ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯГОВО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВОЗА
Для сравнительного анализа тягово-энергетических характеристик серийного и расчетного тепловозов с электрической передачей постоянного (ПТ) и переменно-постоянного тока (ППТ) необходимо использовать технические параметры, перечень которых представлен в табл. 2.1.
В курсовой работе параметры серийного тепловоза имеют индекс (с), для расчетного тепловоза – (р).
При выполнении сравнительных расчетов в рамках курсовой работы сделано допущение, что коэффициенты полезного действия (КПД) тяговых генераторов, выпрямительных установок, тяговых двигателей, тяговых редукторов, значения расчетной и конструкционной скорости остаются неизменными в условиях эксплуатации. Таким образом, для серийного и расчетного тепловозов справедливы соотношения:
(2.1)
(2.2)
(2.3)
(2.4)
(2.5)
(2.6)
В условиях действующей системы ремонта локомотивов, при проведении реостатных испытаний, на которых выполняется настройка мощности и экономичности дизель-генераторной установки тепловоза, возможно отклонение значения выходной мощности тягового генератора (тепловозы с передачей постоянного тока) или выпрямительной установки (тепловозы с передачей переменно-постоянного тока) и удельного расхода топлива от их паспортных, нормативных, значений.
|
|
|
Расчет исходных данных для серийного тепловоза
Мощность тягового генератора (ТГ), кВт:
(2.7)
где 
– потребляемая мощность тяговым электродвигателем (ТЭД) ЭД121АУ1, кВт [4, табл. П. 3];
m – количество колесно-моторных блоков (КМБ) на секции тепловоза.
На тепловозе ТЭМ7 установлен тяговый генератор ГС515У2. Тогда мощность ТГ, в соответствии с выражением (2.7) равна:
Мощность выпрямительной установки (ВУ) серийного тепловоза, кВт:
(2.8)
где 
– КПД выпрямительной установки.
Мощность ВУ, в соответствии с выражением (2.8) равна:
Коэффициент полезного действия вспомогательного оборудования серийного тепловоза:
(2.9)
Эффективная мощность дизеля, кВт:
(2.10)
где 
– КПД тягового генератора [4, табл. П. 1].
Тогда эффективная мощность, в соответствии с выражением (2.10) равна:
|
|
|
Расчет исходных данных для расчетного тепловоза
Коэффициент полезного действия (КПД) вспомогательного оборудования тепловоза:
где 
– мощность ВУ расчетного тепловоза, кВт (см. задание).
Тогда КПД вспомогательного оборудования равен:
Мощность тягового генератора:
(2.11)
Мощность, потребляемая ТЭД расчетного тепловоза:
(2.12)
Эффективная мощность дизеля:
Таблица 2.1
Исходные данные для сравнительной оценки
тягово-энергетических характеристик серийного и расчетного тепловозов
| Наименование параметра | Обозначение параметра для тепловоза | |
| серийного | расчетного | |
| 1 | 2 | 3 |
| Серия тепловоза | ТЭМ7 | |
| Количество секций, а | 
| 
|
Мощность тягового генератора  , кВт
| 
| 
|
Мощность выпрямительной установки  , кВт
| 
| 
[см. задание]
|
Частота вращения коленчатого вала дизеля  , мин –1
| 
[4, табл. П.2]
| 
[см. задание]
|
Удельный эффективный расход топлива дизелем  , кг/(кВт×ч)
| 
[4, табл. П.2]
| 
[см. задание]
|
Эффективная мощность дизеля  , кВт
| 
| 
|
Окончание табл. 2.1
|
|
|
| 1 | 2 | 3 |
КПД выпрямительной
установки 
| 
| 
|
КПД тягового генератора, 
| 
| 
|
| КПД вспомогательного оборудования | 
| 
|
Потребляемая мощность тягового двигателя  , кВт
| 
| 
|
КПД тягового двигателя 
| 
| 
|
КПД тягового редуктора 
| 
| 
|
Скорость длительного режима  , км/ч
| 
[4, табл. П.1]
| 
|
Конструкционная скорость  , км/ч
| 
[4, табл. П.1]
| 
|
| Количество колесно-моторных блоков на секции тепловоза | 
| 
|
Анализ тягово-энергетических параметров тепловозов с электрической передачей крутящего момента от вала дизеля к колесной паре выполняется в следующем порядке.
