Грузовой тепловоз мощностью 3000 кВт. Дизель-генератор

 

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

«ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Факультет (відділення) __ТМЗ__________________________

Кафедра (предметна, циклова комісія) __ЕТТ_____________________

Напрям підготовки (спеціальність) __7.100501_ Рухомий склад та спеціальна техніка залізничного транспорту _________


До захисту допускаю

Завідувач кафедри

_____проф. В.І. Омельяненко_

________________________

(підпис, дата)




ДИПЛОМНА РОБОТА

освітньо-кваліфікаційного рівня спеціаліст .

Тема роботи Вантажний тепловоз потужністю 3000 кВт. Дизель-генератор


Виконавець Немирич Віталій Олексійович

Керівник Кривякін Геннадій Володимирович








Харків 2014

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

«ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Факультет (відділення) ___ТМЗ

Кафедра (предметна, циклова комісія) _ЕТТ

Освітньо-кваліфікаційний рівень __спеціаліст

Спеціальність 7.100501_ Рухомий склад та спеціальна техніка залізничного транспорту ____ -


ЗАТВЕРДЖУЮ

Завідувач кафедри, голова циклової

комісії _проф. В.І. Омельяненко______

_________________________________

«_ _»____ __ __ року


З А В Д А Н Н Я

НА ДИПЛОМНИЙ ПРОЕКТ (РОБОТУ) СТУДЕНТУ


Немирич Віталію_Олексійовичу


Тема проекту (роботи) Вантажний тепловоз потужністю 3000 кВт. Дизель-генератор

керівник проекту (роботи) Кривякін Геннадій Володимирович

(прізвище, імя, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)

затверджена наказом вищого навчального закладу від «_ _»______ _ року № .

2 Строк подання студентом проекту (роботи) _____________________

3 Вихідні дані до проекту ( роботи) __Потужність тепловоза. Тип дизеля. Тепловідводи дизеля__

_____________________________________________________________

____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно розробити)

_ Провести огляд сучасних конструкцій тепловозів. Розробити концептуальний проект тепловоза для залізниць України. Провести розрахунок охолоджувальних пристроїв дизеля_

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

5 Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обовязкових креслень)

5 плакатів формату А1__________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

6 Консультанти розділів проекту (роботи)


РозділПрізвище, ініціали та посада консультантаПідпис, датазавдання видавзавдання прийнявЕкономічнеобґрунтуванняОхорона праці інавк. середовищаЦивільнийзахист

Дата видачі завдання __ р______

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН


Номер етапу Назва етапів дипломного проекту (роботи)Строк виконання етапів проекту (роботи) Примітки1Вибір і обґрунтування теми, постановка проблем і завдань2Аналітичний огляд джерел, вибір методики досліджень3Підготовка і виконання пояснювальної записки4Економічне обґрунтування та підготовка висновків5Складання відомості документів оформлення ПЗ6Виконання плакатів, доповіді7Подання ДР на відгук та зовнішню рецензію8Подання ДР на допуск до захисту9Захист ДРСтудент______________ ___Немирич В.О._______

Керівник проекту (роботи) _______________Кривякін Г.В.___________


Найменування виробу, обєкту або темиНайменування документуФор-матКільк. арк.При- міткаДокументи загальніЗавдання на виконання ДПА41Пояснювальна записка до ДПА490ПлакатиОхолоджувач маслаПлакатА11Піддизельна рамаПлакатА11Дизель - поздовжній видПлакатА11Дизель - поперечний розрізПлакатА11Загальний вигляд тепловозаПлакатА11ПрізвищеПідп.ДатаРозроб.НемиричВантажний тепловоз потужністю 3000 кВт. Дизель-генератор Відомість документівЛіт.АркушАркушівПерев.КривякінДПБ1НТУ «ХПІ» Кафедра «ЕТТ»Н.конт.МаслієвЗатв.Омельяненко


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

«ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Факультет (відділення) ___ТМЗ

Кафедра (предметна, циклова комісія) __ЕТТ










ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до дипломного проекту (роботи)

спеціаліст

на тему Вантажний тепловоз потужністю 3000 кВт. Дизель-генератор


Виконав студент _6_ курсу, групи __ТМЗ-58__

напряму підготовки (спеціальності)

.100501_ Рухомий склад та спеціальна техніка залізничного транспорту .

_________ Немирич В.О.______________

Керівник _______Кривякін Г.В.____________

Рецензент .

Нормоконтролер __проф. В.О. Маслієв _




Харків 2014

РЕФЕРАТ


Пояснювальна записка до ДР: 100 стр., 7 рис., 13 табл., 18 джерел інформації.

Ключові слова: ТЕПЛОВОЗ, ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОР, ОХЛАЖДАЮЩАЯ УСТАНОВКА, ОХОЛОДЖУВАЧ ОЛІЇ.

У дипломній роботі розглянуті тенденції розвитку основних напрямів локомотивобудування і конструкцій сучасних тепловозів. Розроблено концептуальний проект вантажного тепловоза для залізниць України. Проведено розрахунок охолоджувальних пристроїв дизеля.


СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ

. ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ СОВРЕМЕННЫХ ТЕПЛОВОЗОВ

.1 Тепловоз АС6000

.2 Тепловоз SD90MAC

.3 Тепловоз Blue Tiger

.4. Тепловоз серии 2016-Hercules

. КОНЦЕПЦИЯ ПЕРСПЕКТИВНОГО ТЕПЛОВОЗА

.1 Кузов и общая компоновка

.2 Тяговый привод

.3 Дизель

.4 Тележка

. РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ И ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕЛЕЖКИ

.1 Взаимодействие пути и колесно-моторного блока в горизонтальной плоскости

.2 Расчет динамического вписывания

.3 Расчет рамы тележки на прочность

.4 Вывод по разделу

. ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

.1 Основные положения охраны труда

.2 Анализ опасных и вредных веществ

.3 Анализ опасных ивредных производсвенных факторов

.4 Вибрации

.5 Общие мероприятия и средства нормализации микроклимата

.6 Основные требования к производственному освещению

.7 Электробезопасность

.8 Пожарная безопасность

.9 Вывод

. ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНА87

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ

ВВЕДЕНИЕ


Стремление к повышению скоростей движения на железных дорогах Украины, являющегося важным условием роста провозной способности требует внедрения новых типов тягового подвижного состава.

В настоящее время значительная часть и грузовых перевозок на железных дорогах Украины осуществляется на тепловозной тяге. При этом следует отметить что большая часть тепловозного парка Укрзализныци имеет значительный моральный и физический износ.

Очевидно, что закрепление и развитие, безусловно, положительной тенденции повышения скорости сообщений может быть обеспечено лишь при наличии современного тепловоза, соответствующего следующим требованиям:

высокий уровень безопасности;

высокий уровень эксплуатационной надежности;

благоприятное соотношение цены и мощности;

приемлемые расходы на техническое обслуживание.

Практика эксплуатации тягового подвижного состава во всем мире показывает, что наиболее выгодно использование локомотивов, которые спроектированы с ориентацией на конкретные условия эксплуатации: род службы, параметры состава, скорость, профиль пути, климатические условия. Требуемые характеристики локомотива во многом зависят от конструкции силовой установки, тягового привода и ходовой части - определяющих его тягово-энергетические показатели, надежность и приемлемые показатели взаимодействиия с верхним строением пути. Таким образом, целью данного дипломного проекта является разработка концептуального проекта перспективного грузового тепловоза, выбор конструкции его силовой установки и ходовой части на основании анализа современных конструкций. Разработка системы пневматического подвешивания и проведение расчетов подтверждающих ее работоспособность.

РАЗДЕЛ 1. ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ СОВРЕМЕННЫХ ТЕПЛОВОЗОВ


На рубеже XXI века в определенной степени прояснилось, какие тенденции будут определять развитие тепловозного парка железных дорог мира. На примере некоторых серий тепловозов, освоенных ведущими локомотивостроительными компаниями и практически готовых к широкому внедрению, можно проследить и пути совершенствования основных агрегатов и конструктивных узлов на ближайшую перспективу. Наиболее характерными в этом отношении являются магистральные тепловозы АС 6000 компании General Electric (GE), SD90MAC отделения Electro Motive компании General Motors (EMD GM), Blue Tiger компаний Adtranz и GE, тепловоз серии 2016 - Hercules компании Siemens.


1.1 Тепловоз АС 6000

выпускает тепловозы более 30 лет и постоянно совершенствует их. Еще в 1985 г. появился локомотив с двумя трехосными тележками, имевший улучшенные тягово-эксплуатационные характеристики, повышенную надежность и топливную экономичность, уменьшенные затраты на ремонт и техническое обслуживание. Улучшение характеристик достигнуто в результате увеличения мощности дизеля, генератора и тяговых двигателей, а также оптимизации работы тягового привода с помощью микропроцессорной системы управления, обеспечившей гибкое регулирование с лучшим использованием коэффициента сцепления при тяге и торможении. Надежность повышена благодаря уменьшению числа деталей и появлению возможности выявления и устранения перегрузок. Электронное регулирование впрыска снизило потребление топлива. Важным этапом явилось создание тепловоза АС 6000 (рис. 1.1) мощностью 6250 л. с., работы над которым были начаты в 1991 г., а первые локомотивы введены в эксплуатацию в 1997 г.

Рис. 1.1 - Тепловоз АС 6000


Новый шестиосный тепловоз с двумя трехосными тележками имеет одну кабину управления и кузов капотного типа. В центральной части под рамой кузова закреплен топливный бак, сваренный из стального листа толщиной 16 мм. Дизель-генератор установлен на раме над топливным баком. V-образный дизель GE7HDL, разработанный с использованием опыта немецкой фирмы Motoren-Werke Mannheim (MWM), успешно работающей в этой области на протяжении нескольких десятилетий, отличается в лучшую сторону от прежнего типового GE7FDL, хотя число цилиндров и частота вращения остались неизменными (таблица). Он имеет два турбонагнетателя - по одному для каждого ряда цилиндров (турбонагнетатель - собственная разработка GE) [1, 2].

Дизель четырехтактный (что характерно для всех тепловозов GE), с литым чугунным блоком цилиндров и углом развала между рядами 45°. Он имеет четыре клапана на цилиндр, поршни со стальной головкой и алюминиевой юбкой, непосредственный впрыск, кулачковые валы по обе стороны блока, впускной и выпускной коллекторы, размещенные между рядами цилиндров. Применена электронная система управления впрыском, но возможна и механическая. Давление впрыска повышено до 1500 бар для лучшего распыления топлива и ускорения его сгорания. Индивидуальные топливные насосы высокого давления не имеют штанг толкателей, что уменьшает неравномерность подачи топлива по цилиндрам. Каждый ряд цилиндров оборудован отдельным промежуточным охладителем наддувочного воздуха.

Холодильник в системе охлаждения дизеля раздельный, вода после секций холодильника разделяется на два потока, причем часть ее возвращается в дизель, а остальная охлаждается до более низкой температуры и затем используется в промежуточных охладителях. Для повышения производительности в холодильнике установлены два вентилятора, хотя при работе дизеля на основных режимах, что занимает большую часть времени, достаточно одного.

Блок цилиндров целиком отлит из чугуна с шаровидным графитом, который примерно на 60 % прочнее легированного, использованного в блоке дизеля GE7-DL, и на 45 % повышает жесткость конструкции. Чугунные втулки цилиндров запрессованы в блок, их посадочные поверхности в верхней части блока расположены вблизи зоны действия максимальных сил. Сверху на втулку через стальную прокладку опирается цилиндровая крышка, притянутая к блоку стальными болтами. Чугунные цилиндровые крышки имеют одинаковый с блоком коэффициент теплового расширения. Стальная прокладка под цилиндровой крышкой не сообщается с каналами для охлаждающей жидкости, так что система охлаждения полностью защищена от загрязнения продуктами сгорания, а охлаждающая жидкость не может попасть в цилиндры дизеля. На каждую шатунную шейку кованого коленчатого вала опираются шатуны противоположных цилиндров. При этом улучшаются условия смазывания шатунных подшипников и становятся более равномерными нагрузки. Сварно-литой картер нового дизеля сделан вместительнее на 30 % для увеличения периодичности замены масла.

Тепловоз имеет шесть асинхронных тяговых двигателей GEB13 особо прочной конструкции. В продолжительном режиме каждый тяговый двигатель развивает силу тяги 123 кН при расчетном коэффициенте сцепления 0,4 без какой-либо опасности перегрева. Двигатели имеют опорно-осевое подвешивание на подшипниках с коническими роликами. Тяговый редуктор заполнен смазкой, которая используется также для подшипника тягового двигателя со стороны шестерни. Вал якоря тягового двигателя выполнен как одна деталь с шестерней, что устраняет возможность ее смещения. Охлаждающий воздух подается в двигатель со стороны шестерни для лучшего охлаждения наиболее нагруженного места и снижения сопротивления потоку воздуха на выходе. В асинхронном двигателе нет ни щеток, ни коллектора, поэтому ему нужен лишь минимальный уход. Смазку подшипников якоря меняют раз в год, уровень масла в тяговом редукторе проверяют раз в квартал.

Компрессор и вентиляторы охлаждения тяговых двигателей, шахты холодильника и модулей преобразовательно-инверторной установки приводятся в действие вспомогательными асинхронными электродвигателями, получающими питание от инвертора. Комплект инверторных модулей охлаждает воздух, предварительно очищенный фильтром. После модулей воздух охлаждает главный генератор. Оптимальный режим охлаждения дизеля и тягового электрооборудования обеспечивается плавным регулированием в зависимости от нагрузки. Дизель запускается главным генератором, получающим для этого питание от аккумуляторной батареи через один из инверторных модулей тяговых двигателей.

