Выбор типа и серии локомотива

 

В данном курсовом проекте необходимо выбрать локомотив, который соответствует требованию, данному заданию (род службы, нагрузка оси колёсной пары на рельсы). Для убеждения правильного выбора локомотива, необходимо сделать некоторые расчёты основных параметров локомотива и сравнить их с параметрами прототипа.

Свободная мощность дизеля, передаваемая электрической передачей:

 

                                          (1.1)

 

где  – эффективная мощность дизеля,  кВт;

     – КПД, приходящийся на генератор вспомогательного оборудования.

 

                                              (1.2)

 

где  – часть вспомогательной мощности от общей мощности дизеля,  кВт.

 

кВт.

 

 кВт.

 

Номинальная мощность генератора:

 

                                        (1.3)

 

где  – КПД генератора в длительном режиме,  %.

 

 кВт.

 

Угловая скорость:

 

                                        (1.4)

 

где  – максимальная угловая скорость вала для электродвигателей постоянного тока,  рад/с.;

 – расчётная скорость локомотива, км/ч.;

     – конструкционная скорость локомотива, км/ч.

 

рад/с.

 

Длительный вращающий момент тягового электродвигателя:

 

                                       (1.5)

 

где  – число тяговых электродвигателей, .

 

 кН·м.

 

Передаточное число тягового редуктора:

 

                                  (1.6)

 

где  – диаметр колеса,  м.

 

 

Для пассажирских локомотивов . Условие передаточного числа тягового редуктора соблюдается.

Расчётная сила тяги локомотива:

 

                                   (1.7)

 

где  – КПД механической передачи, .

 

кН.

 

Расчётная скорость локомотива:

 

                                     (1.8)

 

 км/ч.

 

Касательная мощность локомотива:

 

                                         (1.9)

 

кВт.

 

КПД электрической передачи:

 

                                (1.10)

 

%

 

КПД тепловоза:

 

                                       (1.11)

 

где  – теплотворная способность дизельного топлива, кДж/кг.;

     – часовой расход дизельного топлива тепловоза, кг/кВт·ч.

 

                                           (1.12)

 

где  – удельный эффективный расход топлива,  кг/кВт·ч.

 

 кг/кВт·ч.

 

%.

 

Рассчитав показатели:

– свободная мощность дизеля, передаваемого передачей,  кВт;

– номинальная мощность тягового генератора,  кВт;

– КПД тепловоза,  %.

Вывод: Расчёты проектируемого локомотива приблизительно равны с прототипом тепловоза ТЭП60.

Учитывая необходимость замены пассажирских паровозов на линиях на тепловозную тягу, Министерство путей сообщения в 1956 г. выдало Коломенскому тепловозостроительному заводу техническое задание на проектирование пассажирского тепловоза. В техническом проекте, в мае 1959 г завод представил три варианта тепловоза, односекционный двухкабиный с двумя двухосными тележками, и такой же с трёхосными тележками и такой же с одной кабиной управления, т.е. двухсекционный. Для первоочерёдной постройки опытного образца пассажирского тепловоза был принят второй вариант, для которого завод выполнил рабочий проект.

В середине 1960 г. на Октябрьской железной дороге начались испытания первого тепловоза ТЭП60-0001. Тепловоз ТЭП60-0001 и ТЭП60-0002 прошли испытания по воздействию на путь на основании этих испытании МПС сделали вывод о целесообразности эксплуатации этого тепловоза на пассажирских линиях скоростных поездов. В результате в 1961 г. Коломенский тепловозостроительный завод начал выпуск тепловозов ТЭП60.

В 1964 г. Коломенский завод выпустил двухсекционный тепловоз 2ТЭП60-0001 и 0002, которые испытывали на линии Москва-Брест. Секции этих тепловозов отличаются от тепловоза серии ТЭП60 только наличием перехода и смещение автосцепки, т.е. удлинение секции на 75 мм.

В переходной кабине оставили всё оборудование, которое было у односекционного тепловоза. Единственным изменением были дверцы, которые вели в переходную шахту. Такое решение позволило использовать секции отдельно.

Внешний вид, общая компоновка тепловоза и устройства ходовых частей характерны для скоростного локомотива. Односекционный тепловоз ТЭП60, предназначен для обслуживания пассажирских поездов, весом 1200 т. с максимальной скоростью 110 км/ч. на ровном профиле пути, и на подъёме 0,0009‰, 50 км/ч.. Двухсекционный тепловоз 2ТЭП60 для обслуживания тех же поездов, со скоростями 150 км/ч. и на подъёме до 80 км/ч. Наибольшая касательная мощность тепловоза 2500 л.с., конструктивная скорость 160 км/ч., служебный вес тепловоза с 2/3 т. топлива и песка – 129 т. ±3%, нагрузка на ось 21 т. ±3%. Запас топлива 6400 кг., запас воды 1580 кг., запас масла дизеля 880 кг. и гидростатического привода 90 кг., запас песка 600 кг.

Наибольшая высота от головки рельсов 4780 мм., наибольшая ширина выступающая по габариту 3316 мм, расстояние между осями автосцепок 19125 мм., база тепловоза 19000 мм., расстояние между шкворнями тележек 10200 мм., ширина колеи 520 мм. габарит 1-Т.

У тепловоза автосцепки СА-3 и минимальный радиус проходимых кривых 125 м.