Для серийного тепловоза принимаем:
и т.д.
Определяем касательную мощность тепловоза по выражению, кВт:
| (2.13) |
В выражении (2.13) произведение 
представляет собой КПД силовой передачи крутящего момента от вала дизеля к колесной паре тепловоза.
Мощность энергетической установки, затраченная на собственные нужды тепловоза, т. е. мощность на привод вспомогательного оборудования, может быть определена по уравнению:
 ;
| (2.14) |
Аналогичные расчеты производим для расчетного тепловоза:
|
|
|
Электромеханические, скоростные характеристики тяговых двигателей 
тепловозов могут быть построены с использованием эмпирического выражения вида:
 ,
| (2.15) |
где a, b – коэффициенты регрессии (табл. 2.2).
Значения коэффициентов регрессии для тепловозных тяговых двигателей определены для трех режимов работы ТЭД: ПП– режим полного возбуждения, ОП1 – режим первой ступени ослабления возбуждения, ОП2 – режим второй ступени ослабления возбуждения.
На тепловозе ТЭМ7 установлены ТЭД типа ЭД121АУ1 (см. табл. 1.1)
Характеристики крутящего момента 
на валу тягового двигателя определится, Н·м:
 ,
| (2.16) |
где 
– номинальная мощность тягового двигателя тепловоза, кВт;
– частота вращения якоря ТЭД для заданного значения тока, мин–1.
Таблица 2.2
Коэффициенты регрессии уравнения (2.15) для расчета электромеханических характеристик тяговых двигателей
| Тип двигателя | Режим работы и степень ослабления магнитного потока | Коэффициент регрессии | Индекс корреляции | |
| a | b | |||
| ЭД121АУ1 | ПП, β = 1,00 | 206794 | –1,70 | 0,971 |
| ОП1, β = 0,48 | 424701 | 101,96 | 0,978 | |
| ОП2, β = 0,24 | 740619 | 308,03 | 0,975 | |
Расчет электромеханических характеристик тяговых двигателей по выражениям (2.15), (2.16) выполняется для токов, изменяющихся от минимального до максимального значения с определенным шагом (для каждого режима работы электрической передачи необходимо рассчитать не менее восьми точек).
Принимаем значения минимального и максимального токов равными:
Результаты расчетов электромеханических характеристик тяговых двигателей серийного и расчетного тепловозов представлены в табл. 2.3.
Значения частоты вращения якоря ТЭД серийного и расчетного тепловозов одинаковы, т.к ток якоря ТЭД и коэффициенты регрессии для тепловозов равны, следовательно, графики изменения частоты вращении ТЭД серийного и расчетного тепловозов совпадают.
Таблица 2. 3
Расчет электромеханических характеристик тяговых двигателей серийного и расчетного тепловозов
|
Ток двигателя, А | Частота вращения | |||||
| ПП | ОП1 | ОП2 | ||||
| 
|
|
|
|
| |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 300 | 687,6 | 
| 1517,6 | 
| 2776,8 | 
|
| 400 | 515,3 | 
| 1163,7 | 
| 2159,6 | 
|
| 500 | 411,9 | 
| 951,4 | 
| 1789,3 | 
|
| 600 | 343,0 | 
| 809,8 | 
| 1542,4 | 
|
| 700 | 293,7 | 
| 708,7 | 
| 1366,1 | 
|
| 800 | 256,8 | 
| 632,8 | 
| 1233,8 | 
|
| 900 | 228,1 | 
| 573,9 | 
| 1130,9 | 
|
| 1000 | 205,1 | 
| 526,7 | 
| 1048,6 | 
|
| 1100 | 186,3 | 
| 488,1 | 
| 981,3 | 
|
, Н·м, тягового двигателя для режима работы
Электромеханические характеристики тягового двигателя серийного и расчетного тепловозов представлены на рис. 2.1.