На тепловозе применено индивидуальное регулирование работы каждого тягового двигателя, получающего питание от отдельного инвертора, управляемого по напряжению. Это улучшило тяговые и тормозные характеристики локомотива, так как устранило влияние перераспределения осевых нагрузок. При групповом регулировании все тяговые двигатели одной тележки получают питание от одного инвертора, и их частота вращения должна быть одинаковой, что требует равенства диаметров колес. Это практически недостижимо, и на тяговый двигатель колесной пары с колесами наибольшего диаметра приходится максимальная нагрузка. При большой разнице диаметров и низком вращающем моменте один из двигателей может находиться даже в тормозном режиме. Если же применяются асинхронные тяговые двигатели с большим электрическим скольжением, допускается разница диаметров колес до 7 мм. Однако электрическое скольжение тяговых двигателей почти пропорционально снижает КПД тягового привода, мощность на тягу и поэтому нежелательно.

Индивидуальные инверторные модули позволяют снять ограничения по разнице диаметров колес, так как частотные характеристики для каждой колесной пары будут разными. Применение асинхронных тяговых двигателей с низким электрическим скольжением (в пределах 0,5%) улучшает мощностные характеристики и повышает топливную экономичность тепловоза. Индивидуальное регулирование способствует также повышению надежности локомотива. Выход из строя одного инверторного модуля или тягового двигателя приводит к уменьшению мощности тепловоза на 1/6, но в большинстве случаев рабочие характеристики при этом не ухудшаются, так как микропроцессорная система управления автоматически переводит его в режим работы на пяти исправных тяговых двигателях. При групповом регулировании подобная неисправность уменьшает мощность тепловоза в 2 раза.

В системе управления основными агрегатами тепловоза использованы несколько основных 32-разрядных и вспомогательных 16-разрядных микропроцессоров. Общая емкость памяти системы превышает 600 Мбайт. Компоненты системы соединены волоконно-оптическими кабелями, устраняющими электромагнитные помехи и шумовые сигналы.


1.2 Тепловоз SD90MAC


Первые шестиосные тепловозы SD90MAC (рис. 2.1) мощностью 6400 л.с., появившиеся на железных дорогах США в марте 1997 г., стали результатом работ, которые EMD GM вело с 1994 г. Главной целью было создание локомотива, способного заменить два наиболее распространенных тепловоза SD40-2 мощностью 3000 л. с. с очень надежным двухтактным дизелем, более 4700 ед. которых эксплуатируются в течение 25 лет.


Рис. 1.2 - Тепловоз SD90MAC


Основным отличием нового тепловоза стал впервые примененный EMD GM четырехтактный дизель V265Y с турбонаддувом и охлаждением наддувочного воздуха. К работам над четырехтактным дизелем компания приступила в 1984 г., когда были изготовлены два опытных 16-цилиндровых двигателя мощностью 4500 л. с. Однако в результате их испытаний пришли к выводу, что довести их мощность до 6000 л. с. и улучшить характеристики нельзя. Кроме того, было необходимо учесть ужесточившиеся экологические требования и повысить надежность. Поэтому понадобился принципиально новый дизель.

Все конструктивные элементы нового дизеля рассчитывались по современной методике с применением компьютерного моделирования, проверялись на усталостную прочность и износостойкость. Два опытных дизеля прошли стендовые испытания, показавшие, что основные цели разработок достигнуты. За этим последовало трехмерное моделирование установки дизеля на тепловозе и рассмотрение вариантов компоновки оборудования. Лишь потом были построены восемь опытных тепловозов с новыми дизелями, которые направили в Центр транспортных технологий (ТТС) для испытаний, после чего некоторые из них передали в регулярную эксплуатацию.

Новый 16-цилиндровый V-образный дизель имеет частоту вращения 1000 об/мин, диаметр цилиндров 265 мм, ход поршня 300 мм и среднее эффективное давление 21,3 бар. Некоторые детали этого дизеля существенно отличаются от прежних конструкций. Картер изготовлен из чугуна повышенной пластичности, что увеличило его жесткость, вибростойкость и срок службы, и выполнен заедино с водяным коллектором и кронштейнами крепления турбонагнетателей. Стальной кованый коленчатый вал имеет уширенные коренные и шатунные шейки. На каждой шатунной шейке находятся два шатунных подшипника с увеличенной опорной поверхностью. Кулачковый вал, собранный из четырех секций, расположен по центральной продольной оси дизеля.

Составные поршни имеют патентованную стальную головку Thermoflo, улучшающую условия сгорания и уменьшающую расход топлива. Цилиндропоршневая группа каждого цилиндра выполнена с возможностью установки и демонтажа как единое целое, что было характерной особенностью двухтактных дизелей моделей 645 и 710. Применена электронная система управления впрыском.

Новый дизель оборудован двумя турбонагнетателями - по одному на каждый ряд цилиндров. Переход на четырехтактный двигатель позволил отказаться от привода турбонагнетателя на низких позициях контроллера от коленчатого вала через редуктор. Теперь энергии выхлопных газов достаточно для работы турбонагнетателей на любом режиме дизеля.

Система охлаждения дизеля заполнена пропиленгликолем, что позволяет надолго останавливать двигатель при низкой температуре окружающего воздуха. Кроме того, при последующем запуске расходуется меньше топлива.

Тепловоз опирается на две трехосные тележки, основной особенностью которых является способность колесных пар занимать радиальное положение при проследовании кривых. Это позволяет локомотивам с трехосными тележками беспрепятственно обращаться на линиях, где прежде могли работать только локомотивы с двухосными тележками.

Испытания тепловоза в ТТС показали, что созданная в сотрудничестве с немецкой компанией Siemens компьютеризированная система управления оказалась эффективной. Сила тяги при трогании доведена до 900 кН. Один тепловоз SD90MAC на площадке вел поезд массой 11 400 т со скоростью 65 км/ч, для чего ранее нужны были четыре тепловоза SD40-2.

Тепловозы SD90MAC и SD70MAC (аналогичный, но меньшей мощности) имеют электрическую передачу переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями, также разработанную с участием Siemens. Первоначально такая электрическая передача была реализована с групповым регулированием тяговых двигателей, но потом перешли к индивидуальному, убедившись в его неоспоримых преимуществах.

Наряду с GE, EMD GM и MWM мощные и надежные тепловозные дизели может выпускать британская компания Ruston, имеющая в этой области более чем 50-летний опыт. Примером служит четырехтактный дизель RK270, имеющий диаметр цилиндра 270 мм и ход поршня 305 мм. Этот дизель при частоте вращения 900 об/мин развивает цилиндровую мощность 361 л. с., но при повышении частоты вращения до 1000 об/мин его мощность в 16-цилиндровом исполнении будет равна 7870 л. с.


1.3 Тепловоз Blue Tiger


Масса мощных шестиосных тепловозов достигает 192…195 т, осевая нагрузка превышает 30 т. Их можно эксплуатировать только на линиях с соответствующим верхним строением пути. Однако такой путь имеют далеко не все железные дороги, и эта ситуация сохранится в XXI в. Следовательно, для железных дорог многих стран нужны локомотивы с меньшей осевой нагрузкой.

В начале 90-х годов европейская компания Adtranz и американская GE решили совместно создать семейство универсальных тепловозов нового поколения на основе последних достижений науки и техники с тем, чтобы путем непринципиальных модификаций можно было получить локомотив, приспособленный к различным условиям эксплуатации: в грузовом и пассажирском движении, на дорогах разной колеи, при различном состоянии пути.

При создании нового шестиосного тепловоза за Adtranz были разработка основной рамы и кузова, кабины управления с кондиционированием воздуха, тележек, сцепных устройств, тормозного оборудования, а также сборка и испытания локомотива. GE отвечала за разработку дизеля, систем подачи топлива и охлаждения, генератора, тяговых двигателей и иного электрооборудования, включая систему динамического торможения, электронной аппаратуры системы управления, в том числе дисплеев и программного обеспечения. Семейство тепловозов получило название Blue Tiger (рис 1.3). В их конструкции использован модульный принцип, дающий возможность ускорить проектирование и изготовление в различных вариантах (кузовном или капотном), упростить ремонт и техническое обслуживание. В зависимости от условий работы на них предполагают устанавливать 8-, 12-, 16-цилиндровые дизели и использовать хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации технические решения и комплектующие изделия. Осевая нагрузка тепловоза может варьироваться от 18 до 25 т при полной массе 108…150 т, максимальная скорость от 120 до 200 км/ч при мощности дизеля 2200…4400 л. с. Электродинамический тормоз способен поглощать мощность от 1720 до 3720 кВт.


Рис. 1.3 - Тепловоз Blue Tiger


Первый демонстрационный тепловоз Blue Tiger с серийным обозначением DE-АС33С построен для колеи 1435 мм. Тепловоз опирается на две трехосные бесшкворневые тележки Henschel Flexifloat с односторонним расположением тяговых двигателей. В первой ступени рессорного подвешивания применены винтовые пружины и гидравлические гасители колебаний, во второй - пружины Flexicoil. Особенности этой тележки - высокие прочность и надежность, длительный срок службы. Межремонтный период для сварной рамы, которая не подвержена действию скручивающих сил, составляет 10 лет. Диаметр новых колес тепловоза 1067 мм. Буксы соединены с рамой тележки с минимумом сочленений. Силы тяги и торможения передаются наклонными штангами, закрепленными на тележке на уровне осей колесных пар, а на кузове на уровне сцепки, что обеспечивает максимальное использование коэффициента сцепления и ограничивает до 5% перераспределение осевых нагрузок. Тележка обладает хорошими и стабильно сохраняемыми динамическими характеристиками, обеспечивающими плавность хода даже на изношенном пути и снижение износа колес и рельсов.

Кузов имеет две расположенные по концам звуко- и виброзащищенные кабины управления с боковой и задней дверьми, а также капотную среднюю часть. В раму встроен топливный бак емкостью 5 м3. Длина тепловоза по буферным брусьям 22 м, максимальная ширина 2,8 м, высота 3,71 м. Масса полностью экипированного локомотива 108 т, осевая нагрузка 18 т. Сила тяги при трогании составляет 517 кН, в продолжительном режиме 452 кН. Максимальная скорость локомотива 120 км/ч.

Для тепловозов семейства Blue Tiger выбран дизель GE7-DL. Такие дизели успешно работают на более чем 15 тыс. тепловозов постройки GE, за последние 10 лет их удельный расход топлива снижен на 3,5 %, срок службы до капитального ремонта продлен на 60 %. На демонстрационном тепловозе установлен 12-цилиндровый дизель 7-DL12 мощностью 3300 л. с. Частота вращения дизеля на высшей (восьмой) позиции контроллера равна 1050 об/мин, на холостом ходу 440 об/мин. Для управления дизелем применена микропроцессорная система управления, регулирующая вращающий момент. Давление впрыска повышено. Это улучшило тяговые характеристики, уменьшило на 2% расход топлива и на 75% дымность выхлопных газов. В приводе компрессора и вентиляторов охлаждения использованы асинхронные электродвигатели.

Для тепловозов нового семейства разработана электрическая передача переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями, что позволило увеличить на 60 % силу тяги и на 56 % силу динамического торможения по сравнению с передачей постоянного тока при прочих неизменных параметрах. Коэффициент сцепления в расчетном режиме повышен до 35 %.

Генератор 5GMG199 прифланцован к дизелю. В общем корпусе этой синхронной машины фактически находятся два генератора - тяговый и вспомогательный, последний обеспечивает питание вспомогательных потребителей и зарядку аккумуляторной батареи.

У асинхронных тяговых двигателей GEB15A4 нет щеточно-коллекторного узла. Они практически не требуют ухода, кроме замены смазки, имеют высокую надежность и большой ресурс - 1,5 млн. км пробега между капитальными ремонтами. Все двигатели включены параллельно, их номинальное напряжение 1400 В. Каждый тяговый двигатель питается от отдельного инверторного преобразователя, состоящего из шести легко заменяемых установленных вертикально и охлаждаемых воздухом фазовых модулей массой 30 кг на запираемых тиристорах. Подвешивание тяговых двигателей опорно-осевое, моторно-осевые подшипники имеют конические ролики.

Управляет работой и обеспечивает защиту тягового и вспомогательного электрооборудования микропроцессорная система с цифровой передачей данных по волоконно-оптическим кабелям (для полной защиты от помех). В систему входят элементы контроля силы тяги каждой оси, самоадаптирующегося контроля и устранения боксования и юза, определения фактической скорости локомотива. Регулирование крутящего момента каждой оси осуществляется по цепочке инвертор - тяговый двигатель - колесо - рельс с учетом осевой нагрузки и коэффициента сцепления каждой колесной пары.

Основной служебный тормоз тепловоза электродинамический (реостатный), работающий до скорости 1 км/ч с автоматическим поддержанием тормозной силы на уровне, определяемом условиями сцепления. Тормозная система сохраняет 3/4 мощности при выходе из строя одного из резисторов и 5/6 при отказе одного из тяговых двигателей или инверторов. Окончательно останавливает поезд пневматический тормоз, управляемый отдельной компьютеризированной системой. Стояночный тормоз локомотива имеет пружинный привод.

Демонстрационный тепловоз прошел испытания на одной из железных дорог Германии со сложным планом и профилем и подтвердил расчетные характеристики. На участке с подъемом 40 ‰ в кривой радиусом 250 м локомотив взял с места поезд массой 1016 т, а при обратном следовании под уклон затормозил его только электродинамическим тормозом. Разработчики ожидают, что к концу нынешнего века будет заказано более 700 тепловозов нового поколения.


