Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта Государственное образовательное учреждение высшего профессионального Образования Самарский государственный университет путей сообщения (СамГУПС) КУРСОВАЯ РАБОТА №3 по дисциплине: «Локомотивы (общий курс)» на тему: «Конструкция и принцип работы основных узлов локомотивов» Вариант №10 Выполнил: студент группы 792 Данчев А.А. Проверил: Фролов С.Г. Самара 2011 Реферат В данной курсовой работе проведено теоретическое исследования по вопросам: 1. Понятие о тяговой характеристике тепловоза. Ограничение силы тяги. 2. Требования ПТЭ по содержанию колесных пар в эксплуатации. В составе курсовой работе имеется 18 листов машинописного текста, 6 рисунков, 1 лист приложения, 0 таблиц, в списке использованных источников приведено 4 наименования. 2 Содержание лист Введение 4 Задание на выполнение курсовой работы 5 1. Конструкция и принцип работы основных узлов экипажной части тепловоза . 5 1.1 Понятие о тяговой характеристике тепловоза. Ограничение силы тяги 5 1.2 Колесная пара тепловоза и требования, предъявляемые к ней в эксплуатации. 7 2. Движение локомотива по кривым. 9 2.1 Особенности движения локомотива по кривым участкам пути и меры по обеспечению прохождения экипажа кривых. 9 2.2 Методы геометрического вписывания. 11 2.3 Метод круговой диаграммы. 13 Заключение 17 Список использованных источников 18 3 Введение Важнейшими направлениями работ железнодорожного транспорта является переход на экономически прогрессивные технологии соответствующие требованиям рынка, значительное повышение эффективности производства, приведение технического потенциала отрасли в соответствии с потребностями экономики в перевозках. Данная курсовая работа ставит целью провести теоретическое исследование конструкции и принципа действия основных узлов экипажной части локомотивов, а также движения локомотивов по кривым участкам пути. Ознакомление с методами геометрического вписывания локомотивов в кривых и определение основных показателей экипажной части локомотивов. 4 1. Конструкция и принцип работы основных узлов экипажной части тепловоза. 1.1 Понятие о тяговой характеристике тепловоза. Ограничение силы тяги. Тяговой характеристикой локомотива называется зависимость силы тяги от скорости движения FK =f(v). Наибольшая величина силы тяги необходима при трогании поезда с места, при наборе скорости и при движении по наиболее крутому подъему. Если бы величина FK не зависела от скорости, а была бы все время постоянной, то тяговая характеристика изображалась бы прямой линией АБ, параллельной оси абсцисс, как это показано на рис. 1Так как реализуемая мощность локомотива равна произведению силы тяги на скорость (NK = FK • v), то ее зависимость от скорости при FK = const выражается прямой линией ОС" (рис. 1). При этом полная мощность используется только при максимальной скорости. При меньших скоростях движения мощность локомотива недоиспользуется. В тоже время профиль пути состоит из подъемов, площадок и спусков, то есть является переменным. На подъемах сила тяги требуется больше, а скорость всегда меньше, а на спусках наоборот. В идеальном случае при переменном профиле пути тяговая характеристика соответствует закону равноплечей гиперболы .При такой тяговой характеристике реализуемая мощность локомотива остается постоянной (линия В'C’, рис. 1), а следовательно, обеспечивается ее полное использование в широком диапазоне скоростей. Рис.1 и другие ограничения, связанные с особенностями локомотивов. Реальные тяговые характеристики локомотивов составляют на основе данных, получаемых при тяговых испытаниях. Силу тяги электровоза ограничивают условия сцепления колес с рельсами (кривая Сц) и наибольший ток, при котором не происходят такие опасные процессы как перегрев обмоток или искрение под щетками. Тяговые характеристики локомотивов служат для определения силы тяги в зависимости от скорости движения в кГс. Удельная сила тяги fк определяется делением касательной