Для каждого значения частоты вращения и крутящего момента на валу тягового двигателя рассчитываются параметры тяговой характеристики тепловоза с учетом режима работы электрической передачи по выражениям:
 ,
| (2.17) |
| (2.18) |
где 
– передаточное отношение тягового редуктора колесно-моторного блока тепловоза [4, табл. П.5].
Касательная сила тяги тепловоза может быть определена по техническим параметрам колесно-моторного блока, Н:
 .
| (2.19) |
Рис. 2.1. Электромеханические характеристики ТЭД тепловозов: а – изменения частоты вращения вала ТЭД; б – изменение крутящего момента на валу ТЭД
Очевидно, согласно (2.19), максимальную касательную силу тяги локомотив будет развивать при условии:
| (2.20) |
Если условие (2.20) справедливо, то с учетом формул (2.17) – (2.19) тяговая характеристика тепловоза, т. е. зависимость 
, может быть построена по выражению:
 .
| (2.21) |
Тяговая характеристика строится по выражению (2.21) для номинальной мощности энергетической установки тепловоза для трех режимов работы электрической силовой передачи в диапазоне скорости движения поезда V от нуля до Vкон (рис. 2.2).
Результаты расчета тяговой характеристики тепловозов представлены в табл. 2.4, по результатам которой строятся зависимости 
для серийного и рассчитываемого тепловоза (см. рис. 2.2).
Таблица 2.4
Расчет тяговой характеристики серийного и расчетного тепловозов
|
Ток двигателя | Скорость V, км/ч, и касательная сила тяги Fк, кН для режима работы тяговых двигателей | |||||
| ПП | ОП1 | ОП2 | ||||
|  
|
|
|
|
| |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 300 | 30,9 | 
| 68,1 | 
| 124,6 | 
|
| 400 | 23,1 | 
| 52,2 | 
| 96,9 | 
|
| 500 | 18,5 | 
| 42,7 | 
| 80,3 | 
|
, А
Окончание табл. 2.4
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 600 | 15,4 | 
| 36,3 | 
| 69,2 | 
|
| 700 | 13,2 | 
| 31,8 | 
| 61,3 | 
|
| 800 | 11,5 | 
| 28,4 | 
| 55,4 | 
|
| 900 | 10,2 | 
| 25,8 | 
| 50,8 | 
|
| 1000 | 9,2 | 
| 23,6 | 
| 47,1 | 
|
| 1100 | 8,4 | 
| 21,9 | 
| 44,0 | 
|
| 1200 | 7,6э | 
| 22,7 | 
| 45,5 | 
|
| 1300 | 7,1 | 
| 24,6 | 
| 48,8 | 
|
| 1400 | 6,5 | 
| 27,0 | 
| 52,9 | 
|
| 1500 | 6,1 | 
| 30,0 | 
| 58,1 | 
|
| 1600 | 5,7 | 
| 21,2 | 
| 42,7 | 
|
На тяговые характеристики тепловозов необходимо нанести следующие ограничения:
– по максимальной касательной силе тяги (ограничение по сцеплению)
 ,
| (2.22) |
где 
– сцепной вес тепловоза, кН [4, табл. П.1];
– расчетный коэффициент сцепления соответственно.
– по конструкционной скорости движения тепловоза: V=Vкон;
– по расчетной скорости движения тепловоза: V=Vр, соответствующее расчетной касательной силе тяги.
Величину коэффициента сцепления в выражении (2.22) для тепловозов всех серий определяем по формуле:
 .
| (2.23) |
Результаты расчетов зависимости 
наносятся на график тяговой характеристики тепловоза (см. рис. 2.2).
Результаты расчета максимальной силы тяги представлены в табл. 2.5.
