- •Длина ЛЭУ
- •Ширина двигателя
- •Высота двигателя
- •Цель: рассчитать величину среднеэксплуатационной экономичности заданной ЛЭУ
- •1. Расход топлива на установившихся режимах:
- •где Nе - эффективная мощность на i-том режиме, кВт
- •- относительное время работы на данном режиме
- •- расход топлива на холостом ходу
- •- относительное время работы на холостом ходу.
- •приложение 1
- •приложение 2
Федеральное агентство железнодорожного транспорта Федеральное государственное бюджетное образовательное Учреждение высшего профессионального образования
«Московский государственный университет путей сообщения» (МИИТ)
Институт транспортной техники и систем управления
Практические занятия
«Локомотивные энергетические установки»
Выполни: студент группы ВПЛ-411 Моисеев А.С.
Проверил: доц. Васильев В.Н.
Москва 2014
Занят ие №1
«РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВОЗНОГО ДИЗЕЛЯ ПРИ ВЫБРАННОЙ СХЕМЕ НАДДУВА»
Цель:
Выбрать схему наддува для ЛЭУ (допустимо по заданию курсового проекта), привести примерную диаграмму фаз газораспределения (ФГР) и кинематическую схему дизеля.
Дано из задания по курсовой работе. |
|
|
|
Тактность Ne, кВт |
nд, мин- |
|
|
1 |
Методика расчёта |
|
|
|
|
4 |
650 |
750 |
|
|
Рассчитать параметры для ЛЭУ, используя |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
следующие рекомендации. |
|
|
|
|
1.1.Мощность Nе, угловая скорость вращения коленчатого вала ω, тактность τ и условия |
||||
работы дизеля выбираются (можно по своему курсовому проекту). |
|
|
|
1.2.Эффективная мощность дизеля кроме угловой скорости и тактности зависит от величин среднего эффективного давления Ре, реализуемого при рассматриваемом режиме работы,
рабочего объема цилиндра Vh |
|
и числа цилиндров Z. |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
Мощность двигателя определяется соотношением: |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Ne = |
Pe ω Z Vs |
, кВт |
= |
1000 78,5 12 0.0163 |
= 1218,7 кВт |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.14 4 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
π τ |
|
|
|
|
|
|
||||
где |
|
Ре - среднее эффективное давление, МПа; |
Берём Ре = 1 |
|
|||||||||||||||||
|
ω - угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/с; |
|
|||||||||||||||||||
|
Z - число цилиндров; Vs - рабочий объем цилиндров, м3; |
|
|||||||||||||||||||
|
τ - коэффициент тактности. |
|
|
|
|
||||||||||||||||
1.3.Рабочий объем цилиндра определяется по формуле: |
|
||||||||||||||||||||
vs = |
π D2 |
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||||
|
4 |
|
|
|
|
|
|
3.14 0.3 |
|
|
|
3 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
где D – диаметр |
поршня 0,3 м; |
|
|
|
S – ход поршня 0,23 м. |
|
|||||||||||||||
|
= |
|
4 |
|
|
|
|
0.23 = 0.0163 м |
|
||||||||||||
1.4. Скорость поршня и его угловая скорость взаимосвязаны: |
|
||||||||||||||||||||
cm = |
|
S ω |
|
|
|
|
0.23 78,5 |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
π |
|
|
|
ω |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
определяется, как |
|
|
|
|||||||||
Угловая скоростьС( |
) |
= |
|
3.14 |
|
|
|
= 5,74 м/с |
|
|
|||||||||||
ω = π30nд |
, рад/с |
|
|
= |
3.14 750 |
= 78,5 рад/с |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
1.5.Коэффициент тактности принимается равным двум для 2-х и четырем – для 4-тактных ЛЭУ.
1.6.Среднее эффективное давление и средняя скорость поршня выбираются на
основании опыта конструирования, доводки и эксплуатации существующих двигателей.
В зависимости от заданной мощности предварительно выбирается величина среднего
эффективного давления по рис.1.
1.7.Средняя скорость поршня Cm является параметром, определяющим степень быстроходности и долговечности дизеля. Для выполненных тепловозных двигателей средние скорости поршня имеют значения:
-для 4-тактных дизелей Cm=7,4 - 10,5 м/с;
-для 2-тактных дизелей Cm=7,2 - 8,3 м/с.
Двигатели с высокими значениями Cm характеризуются меньшими габаритами и массой. Для их изготовления применяются материалы повышенного качества и износостойкости, повышается класс точности изготовления дизелей, в процессе эксплуатации для смазки используются высококачественные сорта масел с присадками с тем, чтобы сохранить моторесурс на требуемом уровне.
Поэтому, по возможности, выбирают меньшую скорость поршня.
1.8.Число цилиндров в тепловозных дизелях в зависимости от общей мощности, размеров цилиндра и тактности колеблется от 6 до 24 для 4-тактных и 10 -16 для 2-тактных.
