с рельсами Р50 и Р65, уложенными на деревянных шпалах и щебёночном балласте, допускаются следующие значения : 211 кН для пассажирских тепловозов. На реконструированных участках с рельсами Р65 с железобетонными шпалами допускаемая нагрузка от колёсной пары на рельс равна 221 кН для пассажирских тепловозов.

Для расчёта принимаем , .

Диаметр движущих колёс локомотивов зависит от многих факторов, из которых надёжность и минимальная неподрессоренная масса являются основными.

В настоящее время для тягового подвижного состава отечественных железных дорог применяют три типоразмера колёс: диаметром 1050 и 1220 мм для тепловозов, 950 мм для дизель-поездов и электропоездов и 1220 мм и 1250 мм для электровозов. Для унификации ходовых частей экипажей тепловозов и электровозов рекомендуется использовать колёса диаметром 1220 мм и 1250 мм, что снизит эксплуатационные и ремонтные расходы, увеличит пробег между обточками бандажей, понизит контактные напряжения в рельсах. Однако при применении колёс с большим диаметром возрастает масса колёсной пары и увеличивается эксцентриситет главной рамы относительно автосцепки

Требуемый диаметр колеса (мм) подсчитывают по формуле:

, (11)

где - допускаемая нагрузка на 1 мм диаметра колеса, равная 0,2 – 0,27 .

Диаметр колеса округляем в большую сторону до стандартного значения по ГОСТ 11018-76 принимаем диаметр колеса равным исходя из рекомендаций тепловоза - прототипа. Выбираем бандаж с толщиной 75мм, т.к. осевая нагрузка не превышает .

Д лину локомотива по осям автосцепок устанавливают в процессе компоновки оборудования. На начальной стадии проектирования длина рассчитывается по формуле [1, стр. 43]:

, (12)

где – рекомендуемая длина, приходящаяся на единицу мощности, .

Для тепловоза ТЭП80 .

С учётом тенденций развития локомотивостроения и рекомендаций принимаем длину локомотива равную длине тепловоза-прототипа ТЭП80.

Максимальная длина локомотива ограничена техническими требованиями на ремонтные стойла депо, минимальная – прочностью путевых сооружений. Для проверки используется уравнение [1, стр. 43]:

, (13)

где – допускаемая нагрузка на единицу длины пути, равная 88,5кН/м для проектируемых локомотивов [1. стр. 43].

База локомотива – это расстояние между шкворнями или геометрическими центрами тележек одной секции тепловоза. Она определяет условия компоновки экипажной части «по низу» и надежность сцепляемости автосцепки локомотива и вагона. Предварительно база локомотива рассчитывается по формуле [1, стр. 43]:

, (14)

где – числовой коэффициент, равный 0,55-0,6 для экипажной части с длиной больше 20 м [1, стр. 43].

База тележки зависит от размеров тягового привода, тяговых электродвигателей и других элементов, размещаемых на тележках.

, (15)

где – расстояние между смежными колесными парами у современных тележечных локомотивов равно 1,85 – 2,3 м. Меньшие относятся к тележкам с групповым приводом, большие – с индивидуальным; – общее число колесных пар тележки.

Статический прогиб рессорного подвешивания (мм) при двухступенчатом подвешивании:

. (16)

Высота локомотива (мм):

, (17)

где – высота соответствующего габарита подвижного состава; – разница диаметров колеса при возможной реконструкции ходовой части

В соответствии с ГОСТ 9238-83 для подвижного состава, предназначенного к обращению только по железным дорогам Российской Федерации колеи 1520 (1524) мм используют габарит 1-Т.

(18)

Длина топливного бака локомотива равна:

, (19)

где – вылет передней и задний автосцепок ( = 2300мм).

мм.(20)

мм.

В процессе проектирования основные параметры локомотивов могут уточняться с учетом требований перспективного развития и возможностей их осуществления.