Курсовая работа (т): Расчет технических параметров локомотива

 = 0,97 - КПД редуктора передачи.

2.5 Расчет потери мощности на возбуждение тягового генератора, приведённые к фланцу коленчатого вала

Потери мощности на возбуждение тягового генератора, приведённые к фланцу коленчатого вала:

где - мощность возбуждения тягового генератора,

 - КПД тиристора,

 - КПД вспомогательного генератора,

Суммарная мощность, затрачиваемая на вспомогательные нужды на пятнадцатой позиции контроллера машиниста при нормальных атмосферных условиях (в тяговом режиме):

Потери мощности на вспомогательные нужды от мощности дизеля:

Применение гидродинамического привода вентилятора холодильника на тепловозе ТЭМ7А и других локомотивах постройки последних лет обусловлено большим сроком службы, экономичностью и возможностью автоматизации процесса управления, а также надежностью работы такого типа привода.

Входной вал гидроредуктора привода вентилятора вращается с частотой коленчатого вала дизеля. Так как для передачи гидродинамической муфтой (гидромуфтой) необходимой мощности, потребляемой вентилятором, требуется большая частота вращения колеса, в гидроредукторе предусмотрена повышающая цилиндрическая зубчатая пара. Передаточное отношение повышающей пары равно 0,511.

В связи с тем что окружная скорость лопастей вентиляторного колеса по условиям их прочности не должна превышать 120 м/с, коническая зубчатая пара гидроредуктора выполнена понижающей. Передаточное отношение конической пары равно 1,421. При номинальной частоте вращения коленчатого вала дизеля 1000 об/мин и скольжении гидромуфты 2,5 % частота вращения вентиляторного колеса составляет 1343 об/мин.

К вентиляторному колесу 4 охлаждающего устройства тепловоза вращающий момент передается от гидроредуктора через карданный вал 2 и подпятник 3 вентилятора.

От свободного конца вала тягового генератора через упругую муфту 12 и конический повышающий редуктор 13 вращающий момент передается колесу 14 осевого вентилятора централизованной системы воздушного охлаждения тяговых электрических машин. Передаточное отношение конического редуктора равно 0,346. Таким образом, при номинальной частоте вращения коленчатого вала дизеля 1000 об/мин вентиляторное колесо делает 2890 об/мин.

Тормозной компрессор 17 приводится от электродвигателя постоянного тока 15 через втулочно-пальцевую муфту 16. Электродвигатель привода компрессора питается от стартер-генератора 18 при его работе в генераторном режиме постоянным напряжением, поддерживаемым регулятором напряжения. Это дает возможность поддерживать частоту вращения коленчатого вала компрессора близкой к номинальной (1450 об/мин) независимо от частоты вращения дизеля. Такой привод в отличие от механического, используемого на отечественных тепловозах ТЭП60, 2ТЭ10Л, ТЭМ2 и др., дает возможность получить номинальную производительность компрессора без увеличения частоты вращения дизеля. Привод позволяет также включать и отключать компрессор в зависимости от величины давления воздуха в главных воздушных резервуарах.

Получение номинальной производительности компрессора уже при минимальной частоте вращения дизеля и отключение компрессора при достижении требуемого давления в резервуарах повышает экономичность тепловоза.

На всех отечественных магистральных тепловозах, на которых применены дизели типа 2Д49, вспомогательные электрические машины (стартер-генератор и возбудитель) размещены на тяговом генераторе и получают вращение от привода распределительного вала дизеля. На тепловозе ТЭМ7А вспомогательные электрические машины установлены на раме тепловоза и приводятся во вращение от вала дополнительного отбора мощности дизеля через раздаточный редуктор.

3. Схема колесно-моторного блока локомотива-образца и определение передаточного отношения тягового редуктора

Передача крутящего момента от ТЭД к колёсным парам осуществляется через одноступенчатый тяговый редуктор, важнейшим параметром которого является передаточное отношение μ:

где = 2250об/мин - частота вращения якоря длительного режима;

 = 1,05 м - диаметр колеса;

= 100 км/ч - конструктивная скорость маневрового локомотива.

Уточним передаточное число из условия размещения ТЭД на колесной паре через длину централи и число зубьев :

где m =10 - модуль зубчатого зацепления тягового редуктора;

А= 469 мм - длина централи.

Окончательно уточним передаточное число:

4. Построение тяговой характеристики локомотива и определение его КПД

Тяговой характеристикой локомотива называется зависимость касательной силы тяги, создаваемой локомотивом, от скорости, т.е.:

где  - касательная мощность тепловоза, кВт;

 - касательная сила тяги, кН.

Реализуемая на ободе колёс касательная мощность будет равна:

где  - эффективная мощность дизеля, кВт;

 - КПД электрической передачи;

=- коэффициент, учитывающий потери мощности на привод вспомогательных агрегатов.

КПД электрической передачи для передачи переменно-постоянного тока определяется:

где  - КПД соответственно тягового генератора, тягового электродвигателя, тягового редуктора, выпрямительной установки.

Для ориентировочных расчётов можно принимать:

Определив касательную мощность, построим тяговую характеристику, задаваясь скоростями от 5 км/ч до конструкционной с интервалом 5-10 км/ч. При этом принимаем, что мощность во всем диапазоне скоростей постоянна. Расчет тяговой характеристики сведем в таблицу 4.

Таблица 4 -Тяговая характеристика тепловоза ТЭМ7А

По результатам расчета строится зависимость . На построенную зависимость  необходимо нанести ограничение по сцеплению . Согласно основному закону локомотивной тяги  - сила сцепления колеса с рельсом определяется по выражению:

где  - расчётный коэффициент сцепления колеса с рельсом;

 - сцепной вес локомотива, кН.

Расчет коэффициента и силы сцепления колеса с рельсом сведем в таблицу 5.

Таблица 5 -Силы сцепления колеса с рельсом тепловоза ТЭМ7А

Основным экономическим показателем тепловоза является его КПД, который представляет собой отношение полезной работы (или мощности) к затраченному теплу, полученному в результате сгорания топлива:

где  - касательная мощность тепловоза, кВт;

= 42745 кДж/кг - удельная теплота сгорания топлива на рабочую массу, кДж/кг (т.е. количество тепла, выделяемое при сгорании 1 кг топлива);

 - часовой расход топлива, кг/ч .

где - удельный эффективный расход топлива для тепловоза-образца;

 - эффективная мощность дизеля тепловоза-образца.

5. Определение количества секций холодильника тепловоза

Теплоотвод в воду, охлаждающую дизель:

где q_в - теплоотвод водой (q_в= 18%);

где  - эффективная мощность, (;

 - удельный эффективный расход топлива, (=0, 215 кг/ кВтч);

 - низшая теплота сгорания дизельного топлива, (.

Расход воды через секции:

где  - скорость воды в секциях, (;

- площадь живого сечения прохода воды, (0,00132 м²);

 - плотность воды, (;  - количество водяных секций . Расход воздуха через водяные секции:

где массовая скорость воздуха в водяных секциях, (

Определение количества секций холодильника тепловоза:

где  - удельная теплоемкость воздуха, (;

 - удельная теплоемкость воды, (;

 - поверхность теплообмена омываемая воздухом, (

коэффициент теплопередачи,

 -температура воды на выходе из дизеля ();

- температура воды после охлаждения,;

-температура охлаждающего воздуха (

 - температура воздуха после шахты охлаждения,.