Курсовая Тягово-экономические расчеты локомотива ТГМ6
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-25Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1.1. Цель работы
1.2. Гидравлические передачи локомотивов
1.3. Исходные данные
1.4. Тепловоз ТГМ6
2. Расчет тягово-экономических характеристик тепловоза с многоциркуляционной гидравлической передачей.
2.1. Устройство и назначение унифицированной гидропередачи.
2.1.1. Кинематическая схема гидропередачи тепловоза ТГМ6.
2.2. Расчет внешних размерных характеристик дизеля.
2.3. Определение передаточного числа повышающего редуктора.
2.4. Выбор рабочего диапазона работы гидроаппарата.
2.5. Определение активного диаметра гидроаппарата трансформаторов Da, м.
2.6. Построение характеристики совместной работы дизеля с гидроаппаратами.
2.7. Определение скорости перехода и передаточных чисел механической части.
2.8. Расчет тягово-экономических характеристик тепловоза
3.Список используемой литературы
1.1.
Цель работы
Курсовая работа по дисциплине «Локомотивы» является одним из этапов изучения курса.
Целью курсовой работы является изучение физических процессов, в гидропередаче, где механическая энергия дизеля преобразуется в энергию потока жидкости. Это преобразование происходит в гидравлических аппаратах. Затем происходит обратное преобразование — энергии потока жидкости в механическую энергию, но уже с другими параметрами, т. е. с изменившимися частотой вращения и вращающим моментом.
Главная задача работы - определение основных параметров гидропередачи и тягово-экономических характеристик тепловоза.
В курсовой работе приведены:
1. Кинематическая схема гидравлической передачи.
2. Таблицы и графики, сопровождающие расчет.
3. Тягово-экономические характеристики тепловоза в зависимости от скорости давления.
1.2.
Гидравлические передачи локомотивов
Основная особенность транспортной машины заключается в том, что она работает в условиях постоянно изменяющейся внешней нагрузки. В наибольшей степени это относится к маневровым локомотивам, работающим с частыми остановками и последующими разгонами. Для такой машины необходим двигатель, который мог бы автоматически приспосабливаться к изменениям нагрузки, т. е. при постоянной мощности был бы в состоянии, например, развить повышенный вращающий момент (т. е. обеспечить большую силу тяги) за счет снижения частоты вращения коленчатого вала или же при уменьшении сопротивления движению увеличить частоту вращения вала, а следовательно, скорость за счет уменьшения силы тяги.
Применяемые на тепловозах дизели таким свойством не обладают, у них на заданной позиции контроллера вращающий момент коленчатого вала остается практически неизменным и, если внешняя нагрузка растет, частота вращения вала уменьшается, двигатель начинает дымить и в конце концов глохнет. Чтобы устранить этот недостаток, необходимо присоединить к двигателю дополнительное устройство, которое, нагружая дизель постоянной нагрузкой, обеспечивало бы приспособляемость его к изменениям внешнего сопротивления. Такое устройство называется передачей. Помимо основного назначения, передача осуществляет реверсирование, т. е. изменение направления движения локомотива, а также позволяет разорвать силовую цепь, т. е. вращение коленчатого вала дизеля не передавать на колеса.
Наибольшее распространение получила на тепловозах электрическая передача — экономичная и надежная в эксплуатации. Однако во многих случаях с ней успешно конкурирует гидравлическая передача, которая значительно легче, не требует расхода дорогих цветных металлов, надежнее работает в условиях большой запыленности и низких температур, а также позволяет лучше использовать сцепной вес тепловоза. Такая передача установлена на тепловозах ТГМ6.
В гидропередаче механическая энергия дизеля преобразуется в энергию потока жидкости. Это преобразование происходит в гидравлических аппаратах. Затем происходит обратное преобразование — энергии потока жидкости в механическую энергию, но уже с другими параметрами, т. е. с изменившимися частотой вращения и вращающим моментом.