силы тяги FK в кГс на массу поезда (Р + G) в тс, где Р и G масса локомотива и состава. Сила тяги локомотива — сила, реализуемая локомотивом и служащая для передвижения поезда. Собственно различают две силы тяги локомотива — касательную и на сцепном устройстве (автосцепка или винтовая упряжь). Касательная сила тяги образуется в 5 месте контакта движущих колёс и рельсов, а сумма всех этих сил есть касательная сила тяги локомотива. Сила тяги на сцепке меньше касательной, так как в этом случае учитывается и сопротивление движению от самого локомотива как повозки. Сила тяги играет важную роль в тяговых расчётах, так как во многом определяет максимально допустимый вес поезда. Наибольшая её величина требуется при трогании поезда с места, ускорения, а также при следовании по подъёму. В то же время у этой силы ряд ограничений. В зоне малых скоростей действует ограничение по силе сцепления, превышение которого может привести к боксованию. В данном случае максимальная сила тяги зависит от сцепного веса (прямая зависимость) и от скорости движения (обратная зависимость). В зоне больших скоростей наступает уже ограничение по мощности первичного источника (паровой котёл для паровозов, дизель для тепловозов), а также по часовому току тяговых электродвигателей и температуре рабочей жидкости гидравлической передачи. Ограничения по максимальной силе тяги определяются рядом специальных практических испытаний, реже — расчётами. На их основании для каждой серии локомотивов устанавливается расчётная сила тяги. Помимо этого, для локомотивов с тяговыми электродвигателями устанавливаются часовая и продолжительные силы тяги. 6 1.2 Требования ПТЭ по содержанию колесных пар в эксплуатации. При осмотре экипажной части тепловоза локомотивная бригада должна убедиться в исправности колесных пар, особое внимание обратив на размер проката, износ и состояние гребня, наличие ползунов б (рис. 10) и навара, проверить, нет ли трещин на бандажах и колесных центрах а, плен, вмятин г, отколов гребня бандажа, раковин по кругу катания на бондаже, прочность посадки бандажного кольца и т. д. Прокат измеряют специальным шаблоном по кругу катания. Для этого проверяют соответствие рисок на движке и рамке шаблона. Причем шаблон прочно прижимают к внутренней грани бандажа и вершине гребня и движком измеряют прокат (рис. 11, а). Для локомотивов, обращающихся со скоростью до 120 км/ч, прокат допускается не более 7 мм, мотор-вагонного подвижного состава — 8 мм. Для уменьшения износа бандажей машинист должен не допускать боксования колесных пар. Ползун образуется в основном при юзе колесных пар и легко определяется по ударам их о рельс. Измеряют ползун специальным шаблоном (рис. 11, г) и определяют как разность замеров максимальной глубины в центре ползуна и среднего проката. Глубину ползуна в пути следования для колес диаметром 1050 мм при отсутствии шаблона можно измерить с помощью мерительного инструмента по его длине: Длина ползуна, мм 50 60 75 85 100 120 145 205 Глубина ползуна, мм 0,7 1 1,5 2 3 4 7 12 7 Запрещается выпускать в эксплуатацию и допускать к следованию в поездах подвижной состав с роликовыми буксами при наличии ползунов глубиной более 0,7 мм. При ползуне у локомотива или мотор-вагонного состава выше 0,7 мм, но не более 1,5 мм разрешается следовать с поездом до депо со скоростью не свыше 25 км/ч, а при температуре более 30 °С — не более 15 км/ч. При обнаружении ползуна на локомотиве и моторном вагоне дизель-поезда от 2 до 4 мм разрешается довести поезд до ближайшей станции со скоростью не более 10 км/ч. Если ползун более 4 мм, то локомотив отцепляют от поезда, колесную пару вывешивают или заклинивают, тормозные цилиндры тележки и тяговый электродвигатель (группа двигателей) отключают. При ползуне у прицепного вагона дизель-поезда от 1 до 2 мм скорость следования допускается не более 100 км/ч, от 2 до 6 мм — не более 15 км/ч, от 6 до 12 мм — не более 10 км/ч и исключается вращение колесной пары. I