1.4 Тепловоз серии 2016 - Hercules


Тепловоз с электрической передачей, получивший серийное обозначение 2016 и название Herсules (рис. 1.4), предназначен для вождения пассажирских, в том числе челночных, а также грузовых поездов (рис. 2). Кроме того, локомотив подходит для смешанной эксплуатации, характеризующейся чередованием поездных и маневровых рейсов на сетях ÖВВ, железных дорог Германии (DBAG) и Словении (SZ).

Локомотивы серии 2016 в режиме кратной тяги управляются по системе многих единиц. Кроме того, возможна эксплуатация их в составе челночных поездов ÖВВ, имеющих вагоны с кабиной управления, а также с другим тяговым подвижным составом, оборудованным информационной шиной МСЖД в соответствии с концепцией дистанционного управления, принятой на сети ÖВВ. В перспективе локомотивы будут оборудованы также системой радиоуправления, предназначенной для производства маневровых работ. Техническая характеристика локомотива приведена в табл. 1.1.

Машинное отделение разделено противопожарными перегородками на три отсека, в одном из которых расположен дизель-генераторный агрегат, во втором система охлаждения дизеля и в третьем электрооборудование с центральным электронным блоком и стендом тормозной аппаратуры.


Таблица 1.1

Техническая характеристика тепловоза серии 2016

ПередачаэлектрическаяОсевая формула20 - 20Масса, кг80 000Длина по буферам, мм19 275Расстояние между шкворнями тележек, мм10 362Колесная база тележки, мм2 700Максимальная мощность, кВт:по дизелю2 000в режиме тяги1 600в режиме торможения1 000Сила тяги при трогании, кН235Максимальная скорость, км/ч140Система электроснабжения поезда, Гц/В/кВ·А50/1000/400

Рис. 1.4 - Тепловоз серии 2016

В локомотиве есть два боковых прохода - для машиниста и для обслуживающего персонала депо. Первый напрямую соединяет две кабины управления. Из него машинист может попасть в любой из отсеков при выполнении мероприятий, необходимых для подготовки локомотива к поездке или выполняемых по ее завершении. Поперечный проход, соединяющий оба боковых, находится между отсеками электрооборудования и дизель-генератора. Под боковым проходом для обслуживающего персонала проложены воздушные трубопроводы, линии питания тяговых двигателей и кабель магистрали электроснабжения поезда. Под другим боковым проходом расположены линии питания вспомогательного оборудования, кабели систем управления и сигнализации, а также информационные шины. Благодаря такому пространственному разделению кабелей с большими токами и линий управления исключается их взаимное мешающее влияние.

При проектировании механической части тепловоза серии 2016 нужно было обеспечить: низкий уровень излучаемого шума; пониженное содержание вредных компонентов в выхлопных газах; высокую пассивную безопасность; удобство проведения технического обслуживания и ремонта; совершенствование технологических процессов изготовления компонентов оборудования и их монтажа.

Решению этих задач в большой степени способствовало использование модульного принципа. Были разработаны новые, компактные и готовые к монтажу модули, предварительно испытанные в заводских условиях. Благодаря этому сокращены затраты времени на сборку и выполнение ремонтных работ.

Благодаря использованию современных принципов конструирования, новых материалов и технологий удалось вскрыть большие резервы в области снижения уровня шумоизлучения и обеспечения удобства технического обслуживания. В качестве примера можно назвать панели боковых стенок сотовой конструкции, крепящиеся к каркасу. Дизель, являющийся основным источником шума, полностью экранирован. Несмотря на это, пути распространения шума, ориентированные прежде всего вдоль воздухоподводов, дополнительно снабжены кулисными глушителями, а эффективный звукопоглощающий материал стенок уменьшает уровень шума непосредственно в машинном отделении. Вредные выбросы дизеля снижены до минимума благодаря современной системе регулирования и повышенному давлению впрыска.

Форма лобовой части локомотива разработана компанией Siemens в тесном сотрудничестве с представителями ÖВВ на базе аэродинамических расчетов и в соответствии с заданной максимальной скоростью.

Каркас кабины состоит из трех основных частей: пол, боковые стенки с оконными и дверными проемами, а также задняя стенка с проемом для двери в машинное отделение являются частью сварного каркаса всего кузова; лобовая часть со скосами, образующими переходы к боковым стенкам, представляет отдельный сварной модуль, который крепится на болтах к каркасу кузова на этапе сборки; крыша кабины из пластика, армированного стекловолокном, и цельное лобовое стекло крепятся с помощью клея к лобовой части, смонтированной в окончательном положении.

Лобовая часть, несущую конструкцию которой образуют нижний, средний и верхний опоясывающие профили, а также скосы переходов к боковым стенкам, соединяется с каркасом кузова в жесткую стальную конструкцию. Она служит для восприятия всех основных нагрузок на кузов локомотива, в том числе аэродинамических сил, продольных, возникающих при наезде на препятствие, и изгибных, действующих при подъеме локомотива с одного конца.

Кузов имеет сварную конструкцию. Его рама выполнена из балок коробчатого сечения. Боковые продольные балки по концам соединены массивными буферными брусьями, а в промежутках - шкворневыми и дополнительными поперечными балками для установки дизеля. По продольной оси рамы проходит хребтовая балка коробчатого сечения, связанная со всеми поперечными. Она служит для восприятия сил тяги и торможения, передаваемых через шкворень, и распределения их между буферными брусьями. В центре кузова расположен дизель-генераторный агрегат, имеющий собственную опорную конструкцию. Места для строповки при подъеме находятся по концам локомотива под буферными брусьями и по бокам в зоне шкворневых балок.

Опорная конструкция дизель-генераторного агрегата, соединительные элементы модулей охлаждения, основания центрального блока электроники и стенда тормозного оборудования, а также консоли для крепления подкузовного оборудования являются интегрированными составными частями рамы.

Боковые стенки кабины управления и машинного отделения, а также задние стенки кабин управления являются несущими конструктивными элементами цельнометаллического кузова. Каркас боковых стенок машинного отделения представляет собой решетчатую конструкцию, которая во время окончательной сборки оклеивается алюминиевыми сотовыми панелями. Крышевые скосы соединяются между собой поперечными дугами, крепящимися с помощью болтов, и также образуют несущую конструкцию. Поперечные дуги являются составной частью перегородок машинного отделения. В машинном отделении основные компоненты оборудования расположены в основном по центру, поэтому слева и справа вдоль стен образуются два боковых прохода. Перегородки между отсеками в зоне боковых проходов имеют двери. Такая конструкция экранирует дизель, что значительно снижает уровень излучаемого шума.

В дизельном отсеке кроме двигателя расположены системы для турбонаддува и охлаждения наддувочного воздуха, предварительного обогрева, гидростатический привод вентилятора системы охлаждения, глушитель шума, воздухоподвод для дизеля и частично генератор. За исключением глушителя шума все указанные агрегаты крепятся непосредственно к двигателю или связаны с ним.

Дизель типа MTU 16V 4000 R 41 модифицирован изготовителем по заданию компании Siemens Krauss-Maffei Lokomotiven, Мюнхен.

Дизельный отсек вентилируется с помощью генератора, который забирает свежий приточный воздух из отсека электрооборудования. Через выходное вентиляционное окно генератора несколько нагретый воздух поступает в машинное отделение. Из зоны дизеля отработавший воздух удаляется вентилятором модуля холодильника. Он забирает воздух из дизельного отсека через окно в перегородке и выбрасывает наружу.

В холодильном отсеке размещен цельноблочный алюминиевый холодильник с расширительным баком для воды, вентилятором с гидростатическим приводом, уравнительным масляным резервуаром для гидросистем и глушителем. Холодильник поставляется в виде контейнера, являющегося полностью укомплектованным и готовым к эксплуатации модулем. Глушитель проходит через окно в перегородке дизельного отсека. Через него отработанный воздух удаляется из машинного отделения. Охлаждающий воздух поступает снаружи через решетки в боковых стенках. С выхода холодильника нагретый воздух удаляется через крышу с помощью вентилятора. Генератор через проем в перегородке частично выходит в отсек электрооборудования, где, кроме электрической, электронной и тормозной аппаратуры, размещается воздушный фильтр дизеля. В этот отсек воздух подается снаружи через две решетки и центробежный очиститель. Монтаж и демонтаж всех крупных агрегатов производится через крышу.

В отличие от других новых локомотивов, поставляемых на сеть ÖВВ, тепловоз серии 2016 имеет кабины с дверями, расположенными с двух сторон. Внутреннее оборудование кабины и концепцию размещения органов управления компания Siemens разрабатывала совместно с ÖBB. Пульт, спроектированный в соответствии с требованиями эргономики, расположен почти по центру кабины. Он содержит все элементы, необходимые для эксплуатации локомотива на сетях Австрии, Германии и Словении.

Электрически управляемые наружные зеркала для наблюдения за поездом и кнопка аварийного отключения в грибковом исполнении повышают уровень безопасности. Кабины оборудованы системой кондиционирования воздуха и имеют шумо- и теплоизоляцию. На задней стенке кабины закреплено откидное сиденье. Все окна изготовлены из триплекса, цельное лобовое стекло локомотива и зеркала имеют электрический обогрев.

Рама тележки сварена из балок коробчатого сечения: двух продольных, шкворневой и двух концевых. Кузов опирается на тележку через пружины вторичного рессорного подвешивания, которые для уменьшения возвращающего момента используются в комбинации с подпятниками. С целью сведения к минимуму разгрузки колесных пар силы тяги и торможения передаются на кузов локомотива через низко расположенный шкворень тележки. Упор, интегрированный в резинометаллический упругий элемент, предохраняет шкворневой узел от повреждений. Для демпфирования колебаний в вертикальном и поперечном направлениях служат гидравлические гасители. Каждая тележка оборудована также двумя гасителями, демпфирующими колебания виляния, что способствует повышению плавности хода. Оси колесных пар выполнены полыми. Цельнокатаные колеса оснащены тормозными дисками. Буксовые узлы выполнены на цилиндрических роликоподшипниках. Корпуса букс соединены с рамой тележки треугольными поводками. В их конструкции использованы резинометаллические упругие элементы. Тележка опирается на буксы с помощью винтовых рессор типа Flexicoil.

Топливный бак и аккумуляторная батарея предварительно монтируются в заводских условиях в один модуль. Дополнительно в него интегрируются соответствующие компоненты топливной системы.

Сварной кожух модуля представляет собой самонесущую конструкцию. Он крепится в четырех местах к раме локомотива под кузовом. Вместимость топливного бака составляет 2500 л.

Тяговые приборы состоят из поглощающего аппарата с кольцевой пружиной, тягового крюка и винтовой сцепки. Ударные устройства, выполненные в виде буферов, могут быть пружинными или гидравлическими. Последние способны поглощать бóльшее количество энергии и по классификации МСЖД относятся к классу С.

Для восприятия сильных толчков при соударениях или наезде последовательно с буферами смонтированы сминаемые элементы, способные поглотить энергию удара до 1 МДж. Благодаря им снижаются нагрузки на основную конструкцию локомотива при столкновении на скорости до 40 км/ч.

Дизель MTU 16V 4000 R41 является четырехтактным двигателем с непосредственным впрыском Common-Rail, двухконтурной системой жидкостного охлаждения, газотурбинным наддувом и внешним охлаждением наддувочного воздуха. Система непосредственного впрыска Common-Rail обеспечивает высокое давление впрыска, оптимально регулируемого в соответствии с характеристиками двигателя.

При полной нагрузке дизеля удельный расход топлива составляет 195 г/кВт·ч, что отвечает требованиям инструкции ERRI 1997, нормирующей вредные выбросы. Дизель будет также отвечать требованиям разрабатываемой инструкции ERRI 2003, ориентированной на меньшие значения удельного расхода топлива.

Тяговый генератор, имеющий фланцевое соединение с дизелем, вырабатывает переменный трехфазный ток. Подключенный к нему выпрямитель на кремниевых диодах, соединенных в трехфазную мостовую схему, питает промежуточный контур постоянного напряжения. Последний обеспечивает питание трехфазного инвертора, к которому по параллельной схеме подключены четыре асинхронных тяговых двигателя трехфазного тока, а также однофазного инвертора, питающего магистраль электроснабжения поезда.

Трехфазный импульсный инвертор скомпонован из охлаждаемых водой фазовых модулей на запираемых тиристорах, которые широко используются на подвижном составе различных типов. Модули характеризуются высокой мощностью и компактной конструкцией. Один инвертор питает все четыре асинхронных тяговых двигателя трехфазным током, напряжение и частота которого регулируются.

Асинхронные трехфазные тяговые двигатели типа 1ТВ24 с короткозамкнутым ротором имеют продолжительную мощность 410 кВт. Электрические и магнитные параметры выбраны таким образом, что двигатели обеспечивают необходимую мощность и имеют высокий КПД. Высокая тактовая частота тягового инвертора, а также использование в его системе регулирования оптимизированного импульсного алгоритма способствуют уменьшению тепловых потерь тяговых двигателей. Максимальное значение напряжения на зажимах двигателя в режиме тяги составляет 1872 В, крутящего момента - 6500 Н·м и частоты вращения - 3710 об/мин. Тепловоз серии 2016 является первым на сети ÖВВ локомотивом, где использована передача с полым валом. Речь идет о редукторе, корпус которого с зубчатым колесом, шестерней и подшипниками опирается на полую ось колесной пары, в то время как тяговый двигатель подрессорен системой первичного подвешивания. Крутящий момент от вала двигателя к шестерне редуктора передается с помощью стальной пластинчатой муфты, крепящейся на болтах. Это облегчает проведение ремонтных работ, так как позволяет быстро разъединять тяговый двигатель и редуктор. Основным преимуществом такой конструкции перед обычно использовавшейся на ÖВВ передачей с опорно-осевым подвешиванием является снижение неподрессоренных масс.