Рисунок
1
Схема гидротрансформатора: 1- насосное колесо; 2- турбинное колесо; 3-реактор
При отсутствии реактора насосное колесо и приводящий его в движение двигатель будут загружены тем моментом, который способно воспринять от внешней нагрузки турбинное колесо. Гидроаппарат, состоящий только из насосного и турбинного колес и передающий момент от двигателя к ведомой части без изменения, называется гидромуфтой.
Недостаток гидротрансформаторов заключается в том, что их КПД из-за потерь энергии жидкости на трение в каналах и на удар о лопасти сравнительно невысок, значительная часть энергии теряется при прохождении жидкости в межлопастном пространстве реактора. У гидромуфты КПД в рабочей зоне заметно выше и достигает 95—97%.
1.3.
Тепловоз ТГМ6
К концу
В 1966г. Людиновский тепловозостроительный завод выпустил тепловоз ТГМ6, представляющий собой второй вариант проекта. Основным отличием тепловоза ТГМ6 от тепловоза ТГМ5 явилось применение дизеля 3А-6Д49 Коломенского тепловозостроительного завода. Номинальная мощность 1200 л.с., частота вращения вала при этой мощности -1000 об/мин и все остальные параметры такие же, как у однотипного дизеля 3А-6Д49 тепловоза ТЭМ5. Длина тепловоза 13500 м, общая колесная база 9300 мм и колесная база тележек также остались без изменения.
Тяговые параметры тепловоза ТГМ6 близки к параметрам тепловоза ТГМ5. На поездном режиме длительная сила тяги секции при скорости 15 км/ч 14000 кгс, на маневровом при скорости 5 км/ч - 25000 кгс. Вес тепловозов ТГМ6 в зависимости от количества балласта находится в пределах 72-90 тс. Запас топлива составляет 4500 кг, песка - 900- 1100 кг.
Всесоюзный научно-исследовательский тепловозный институт провел сравнительную оценку тепловоза ТГМ6 с тепловозами ТГМ5и ТЭМ2 в условиях маневровой и горочной работы на станции Брянск II и пришел к выводу, что тепловоз ТГМ6 имеет примерно такой же расход топлива, как и тепловоз ТЭМ2, и более экономичен, чем тепловоз ТГМ5 с дизелем 6Д70.
С тепловоза №242 вместо упруго-компенсационной муфты между валом дизеля и валом гидропередачи устанавливалась эластичная муфта с резино-кордовой обмоткой.
Тепловозы ТГМ6 строились серийно с 1969 по 1973 г. включительно.
2.
РАСЧЕТ ТЯГОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОВОЗА С МНОГОЦИРКУЛЯЦИОННОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ
На тепловозе установлена унифицированная гидропередача УГП-1200 Калужского машиностроительного завода. Унифицированной передача названа потому, что она предназначена для работы с дизелями различной мощности (от 750 до 1200 л. с). При этом меняется только несколько пар зубчатых колес. Мощность от дизеля к колесам тепловоза передается через три поочередно включаемых гидроаппарата: два гидротрансформатора (ГТР) и одну гидромуфту (ГМ).
Насосные колеса гидроаппаратов сидят на общем валу и приводятся во вращение от вала дизеля через повышающую зубчатую пару. Турбинные колеса гидроаппаратов через систему зубчатых колес и реверс-режимный редуктор передают вращение на выходной вал УГП и далее на оси колесных пар тепловоза. Переключение режимов и направления движения осуществляется при помощи двух воздушных цилиндров. Поступательное движение их поршней через систему рычагов передается на зубчатые муфты реверс-режимных валов. Масло на питание гидроаппаратов и на смазывание подшипников и зубчатых колес подается центробежным питательным насосом, расположенным в нижней части корпуса гидропередачи. Переключение гидроаппаратов происходит автоматически в зависимости от частоты вращения вала дизеля и скорости движения тепловоза. Система автоматики электрогидравлическая. В гидродередаче предусмотрен также отбор мощности на вспомогательные нужды тепловоза.
Рисунок 3.Кинематическая схема унифицированной гидропередачи
Кинематическая схема унифицированной гидропередачи состоит из силовой и вспомогательной цепей. Силовая кинематическая цепь содержит следующие узлы:
1. Приводной вал I с фланцем, шестерней Z1 повышающей зубчатой пары и шестерней отбора мощности Z2.