У 4-тактных двигателей, исходя из условий уравновешивания и необходимой равномерности крутящего момента, применяют четное число цилиндров (6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 и 24). При числе цилиндров от 6 до 8 обычно используют рядное расположение. При числе цилиндров больше 8 переходят к их V - образному расположению.
1.9.Диаметры цилиндров построенных тепловозных дизелей изменяются в пределах:
- D = 0,170 - 0,300, м для 4-тактных дизелей с неразделённой камерой сгорания;
При больших диаметрах цилиндров имеют место высокая теплонапряженность, значительная масса деталей кривошипно-шатунного механизма и поршня вследствие больших нагрузок.
Диаметр цилиндра выбирается приближенно в соответствии с рис. 2 и должен удовлетворять нормальному ряду диаметров:
0,130; 0,140, 0,150; 0,160; 0,170; 0,180; 0,190; 0,210; 0,230, 0,240; 0,250; 0,260; 0,280; 0,300, 0,320; 0,340, м.
Отношение хода поршня S к диаметру D цилиндра для тепловозных дизелей находится в пределах:
-S/D = 1,0 - 1,3 для 4-тактных дизелей;
Вдвигателях средней быстроходности рекомендуется увеличенные отношения S/D, так как при прочих равных условиях с увеличением S/D уменьшается диаметр цилиндра, нагрузка на детали кривошипно-шатунного механизма, увеличивается высота камеры сгорания, что ведет к улучшению процесса сгорания, но при этом увеличивается высота двигателя.
Для быстроходных дизелей целесообразно снижать величину S/D для уменьшения средней скорости поршня и высоты двигателя. Однако с понижением S/D ухудшаются условия протекания процессов смесеобразования.
1.10. Определение основных размеров и числа цилиндров ЛЭУ рекомендуется производить в следующем порядке:
-В соответствии с рекомендациями, изложенными ранее, выбирают ориентировочную величину среднего эффективного давления Ре.
-Задаются тремя-четырьмя значениями средней скорости поршня Cmi в диапазоне значений, рекомендованных в п. 1.1, с интервалом 0,5 м/с.
Для нескольких значений отношения (S/D)j определяют диаметры цилиндров, соответствующие выбранным значениям средней скорости поршня и заданной угловой скорости коленчатого вала:
|
S |
−1 |
π |
|
|
|
D j i = |
|
|
|
|
Cmi , м |
(4) |
|
ω |
|||||
D j |
|
|
Для каждого вычисленного значения диаметра цилиндра по формуле (3) определяют число цилиндров проектируемого двигателя. Полученные значения диаметров и чисел цилиндров сводят в табл. 1.
По табл.1 выбирают число цилиндров, соответствующее рекомендациям п.1.1. Диаметр цилиндра, соответствующий выбранному числу цилиндров, округляют до ближайшего значения из ряда нормальных диаметров и уточняют среднюю скорость поршня по соотношению (2).
Таблица 1.
Диаметры и числа цилиндров ЛЭУ.
Значения (Сmi) |
|
Значения (S/D)j |
|
|
|
|
1 |
1.05 |
1.1 |
1.15 |
|
7,5 |
0,30 |
0,29 |
0,27 |
0,26 |
|
4,90 |
5,40 |
5,93 |
6,48 |
|
|
|
|
||||
8 |
0,32 |
0,30 |
0,29 |
0,28 |
|
4,04 |
4,45 |
4,88 |
5,34 |
|
|
|
|
||||
8,5 |
0,34 |
0,32 |
0,31 |
0,30 |
|
3,37 |
3,71 |
4,07 |
4,45 |
|
|
|
|
Из полученных значений выбираем те, что получились при Cm = 7,5 b S/D = 1. Диаметр поршня = 0,3м, число цилиндров = 12.
1.6. По полученным геометрическим параметрам проектируемого дизеля D, S, Z определяют его габаритные размеры.
Длина ЛЭУ
L =1,16 D K + C , м |
(5) |
где D - диаметр цилиндра, м; |
|
K = 0,5Z - для V -образных двигателей;
C = 1 - 2,5 м - линейный размер, зависящий от компоновки вспомогательного оборудования и агрегатов наддува двигателя.
= 1.16 0.3 (0.5 12) + 1,912 = 4 м
Ширина двигателя
В= А S , м |
(6) |
Здесь: S - ход поршня, м; А = 5,0В =- 8,06 -0,23для V=- образных1,38 м двигателей.
Высота двигателя |
|
Н = а S , м |
(7) |
где 5,0 - 7,0 - для |
Н = 5 0,23 = 1,15 м |
V - образных двигателей; |
После определения габаритных размеров дизеля необходимо произвести проверку его размещения в кузове тепловоза для заданного типа габарита.