РАЗДЕЛ 2. КОНЦЕПЦИЯ ПЕРСПЕКТИВНОГО ТЕПЛОВОЗА


2.1 Кузов и общая компоновка


В качестве базового кузова перспективного тепловоза, был выбран кузов тепловоза ТЭП 150. Основанием выбора такого базового варианта в первую очередь было то, что производство такого кузова находится в Украине на Луганском тепловозостроительном заводе. Во-вторых, конструкция кузова и технология его производства в достаточной степени отработаны, что было подтверждено испытаниями электровоза ТЭП 150.

Одним из основных достоинств такого кузова является его несущая конструкция, позволяющая существенно уменьшить общую массу тепловоза, не снижая показателей прочности, что особенно важно при использовании тепловоза в пассажирском движении.

Основное снижение массы кузова достигнуто благодаря максимальному использованию облегченных конструкций. Это стало возможным при использовании современных принципов конструирования, использованию в конструкциях более тонкого листового материала. Жесткость деталей из него повышали за счет отбортовки краев и штамповки гофров.

Лобовая часть кузова имеет улучшенную аэродинамическую форму в расчете на движение со скоростями до 200 км/ч.

К торцовым балкам нижней части кузова привариваются сминаемые защитные элементы, обеспечивающие защиту при столкновении с препятствием со скоростью до 15 км/ч или воздействии силы 300 кН.

Поскольку при проработке концепции тепловоза в основу был положен модульный принцип, конструкция кузова предусматривает его сборку из отдельных блоков - модулей, таких как: средняя часть кузова с главной рамой и автосцепками, кабины и переходные тамбуры. Путем стыковки модулей можно получить локомотив с одной кабиной и переходным тамбуром, с двумя кабинами и с двумя переходными тамбурами (бустерная секция). Кабины и переходные блоки не включаются в силовую схему несущей конструкции кузова.

Крыша над машинным отделением выполнена в виде единой сварной конструкции. При ее снятии возможен монтаж крупных агрегатов длиной до 6 м, в частности, дизель-генератора. Блоки инверторов, компрессор, двигатели вентиляторов охлаждения тяговых двигателей вынимают через люки без снятия крыши.

Отсутствие второй кабины позволяет разместить компрессор и другие узлы тормозной системы в задней части локомотива, а блоки систем управления и контроля непосредственно рядом с кабиной. Это позволяет уменьшить протяженность, упростить монтаж и обслуживание модулей соединительных шин. Кроме указанных преимуществ, такое размещение оборудования позволяет снизить до минимума уровень шума и вибрации в кабине.

Забор воздуха для дизеля и охлаждения тяговых двигателей производится через фильтры расположенные в крышевых секциях кузова и закрытых жалюзи с целью уменьшения попадания пыли.

Таким образом, концепция кузова перспективного тепловоза предусматривает использование модульного принципа сборки, применение легких конструкционных материалов, несущую конструкцию кузова, применение аэродинамической формы, использование защитных элементов, удобство компоновки узлов и систем, комфортные условия работы локомотивной бригады.


2.2 Тяговый привод


Характеристики локомотива во многом зависят от типа тягового привода, определяющего тягово-энергетические показатели, надежность и взаимодействие локомотива с верхним строением пути.

Следует отметить, что до настоящего времени на отечественном тяговом подвижном составе применялись тяговые приводы на базе тяговых двигателей постоянного тока, имеющих низкие удельные показатели и ненадежных в эксплуатации.

Тенденция перехода к использованию приводов на базе трехфазных асинхронных тяговых двигателей [1, 2, 3] делает необходимым пересмотр свойств тяговых приводов именно с позиции применения асинхронного двигателя.

Привод с опорно-осевой подвеской тягового двигателя постоянного тока имеет неподрессоренную массу до 6000кг, при этом мощность двигателя может составлять 400-500 кВт для тепловозов и 600-700 кВт для электровозов, при опорно-рамной подвеске тягового двигателя его мощность может быть повышена до 850 кВт. Применение асинхронных тяговых двигателей позволяет довести осевую мощность до 1400-1600 кВт.

Применение в приводе асинхронного тягового двигателя с мощностью на уровне двигателя постоянного тока, позволяет использовать такие его достоинства как: 1) высокие показатели удельной мощности по сравнению с двигателем постоянного тока (для двигателя постоянного тока этот показатель составляет 0,2-0,3 кВт/кг, для асинхронного - 0,4-0,7 кВт/кг; 2) высокая надежность; 3) минимум затрат на обслуживание [6, 7].

Рассмотрим это на примере расчета колесно-моторного блока локомотива с асинхронными тяговым приводом и опорно-осевой подвеской предназначенного для тяги десятивагонного пассажирского поезда массой 700 т. с максимальной скоростью 160 км/ч. Критериями при этом будут: массо-габаритные показатели, мощность тягового двигателя и воздействие на путь. Расчет проводится по общепринятым методикам изложенным в [8, 9, 10].

. Касательная сила тяги локомотива равна сопротивлению движению поезда заданной массы на расчетном режиме:

кН,


где - масса поезда, т; - ускорение свободного падения, - удельное сопротивление движению цельнометаллического пассажирского вагона, Н/кН; - дополнительное сопротивление при движении по расчетному подъему; - расчетная скорость ( км/ч); - масса приходящаяся на одну ось вагона, т.

. Приняв сцепной вес кН, определяем силу сцепления локомотива в расчетном режиме: кН,

где - коэффициент сцепления при движении с расчетной скоростью.

. Расчетная касательная мощность локомотива при работе в установившемся режиме составляет:


кВт.


Для дальнейшего расчета мощность тягового двигателя принимается кВт, т.е. примерно равной мощности двигателя постоянного тока.

. Наибольший возможный диаметр делительной окружности зубчатого колеса: мм,

где мм - диаметр колес; мм - клиренс; мм - расстояние от наружной стенки кожуха до делительной окружности.

. Выбираем число зубьев шестерни и модуль зацепления , исходя из рекомендаций приведенных в [8, 9].

Централь передачи:


мм.

. Внутренний диаметр расточки остова равен:


мм,


где мм - диаметр наружной обоймы моторно-осевого подшипника.

. Внешний диаметр статора: мм.

. Частота вращения двигателя в номинальном режиме:


об/мин.


. Длину сердечника якоря рассчитаем по формуле:


мм,


где - коэффициент полюсного перекрытия; Тл - индукция в рабочем зазоре; А/м - линейная нагрузка якоря.

Исходя из длины сердечника примем общую осевую длину двигателя мм. Осевой габарит тягового редуктора принимаем мм, как в большинстве приводов с опорно-осевой подвеской тягового двигателя.

По полученным геометрическим параметрам построим схему привода с асинхронным тяговым двигателем, заштрихованной областью покажем габариты привода эквивалентной мощности с тяговым двигателем постоянного тока.

Рис. 2.1 - Габариты колесно-моторного блока с асинхронным двигателем и двигателем постоянного тока (заштрихованная область).


Как видно на рис. 1 при одинаковой мощности, асинхронный тяговый двигатель имеет меньший монтажный объем, чем двигатель постоянного тока.

Масса асинхронного тягового двигателя с данными габаритами вычисляется по приближенной формуле:


кг,


где м - толщина стенки литого остова.

Масса колесной пары с буксовыми узлами и корпусом тягового редуктора составляет порядка 3500 кг. Если учесть что при опорно-осевой подвеске около 2/3 массы тягового двигателя остается неподрессоренной, то суммарная неподрессоренная масса колесно-моторного блока с асинхронным тяговым двигателем составляет 4000-4200 кг, что на 1500-2000 кг меньше чем для привода с двигателем постоянного тока.

Таким образом, использование асинхронного тягового двигателя позволяет скомпоновать механическую часть опорно-осевого привода таким образом, чтобы: 1) улучшить условия работы трансмиссии привода; 2) в целях снижения неподрессоренной массы применить колеса меньшего диаметра; 3) найти оптимальную установку тягового двигателя с точки зрения минимизации воздействия на него динамических сил и моментов.


2.3 Дизель


Дизельная тяга остается доминирующей на магистральных железных дорогах многих стран, так как целесообразнее всего сжигать ископаемое топливо в дизеле, особенно когда этот первичный двигатель с высоким КПД используется совместно с эффективным движителем - стальными колесами на стальных рельсах. Здесь имеет значение не только низкая цена дизельного топлива, но и способность дизеля более эффективно использовать рабочий объем цилиндров.

Для сравнения энергетической эффективности двигателей используется показатель "удельный расход топлива", т. е. количество потребляемого топлива для выработки единицы механической работы. Ранее этот показатель измерялся в г/л. с. ч (например, удельный расход топлива тепловозами BR серий 37 и 50 составлял 170 г/л. с. ч при полной нагрузке, т. е. был вполне конкурентоспособным для того времени), в настоящее время чаще пользуются размерностью г/кВт*ч.

Испытания тепловозных дизелей на энергетическую эффективность проведенные в Великобритании показали следующее. Удельный расход топлива тепловоза серии 37 составляет 228 г/кВт*ч. Тепловоз серии 59, используемый для вождения поездов с железной рудой, имеет удельный расход топлива около 220 г/кВт*ч, хотя для двухтактных дизелей компании General Motors характерен несколько меньший КПД - недостаток, в принципе, неустранимый. На скоростных дизель-поездах серии IС125 сначала устанавливали дизели компании Paxman Valenta с удельным расходом топлива 225 г/кВт*ч, соответствующие техническому уровню конца 60-х годов, затем стали устанавливать новые дизели 12VP185 (рис. 1) того же изготовителя, имевшие большую мощность и сниженный удельный расход топлива (200 г/кВт*ч).

Рис. 2.2 - Дизель 12VP185


Именно эта величина является как бы порогом между экономичным и неэкономичным дизельным подвижным составом. Так, к первой категории можно отнести тепловоз серии 60. Установленный на нем дизель компании Mirrlees по удельному расходу топлива, составляющему 189 г/кВт*ч, является одним из самых экономичных в мире.

Потребление топлива входит важной составляющей в общую сумму расходов на эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт тепловоза в расчете на весь срок службы (LCC). Малый расход топлива дизелем Mirrlees обусловливает LCC тепловоза серии 60 примерно в 40 млн. ф. ст. Но низкий LCC зависит не только от топливной экономичности - этот дизель к тому же имеет в 2 раза меньше цилиндров и, соответственно, меньшее число движущихся деталей по сравнению с сопоставимыми по основным параметрам дизелями других типов, чем объясняются более низкие затраты на техническое обслуживание и ремонт.

Вместе с тем указанных преимуществ недостаточно, чтобы тепловоз был оптимален со всех точек зрения. Тепловозы серии 60 оказались более подходящими для BR, чем серии 59, поскольку предлагали больше эксплуатационных возможностей при меньших суммарных затратах. Однако высокая топливная экономичность дизеля этих тепловозов была достигнута ценой того, что он стал слишком тяжелым. Применение такого громоздкого дизеля в габаритных условиях BR требовало от компании Brush Traction полного пересмотра конструкции тепловоза для облегчения его механической части. Кроме того, восьмицилиндровый дизель Mirrlees имел мощность всего 3100 л. с.

Столь же значимым является показатель "удельная мощность", который выражается в отношении мощности дизеля к его массе и измеряется в кВт/кг. Однако в последнее время одним из важнейших показателей стала также цилиндровая мощность дизеля. Классическим примером прогресса в этом отношении является гамма дизелей RK/V компании English Electric. Первые образцы 16-цилиндровых дизелей этой гаммы имели цилиндровую мощность 75 кВт (100 л. с.), но уже при освоении выпуска тепловозов серии 56 цилиндровая мощность достигла 151 кВт (203 л. с.) при том же числе цилиндров, т. е. за 30 лет мощность этого дизеля удалось повысить в 2 раза. Когда в 1983 г. началась постройка тепловозов серии 58, цилиндровая мощность их 12-цилиндровых дизелей составила уже 205 кВт (275 л. с.), а общая мощность 2460 кВт (3300 л. с.).

В последующие годы улучшение характеристик тепловозных дизелей продолжалось. За счет внедрения более эффективных турбонагнетателей и импульсных систем выхлопа мощность удалось повысить еще больше. Диаметр цилиндров дизеля был увеличен с классических 254 мм (10 дюймов) до 270 мм, и цилиндровая мощность дизеля той же гаммы, получившего обозначение RK270, возросла до 288 кВт (400 л. с.).

Поскольку размеры и масса нового дизеля по сравнению с дизелем тепловоза серии 58 увеличились незначительно, стало возможным оснастить тепловоз серии Super 60 V-образным 12-цилиндровым дизелем мощностью 4750 л. с. Ранее одним из основных препятствий для оснащения тепловозов двигателями высокой мощности были осложнения при установке холодильника, обусловленные габаритными ограничениями. Однако современные холодильники, как и сами дизели, имеют более высокий КПД, кроме того, от дизеля необходимо отбирать меньшее количество тепла, поэтому тепловоз такой мощности вполне возможен.


2.4 Тележка


В базовую конструкцию тележек был также внесен ряд существенных изменений, позволяющих эксплуатировать ее в скоростном движении.

Основные изменения были внесены в конструкцию рамы тележки. Боковины в местах установки пружин рессорного подвешивания кузовной ступени были понижены. Пружины устанавливаются непосредственно на балку, поэтому отпадает необходимость в консольных несущих плитах приваренных к боковинам (рис. 2.3.).

Применение более легких асинхронных двигателей позволяет снизить нагрузку на раму тележки, что позволяет снизить ее массу за счет применения более тонкого листового проката. В связи с этим особое внимание должно быть уделено качеству сварки узлов рамы и методам расчета прочности.

