Міністерство освіти і науки України
Східноукраїнський національний університет імені В. І. Даля
Кафедра залізничного транспорту
Курсова робота
З дисципліни: Електрообладнання локомотивів
Тема: Розрахунок тягово- енергетичних характеристик тепловозу
Варіант 24 Локомотив 2ТЭ121
Реферат
Курсовая работа по “Электрооборудование локомотивов” включает расчетно-пояснительную записку с., табл., 3 рис.
Дизель-генератор, ТЭД, тяговый редуктор, номинальная мощность дизеля, сцепная масса локомотива, электрическая передача мощности, функциональная схема, длительная сила тяги, касательная мощность локомотива, КПД передачи мощности, КПД тепловоза, внешняя характеристика тягового генератора, электромеханические характеристики ТЭД, тяговая характеристика тепловоза, тягово-энергетические характеристики локомотива,
Дана функциональная схема и дано краткое описание электрической передачи мощности заданного локомотива, даны расчёты основных параметров передачи мощности тепловоза в длительном режиме, внешней характеристики тягового генератора, Тяговой характеристики тепловоза и его КПД, силы тяги локомотива, ограниченной сцеплением колеса с рельсами, приведены тягово-энергетические характеристики проектного локомотива и даны основные выводы по рассчитанной передаче мощности тепловоза.
Содержание
Введение
1. Краткое описание электропередачи мощности тепловоза 2ТЭ12
2. Основные исходные данные для расчёта тягово-энергетических характеристик проектного тепловоза
3. Расчет основных параметров передачи мощности тепловоза в длительном режиме
4. Расчёт и построение тяговой характеристики тепловоза и его КПД
4.1 Расчёт и построение внешней характеристики тягового генератора
4.2Расчёт тяговой характеристики тепловоза и его КПД
4.3 Расчёт касательной силы тяги тепловоза, ограниченной сцеплением колес с рельсами
4.4 Построение тягово-энергитических характеристик тепловоза
Заключение
Список использованной литературы
Приложение
Введение
Передача мощности от теплового двигателя к колесам является основной энергетической цепью локомотива. Как в нашей стране, так и в большинстве стран мира на тепловозах средней и большой мощности наибольшее применение находит электрическая передача мощности, благодаря своей универсальности, гибкости и простоте управления, компоновки, высокой надежности и долговечности работы.
Параметры и характеристики того или иного типа электропередач существенно влияют на основные технико-экономические и качественные показатели тепловозов – габариты и массу, коэффициенты тяги и передачи мощности, экономичность и надёжность работы, характер обслуживания, ремонта и т.д.
Основные требования к передаче мощности локомотива:
1) полное использование свободной мощности дизеля во всем диапазоне изменения скоростей движения;
2) обеспечение постоянства загрузки дизеля и его работу в наиболее экономичных режимах при изменении тяговой нагрузки;
3) реализация наибольшего коэффициента сцепления колес с рельсами во всех режимах движения;
4) высокий КПД и приемлемые массогабаритные показатели.
1. Краткое описание электропередачи мощности тепловоза 2ТЭ121
Магистральный двухсекционный грузовой тепловоз 2ТЭ121 мощностью 2´2941(2´4000 л.с.) с электропередачей переменно-постоянного тока создан на ПО “ ВТЗ” в 1977 году и предназначен для вождения грузовых поездов.
На тепловозе впервые приняты принципиально новые конструктивные решения по компоновке и исполнению тележек для нового мощного ряда локомотивов 2942-4410 кВт и нагрузках на ось 250-270 кН. Кузов секции тепловоза несущей конструкции, опирается на 2 трехосные тележки через роликово-резиновые опоры.
На каждой секции установлен дизель-генераторный агрегат 2В-9ДГ, состоящий из дизеля 2В-5Д49 и тягового агрегата А-714У2. Тяговый агрегат состоит из тягового (PT = 2800кВТ) и вспомогательных (PВГ = 400кВт) генераторов. Сверху на агрегате смонтирована выпрямительная установка типа УВКТ-942(заменена впоследствии на В-МППД-6,3к-1000-2) с общим каналом охлаждения для всего агрегата.
Выпрямленное напряжение ВУ подводится к 6 ТЭД постоянного тока типа ЭД-126УХЛ1 мощностью и через зубчатые тяговые редукторы энергия дизеля передается к осям колесных пар. ТЭД выполнены с опорно-рамным подвешиванием.
Запуск дизеля осуществляется через стартер-генератор ПСГ-УХЛ2 мощностью 50 кВт от аккумуляторной батареи.
Параметры и характеристики электропередачи обеспечиваются использованием бесконтактных комплектных устройств автоматики КУА-10, КУА-13, КУА-14.
КУА-10 служит для питания обмоток возбуждения тягового и вспомогательного синхронного генераторов и содержит 3 однотипных тиристорных выпрямителя с нулевым выводом БА1-1, БА1-2, БА1-3; БА1-2 – резервный.
КУА-13 предназначено для формирования в замкнутой САР заданных характеристик тягового и вспомогательного генераторов.
КУА-14 служит для регулирования возбуждения ТЭД в режиме электродинамического возбуждения (ЭДТ).