Толщину гребня измеряют горизонтальным движком шаблона, которая должна быть 33—25 мм (рис. 11, б). Для измерения предельного износа на шаблоне имеется специальный вырез. При скорости движения свыше 120 км/ч толщина гребня должна быть 33—28 мм. Подрез гребня измеряется специальным шаблоном на высоте 18 мм от поверхности катания (рис. 11, е). При большом подрезе на гребне появляется остроконечный накат (рис. 11, в). Колесные пары с подрезом больше нормы и остроконечным накатом эксплуатировать запрещается. Допускается уширение бандажа не более 5 мм, раковины на поверхности катания глубиной не более 3 мм и длиной не более 25 мм. Ослабление бандажного кольца не допускается более 30% периметра и не ближе 100 мм от замка. Толщина бандажа измеряется специальным шаблоном по кругу катания (рис. 11, д). Минимальная толщина бандажа у грузовых тепловозов должна быть не менее 36 мм, а у пассажирских — 45 мм. После обточки бандажей разность их диаметров по кругу катания у одной колесной пары не должна превышать 0,5 мм. На износ бандажей и ходовых частей тепловозов и дизель-поездов существенно влияет поперечный и продольный разбег колесных пар, который должен строго соответствовать требованиям правил ремонта локомотивов. Плотность посадки бандажей проверяют обстукиванием молотком с удлиненной рукояткой при отпущенном тормозе локомотива. Появление глухого звука указывает на ослабление бандажа. Сдвиг бандажа определяют также по расхождению контрольных отметок на бандаже и колесном центре и появлению смазки по окружности бандажа и колесного центра. 8 2. Движение локомотива по кривым. 2.1 Особенности движения локомотива по кривым участкам пути и меры по обеспечению прохождения экипажа кривых. Чтобы обеспечить движение локомотива по кривому участку пути, приходится учитывать особенности такого движения как при укладке пути, так и при конструировании локомотивного экипажа. При большой жесткой базе локомотива может произойти заклинивание (защемление) гребней бандажей внутри рельсовой колеи в кривых малого радиуса. Для того чтобы этого не произошло, крутые кривые укладывают с увеличенной шириной колеи. Правила технической эксплуатации устанавливают для кривых, радиус которых меньше 350 м, увеличение ширины колеи на 10 мм, а при радиусе, меньшем 300 м, уширение колеи составляет 15 мм. Уширение колеи более чем 15 мм не применяется, поскольку при изношенных гребнях бандажей возникает опасность провала внутрь колеи колеса, катящегося по внутреннему рельсу в момент, когда гребень колеса, катящегося по наружному рельсу, прижимается к его головке. Положение бандажей вагонной (ширина бандажа вагона равна 130 мм, а у локомотива — 140 мм) колесной пары с изношенными гребнями в кривой, уложенной с уширением δ = 15 мм и наибольшим плюсовым допуском в 6 мм, представлено на рис. 12, а. При укладке рельсовой колеи наибольшие допуски в сторону уширения составляют +6 мм и в сторону сужения -4 мм. Легко подсчитать, что величина покрытия головки рельса бандажом составляет всего лишь 52 мм. Если учесть, что рельсы деформируются (от- жимаются) в перпендикулярном по отношению к оси пути направлении, а вагонные оси в свою очередь деформируются (что ведет к сближению бандажей в плоскости головок рельсов), то станет ясно, что при уширении колеи, превышающем 15 мм, ребро пересечения поверхности катания бандажа, имеющей уклон в 1:20, с поверхностью, имеющей уклон в 1:7, может перейти на боковое закругление головки рельса, очерченное радиусом 13 мм. Это опасно, так как может привести к отжатию рельсов наружу и к провалу бандажа внутрь колеи. В числе мероприятий, облегчающих вписывание локомотивного экипажа в крутые кривые, прежде всего надо отметить применение поворотных тележек. Кроме того, часто практикуется устройство поперечных разбегов (перемещений, 9 перпендикулярных к продольной оси экипажа) колесных пар по отношению к раме тележки. При большой жесткой базе иногда применяются бандажи с гребнями