В буксовых узлах используются подшипники усовершенствованной модификации, обеспечивающие меньший нагрев, не требующие добавления смазки и малочувствительные к неточностям монтажа. Колесные пары состоят из моноблочных колес и кованой оси, имеющих упрочненное покрытие на подступичной части. Направление колесных пар осуществляется поводками, передающими тяговое усилие на раму тележки. Рама опирается на буксы через пружины первичного подвешивания (по две пружины на буксу). В качестве рессор вторичного подвешивания применены пружины типа Flexicoil (по две пары на тележку). Они установлены в средней пониженной части рамы тележки в один ряд. Благодаря такому расположению боковины тележки не несут скручивающих нагрузок. Два гасителя вертикальных колебаний крепятся снизу к боковинам рамы тележки, а гасители колебаний виляния упираются в вертикальную стенку боковин на консоли рамы.

Пружина через фланец опирается на резинометаллические шайбы, которые, деформируясь под нагрузкой, обеспечивают ее равномерное распределение по длине опорного витка. При проходе кривых, при смещениях торцов пружин относительно друг друга в горизонтальной плоскости они, прогибаясь, позволяют снизить деформацию витков пружин, а, следовательно, уменьшить напряжения в витках пружин и жесткость системы подвешивания угловому повороту тележек относительно кузова. Это же обеспечивается при смещениях кузова относительно тележек в горизонтальной плоскости. Значительное снижение жесткости системы опирания кузова на тележки поперечному сдвигу кузова относительно них при движении в прямых и угловому повороту при входе в кривые, движении в круговых кривых заметно улучшает динамические характеристики экипажа и устраняет его воздействия на путь.




В продольном направлении тележки с кузовом соединены наклонными тягами. Установка наклонной тяги дала ряд преимуществ по сравнению с ранее разработанной конструкцией.

Применений наклонных тяг дает возможность установки тележек с опорно-рамным приводом с целью увеличения скорости движения.

Так, снижено подергивание за счет исключения вредных кинематических связей при извилистом движении тележек. Снижены силы в тягах при галопировании кузова, уменьшены силы при колебаниях галопирования тележек. Это, как и новая система опирания кузова на тележки, благоприятно сказалось на динамических характеристиках экипажа. Кроме того, уменьшено число комплектующих деталей, число обслуживаемых шарниров. Упругие упоры на буферном брусе и шарнирные узлы в тягах приняты типовыми.

Таким образом, в конструкции тележки перспективного электровоза используются: рама тележки с пониженными боковинами и сниженной массой, использование пружин Flexicoil в кузовной ступени подвешивания, использование наклонных тяг в качестве устройств передачи сил тяги и торможения, модернизированная тормозная система.


РАЗДЕЛ 3. РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ И ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕЛЕЖКИ


3.1 Взаимодействие пути и колесно-моторного блока в горизонтальной плоскости


При составлении математической модели, за основу принимаются идеи, изложенные в научных трудах отечественных и зарубежных ученых [14, 15, 16]. Вместе с тем мы исходили из необходимости учесть поперечные перемещения колесно-моторного блока, его поворот вокруг вертикальной оси, угловые перемещения якоря тягового двигателя и колесной пары, а также отжатия рельсов.

Что бы определить нужные величины, за обобщенные координаты принимаем: - поперечное перемещение колесно-моторного блока, - поворот колесно-моторного блока вокруг вертикальной оси проходящей через его центр тяжести, - угловые перемещения ротора тягового двигателя, - угловые перемещения колесной пары, - отжатия рельсов.

Абсолютную систему координат разместим в центре масс колесно-моторного блока как показано на рис. 3.1. Подвижные системы координат совместим с центрами масс колесно-моторного блока, якоря тягового двигателя, колесной пары и рельсами [17].

Таким образом, абсолютные координаты любой точки колесно-моторного блока определятся уравнениями:


(3.1)

где - косинусы направляющих углов;

- абсолютные координаты начала подвижной системы;

- относительные координаты любой точки колесно-моторного блока.

Значения косинусов направляющих углов с точностью до первых степеней малых количеств приведены в таблице 3.1. Направляющие углы выбраны по способу академика А.Н. Крылова [18], благодаря чему они малы. Поэтому косинусы углов принимаются равными единице, а синусы - углам.


Рис. 3.1. Кинематическая схема тягового привода с опорно-осевой подвеской тягового двигателя

Таблица 3.1.

Для определения отжатия рельсов, необходимо определить поперечное перемещение колесно-моторного блока в точке касания гребня с рельсом. Таким образом, принимая , с учетом табл. 3.1, система (3.1) примет вид:


(3.2)


Дифференцируя (3.2) по времени, определим скорость поперечного перемещения колесно-моторного блока в точке его контакта с рельсом, в проекциях на оси абсолютной системы координат:


(3.3)


Проекции векторов мгновенных угловых скоростей масс системы на оси подвижных систем координат равны [17]:


(3.4)

и могут рассматриваться в виду их малости как угловые скорости вокруг подвижных осей.

Так как , то система (3.4) принимает вид:


(3.5)


Ротор тягового двигателя совершает сложные перемещения: как вместе с колесно-моторным блоком, так и собственное вращение. В этом случае целесообразно сначала определить координаты любой точки ротора в системе координат связанной с колесно-моторным блоком, а затем, подставив полученные соотношения в (3.1), получить выражения для определения координат любой точки ротора в абсолютной системе координат.

Таким образом, координаты любой точки ротора в системе координат колесно-моторного блока определяются соотношениями:


(3.6)


где - косинусы направляющих углов,

- координаты начала системы связанной с ротором в системе координат колесно-моторного блока,

- относительные координаты любой точки ротора.

Условия связей, налагаемые на движение ротора тягового двигателя относительно колесно-моторного блока имеют вид:

(3.7)


где - расстояние от центра тяжести колесно-моторного блока до центра тяжести ротора тягового двигателя.

Косинусы направляющих углов приведены в табл. 3.2.


Таблица 3.2.

С учетом условий (3.7) и табл. 3.2, система (3.6) примет вид:


(3.8)


Абсолютные координаты любой точки ротора тягового двигателя в абсолютной системе координат получим, подставляя (3.8) в (3.1):


(3.9)


Дифференцируя (3.9) по времени и полагая что , получим проекции скорости центра тяжести ротора тягового двигателя на оси абсолютной системы координат:

(3.10)


Проекции вектора абсолютной угловой скорости ротора тягового двигателя на собственные оси координат определяются уравнениями:


, (3.11)


где - проекции вектора мгновенной угловой скорости ротора на оси системы координат, связанной с ним в его вращательном движении вокруг этих же осей, с учетом условий (3.7) определяются соотношениями:


, (3.12)


- проекции вектора мгновенной угловой скорости ротора на оси координат, связанной с ним в его вращательном движении вместе с колесно-моторным блоком, определяются соотношениями (3.5)

Таким образом, с учетом (3.5), (3.12) и таблицы 3.2, соотношения (3.11) примут вид:


(3.13)

Соотношения, характеризующие движение колесной пары выводятся аналогично соотношениям, полученным для ротора тягового двигателя.

Колесная пара вращается в моторно-осевых подшипниках представляющих одно целое с колесно-моторным блоком, следовательно, в пространстве она совершает те же перемещения, что и колесно-моторный блок, плюс собственное вращение, поворот на угол , который может быть как угодно велик.

Таким образом, сначала определим координаты любой точки колесной пары в системе координат колесно-моторного блока:


, (3.14)


где - косинусы направляющих углов,

- координаты начала подвижной системы связанной с центром тяжести колесной пары в системе координат колесно-моторного блока,

- относительные координаты любой точки колесной пары.

Условия связей налагаемых в данном случае на движение колесной пары относительно колесно-моторного блока:


, (3.15)


где - расстояние от центра тяжести колесно-моторного блока до центра тяжести колесной пары.

Значения косинусов направляющих углов приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3.

С учетом условий (3.15) и таблицы 3.3 система (3.14) примет вид:


(3.16)


Абсолютные координаты любой точки колесной пары определяются уравнениями (3.2) после подстановки в них значений (3.16):


(3.17)


Дифференцируя (3.17) по времени и полагая что получим проекции скорости центра тяжести колесной пары на оси абсолютной системы координат:


(3.18)


Проекции вектора абсолютной угловой скорости колесной пары на собственные оси координат определяются соотношениями:

, (3.19)


где - проекции вектора мгновенной угловой скорости ротора на оси системы координат, связанной с ним в его вращательном движении вокруг этих же осей, с учетом условий (3.15) определяются соотношениями:


, (3.20)


- проекции вектора мгновенной угловой скорости ротора на оси координат, связанной с ним в его вращательном движении вместе с колесно-моторным блоком, определяются соотношениями (3.5)

Таким образом, соотношения (3.19) с учетом (3.5), (3.20) и табл. 3.3, принимают вид:


(3.21)


Абсолютные координаты любой точки рельсов определяются соотношениями:

, (3.22)


где - абсолютные координаты начал систем координат связанных с левым и правым рельсом соответственно;

- косинусы направляющих углов;

- относительные координаты любых точек рельсов.

Соотношения (3.22) можно значительно упростить исходя из следующих соображений.

Очевидно, что отжатие рельса происходит в точке его контакта с гребнем, колеса и определяется, в основном, поперечным перемещением колесно-моторного блока. Поэтому представляется целесообразным разместить начало системы координат связанной с рельсом, именно в точке контакта. На движения рельсов, наложим ограничения, позволяющие совершать им при взаимодействии с колесно-моторным блоком только поперечные перемещения (вдоль оси ), т.е.:


(3.23)


С учетом (3.23) в соотношениях (3.22) принимаем .

Поскольку для нас необходимо определение максимальной величины отжатия рельса, т.е. поперечного смещения начала координат системы связанной с рельсом в соотношениях (3.22) можно принять .

Так как продольные и вертикальные смещения не оказывают влияния на отжатия рельсов, принимаем в соотношениях (3.22), .

Таким образом, для каждого рельса система уравнений (3.22) сводится к уравнениям:


(3.24)


Соответственно проекции скорости начала системы координат рельсов на оси абсолютной системы будут равны:


(3.25)


Поскольку мы условились считать, что отжатие рельса начинается в момент касания его с гребнем, т.е. в случае, когда выбран один из зазоров в колее. Это обстоятельство должно быть учтено при составлении математической модели и в процессе моделирования должны отслеживаться моменты времени, в которые имеет место контакт гребня с рельсом.

Таким образом, в модели должны быть заданы условия вида:


, (3.26)


которые позволяют точно определять время начала и прекращения контакта гребня с рельсом и соответственно вводить в расчет или выводить из него соотношения описывающие перемещения приведенной массы колесно-моторного блока и рельсов в поперечной плоскости.

Представим углы поворота колесной пары и ротора тягового двигателя в виде суммы двух углов. Первый угол соответствует углу поворота при вращении с постоянной угловой скоростью, а второй угол, малый по величине, представляет изменение первого угла в колебательном процессе. Таким образом, мы можем перейти от больших обобщенных координат к малым.


(3.27)


Выражение кинетической энергии системы в общем случае имеет вид:


, (3.28)


где - массы и моменты инерции системы;

- линейные и угловые обобщенные скорости масс системы, соответственно;

- количество обобщенных координат.

Таким образом, кинетическая энергия рассматриваемой системы с учетом (3.3), (3.5), (3.10), (3.13), (3.18), (3.21), (3.25), (3.27):


(3.29)


Потенциальная энергия системы находится по теореме Клапейрона:


, (3.30)


где - жесткости упругих элементов;

- деформации упругих элементов, от положения равновесия.

Деформации упругих элементов выражаются через обобщенные координаты системы, согласно кинематической схеме:

- поперечная деформация осевых упоров;

- продольная деформация буксовых поводков;

- угловая деформация упругого венца зубчатого колеса;

- отжатия первого и второго рельсов соответственно.

Поперечная деформация осевых упоров находится как разность между абсолютными координатами точки А в состоянии движения и в состоянии покоя. Как следует из (3.2) . Учитывая, что и :


(3.31)


Здесь и далее штрихом обозначены абсолютные координаты точек системы в состоянии покоя и равновесия.

Аналогично из (3.2) находится продольная деформация буксовых упоров, определяемая продольным смещением точки А, которое равно . Поскольку , то:


. (3.32)


Угловая деформация упругих элементов зубчатого венца согласно кинематической схемы:


. (3.33)


Поскольку , отжатия рельсов, с учетом вышеприведенных соображений можно найти по формулам (3.24), т.е. .

Подставляя (3.31), (3.32), (3.33) в (3.30) и учитывая (3.24) получим выражение потенциальной энергии системы:


(3.34)


Условимся, что параллельно всем упругим элементам в системе установлены демпферы, с сопротивлением пропорциональным скорости деформации упругих элементов. Тогда функция рассеивания системы запишется в виде:


. (3.35)


В (3.35) через обозначены коэффициенты эквивалентного вязкого сопротивления при деформации элементов.

Выражение функции рассеивания системы аналогично выражению потенциальной энергии:


(3.36)


Как уже отмечалось, для вывода уравнений движения системы используем уравнения Лагранжа второго рода в обобщенных координатах.

Произведя необходимые операции дифференцирования, получим следующую систему дифференциальных уравнений:


, (3.37)


описывающую движение колесно-моторного блока по пути с неровностями в плане.

Значения масс, моментов инерции, коэффициентов жесткости и демпфирования, геометрических размеров для базовых вариантов приведены в табл. 3.4.


Таблица 3.4.