Таблица 2.5
Значение силы сцепления
| Скорость V, км/ч | Коэффициент сцепления 
| Сила сцепления  , кН
|
| 0 | 0,300 | 529478,9 |
| 10 | 0,251 | 443854,7 |
| 20 | 0,223 | 394282,7 |
| 30 | 0,205 | 361953,2 |
Рис. 2.2. Тяговые характеристики серийного и расчетного тепловозов: 1 – ограничение по максимальной касательной силе тяги; 2 – ограничения по расчетной силе тяги; 3 – ограничение по конструкционной скорости
Технико-экономические характеристики тепловоза представляют собой зависимости эффективной и касательной мощности тепловоза, часового расхода топлива дизелем, КПД силовой передачи и КПД тепловоза от скорости его движения в условиях эксплуатации: 
(рис. 2.3 – 2.7).
На рис. 2.3 – 2.7 сплошной линией обозначены значения серийного тепловоза, штриховой – значения параметров расчетного локомотива.
Для заданного режима работы тепловоза (для определенной позиции контроллера машиниста) эффективная мощность дизеля есть величина постоянная и не зависит от скорости движения тепловоза, т. е. Nе = f(V) = const. При изменении позиции контроллера машиниста изменится эффективная мощность дизеля, однако, как и ранее, она не будет зависеть от скорости движения тепловоза.
Часовой расход топлива дизелем определяется по выражению, кг/ч:
 .
| (2.24) |
Очевидно, что для определенной позиции контроллера машиниста тепловоза, когда bе = f(Nе) и Nе = f(V) = const, будем иметь: Вч = f(V) = const. При изменении режима работы тепловоза изменятся величины Nе и bе, и Вч, но, как и ранее, они не будут зависеть от скорости движения тепловоза.
Характеристика КПД силовой передачи тепловоза для номинального режима работы будет изменяться в соответствии с выражением:
 ,
| (2.25) |
а эксплуатационный КПД тепловоза:
 .
| (2.26) |
Результаты расчета технико-экономических характеристик серийного и расчетного тепловозов представлены в табл. 2.6.
Рис. 2.3. График зависимости эффективной мощности тепловоза от скорости его движения 
Рис. 2.4. График зависимости касательной мощности тепловоза от скорости его движения 
Рис. 2.5. График зависимости часового расхода топлива дизелем тепловоза от скорости его движения 
| 0,89 |
Рис. 2.6. График зависимости КПД силовой передачи тепловоза от скорости его движения 
| 0,315 |
Рис. 2.7. График зависимости КПД тепловоза от скорости его движения
Таблица 2.6
Технико-экономические характеристики серийного и расчетного тепловозов для режима полного возбуждения тяговых двигателей
| Скорость тепловоза V, км/ч | Технико-экономические характеристики тепловозов для режима работы электрической передачи | ||||
| 
| 
| 
| 
| |
| 10 | 
| 
| 
| 
| 
|
| 100 |
|
|
|
|
|
Очевидно, что отклонение мощности дизель-генераторной установки тепловоза от номинального, паспортного, значения приведет к изменению силы тяги, а, следовательно, к изменению веса поезда на величину, кН:
| (2.27) |
где 
– касательная сила тяги при расчетной скорости, кН;
–основное удельное сопротивление локомотива при движении в режиме тяги с расчетной скоростью, Н/кН;
– основное удельное средневзвешенное сопротивление движению состава при расчетной скорости, Н/кН;
– расчетный подъем, ‰.
Основное удельное сопротивление локомотива и основное удельное сопротивление состава для расчетного и серийного тепловоза одинаковы.
При определении величины отклонения веса состава по выражению (2.27) необходимо принять, что состав сформирован из груженых вагонов и поезд движется на расчетном подъеме (9 ‰) с расчетной скоростью. Основное удельное сопротивление движению тепловоза с электрической передачей и вагонов определяется по правилам тяговых расчетов [6].
Основное удельное сопротивление движению локомотива 
в зависимости от вида локомотива и типа пути рассчитывается по формуле, приведенной в правилах тяговых расчетов [6, формула (13) или (15)].
В курсовой работе принимаем бесстыковой путь.