уменьшенной толщины или даже совсем без гребней например, бандажи ведущих колесных пар грузовых паровозов. В этом случае ширина бандажей увеличивается обычно до 150 мм. Для оценки целесообразности применения мероприятий, обеспечивающих прохождение локомотивов по кривым, необходимо прежде всего рассмотреть геометрические соотношения между размерами рельсовой колеи и локомотивного экипажа. Решение этих вопросов составляет предмет расчетов, называемых геометрическим вписыванием в кривые. Однако расчеты такого рода служат лишь для предварительного суждения о возможности движения локомотива по кривой. Для окончательного заключения о процессе такого движения необходимо вычислить усилия взаимодействия между бандажами и рельсами. Чтобы уменьшить это взаимодействие, при укладке рельсовой колеи применяются такие мероприятия, как устройство переходных кривых, возвышение наружного рельса и др. Что касается локомотивных экипажей, то здесь применяются тележки, имеющие возможность бокового перемещения под тепловозом, упругие упоры в буксах, различные разновидности возвращающих устройств, приспособления для смазки гребней. Комплекс вопросов взаимодействия локомотива и пути в кривой решается, как принято говорить, методами динамического вписывания. 10 2.2 Методы геометрического вписывания. Зазоры между гребнями и головками рельсов невелики: при неизношенных гребнях и отсутствии уширения в кривой (когда R > 350 м) они составляют в сумме для обеих рельсовых нитей Δ=14 мм. Поэтому применение обычного уменьшающего (чертежного) масштаба для решения задач геометрического вписывания графическим способом невозможно; при уменьшении даже только в 100 раз величины зазоров оказываются меньше точности вычерчивания. Чтобы применить графический метод исследования, приходится прибегать к специальным приемам. Один из них, называемый круговой диаграммой, заключается в том, что для базы локомотива и радиуса кривой выбираются различные, но связанные между собой масштабы. На рис 12, б изображена трехосная тележка тепловоза с базой 2Х в кривой радиусом R. Расстояние Y между гребнем средней колесной пары и наружным рельсом может быть легко найдено из известного геометрического соотношения, Y·(2R — Y) - X2 Если учесть, что Y весьма мало по сравнению с 2R, то можно написать X2 Y . Пусть при вычерчивании база уменьшается в n раз, а радиус кривой— в n2 2R раз, т. е. X R и r 2 x n n Тогда зазор между гребнем и рельсом x2 X 2 n2 X 2 y Y , 2r 2 R n 2 2r т. е. этот зазор (как и другие поперечные размеры) будет изображаться в натуральную величину. Для упрощения чертежа на нем изображаются лишь внутренние грани головок рельсов А и В, причем расстояние между ними принимается равным суммарному зазору между гребнями бандажей и головками рельсов, состоящему из зазора в прямом участке пути Δ и уширения кривой δ. Соответственно с этим экипаж локомотива также изображается схематически в виде одной линии СС, представляющей собой горизонтальный след совмещенных плоскостей наружных граней гребней. Точки на прямой СС изображают оси колесных пар, а расстояния ог этих точек до кривых А или В, измеренные по перпендикулярам к продольной оси экипажа СС, будут представлять собой расстояния между гребнями и рельсами на уровне головок рельсов (рис. 12, б). Если точка, изображающая колесную пару, лежит на кривой А или В, то это означает, что колесная пара прижата гребнем соответствующего колеса к наружному или внутреннему рельсу. Если точка, изображающая колесную пару, оказалась вне кривых, то такая колесная пара должна получить боковое (поперечное) перемещение относительно рамы тележки или гребни бандажей должны иметь уменьшенную толщину; иначе движение по кривой невозможно. Круговая диаграмма дает довольно наглядное представление о положении локомотивного экипажа в кривой, однако при большой базе экипажа поперечные перемещения или отклонения тележек от главной рамы будут изображаться с 11 некоторой ошибкой. Точные значения могут быть