Наименование и размерностьОбозначениеЧисленное ЗначениеООП ДПТООП АТДБРООП усредн.Массы, тКолесно-моторный блок5,64,545Приведенная масса рельсов0,2Главные моменты инерции, т·м2Колесно-моторный блок3,52,823Ротор тягового двигателя0,0720,070,070,072Зубчатый венец упругого колеса0,010,01-0,01Колесная пара0,5Коэффициенты жесткости, кН/м и демпфирования, кН·с/мСвязь буксы с тележкой в поперечном направлении

4000

25Связь буксы с тележкой в продольном направлении

8000

40Упругий венец зубчатого колеса, муфта (кНм/рад, кНм·с/рад)

4800


4Рельсы в поперечном направлении

15200

117Размеры, мРасстояние от оси колесной пары до центра масс колесно-моторного блока0,40,300,25Расстояние между точками связей букс и тележки1,6

В процессе числового моделирования мы определили зависимости влияния типа привода и его параметров на характер перемещения колесно-моторного блока в горизонтальной плоскости, отжатие рельсов, величину направляющих усилий, а так же величину дополнительного момента сопротивления от трения гребня о рельс приведенного к валу тягового двигателя. Расчет проводился для тяговых приводов с опорно-осевой подвеской двигателя постоянного тока, асинхронного тягового двигателя и безредукторного тягового привода принятых нами за базовые, а также для опорно-осевого привода с усредненными параметрами с целью выявления общих закономерностей влияния каждого из рассматриваемых параметров на значения критериев.

Рис. 3.2. Амплитуды поперечных колебаний колесно-моторных блоков базовых конструкций.


На рис. 3.2. представлен график зависимости амплитуды поперечных колебаний колесно-моторного блока от времени для базовых типов приводов. Как видно из графика, колебания имеют периодический характер с затухающей амплитудой. Плоские участки на графике соответствуют движению колесно-моторного блока, при котором происходит контакт гребня с рельсом, и характеризуют количество соприкосновений гребня с рельсом и их продолжительность.

Можно отметить, что наибольшую амплитуду и время затухания колебаний имеют тяговые приводы с большими массогабаритными показателями. Привод с опорно-осевой подвеской тягового двигателя постоянного тока с массой около 6 т., совершает поперечные колебания с амплитудой в 1,5 - 2 раза большей, чем привод с асинхронным тяговым двигателем и безредукторный привод. Продолжительность контакта гребня с рельсом также определяется массой колесно-моторного блока. Его максимальное значение - 0,1 с., соответствует приводу, имеющему большую массу, т.е. с двигателем постоянного тока.

На характер колебаний колесно-моторного блока оказывают влияние также характеристики поперечной связи колесно-моторного блока с рамой тележки. При этом, если изменение жесткости связей приводит к изменению амплитуды и периода колебаний, то изменение коэффициента демпфирования только к изменению амплитуды. Это видно из графиков представленных на рис. 3.3 - 3.4, на которых приведен характер изменения поперечных колебаний колесно-моторного блока с усредненными параметрами для значений жесткости поперечной связи 2000, 4000, 6000 кН/м и коэффициента демпфирования 15, 25, 35 кН·с/м.


Рис. 3.3. Зависимость амплитуды и периода поперечных колебаний колесно-моторного блока с усредненными параметрами от жесткости поперечных связей.

тепловоз дизель колесный моторный

Рис. 3.4. Зависимость амплитуды поперечных колебаний колесно-моторного блока с усредненными параметрами от коэффициента демпфирования поперечных связей.

На рис. 3.5. - 3.7. приведены значения отжатия рельсов для базовых конструкций приводов.


Рис. 3.5. Отжатия рельсов для привода с опорно-осевой подвеской тягового двигателя постоянного тока


Рис. 3.6. Отжатия рельсов для привода с опорно-осевой подвеской асинхронного тягового двигателя

Рис. 3.7. Отжатия рельсов для безредукторного привода


Как показал анализ, характер отжатия рельсов носит импульсный характер, поскольку происходит в момент контакта гребня с рельсом. Длительность импульса (плоские участки на графике амплитуды поперечных колебаний, рис. 3.2.) равна времени контакта и составляет 0,05 - 0,1 с. Разрывы на графиках обусловлены отсутствием касания гребня с рельсом. Максимальное отжатие рельса для всех типов приводов имеет примерно одинаковые значения и находится в пределах 0,006 - 0,0071 м. Большие значения соответствуют приводам с большей массой. Период отжатия рельсов с каждой стороны для всех типов приводов составляет около, 0,2 с. и зависит от упругодемпфирующих свойств поперечных связей колесно-моторного блока с рамой тележки. Отжатие левого рельса в момент первого касания для всех типов приводов имеет два характерных всплеска. Наличие второго всплеска по нашему мнению в наибольшей степени обусловлено жесткостью и коэффициентом демпфирования поперечной связи колесно-моторного блока с рамой тележки, а также упругодемпфирующими параметрами рельсового пути. При увеличении значений перечисленных параметров происходит сглаживание второго всплеска и снижение максимального значения отжатия рельса. На графике рис. 3.8., показано изменение характера отжатия рельса при изменении упругодемпфирующих параметров поперечных связей на примере безредукторного тягового привода.

Тем не менее, увеличение жесткостей будет способствовать увеличению силового воздействия на элементы привода и ходовой части, что будет отрицательно сказываться на их надежности.


Рис. 3.8. Отжатие рельса при различных упругодемпфирующих параметрах поперечных связей колесно-моторного блока с рамой тележки (безредукторный привод)


Зависимости направляющих сил в контакте гребня с рельсом рассчитанные для базовых типов приводов приведены на рис. 3.9. - 3.11. Поскольку возникновение направляющих усилий является следствием отжатия рельса, формы их зависимостей аналогичны зависимостям отжатия рельсов, так как величина направляющих усилий прямо пропорциональна величине отжатия.

Рис. 3.9. Направляющие силы в контакте гребней с рельсами для привода с опорно-осевой подвеской тягового двигателя постоянного тока


Рис. 3.10. Направляющие силы в контакте гребней с рельсами для привода с опорно-осевой подвеской асинхронного тягового двигателя

Рис. 3.11. Направляющие силы в контакте гребней с рельсами для безредукторного тягового привода


В процессе числового моделирования были установлены степени влияния параметров конструкции на выбранные критерии оценки, для рассматриваемых типов приводов.

На рис. 3.12., 3.13. представлены диаграммы влияния параметров приводов с опорно-осевой подвеской тягового привода на максимальные значения отжатия рельсов и значение приведенного момента сопротивления от трения гребня о рельс.


Рис. 3.12. Степени влияния параметров опорно-осевого привода на максимальное значение отжатия левого рельса

Рис. 3.13. Степени влияния параметров опорно-осевого привода на максимальное значение отжатия правого рельса


Таким образом, основными параметрами тяговых приводов с опорно-осевой подвеской определяющих отжатие рельсов являются их массогабаритные показатели, такие как: масса, момент инерции вокруг вертикальной оси и координата центра масс колесно-моторного блока. В меньшей степени оказывают влияние на величину отжатия упругодемпфирующие параметры поперечных связей колесно-моторного блока с рамой тележки.

На рис. 3.14., 3.15. приведены диаграммы влияния параметров безредукторного привода на максимальные значения отжатия рельсов и значение приведенного момента сопротивления от трения гребня о рельс.

Рис. 3.14. Степени влияния параметров безредукторного привода на максимальное значение отжатия левого рельса


Рис. 3.15. Степени влияния параметров безредукторного привода на максимальное значение отжатия правого рельса


Как видно на приведенных диаграммах, критерии оценки динамических свойств, для безредукторного тягового привода зависят от меньшего числа параметров, что обусловлено его более простым устройством.

Таким образом, безредукторный привод имеет большие по сравнению с опорно-осевыми приводами значения отжатий рельсов. По нашему мнению это, обусловлено тем, что в безредукторном приводе центр масс колесно-моторного блока совпадает с центром масс колесной пары и поэтому угловые колебания колесно-моторного блока вокруг вертикальной оси в определенные моменты времени не оказывают демпфирующего воздействия на поперечные колебания. Для безредукторного привода, как и для опорно-осевых приводов на отжатие рельсов в большей степени оказывает масса колесно-моторного блока. Таким образом, при поперечных колебаниях привода, параметрами, оказывающими определяющее влияние на значения отжатий рельсов являются масса тягового привода, жесткость поперечных связей колесно-моторного блока с рамой тележки и величина расстояния от центра тяжести колесно-моторного блока до центра тяжести колесной пары.

Сниженные показатели по воздействию на путь в горизонтальной плоскости, полученные для привода с асинхронным двигателем, позволяют судить о вероятности некоторого снижения износа бандажей, определяемого величиной направляющих усилий при взаимодействии гребень-рельс.


3.2 Расчет динамического вписывания


Определение усилий, моментов в связях тележки с кузовом

Для получения общих расчетных формул считаем, что все силы, возникающие между кузовом и тележкой, можно привести к поперечным равнодействующим и моментам , выраженные через поперечные угловые перемещения и и приведенные жесткости


(3.38)

где - поперечные перемещения и поворот тележки относительно кузова,

- поперечная жесткость связей при поперечном перемещении,

- поперечная жесткость связей при угловом перемещении,

- предварительная затяжка в поперечных связях,

- начальные моменты в угловых связях,

- угловая жесткость связей при поперечном перемещении,

- угловая жесткость связей при угловых перемещениях.


(3.39)


где V - скорость движения тепловоза,

g - ускорение свободного падения,- радиус кривой,

h - возвышение наружного рельса,

S - расстояние между кругами катания колес,

Qк - вес кузова.

Уравнение геометрических зависимостей:


(3.40)


где - расстояние между шкворнями тележек,

- полюсное расстояние соответственно, первой и второй тележек,

- расстояние между смежными колпарами,

- расстояние от средней колпары до шкворня,

- расстояние точки рамы, соответственно, над 1 и 4 колпарами до наружного рельса.

Решая совместно уравнения (3.38), (3.39) и (3.40), определяем и .

Расчетные формулы

Так как расчетные формулы для вписывания обеих тележек аналогичны, поэтому ниже приведены формулы вписывания первой по ходу тепловоза тележки



где - центробежная сила обрессоренного веса тепловоза, приходящаяся на одну тележку, с учетом горизонтальной составляющей силы веса от возвышения наружного рельса,

- обрессоренный вес тепловоза, приходящийся на одну тележку.



где - центробежная сила обрессоренного веса тележки,

- обрессоренный вес тележки.


где - центробежная сила необрессоренного веса, приходящаяся на колпару,

- необрессоренный вес колпары.



где - поперечная составляющая силы трения колеса i-ой колпары о рельс при статической нагрузке,

- статическая нагрузка от колеса на рельс,

- коэффициент трения скольжения колеса о рельс,

- полюс поворота i-ой колпары.



где - момент продольных составляющих сил трения колеса i-ой колпары о рельс.



где - расстояние от центра тяжести обрессоренных масс тележки до средней колпары.

В зависимости от положения тележки в рельсовой колее значение рамной силы второй колпары может быть


.


Вертикальная нагрузка от колеса i-ой колпары на наружный рельс определяется:



где - радиус колеса по кругу катания,

- расстояние от центра тяжести обрессоренных масс электровоза до геометрической оси колпары в вертикальной плоскости.

Вертикальная нагрузка от колеса i-ой колпары на внутренний рельс:


.


Поперечная составляющая силы трения колеса i-ой колпары о наружный рельс:


.


Поперечная составляющая силы трения колеса i-ой колпары о внутренний рельс:


.

Направляющее усилие i-ой колпары:


.


Если , т.е. колпара направляется наружным рельсом, боковое усилие определяется:


.


Если , т.е. колпара направляется внутренним рельсом, боковое усилие определяется:


.


Отжатие рельса колесом i-ой колпары определяется по формуле:

для



для



где - коэффициент, учитывающий смещение головки рельса от упругого отжатия,

- коэффициент, характеризующий упругую боковую податливость рельса,

- коэффициент трения скольжения подошвы рельса о подкладку.

Деформация поводков i-ой колпары:


,


если , то выражение


,


тогда ,

где - односторонний свободный разбег буксы,

- жесткость связи колпары с рамой тележки, приходящаяся на колесо,

- жесткость связи колпары с рамой тележки.

Положение точки рамы от наружного рельса определяется:


для ,

для ,

для ,


где - положение i-ой колпары в рельсовой колее

.


Контрольное значение полюсного расстояния равна:

для установки наибольшего перекоса


,


для «динамической» установки


.


Несовпадение предварительно принятого полюсного расстояния и полученного контрольного допускается до 50 мм.

Аналогично определяются значения полюсов рам тележек


.


Исходные данные


Таблица 3.5

Обозначение параметровРазмерностьЧисловое значениекг11500кг33000кг4000кг23000кг10000м2,9м0,625м1,65м1,45м1,65кг/мм0кг/мм820-0,25-0,1-0,15кг/мм400м0,005мм/кг0,000095мм/кг1200

Результаты расчета

Расчет проведен на ЭВМ без учета горизонтальной динамики. Результаты сведены в таблицы 3.6, 3.7.

Значения рамных и боковых сил с учетом горизонтальной динамики равны:



где - коэффициент горизонтальной динамики боковых сил

.

- коэффициент горизонтальной динамики рамных сил

.

Расчетом также определена устойчивость экипажа против опрокидывания. Величина коэффициента устойчивости должна быть не более 0,5 и определяется по формуле


.