2. Основные исходные данные для расчета тягово-энергетических характеристик проектного тепловоза
Таблица 1
| № п/п | Параметр | Обозначение | Величина |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1. | Номинальная мощность дизеля, кВт | Pн | 2941 |
| 2. | Номинальная частота вращения вала дизеля, об/мин | n | 1000 |
| 3. | Сцепная масса локомотива, т | Mсц | 147 |
| 4. | Конструкционная скорость, км/ч | Vk | 100 |
| 5. | Передаточное отношение зубчатого тягового редуктора | µЗ | 4,318 |
| 6. | Диаметр движущих колес, м | Dk | 1,25 |
| 7. | Расчетный коэффициент тяги | jкр | 0,208 |
| 8. | Коэффициент полноты загрузки дизеля | s | 1,0 |
| 9. | Мощность на привод вспомогательных механизмов, % | Pвсп | 12 |
| 10. | Тип тягового генератора | А-714УХЛ2 | |
| 11. | КПД генератора, о.е. | hгр | 0,95 |
| 12. | Коэффициент регулирования генератора по напряжению | Cr | 1,6 |
| 13. | Коэффициент регулирования генератора по току | CrI | 2,45 |
| 14. | КПД выпрямительной установки | hву.р | 0,988 |
| 15. | КПД инвертора | hи | 1,0 |
| 16. | Тип тягового электродвигателя | ЭД-126УХЛ1 | |
| 17. | Напряжение ТЭД в длительном режиме, В | U’ТЭД.н | 510 |
| 18. | Максимальное напряжение на выходе ВУ, В | Ud.макс | 750 |
| 19. | Ток ТЭД длительного режима, А | I’ТЭД.н | 880 |
| 20. | КПД ТЭД, о.е. | hТЭД.р | 0,902 |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 21. | Степень ослабления магнитного поля ТЭД, о.е. | aa1a2 | 10,660,44 |
| 22. | Сопротивление обмоток ТЭД, Ом якоря,главных полюсов,дополнительных полюсов | RяRг.п.Rд.п. | 0,0120,00920,0078 |
| 23. | Падение напряжения на щетках, В | DUщ | 2 |
| 24. | Температура наружного воздуха, | tн | 20 ° С |
| 25. | Температура прогретого ТЭД, | tr | 115 ° С |
| 26. | Число ТЭД, шт. | m | 6 |
| 27. | КПД тягового редуктора, о.е | hз | 0,975 |
| 28. | Удельная теплота сгорания топлива, кДж/кг | Hu | 42496 |
| 29. | Удельный расход топлива дизелем, кг/(кВт*ч) | ge | 0,209 |
3. Расчёт основних параметров передачи мощности тепловоза в длительном режиме
В начале произведем выбор основных параметров тепловоза в расчётном (длительном) режиме. Расчёт тягово-энергетических характеристик тепловоза поизводится на ПЭВМ, по программе разработанной на кафедре ж/д транспорта, с использованием математического пакета Math Cad [1].
Длительная сила тяги локомотива Fк.р. определяется при принятом значении коэффициента тяги jк.р.= 0,166 и движении тепловоза с расчётной массой Mсц = 120 т на расчётном подъёме (i = 9 %) по формуле:
Fк.р = 9.81* Mсц*jк.р., кН (3.1)
Fк.р = 9.81*147*0,208 = 299,9 кН
Эффективная мощность дизеля
Pe = Pн *s ,кВт (3.2)
Pe = 2941*1,0 = 2941 кВт
где s = 1,0 – коэффициент полноты загрузки дизеля на последней позиции контроллера машиниста для электрической передачи мощности.
Мощность, расходуемая на привод вспомогательных механизмов тепловоза Pвсп, равна:
Pвсп = Pe * (Pвсп, % / 100), кВт (3.3)
Pвсп= 2941 *12/100 = 353 кВт
Свободная мощность дизеля (или мощность идущая на тягу) равна:
Pд= Pe - Pвсп, кВт (3.4)
Pд= 2941 – 353 = 2588 кВт
Коэффициент, учитывающий долю отбора мощности дизеля на привод вспомогательных механизмов:
b= (Pe - Pвсп) / Pe, (3.5)
b= (2941 -353)/2941 = 0,88
КПД передачи мощности проектного тепловоза:
h= hсг.р*hву.р*hТЭД.р*hзр (3.6)
hп.р.= 0,96*0,991*0,915*0,975 = 0,849
где hсг.р,hву.р,hТЭД.р,hзр – значения КПД берутся для длительного режима работы по соответствующим техническим данным электрических машин [1.2].
Расчётная скорость движения тепловоза вычисляется по формуле:
Vкр.= (3,6* Pд*hп.р) / Fк.р, км/ч (3.7)
Vкр.= 3,6*2588*0,849/299,9 = 26,4 км/ч
Мощность на выходе выпрямительной установки(ВУ):
Pd.p.= Pву.р.= Pд*hсг.р*hву.р (3.8)
Pd.p.= Pву.р.= 2588*0,96*0,991= 2462 кВт
Входная мощность P1ТЭД.р и мощность на валу P2p.= PТЭД.р тягового электродвигателя равны:
P1ТЭД.р= Pd.p./m ,кВт P1ТЭД.р= 2462 /6 = 410,3 кВт (3.9.)