3. Вторичный вал III с шестернями Z4 и Z6 первой и второй ступеней. Постоянно вращающаяся при работе гидропередачи часть вторичного вала оканчивается подвижной шлицёвой муфтой. Эта муфта при переключении режима вводится в шлицевую часть ступицы одной из шестерен: маневрового режима Z10 или поездного режима Z13, включая их в работу.
4. Вал реверса IV с шестерней Z7, через которую он получает вращение от шестерни Z6 вторичного вала с тем же числом зубьев. При работающей гидропередаче вторичный вал и вал реверса вращаются одновременно с одинаковой частотой, но в разных направлениях. Вал реверса так же, как и вторичный вал, оканчивается шлицевой муфтой, через которую приводятся во вращение шестерни Z9 или Z12 соответственно маневрового или поездного режима.
5. Раздаточный вал V с шестернями Z10 и Z13 соответственно маневрового и поездного режимов и выходными фланцами для присоединения карданных валов.
Вспомогательная кинематическая цепь включает вал отбора мощности VI, который приводится шестерней Z15, связанной с шестерней Z14 приводного вала. Конец вала VI выходит из корпуса УГП для возможности подсоединения к нему вспомогательных агрегатов тепловоза. На валу отбора мощности расположена коническая шестерня Z16, от которой через другую коническую шестерню Z17 приводится во вращение вертикальный вал привода питательного насоса. К вспомогательной цепи относится также пара шестерен привода датчика скорости и шестерня Z18 привода насоса системы смазки, находящаяся в зацеплении с шестерней Z13 раздаточного вала.
Мощность дизеля, кВт, определяем по исходным данным: по заданным номинальной мощности дизеля Ре пот и номинальным оборотам дизеля n
Д пот определим текущее значение мощности и оборотов по формулам
P
Д
=
kp
Ре пот
n
Д
=
kn
n
Д пот,
где kp
=
f
(
kn
)-определяется по безразмерной характеристике дизеля.
|
Д
=
f
(
n
Д
). Полученные данные заносим в таблицу 1.
Момент дизеля, Н*м, определяется по формуле
где β=0,94, коэффициент, учитывающий мощности на вспомогательные нужды.
Задаваясь оборотами дизеля в интервале от n
Д
min до n
Д
max
=
n
Дпот , определяем данные для построения графика МД=f
(
n
Д), заносим данные в таблицу 1.
Удельный расход топлива дизеля, кг/кВт*ч. По номинальному расходу топлива ge
min (исходные данные) рассчитаем зависимость g
Д=
f
(
n
Д) по формуле
g
Д=
kgge
min, где kg берется по графику на рисунке 4.
Таблица 1.Данные для расчета размерных характеристик дизеля.
| kn | - | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 |
| kp | - | 0,45 | 0,55 | 0,66 | 0,77 | 0,85 | 0,93 | 1,0 |
| kg | - | 1,1 | 1,045 | 1,01 | 1,0 | 1,0 | 1,03 | 1,07 |
| nД | мин-1 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
| РД | кВт | 360 | 440 | 528 | 616 | 680 | 744 | 800 |
| МД | Н*м | 8121,6 | 7941,1 | 7941,1 | 7941,1 | 7670,4 | 7459,8 | 7219,2 |
| gД | кг/кВт*ч | 0,231 | 0,2195 | 0,2121 | 0,21 | 0,21 | 0,2163 | 0,2247 |
По данным таблицы 1 строятся графики размерных характеристик дизеля.
| ||||||||
2.3 Определение передаточного числа повышающего редуктора.