Таблица 3.6

Величины и размерностиРадиус кривой R 350скорость км/ч334085, м3,8053,8133,47, м3,7363,8233,188, м0-0,00530,0028, м0-0,00350,0047, рад0,00990,00980,0102, рад0,02140,0220,02, кгс-933-18681838, кгс-658-16122140, кгм175517561749, кгм35156-143, кгс-2856-2008-5261, кгс365735983550, кгс4751029-986, кгс-2767-2157-4163, кгс363836003210, кгс130920-2046, кгс-6721-5811-9290, кгс00-175, кгс05760, кгс-6628-5961-8175, кгс00-364, кгс04180, кгс463239176659, кгс-2232-2348-1593, кгс-283-904-653, кгс454840525642, кгс-2219-2348-1356, кгс-96-7731324, мм-3,2-2,6-4,8, мм-3,1-2,7-3,9

Таблица 3.7

Величины и размерностиРадиус кривой R 1000скорость км/ч85103180, м3,8573,8133,757, м3,773,683,573, м000,004, м00,00170,0058, рад0,00270,00250,0024, рад0,00810,00810,0079, кгс39111742050, кгс72115092392, кгм134113321289, кгм-725-759-842, кгс-2666-3097-3596, кгс1220690150, кгс815653436, кгс-2471-2687-2960, кгс1120610100, кгс389-11-490, кгс-6621-7101-7655, кгс-2538-3108-3690, кгс000, кгс-6422-6685-7011, кгс-2615-3150-3681, кгс000, кгс437447205118, кгс70411441583, кгс-390-300-166, кгс419343394529, кгс78411981601, кгс-18052371, мм-2,9-3,1-3,4, мм-2,7-2,8-2,9

3.3Расчет рамы тележки на прочность


При расчете рамы тележки на прочность рассмотрены два расчетных случая: первый - к раме тележки приложена статическая нагрузка 23 кН на ось, второй - рама тележки нагружена рамной силой 100 кН от вписывания в кривую радиусом 350 м.

Для расчета рамы используем программный комплекс Cosmos DesignStar [19], реализующий метод конечных элементов. 3D модель рамы построена с использованием САПР AutoDesk Inventor.


Рис. 3.16. 3D модель рамы


Первый расчетный случай

1.Схема приложения сил



2.Конечно-элементная модель


.Напряжения в элементах рамы тележки



.Перемещения элементов рамы тележки



Таким образом, в результате расчета было выявлено, что максимальные напряжения от статической нагрузки составляют 1,747?109 Н/м2, максимальные перемещения - 0,01 м. Проверка запасов прочности показала, что наиболее слабыми местами в конструкции рамы тележки являются места сопряжения средней и боковой балок, поэтому рекомендуется усиление конструкции в этих местах.

Второй расчетный случай

.Схема приложения сил



.Конечно-элементная модель



3.Напряжения в элементах рамы тележки


. Перемещения элементов рамы тележки



Результаты расчета показали, что при данном режиме вписывания максимальные напряжения составляют 2,254?103 Н/м2, максимальные перемещения - 6,3?10-8 м. Необходимый запас прочности в этом случае обеспечивается во всех элементах конструкции рамы тележки.


3.4 Выводы по разделу


. Разработана программно-ориентированная математическая модель горизонтальной динамики локомотива с опорно-осевой подвеской тягового двигателя. Модель представляет собой систему дифференциальных уравнений, связывающих значения динамического и дополнительного моментов сопротивления, а также направляющей силы в контакте гребень рельс с массогабаритными параметрами ходовой части и упруго-демпфирующими характеристиками связей рассматриваемой системы.

. Был проведен расчет динамического вписывания локомотива в кривые радиусом 350 и 1000 м с целью определения величины рамных сил. Расчет показал, что максимальное значение рамной силы составляет 100 кН.

. Расчет рамы тележки локомотива на прочность показал, что при воздействии на раму статической нагрузки местами с наименьшим запасом прочности являются места сопряжения средней и боковых балок. При воздействии рамной силы конструкция рамы обеспечивает необходимый запас прочности.


4. ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ


4.1 Основные положения охраны труда


Охрана труда - это комплексная дисциплина, которая изучается с целью формирования у будущих специалистов с высшим образованием необходимого в их дальнейшей профессиональной деятельности уровня знаний и умений по правовым и организационным вопросам охраны труда, по вопросам гигиены труда, производственной санитарии, техники безопасности и пожарной безопасности, определенного соответствующими государственными стандартами образования , а также активной позиции по практической реализации принципа приоритетности охраны жизни и здоровья работников по отношению к результатам производственной деятельности . Данная дисциплина является комплексной и базируется как на общеобразовательных, так и на общетехнических и специальным дисциплинам.

Главным объектом исследования охраны труда есть человек в процессе труда, производственная среда, взаимосвязь человека с промышленным оборудованием, технологическими процессами, организация труда и производства.

Задача охраны труда заключается в том, чтобы свести к минимуму вероятность травм и профессиональных заболеваний с одновременным обеспечением комфорта при максимальной производительности труда.


4.2 Анализ опасных и вредных веществ


В процессе технического обслуживания и ремонта локомотивов образуются следующие вещества, приведены в табл. 1, которые относятся к химически опасных и вредных производственных факторов.

Таблица 1. - Характеристика опасных веществ, которые образуются в процессе ремонта и обслуживания локомотивов.

ВеществоПДК раб очей зоны, мг/м3 (ГОСТ 12.0.003-74)Клас опасности (ГОСТ I2.1.007-76)Оксид углерода20IVДиоксид серы10 5ІІІ 1І1Оксид азотаОксид железа3IVГидрооксид натрия0,5ІІМарганець0,3ІІМетан300ІцБензин(топливный)100IVГас3001 VПыль2111Сажа0,05ІІІ

Вредные вещества, попавшие в организм человека, вызывают нарушения здоровья только в том случае, когда их количество в воздухе превышает предельную для каждого вещества величину.

Защита от вредного воздействия вещества на производстве:

К общим мероприятиям и средствам предупреждения загрязнения воздушной среды на производстве и защиты работающих относятся:

Изьятие вредных веществ в технологических процессах, замена вредных веществ менее вредными и т.п. Например, свинцовые белила заменены на цинковые, метиловый спирт - другими спиртами, органические растворители для обезжиривания моющими растворами на основе воды; совершенствование технологических процессов и оборудования, автоматизация и дистанционное управление технологическими процессами, при которых возможен непосредственный контакт работающих с вредными веществами.

Герметизация производственного оборудования, работа технологичного оборудования под разрежением, локализация вредных выделений за счет местной вентиляции;

Нормальное функционирование систем отопления, обще обменной вентиляции, кондиционирования воздуха, очистки выбросов в атмосферу; предварительные и периодические медицинские осмотры работников, работающих во вредных условиях, профилактическое питание, соблюдение правил личной гигиены;

Контроль над содержанием вредных веществ в воздухе рабочей зоны; использование средств индивидуальной защиты.


4.3 Анализ опасных и вредных производственных факторов


Анализ опасных и вредных производственных факторов, возникающих в технологическом процессе технического обслуживания и ремонта локомотивов, приведен в табл.2.


Таблица 2. - Перечень опасных и вредных производственных факторов и их источники.

Опасные (вредные) производственные факторыИсточники возникновенияМеханическиеГрузовой кран Тепловоз Двигатель тепловоза Заточной станок Деревообрабатывающий станокПовышенный уровень шумаПовышенный уровень вибрацииДвигатель тепловоза Заточной станок Автотранспорт ТракторПовышенный уровень напряжения 220, 380 ВЗарядное устройство тепловозовНеблагоприятный микроклимат (повышенная температура оборудования) пожароопасные факторыКотел Е 1 ,О-9Г Бензобак тепловозов

4.4 Вибрации


Различают гигиеническое и техническое нормирование вибрации. При гигиеническом нормировании регламентируются соответствующие условия для защиты от вибрации человека, а при техническом - по защите машин, оборудования, механизмов и т.п. от действия вибрации, которая может привести к их повреждению или преждевременного выхода из строя. Основными нормативными документами по охране труда относительно вибрации ГОСТ 12.1.012-90 и ДСН 3.3.6.039-99 [15].

Мероприятия и средства защиты от вибрации по организационному признаку делятся на коллективные и индивидуальные. Коллективные мероприятия и средства виброзащиты можно подразделить по следующим направлениям: снижение вибрации в источнике ее возникновения; уменьшение параметров вибрации на пути ее распространения от источника; организационно-технические мероприятия; лечебно-профилактические мероприятия.


4.5 Общие мероприятия и средства нормализации микроклимата


Нормализация параметров микроклимата осуществляется с помощью комплекса мероприятий и средств коллективной защиты, которые включают строительно-планировочные, организационно-технологические, санитарно-гигиенические, технические и другие. Для профилактики перегревов и переохлаждений рабочих используются средства индивидуaльной защиты. Для обеспечения нормализации параметров микроклимата предусмотрены следующие мероприятия: вентиляция и отопление в холодный период года.


4.6 Основные требования к производственному освещению


Для создания благоприятных условий зрительной работы, исключающие быструю утомляемость глаз, возникновения профессиональных заболеваний, несчастных случаев и способствовали повышению производительности труда и качества продукции, производственное освещение должно отвечать следующим требованиям:

Создавать на рабочей поверхности освещенность, соответствующей характеру зрительной работы и не является ниже установленной нормы;

- Обеспечить достаточную равномерность и постоянство уровня освещенности в производственных помещениях, чтобы избежать частой переадаптации органов зрения;

Не создавать ослепляющего действия, как от самих источников освещения, так и от других предметов, находящихся в поле зрения;

- Не создавать на рабочей поверхности резких и глубоких теней (особенно подвижных);

Свет должен быть достаточен, для различения деталей контраст поверхностей освещаются; не создавать опасных и вредных производственных факторов (шум, тепловые излучения, опасность поражения током, пожаро и взрывоопасность светильников);

Должно быть надежным и простым в эксплуатации, экономическим и эстетическим.

Виды производственного освещения:

В зависимости от источника света производственное освещение может быть: естественным, что создается прямыми солнечными лучами и рассеянным светом небосвода; искусственным, создаваемое электрическими источниками света и совмещенным, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным.

Расчет светильного установки системы общего освещения:

Проектируемый участок имеет общее искусственное освещение с равномерным расположением светильников, т.е. с одинаковыми расстояниями между ними. Источниками света выберем дуговые ртутные лампы ДРЛ (дуговые ртутные), или ртутные лампы высокого давления с исправленной цветностью. Лампа состоит из кварцевой колбы (пропускающей ультрафиолетовые лучи), которая заполнена парами ртути при давлении 0,2 - 0,4 МПа, с двумя электродами и внешней стеклянной колбы, покрытой люминофором.

Как наименьший размер объекта различения равный 0,51 мм, соответствует зрительной работе средней точности (IV разряд). Для расчета общего равномерного освещения при горизонтальной рабочей поверхности основным является метод коэффициента использования. Определение нормативного значения коэффициента естественной освещенности (КП4) для четвертого пояса светового климата ЕИVн = 3,2 %.

= ? h ,(1)


где ? = 1,25 величина, зависящая от кривой светораспределения светильника;

h - расчетная высота подвеса светильников, м.

= H-hc-hp ,(2)


где H - высота помещения =7,5 м;

hc - расстояние от светильников к перекрытию = 0,5 м;

hp - высота рабочей поверхности над полом, м.

Подставляя известные величины в формулу, получим:

h = 7,2 - 0,5 - =6,7 м.

L = 5,3- 1,25 = 4,05 м.

Принимаем l = 4 м.

Определим необходимое значение светового потока лампы:


Ф = Ен-S-Кз-Z/( N? ),(3)


где Ен - нормированноя освещенность: Eн = 300 лк;

S - освещаемая площадь = 340м2;

Кз - коэффициент запаса: Кз = 1,5

Z - коэффициент неравномерности освещения для лам ДРЛ : Z = 1,11;

N - число светильников = 32 шт.

освещение зависит от типа светильника, индекс помещения и, коєффициента отражение рп, стен рз и других условий освещенности. Принимаем ? = 0,63.

Подставляя известные величины в формулу (3), получим:

Ф = 3003401,51,11/(320,63) ? 8348 лм.

По рассчитанному световому потоку выбираем лампу ДРЛ-80. Определение мощности светильной установки:

= РлN Вт ,(4)


где Рл - мощность лампы, Рл = 125 Вт.

Подставляя известные величины в формулу (4), получим:

Dy = 8032=2560 Вт.

В результате проведенного расчета светильного установки были получены оптимальные значение освещенности, светового потока, обходимые для улучшения состояния освещения в проектируемом колесо-буксового отделении. Также были определены тип и мощность светильной установки ГОСТ 12.2.056-81[15].

Таким образом, при внедрении этой светильной установки будут обеспечены все требования, относящиеся к рациональному освещению: Достаточная освещенность рабочего места (нормированная).

. Равномерное освещение.

. Отсутствие теней, особенно подвижных на рабочей поверхности.

. Защита от слепящего действия источника света.

. Правильный выбор направления света.


4.7 Электробезопасность


Рабочее помещение по степени опасности поражения электрическим током относится к помещениям с повышенной опасностью. Потому что, с одной стороны, есть возможность прикосновения к металлическим конструкциям сооружений, которые имеют подключение к землей технологических аппаратов, а с другой к металлическим корпусам электрооборудования.

Мероприятия электробезопасности:

. Контроль и профилактика повреждений изоляции.

. Устранение опасности поражения при появлении напряжения на корпусах, кожухах и других частях электрооборудования, достигается защитным заземлением, занулением, защитным отключением.

. Организация безопасной эксплуатации электроустановок.