Проверяют наличие необходимой ширины проходов по обе стороны от ЛЭУ. От внешнего контура дизеля до боковых стенок кузова тепловоза должно быть 0,7 м на высоте груди человека (на расстоянии от настила 1,5 м), что обеспечивает нормальное и безопасное обслуживание дизеля.
В отдельных исключительных случаях допускается местное сужение прохода до 0,5 м.
Эскиз установки дизеля на тепловозе выполняется в масштабе 1:20 на миллиметровой бумаге и прилагается к отчёту практического занятия.
Занят ие №2
«ВЫБОР ТИПА ЛЭУ ДЛЯ ЗАДАННОЙ МАССЫ СОСТАВА ПОЕЗДА»
Q |
Тип |
Число |
|
Vр |
|
iр |
t окр. |
Р окр среды |
Сцепная |
Пасс |
|
тонн |
вагона |
осей |
км/ч |
|
‰ |
среды |
гПа |
масса Ро |
вагон |
|
|
900 |
Пасс |
4 |
|
80 |
|
8,5 |
+30 |
940 |
150 |
56 тонн |
|
|
Цель: рассчитать требуемую мощность ЛЭУ тепловоза для заданных параметров поезда |
||||||||||
|
Необходимым условием является движение состава заданной массы Q с равномерной расчётной |
||||||||||
скоростью на заданном подъёме |
i р, |
‰. |
|
|
|
|
|
Методика расчётов
1. Определение основного удельного сопротивления движению подвижного состава на прямом горизонтальном пути:
1.1. Тепловоз в режиме тяги
ωо°′, =1.1,99 +0+.010,01Vp +0.00803V+p20,0003, Н/кН – звеньевой802 = путь4,62 Н/кН
1.2. Для пассажирских вагонов имеем:
ω ′′ = 0,7 + 8 +0,18Vp +0,003Vp2 , Н/кН
oо" = 0,7 + 8+0,18g80+0,003 802 = 3,67 Н/кН 14
56
где gо – средняя нагрузка от оси вагона на рельс, тс
gо = 4 = 14 тс
1. Расчётный коэффициент сцепления Для остальных тепловозов:
Ψk = 0.118 |
+ |
|
5 |
5 |
|
|
Vp +27,5 |
= 0,1645 |
|||||
|
|
|||||
|
|
|
к = 0,118 + 80 + 27,5 |
3. Расчётная сила тяги тепловоза при полном использовании сцепной массы локомотива равна:
Fk = Q(w0′′ + w=i )900+ P (w0(′3+.w67i ) + 8.5) + 150 (4.62 + 8.5) = 12922 Н
Где Q - масса состава;
Ро = Рсц. - сцепная масса локомотива;
wi = ip - дополнительное удельное сопротивление от подъёма, равное величине подъёма. |
|
Fkсц. =1000 ψк Рсц. |
ксц = 1000 0,1645 150 = 24676,7 Н |
4. Сила тяги по сцеплению колеса с рельсом
5.Приравняв выражения (3) и (4) , после преобразований, получим величину расчётной силы тяги
|
|
|
|
k |
0 |
|
p |
|
|
кр = 1000 0,1645−(4,62+8,5) = 116,77 кН |
|||
(на расчётном заданном подъёме) |
9,81 900 0,1645 (3,67+8,5) |
||||||||||||
Fkp =1000 |
Ψ k |
−(w |
′ +i |
|
) |
|
|||||||
|
|
g Q Ψ (w" |
+i |
p |
) |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
3.6 |
= 2595 кВт |
6. Номинальная касательная мощность тепловоза: |
|
||||||||||||
Nk = |
3,6 |
|
, кВт |
|
|
|
|
|
|
116.77 80 |
|
||
|
Fkp Vp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7.Суммарная эффективная мощность ЛЭУ:
Ne′ = |
|
|
|
|
′ = 0.9 0.8 (1−0.04−0.066) = 4031,5 кВт |
||
βвсп. |
ηп (1k−кt −kp ) , кВт |
||||||
|
2595 |
||||||
|
|
N |
|
|
|
|
|
Где |
βвсп. - коэффициент отбора |
мощности на привод вспомогательного оборудования |
|||||
тепловоза; |
= 0,08 ÷ 0,1 |
(1-β)=0,9 |
|
|
|||
|
|
ηп - к.п.д. |
передачи мощности от фланца отбора мощности коленчатого вала к |
||||
движущим осям (0,80 – 0,82); |
|
|
|||||
|
|
кt - коэффициент мощности от изменения температуры окружающей среды; = 0,04 |
|||||
|
|
kp - коэффициент мощности от изменения атмосферного давления = 0,066 |
8.Мощность дизеля на коленчатом валу
Ne = Ne′ , кВт = 4031,5 кВт или 5481,2 лс.
nc
Где nc - количество секций тепловоза.
Вывод:
В результате расчётов выбираем односекционный тепловоз. В качестве прототипа принимаем дизель 1Д49.