получены, если выбрать для стрелок (поперечных перемещений) и для хорд (базы локомотива) различные, не связанные друг с другом масштабы. При этом окружность, изображающая рельс, преобразуется в эллипс, который на участке, необходимом для вписывания локомотива, с большой точностью может быть заменен параболой, в связи с чем этот способ вписывания называется параболической диаграммой. Пусть абсцисса какой-либо точки кривой на местности X, а ордината Y (рис. 12, б). Тогда между X2 ними, как было указано выше, существует соотношение Y . Если принять 2 у = Y·my и х = Х·mх, то получим уравнение параболы, изображающей наружный рельс на чертеже: m y 2 y x2 mx 2 R Изображение внутреннего рельса будет получено, если параболу наружного рельса сдвинуть параллельно самой себе вдоль оси у на величину (Δ+δ)·mу. Схема экипажа размечается в масштабе mх на прямой, параллельной оси абсцисс; отклонения осей, шкворней и т. п. измеряются по вертикалям, проведенным через точки, изображающие колесные пары, шкворни и т. д. На рис. 13 изображен экипаж тепловоза 2ТЭ10Л, вписанный по этому способу в кривую радиусом 200 м. Масштабы тх=1:400 и ту=1:4 приводят к уравнению параболы на чертеже у = 0,1x2. Парабола внутреннего рельса сдвинута вниз на величину (14 + 15)·0,25 = 7,25 мм. . Каждая из тележек изображена в так называемой установке наибольшего перекоса, когда передняя колесная пара набегает одним из гребней на наружный рельс, а задняя колесная пара — на внутренний. Тележки повернуты относительно главной рамы на углы αп и α3. Базы тележек изображены в несколько искаженном виде, тем не менее все отклонения колесных пар могут быть измерены с большой степенью точности. Для определения истинных значений углов поворота тележек нужно разделить величину отклонения колесной пары от оси главной рамы на расстояние этой колесной пары от шкворня. 12 2.3 Метод круговой диаграммы. 2.3.1 Необходимые данные расчета. Тепловоз прототип – ТГМ4 Осевая характеристика – 20-20 R – радиус кривой R = 100 δ – уширение колеи δ = 14 мм. Δ – суммарный зазор между гребнем бандажа и головкой рельса Δ = 14 мм. n – коэффициент искажения n = 10 Масштаб – 1 : 2 2.3.2 Расчет и построение круговой диаграммы. Расстояние между шкворнями В=6000 мм; Расстояние между 1 и 2 колесной парой Х1=2100 мм; а) rСР ПОРЯДОК ПОСТРОЕНИЯ Вычерчиваем ось пути радиусом rСР с учетом общего масштаба m R 100000 m 0,5 500 мм; 2 n 10 2 Кривые, изображающие наружный и внутренний рельс rН и rВ, соответственно: 14 m 500 0,5 503,5 мм; 2 2 14 rВ rСР m 500 14 0,5 489,5 мм; 2 2 rН rСР где δ- уширение колеи; - половина суммарного зазора. 2 13 б) Наносим на чертеж кривых базу тележки в виде линии, уменьшенной по сравнению с натуральной в n раз, в положении наибольшего перекоса. Колесные пары на этой линии изображаются точками. Причем расстояние между точками, изображающими первую и вторую колесную пару, будет равно (точки I и II): x12 X 2100 m 0,5 105 мм. n 10 Положение шкворня (точка ш1): Проводим через точку ш1, дугу радиусом rш. Делаем на дуге rш засечку из точки ш1 радиусом, равным расстоянию между шкворнями: b B 6000 m 0,5 300 мм n 12 Через эту точку проводим линию, соответствующую длине базы тележки. Используя выполненные построения, определяем: Для положения наибольшего перекоса: а) Величины зазоров между гребнем бандажа и рельсом h По выполненным построениям находим: h1-1черт=14,41 мм. с учетом принятого общего масштаба находим действительное значение h1-1=14,41/(0,5)=7,2 мм; h1-2черт=14 мм, с учетом принятого общего масштаба находим действительное значение h1-2=14/(0,5)=7 мм; h2-1чepт=14,41 мм, с учетом принятого общего масштаба находим действительное значение h2-1=14,41/(0,5)=7,2 мм; h2-2черт=14 мм, с учетом принятого общего масштаба находим действительное значение h2-2=14/(0,5)=7 мм. б) Углы набегания колесных пар α По выполненным построениям находим: Для первой тележки α1черт=13,37°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение α1=( α1черт)/n=13,37°/10=1,3°; Для второй тележки α2черт=13,37°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение α2=( α2черт)/n=13,37°/10=1,3° в)Углы между осями кузова и тележек β По выполненным построениям находим: Для первой тележки β1черт=9,59°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение β1=( β1черт)/n=9,59/10=0,96°; Для второй тележки β2черт=25,23°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение β2=(β2черт)/n=25,23°/10=2,5°. 