Дипломная работа: Конструкция тепловоза ТЭП70

, (8)

- КПД тепловоза при номинальном режиме работы дизеля по формуле:

, (9)

где g_е – удельный эффективный расход топлива, кг/кВт^. ч;

Н_и – теплота сгорания топлива (Н_и =42500 кДж/кг).

- значение удельной силы тяги локомотива:

, Н/кВт (10)

, Н/кВт

- значение удельной массы:

, (11)

,

- коэффициент тяги:

, ; , (12)

2. Компоновочная схема

3. Описание компоновочной схемы

Основные узлы экипажа тепловоза: главная рама с автосцепками, кузов и ходовые части, к которым относятся тележки с колесными парами, буксами и рессорным подвешиванием. Узлы и детали экипажной части выполняют различные функции. Главная рама тепловоза служит основанием для силовой установки и вспомогательного оборудования. Кузов служит наружным ограждением силовой установки тепловоза и вспомогательного оборудования. Колесные пары направляют движение локомотива по рельсовой колее, участвуют в реализации силы тяги, создаваемой двигателем тепловоза, а также тормозной силы. Рама опирается на буксы через рессоры или пружины, образуя так называемое рессорное подвешивание. Силовая установка: основные узлы и принцип работы ДВС: неподвижный цилиндр двигателя вместе с картером о поддоном образуют единую конструкцию называемую остовом дизеля. Сверху цилиндр закрыт крышкой, в которой расположены впускной и выпускной клапаны и форсунка для подачи топлива. Для управления движением впускных и выпускных клапанов предназначен распределительный вал, который приводится во вращение коленчатым валом шестеренчатой передачей. При работе двигателя поршень совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра, которое с помощью кривошипно-шатунного механизма преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал в свою очередь соединен с тяговым генератором. Тяговый генератор предназначен для преобразования механической энергии дизеля в электрическую и питания ею тяговых электродвигателей через выпрямительную установку. Выпрямительная установка служит для преобразования переменного тока, вырабатываемого тяговым генератором, в постоянный. Тяговые электродвигателя предназначены для привода колесных пар через тяговые редукторы и обеспечения движения тепловоза. Кроме все этого на тепловозе имеются возбудители и вспомогательные генераторы. Возбудителя предназначены для питания постоянным током обмотки независимого тягового генератора, а вспомогательные генераторы для питания различных нагрузок собственных нужд тепловоза (заряд аккумуляторной батареи, питание цепей освещения и управления, электродвигателей привода насосов, вентиляторов и т.д.). Вспомогательные системы и оборудование. Топливная система. В нее входят топливные баки, топливоподкачивающие насосы, фильтры и топливопроводы. Система предназначена для хранения дизельного топлива и подачи его к топливной аппаратуре (насосам высокого давления) дизеля. Также в топливную систему включают устройства для подогрева топлива – топливоподогреватели. Масляная система выполняет несколько функций. Главная из них – поддержание необходимого давления для обеспечения жидкостного режима трения в подшипниках коленчатого вала и других трущихся узлах дизеля. Кроме того, масляная система служит для охлаждения поршней дизеля и отвода тепла, образующегося при трении, от смазываемых узлов дизеля и его агрегатов, а также для удаления от рабочих поверхностей трущихся узлов дизеля продуктов их износа. Для выполнения этих функций система – замкнутая, циркулируемая. Водяная система. Служит для отвода и рассеивания тепла в атмосферу от неподвижных деталей рабочего механизма (втулок и крышек цилиндра). Вода охлаждает эти детали при помощи его внутренней системы охлаждения и переносит тепло в охлаждающее устройство (радиаторы), где оно передается атмосферному воздуху. Система – замкнутая, циркулируемая. Циркуляцию воды в ней обеспечивает водяной насос. Кроме того водяная система используется для отвода тепла от водомасляного теплообменника и охладителя наддувочного воздуха. Система воздухоснабжения дизеля. Предназначена для снабжения дизеля необходимым количеством чистого воздуха под избыточным давлением, для наполнения им цилиндров а также для их продувки. Нагнетателем воздуха служит турбокомпрессор.

4. Описание потока энергии

В начале энергия заключается в химической энергии дизельного топлива. Затем с помощью топливной системы, а именно: фильтров грубой и тонкой очистки, насоса высокого давления, трубопровода высокого и низкого давления. Топливо из бака попадает в цилиндр, где оно самовоспламеняется, преобразуя химическую энергию в тепловую. В цилиндре создается давление, которое приводит поршень в движение, таким образов тепловая энергия преобразовывается в механическую. Поршень с помощью шатуна передает энергию на коленчатый вал. Коленчатый вал вращает якорь генератора, который вырабатывает переменный ток, тем самым преобразовывая механическую вращательную энергию коленчатого вала в электрическую. Затем ток, проходя через выпрямительную установку, становится постоянным и идет на тяговые электродвигатели, которые преобразовывают электрическую энергию в механическую, передавая вращательной движение, через тяговый редуктор, колесной паре. Колесная пара создает касательную силу тяги и через рессорное подвешивание передает ее раме тележки. Рама тележки соединена с главной рамой тепловоза, на которой установлена автосцепка. Таким образом, сила тяги передается на автосцепку, которая далее передается составу.

5. Дизель-генератор

На тепловозе ТЭП70 в качестве силовой установки установлен дизель-генератор 2А-9ДГ (рис. 1). Он состоит из дизеля типа 2А-5Д49 и синхронного генератора, установленных на общей поддизельной раме и соединенных муфтой пластичного типа.

Дизель типа 2А-5Д49 четырехтактный, V-образный, шестнадцатицилиндровый с газотурбинным наддувом и клапанным распределением.

Принцип работы:

При сгорании топлива в объеме сжатого воздуха между стенками цилиндра, крышкой и днищем поршня образуются газы – продукты сгорания. Вследствие этого давление в цилиндре резко возрастает, что приводит к перемещению поршня. Таким образом, тепловая энергия продуктов сгорания в цилиндре преобразуется в механическую работу.

В дизеле 5Д49 цикл рабочего процесса совершается за два оборота коленчатого вала. При вращении вала от н.м.т. (нижняя мертвая точка – наиболее близкое к валу положение поршня) воздух в рабочем объем цилиндра между поршнем и крышкой сжимается. За 20⁰ до в.м.т. (верхняя мертвая точка – положения поршня при максимальном удалении от вала) в такте сжатия в цилиндр подается топливо. Под действием газов поршень в такте расширения движется вниз и через шатун вращает коленчатый вал. За 50⁰ до н.м.т открываются выпускные клапаны и отработанные газы выходят в выпускные коллекторы. В такте выпуска при движении поршня вверх происходит выталкивание отработавших газов. Выпускные клапаны открываются за 55⁰ до в.м.т. При открытии впускных и выпускных клапанах происходит продувка цилиндра. Через 35⁰ после в.м.т при движении поршня вниз цилиндр заряжается свежим воздухом в такте всасывания. При движении поршня после н.м.т. вверх выпускные клапаны закрываются с запаздыванием на 30⁰. Снова начинается такт сжатия и весь цикл повторяется.

5.1 Конструкция основных узлов дизеля