Основное удельное сопротивление движению локомотива на бесстыковом пути:
(2.28)
где Vр – расчетная скорость локомотива, км/ч.
Основное удельное сопротивление движению состава 
, состоящего из вагонов различных типов на подшипниках скольжения и качения, определяется по уравнению:
, (2.29)
где 
–доля по массе в составе поезда 4-осных вагонов на подшипниках скольжения и качения, 6- и 8-осных вагонов соответственно ( 
) (см. табл. 2.7);
– основное удельное сопротивление движению 4-осных вагонов на подшипниках скольжения и качения, 6- и 8-осных вагонов соответственно, Н/кН.
Таблица 2.7
Исходные данные по вагонам и тормозным средствам состава
| Тип грузовых вагонов | Количество тормозных осей в составе, % | |||||||
| четырехосные с роликовыми подшипниками | четырехосные с подшипниками скольжения | шестиосные | восьмиосные | |||||
| % от массы поезда | масса брутто вагона | % от массы поезда | масса брутто вагона | % от массы поезда | масса брутто вагона | % от массы поезда | масса брутто вагона | |
| 50 | 74 | 20 | 80 | – | – | 30 | 136 | 94 |
Основное удельное сопротивление движению различных вагонов рассчитывается по формулам (1) – (10), приведенным в правилах тяговых расчетов [6], в зависимости от типа пути и нагрузки на ось вагонов qo, которая определяется делением массы вагона брутто 
на количество осей вагона 
, т/ось:
. (2.30)
Нагрузка на ось 4-осных вагонов на подшипниках скольжения:
Основное удельное сопротивление движению 4-осных вагонов на подшипниках скольжения:
(2.31)
Нагрузка на ось 4-осных вагонов на роликовых подшипниках:
Основное удельное сопротивление движению 4-осных вагонов на роликовых подшипниках:
(2.31)
Нагрузка на ось 8-осных вагонов на роликовых подшипниках:
Основное удельное сопротивление движению 8-осных вагонов на роликовых подшипниках:
(2.32)
Основное удельное сопротивление движению состава:
Касательную силу тяги при расчетной скорости Vр = 10,5 км/ч определяем по выражению (2.21):
Вес поезда в составе серийного локомотива составляет:
Изменение веса поезда составляет:
Сравнительные характеристики тяговых и экономических параметров серийного и расчетного тепловозов для номинального режима работы представлены в табл. 2.8.
Таблица 2.8
Сравнительные характеристики тяговых и экономических параметров серийного и расчетного тепловозов для номинального режима работы
| Наименование показателя | Значение показателя для тепловоза | Относительное отклонение показателей, % | |
| серийного | расчетного | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Расчетная касательная сила тяги секции тепловоза, Н | 
| 
| 2,43 |
| Эффективная мощность дизеля, кВт | 
| 
| 1,36 |
| Частота вращения коленчатого вала дизеля, мин-1 | 
| 
| 0,50 |
Окончание табл. 2.8
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Удельный эффективный расход топлива дизелем, кг/(кВт×ч) | 
| 
| 8,60 |
| Мощность тягового генератора, кВт | 
| 
| 1,32 |
| Мощность ТЭД, кВт | 
| 
| 2,30 |
| Мощность, затраченная на привод вспомогательного оборудования тепловоза, кВт | 
| 
| 1,77 |
| Мощность выпрямительной установки, кВт | 
| 
| 1,33 |
Анализируя полученные значения (см. табл. 2.8), можно сделать вывод, что значительное расхождение параметров наблюдается по удельному эффективному расходу топлива дизелем. Данное расхождение составляет 8,60 %. Это влияет, прежде всего, на экономичность локомотива.
Результатом повышенного удельного эффективного расхода топлива может служить нарушения в работе дизеля или неисправности в топливной аппаратуре (неправильная настройка и др.).
2.
3. РАСЧЕТ ШАХТЫ ХОЛОДИЛЬНИКА ТЕПЛОВОЗА 2М62К
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 2181; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!