Максимальные обороты отечественных тепловозных дизелей
n
Д
max
=750…1500 мин-1. Для уменьшения габаритов гидроаппаратов обороты насосных колес должны быть как можно больше. Максимальная скорость вращения насосных колес ограничивается их прочностью. Для литых стальных и алюминиевых колес максимальное число оборотов назначается в пределах nH
max
=1800…2500 мин-1, для чего необходимо ставить между валом дизеля и насосным валом гидропередачи повышающий редуктор с передаточным числом
Задаваясь максимальными оборотами насосного вала n
Н
max, определяется u
пр.
u
пр
=0,5
Таким образом, рабочие диапазоны (по передаточному отношению i) гидротрансформаторов (согласно исходным данным) будут следующими:
-для пускового трансформатора ТП1000М I i=0…0,93
| ||||
-для маршевого трансформатора ТП1000М II i
=0,45…0,95
2.5 Определение активного диаметра гидроаппарата трансформаторов
Da
, м.
Активный диаметр пускового и маршевого трансформатора определяем по формуле
где ηпр-КПД повышающего редуктора, зависит от числа и вида пар зубчатых колес, входящих в редуктор.
ρgλмгт10-3-расчетный коэффициент насосного колеса трансформатора в рабочем диапазоне, берется по приведенной характеристике при i
=
i
Р=0,975…0,98, соответствующему максимальному КПД.
Для заданных пускового и маршевого трансформатора D
агт=0,642м.
Рассчитаем нагрузочные параболы насосного колеса всех гидроаппаратов, приведенные к валу дизеля по формуле:
По приведенной формуле определим семейство нагрузочных кривых для прозрачных гидроаппаратов и одну для непрозрачного гидротрансформатора в зависимости от оборотов дизеля n
Д для различных значений ρgλмгт10-3 в функции от i. Расчет занесем в таблицу 2.
Таблица 2.Данные для расчета характеристик совместной работы дизеля и гидроаппаратов
| Параметры | Нагрузочные моменты гидроаппаратов | |||||||||
| Трансформаторы | ||||||||||
| Пусковой | Маршевый | |||||||||
| i | 0, 1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,45 | 0,45 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,85 |
| ρgλмгт10-3 | 11,3 | 10,9 | 10,7 | 10,5 | 10,4 | 10,6 | 10,5 | 10,4 | 10,5 | 10,9 |
| nД3 (200) | 410,8 | 396,3 | 389,0 | 381,7 | 378,1 | 385,4 | 385,4 | 381,7 | 389,0 | 392,6 |
| nД5 (400) | 1643,2 | 1585,0 | 1556,0 | 1526,9 | 1512,3 | 1541,4 | 1541,4 | 1526,9 | 1556,0 | 1570,5 |
| nД7 (600) | 3697,2 | 3566,3 | 3500,9 | 3435,5 | 3402,7 | 3468,2 | 3468,2 | 3435,5 | 3500,9 | 3533,6 |
| nД9 (800) | 6572,8 | 6340,2 | 6223,8 | 6107,5 | 6049,3 | 6165,7 | 6165,7 | 6107,5 | 6223,8 | 6282,0 |
| nД11 (1000) | 10270,0 | 9906,5 | 9724,7 | 9543,0 | 9452,1 | 9633,8 | 9633,8 | 9543,0 | 9724,7 | 9815,6 |
| n’Д | 856 | 870 | 878 | 886 | 889 | 881,5 | 883,1 | 885 | 877,5 | 873,8 |
| M’Д | 7552 | 7522 | 7507 | 7490 | 7483 | 7500 | 7494 | 7491 | 7507 | 7512 |
|
| ||||
На основании вышепредставленных графиков заполняем таблицу 2. Момент дизеля М’Д и его обороты n
’Д, соответствующие точкам пересечения, будут в дальнейшем использоваться для расчетов.
2.7 Определение скорости перехода и передаточных чисел механической части
Начнем расчет с гидроаппарата, который работает при максимальной скорости.
где n
Д
max=885 мин-1,
D
к=1,05м, Vmax=40км/ч.
u
2=4,37.
Передаточное число механической части передачи
где umin
га2=1/
imax
га2,
imax
га2 определяется по приведенной характеристике третьего гидроаппарата. Для гидротрансформатора imax
га2=0,85.
u
мех2 =7,43.