На тепловозе применён сварной несущий кузов, представляющий собой соединение главной рамы, боковых стенок, крыши и двух кабин большого пространства, которая воспринимает вес устройств, расположенных в кузове динамические нагрузки при трогании с места и следования в пути. Кузов тепловоза установлен на двух трёхосных сбалансированных бесчелюстных тележках. На каждую тележку опирается на две главные вертикальные опоры маятникового типа, снабженные резиновыми конусами и четырьмя пружинными опорами, расположенными по две с каждой стороны тележки. Эти опоры позволяют раме тележки при прохождении кривых поворачиваться и иметь поперечное перемещение. Рессорное подвешивание тележки включает в себя цилиндрические пружины, расположенные около букс листовые рессоры с балансирами. Колёса диаметром 1050 мм.

На тепловозе применено двухстороннее торможение колёсных пар и электропневматическое управление тормозами. На первых тепловозах устанавливали не металлические, а композиционные тормозные колодки. При эксплуатации этих колодок наблюдалось не нормальная выработка бандажей по поверхности катания, повышенный нагрев и быстрый износ гребня бандажей. После 0018 номера стали применять чугунные колодки, в связи с этим повышение нажатия на колодку, изменили систему тормозной рычажной передачи.

На тепловозе имеется 6 тяговых электродвигателей. Тяговые двигатели постоянно и параллельно соединены с тяговым генератором. Такое соединение двигателей обеспечивает наилучшее использование веса и в случае неисправности одного из них меньше снижает силу тяги тепловоза. Тяговые электродвигатели выполнены с опорно-рамным подвешиванием, их вес не воспринимается осями, они укреплены в раме тележки и входят в подрессорное строение тепловоза.

На тепловозе установлен двухтактный 16-ти цилиндровый с v-образным расположением цилиндров дизель 11Д45, с мощностью 3000 л.с. Главный генератор постоянного тока, и с независимым возбуждением и принудительным охлаждением.

От вала дизеля приводится ряд вспомогательных установок тепловоза. Со стороны турбокомпрессора приводится вентилятор охлаждения тяговых электродвигателей задней тележки, и мультипликатор гидростатического привода вентиляторов холодильника.

Вода охлаждается в водовоздушных секциях, применяемых на тепловозах ТЭ3. Воздух через секции прогоняется двумя аксиальными шести лопастными вентиляторами, вентиляторы приводят в движение от гидромоторов, которые работают от давления масла, создаваемым гидронасосом. Такая система привода, получившая название «Гидростатическое», впервые применена на тепловозах ТЭП60.

Со стороны генератора дизель приводит в движение подвозбудитель. Вентиляторы для охлаждения тягового генератора и электродвигателей передней тележки.

Двухмашинный агрегат, состоящий из возбудителя генератора и вспомогательного генератора для освещения цепи управления, и зарядки аккумуляторной батареи.

Со стороны генератора также находится санузел и высоковольтная камера в которой расположены все необходимые аппараты управления и перехода в другую кабину.

 

 

Рисунок 1.1 Общий вид тепловоза ТЭП60: 1 – задняя кабина; 2– противопожарный резервуар; 3 – гидромотор; 4 – вентилятор; 5 – бак для воды; 6 – бак-фильтр; 7 – воздушный фильтр дизеля; 8 – дизель; 9 – масляный фильтр; 10 – вентилятор охлаждения тягового генератора; 11 – вентилятор охлаждения тягового двигателя; 12 – тормозной компрессор; 13 – котёл-подогреватель; 14 – передняя кабина; 15 – электродвигатель; 16 – топливный бак; 17 – аккумуляторная батарея; 18 – фильтр тонкой очистки масла; 19 – маслопрокачивающий насос; 20 – фильтр грубой очистки масла; 21 – гидронасос; 22 – топливоподогреватель; 23 – фильтр тонкой очистки топлива; 24 – фильтр грубой очистки топлива; 25 – стол помощника машиниста; 26 – контроллер машиниста; 27 – пульт машиниста; 28 – высоковольтная камера; 29 – санузел; 30 – двухмашинный агрегат; 31 – синхронный подвозбудитель; 32 – редуктор; 33 – тяговый генератор; 34 – гидронасос; 35 – теплообменник; 36 – главный резервуар; 37 – насос.

 

Таблица 1.1 – Технические характеристики тепловоза ТЭП60

Род службы	пассажирский
Передача	электрическая, постоянного тока
Управление	дистанционное, из кабины любой крайней секции
Осевая характеристика	30 – 30
Мощность дизеля, кВт	2237
Служебная масса, т:	126±3%
Нагрузка от колесной пары на рельсы, кН	21,5±3%
Длительная сила тяги, кН	12,5
Длительная скорость, км/ч	55
Конструкционная скорость, км/ч	160
Тип тележки	бесчелюстная
Ширина колеи, мм	1520
Диаметр колес по кругу катания, мм	1050
Минимальный радиус проходимых кривых, м	125
Габарит	1-Т
Длина секции тепловоза по осям автосцепок, мм	19125
Ширина тепловоза (по раме), мм	3086
Высота по вентилятору кузова, мм	5100
Колесная база, мм	4600
Тип тормоза	автоматический пневматический, прямодействующий вспомогательный и ручной механического действия, электрический реостатный тормоз
Тип автосцепки	СА-3
Тип букс	поводковые, с резиновыми элементами