14 Для положения отброса к наружному рельсу: а) Величины зазоров между гребнем бандажа и рельсом h По выполненным построениям находим: h1-1черт=14,07 мм. с учетом принятого общего действительное значение h1-1=14,07/(0,5)=7,04 мм; h1-2черт=14,07 мм, с учетом принятого общего действительное значение h1-2=14,07/(0,5)=7,04 мм; h2-1чepт=14,07 мм, с учетом принятого общего действительное значение h2-1=14,07/(0,5)=7,04 мм; h2-2черт=14,07 мм, с учетом принятого общего действительное значение h2-2=14,07/(0,5)=7,04 мм. масштаба находим масштаба находим масштаба находим масштаба находим б) Углы набегания колесных пар α По выполненным построениям находим: Для первой тележки α1черт=5,58°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение α1=( α1черт)/n=5,58°/10=0,56°; Для второй тележки α2черт=5,58°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение α2=( α2черт)/n=5,58°/10=0,56° в)Углы между осями кузова и тележек β По выполненным построениям находим: Для первой тележки β1черт=17,25°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение β1=( β1черт)/n=17,25/10=1,73°; Для второй тележки β2черт=17,26°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение β2=(β2черт)/n=17,26°/10=1,73°. Для положения отброса к внутреннему рельсу: а) Величины зазоров между гребнем бандажа и рельсом h По выполненным построениям находим: h1-1черт=14 мм. с учетом принятого общего масштаба находим действительное значение h1-1=14/(0,5)=7 мм; h1-2черт=14 мм, с учетом принятого общего масштаба находим действительное значение h1-2=14/(0,5)=7 мм; h2-1чepт=14 мм, с учетом принятого общего масштаба находим действительное значение h2-1=14/(0,5)=7 мм; h2-2черт=14 мм, с учетом принятого общего масштаба находим действительное значение h2-2=14/(0,5)=7 мм. б) Углы набегания колесных пар α По выполненным построениям находим: Для первой тележки α1черт=6,1°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение α1=( α1черт)/n=6,1°/10=0,6°; Для второй тележки α2черт=6,1°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение α2=( α2черт)/n=6,1°/10=0,6° 15 в)Углы между осями кузова и тележек β По выполненным построениям находим: Для первой тележки β1черт=17,57°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение β1=(β1черт)/n=17,57/10=1,76°; Для второй тележки β2черт=17,57°, с учетом использованного коэффициента искажения, находим действительное значение β2=(β2черт)/n=17,57°/10=1,76°. 16 Заключение В данной курсовой работе проведено теоретическое исследование по вопросам: 1. Понятие о тяговой характеристике тепловоза. Ограничение силы тяги 2. Требования ПТЭ по содержанию колесных пар в эксплуатации. А также особенности движения подвижного состава по кривым участкам пути и рассмотрены два метода геометрического вписывания локомотива. Проведено геометрическое вписывание локомотива прототипа ТГМ4 методом круговой диаграммы в кривую малого радиуса. На основании проведенного геометрического вписывания определены следующие параметры: αmax= βmax= hmax= 17 Список использованных источников. 1. Пойда А.А., Хуторянский Н.М., Кононов В.Е. «Механическое оборудование тепловозов». – М.: Транспорт, 1988г. – 320 с. 2. Бирюков И.В., Савоськин А.Н. «Механическая часть тягового подвижного состава». – М.: Транспорт, 1992г. – 440 с. 3. Иванов В.Н., Панов Н.И. «Конструкция и динамика тепловозов». – М.: Транспорт, 1974г. – 336 с. 4. Методическое указание к выполнению курсовой работы №3 по дисциплине «Локомотивы (общий курс)» – Самара: СамИИТ, 2002. – 24 стр. 18