Передаточное число механической ступени скорости в передаче тепловоза
ст2=0,874
2-1=20,9км/ч
Работа на первом гидроаппарате. В тепловозе ТГМ6 применяются два гидроаппарата (гидротрансформатора) с одинаковыми характеристиками, тогда u
мех1
≠
u
мех2.
u
1=8,39
Передаточное число механической части
мех1=7,55.
Передаточное число механической ступени, обеспечивающей скорость 0≤V1≤ V1-2:
ст1=0,89.
Крутящий момент на колесах тепловоза, Н*м
Mki
=
M
’д
i
u
пр
u
га
i
u
мех
i
η
га
i
ηz
1
ц
η
z
2
k
η
кп,
где M
’Д
i- момент дизеля с учетом затрат на вспомогательные нужды,
ηz
1
ц
-КПД цилиндрических зубчатых колес
η
z
2
k-КПД конических зубчатых колес
η
кп-КПД карданной передачи
Касательная сила тяги, Н
Fki
=2
Mki
/
Dk
=
AM
’Д
iu
га
iη
га
iu
мех
i,
где А=2u
прη
z
1цη
z
2
k
ηкп/
Dk постоянная величина
Скорость движения, км/ч
Касательная мощность, кВт
Мощность дизеля, кВт
КПД передачи
ηп
i
=
η
га
i
ηz
1
ц
η
z
2
k
η
кп
ηсп
Часовой расход топлива, кг/ч
Gei
=
P
д
ige
,
где ge- удельный расход топлива на единицу мощности дизеля, берется для каждого гидроаппарата в зависимости от nД по размерному графику расхода топлива.
КПД тепловоза
где Q
н=10300ккал/г- низшая теплопроизводительность дизельного топлива.
Заполним таблицу 3 с использованием приведенных выше формул.
| № гидро- аппарата | i | M’Д | n’Д | Мк | Fк | V | Pк | РД | Gт | ηп | ηт |
| I uмех1= 7,55 | 0,1 | 7552 | 856 | 69148 | 131711 | 4,5 | 163,8 | 716,4 | 152,53 | 0,24 | 0,09 |
| 0,2 | 7522 | 870 | 68873 | 131187 | 9,1 | 331,6 | 725,2 | 154,99 | 0,49 | 0,18 | |
| 0,3 | 7507 | 878 | 61404 | 116960 | 13,8 | 447,5 | 730,4 | 156,46 | 0,65 | 0,24 | |
| 0,4 | 7490 | 886 | 53493 | 101891 | 18,5 | 524,5 | 735,4 | 157,91 | 0,76 | 0,28 | |
| 0,45 max | 7483 | 889 | 50550 | 96285 | 20,9 | 559,5 | 737,2 | 158,44 | 0,81 | 0,30 | |
| II uмех2= 7,43 | 0,45 min | 7500 | 881 | 50665 | 96504 | 20,7 | 555,7 | 732,2 | 156,99 | 0,81 | 0,30 |
| 0,6 | 7494 | 883 | 38883 | 74063 | 27,7 | 570,0 | 733,3 | 157,31 | 0,82 | 0,31 | |
| 0,7 | 7491 | 885 | 34099 | 64950 | 32,4 | 584,5 | 734,7 | 157,70 | 0,84 | 0,31 | |
| 0,8 | 7507 | 878 | 29213 | 55643 | 36,7 | 567,7 | 730,4 | 156,46 | 0,82 | 0,31 | |
| 0,85 max | 7512 | 874 | 26865 | 51172 | 38,8 | 552,2 | 727,6 | 155,67 | 0,81 | 0,30 |
| ||||
| |||||||
|
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов всех форм обучения специальности 190301- «Локомотивы», издание четвертое, переработанное и дополненное/Г.С. Михальченко - Брянск: БГТУ, 2006
3. Гидравлические передачи тепловозов/ Г.С. Михальченко- Брянск, 1991
4. Устройство тепловоза ТГМ6А, издание второе, переработанное и дополненное/ под ред Тихоничева В.К.- Москва, «Транспорт», 1989
5. http://www.myswitcher.ru/- некоммерческий проект «Маневровые локомотивы», 2010
6. http://www.viptrans.info/ru/info- сайт компании «ВипТранс»