II. Техника безопасности в колесно-буксового отделении.

В колесно-буксового отделении проводится ремонт колесных пар и букс в объеме, предусмотренные правилами текущего ремонта локомотивов и МВПРС и, в соответствии с Инструкцией по формированию и содержанию колесных пар подвижного состава Украинской железной дороги ВНД 32.0.07.001-2001 [15], отделение работает в одну смену.

К работе допускаются лица, достигшие 18 лет, прошедшие предварительное медицинское обследование, обучение по соответствующей программе профессиональной подготовки, охраны труда, правилам пожарной безопасности, а также получили инструктаж и сдавшие в установленном порядке, проверку знаний по охране труда, на соответствующий разряд и квалификационную группу по электробезопасности, с проведением повторного инструктажа один раз в три месяца, в необходимых случаях - целевой инструктаж перед началом работы и проверке знаний по электробезопасности один раз в 6 месяцев, по охране труда один раз в 3 месяцев.

Работник обязан:

Выполнять только ту работу, которая поручена разрешена администрацией;

При получении новой работы требовать от мастера дополнительного инструктажа;

Сочетая с основной работой какую ни будь другую работу, изучить и выполнять инструкцию по охране труда для сопряженной работе;

Во время работы быть внимательным, не отвлекать других;

Не допускать на рабочее место лиц, не имеющих отношения к этой работе;

Не работать неисправным инструментом и на неисправном оборудовании;

Применять безопасные приемы работы, средства зашиты, держать в исправном состоянии и чистоте инструмент, оборудование, приспособления, измерительные приборы, используемые при работе;

Организовывать свое рабочее место так, чтобы была вольность движения, вольность проходов и т.п., чтобы при любых чрезвычайных ситуациях мог обеспечить свою безопасность;

При нахождении на территории депо, цеха, пользоваться только установленными переходами.

В отделении предусматривается размещение механизированных позиций по ремонту колесных пар.В отделении применяется широкий спектр ремонтного технологического оборудования, которое характеризуется разной вредной или опасной действием на работников отделения и на окружающую среду. К нему относится подъемно - транспортное оборудование кран малогабаритный, электротельферы и электростеклоподъемники.

Ремонтно - механическое оборудование - центрифуга, скаткоопускний механизм, станок обточки колесных пар КЖ -20 МХ, а также электрооборудования - много - постовая сварочная машина , аппаратурный комплект УПП - 3 -2М, аппаратурный комплект закаливания колесных пар.

В отделении находится устройство для дефектоскопии деталей колесных пар, характеризуется повышенным электромагнитным излучением, опасным для работающих с ним сотрудников.

Все приборы и механические устройства с электрическими приводами питаются от сети переменного тока промышленной частоты , напряжением 220 × З80 В.

Распределение питания к потребителя: приборам, аппаратам, электрическим приводам и т.д. производится от распределительных щитов, расположенных в отведенных местах и оборудованных предупреждающими табличками и надписями. На всех электроприборов есть таблички с указанием их электрических характеристик: мощности, напряжения, силы тока, частоты.

На информационном стенде в отделении е список работников, имеющих право доступа к работе с тем или иным электрическим оборудованием. Штат отделение состоит из 8 слесарей, 2 бригадиров и одного мастера. Мастер есть лицом, несущей ответственность за безопасное проведение ремонтно - механических работ.

Каждый работник отделения имеет определенные должностные обязанности, определенные должностными инструкциями. В отделении располагаются также рабочие места, по которым четко закреплены определенные работники, прошедшие обучение и инструктаж, и удостоверение, что получили, на право работы на данном оборудовании. До сих рабочих мест относятся: рабочее место сварщика, дефектоскописта, оператора плазменной установки [16].

Также к каждому оборудования прилагается список рабочих, имеющих право работы на нем. Этот список определяется и устанавливается мастером отделения и инженером по охране труда и технике безопасности депо.


.8 Пожарная безопасность


Рабочее помещение взрывопожарной и пожарной опасности относится к категории. Рекомендуемые огнетушащие вещества для этой категории - инертные и негорючие газы.

Инертные и негорючие газы, главным образом, углекислый газ и азот, снижают концентрацию кислорода в очаге пожара и тормозят интенсивность горения. Огнетушащее концентрация этих газов при тушении пожара в закрытом помещении составляет 30-35 % к объему помещения. Инертные и негорючие газы применяются, как правило, для тушения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, твердых веществ и материалов, оборудования под напряжением, а также в случаях, когда применение воды или пены не дает действенного эффекта или оно является нежелательным, учитывая значительные убытки (в музеях, картинных галереях, архивах, помещениях с компьютерной техникой и т.д.).

Наибольший эффект достигается при тушении инертными и негорючими газами пожаров в замкнутых объемах, однако при этом необходимо учитывать возможность токсического действия на людей углекислого газа.

Пожарная безопасность обеспечивается системами предотвращения пожара и также организационно-техническими мероприятиями. Мероприятия системы предотвращения пожара:

) применение не горючих веществ;

) ограничение количества горючих веществ и их размещения;

) противопожарные разрывы между зданиями;

) периодическая система помещения и территории;

) изоляция горючих веществ.

Предусмотрены внутренней и внешней водопроводы с пожарными кранами; для сообщения о пожаре - электрическая пожарная сигнализация и телефонная связь.


4.9 Выводы


В данной работе были рассмотрены основные положения охраны труда, законодательные акты, определяющие основные положения об охране труда.

Проведенный анализ вредных и опасных веществ, которые образуются к процессе технического обслуживания и ремонта локомотивов.

Проведенный анализ вредных производственных факторов и источников их возникновения. На основе этих факторов предоставлены общие меры и средства нормализации микроклимата, нормирования вибрации.

Предоставляемые меры электробезопасности и пожарной безопасности на рабочем участке. Пожарная безопасность обеспечивается системами предотвращения пожара и также организационно-техническими мероприятиями.

Проведен расчет светильного установки системы общего освещения. Ф?8348 лм, Рл = 125 Вт, Dy=2560 Вт

В результате проведенного расчета светильного установки были полученные оптимальные значения освещенности, светового потока, необходимые для улучшения состояния освещения в проектируемом колесо-буксового отделении. Также были определены тип и мощность светильной установки.

Таким образом, при внедрении этой светильной установки будут обеспечены все требования, относящиеся к рациональному освещению.

Рассмотрена техника безопасности в колесно-буксовом отделении. Каждый работник отделения имеет определенные должностные обязанности, определенные должностными инструкциями.

Данный проект посвящен процесса транспортировки подвижного состава, маневровую работу, перевозки пассажиров тяговым подвижным составом и рельсовыми автобусами, работу кранами на железнодорожном ходу, а также обеспечивает топливом, горюче-смазочными материалами подразделения Южной железной дороги. Этот процесс связан с работой.

5. ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНА


Гражданская защита Украины - это функция государства, направленная на защиту населения, территорий, окружающей природной среды и имущества от чрезвычайных ситуаций путем предотвращения таких ситуаций (ЧС), ликвидации их последствий и оказания помощи пострадавшим в мирное время и в особый период. [ 23 ]

В соответствии с законодательством граждане Украины имеют право на защиту своей жизни и здоровья от последствий крушение, пожаров, стихийных бедствий и на требование от правительства Украины, других органов государственной исполнительной власти, администраций предприятий, учреждений и оргнизаий независимо от форм собственности и хозяйствования гарантий функционирование его реализации. Государство как гарант этого права осуществляет защиту населения от опасных последствий крушение и катастроф техногенного, экологического, природного и военного характера.

В данном разделе рассматриваем вопрос оказание само и взаимопомощи в чрезвычайных ситуациях.

Организация медицинского обслуживания населения в чрезвычайных ситуациях возлагается на медицинскую службу гражданской защиты, которая организует специальные медицинские формирования и учреждения, а также используемых все существующие лечебно-профилактические учреждения.

Кроме этого, при стихийных бедствиях, крупных авариях и катастрофах могут быть массовые поражения людей, и медицинские работники не смогут своевременно оказать необходимую помощь в таких ситуациях важной будет помощь пострадавшим подготовленным населениям.

Организация экстренной медицинской помощи пострадавшим в ЧС тесно связана с разностью развития процессов в районе бедствия. Так, в период фазы изоляции, длящейся от нескольких минут до нескольких часов, первая медицинская помощь может оказываться только самими пострадавшими в порядке само- и взаимопомощи. В этот период само- и взаимопомощь не носит организованного характера, она оказывается стихийно по мере возможности, подготовленности населения и его обеспеченности средствами оказания помощи. Исходя из этого становится очевидным, что первостепенное значение для эффективной ликвидации медико-санитарных последствий ЧС имеет подготовка населения страны к адекватному поведению и оказанию первой медицинской помощи при катастрофах.

Использование пострадавшим населением при оказании первой медицинской помощи табельных медицинских средств, как правило, исключается. Следовательно, население надо обучать оказанию первой медицинской помощи подручными средствами. С прибытием в очаг катастрофы спасательных и медицинских сил, используя данные разведки, определяются основные направления сосредоточения усилий по оказанию первой медицинской и доврачебной помощи. Только прибывающие в очаг ЧС аварийно-спасательные формирования начинают оказание первой медицинской помощи с использованием табельных средств спасения пострадавших.

Состав и численность медицинских сил определяется характером и масштабами очага катастрофы, предполагаемыми санитарными потерями. Во всех случаях медицинские формирования и учреждения работают в очаге катастрофы в тесном взаимодействии с другими формированиями: поисково-спасательными, аварийно-техническими, противопожарными и др.

Одни из них разбирают завалы, тушат пожары, обеспечивая доступ к пораженным, а после оказания первой медицинской помощи выносят их к площадкам погрузки на транспорт, другие - проводят обеззараживание территории, санитарную обработку пораженных и т. д.

Таким образом, первая медицинская помощь - это комплекс простейших медицинских мероприятий, выполняемых на месте поражения или вблизи от него (в очаге) в порядке само- и взаимопомощи, личным составом аварийно-спасательных формирований с использованием подручных и (или) табельных медицинских средств с целью устранения дальнейшего воздействия поражающего фактора, спасения жизни пострадавшим, снижения и предупреждения развития тяжелых осложнений.

Оптимальным сроком оказания первой медицинской помощи является 30 минут после получения травмы. Вместе с тем, при некоторых состояниях (остановка дыхания, профузное наружное кровотечение) это время значительно сокращается.

Конкретные мероприятия первой медицинской помощи зависят от поражающих факторов, действующих при катастрофе, и полученных людьми повреждений. Так, при катастрофах с преобладанием механических (динамических) поражающих факторов производят:

извлечение пострадавших из-под завалов разрушенных убежищ, укрытий;

восстановление проходимости верхних дыхательных путей (удаление из полости рта инородных предметов - выбитых зубов, сгустков крови, комков земли и др.), искусственную вентиляцию легких методом «изо рта в рот» или «изо рта в нос» и др.;

придание физиологически выгодного положения пораженному;

временную остановку наружного кровотечения всеми доступными методами (давящей повязкой, пальцевым прижатием сосуда на протяжении, наложением жгута и т. п.);

непрямой, закрытый массаж сердца;

наложение повязок на раневые и ожоговые поверхности; иммобилизацию конечностей при переломах, обширных ожогах и размозжениях мягких тканей;

фиксацию туловища к доске или щиту при травмах позвоночника;

дачу обильного теплого питья (при отсутствии рвоты и данных за травму органов брюшной полости) с добавлением 1/2 ч. л. соды и соли на 1 литр жидкости, алкоголя;

согревание пострадавшего.

В очагах поражения с преобладанием термической травмы в дополнение к перечисленным мероприятиям проводятся:

тушение горящей одежды;

укутывание пострадавшего чистой простыней.

При катастрофах с выбросом в окружающую среду сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ) в порядке первой медицинской помощи осуществляется:

защита органов дыхания, зрения и кожи от непосредственного воздействия на них СДЯВ, путем применения средств индивидуальной защиты, ватно-марлевых повязок, укрыванием лица влажной марлей, платком, полотенцем и т. д.;

скорейший вынос пораженного из зоны отравления;

при попадании СДЯВ в желудок - обильное питье с целью промывания желудка «ресторанным» способом, дача молока, адсорбентов;

частичная санитарная обработка открытых частей тела проточной водой с мылом, 2% раствором соды;

частичная дегазация одежды и обуви.

При авариях на атомных реакторах в районе бедствия кроме того выполняются:

йодная профилактика;

прием радиопротекторов;

частичная дезактивация одежды и обуви;

эвакуация населения с мест заражения и оказание им в ходе эвакуации первой медицинской помощи.

При массовых инфекционных заболеваниях в очагах бактериологического (биологического) заражения первая медицинская помощь включает:

использование подручных и (или) табельных средств индивидуальной защиты;

активное выявление и изоляцию температурящих больных, подозрительных на инфекционное заболевание;

применение средств экстренной профилактики;

проведение частичной или полной санитарной обработки.

При массовых вспышках пищевых отравлений, инфекционных заболеваний, авариях на атомных реакторах и других катастрофах величина потерь зависит от своевременного оповещения населения о случившемся. При этом широко используются средства массовой информации.

Из вышеперечисленного можно заключить, что первая медицинская помощь пораженным оказывается посиндромно, исходя из характера, тяжести и локализации повреждений.

По мере прибытия в зону катастроф медицинских сил и средств, объем экстренной медицинской помощи расширяется. Перечень планируемых медицинских манипуляций зависит от уровня квалификации персонала медицинских формирований, прибывающих в зону катастрофы, их оснащенности медикаментами, портативной лечебно-диагностической аппаратурой и другим медицинским имуществом. При этом объем медицинской помощи пораженным может быть расширен до доврачебной, первой врачебной и квалифицированной медицинской помощи.

Доврачебная помощь - комплекс медицинских манипуляций, осуществляемых медицинским персоналом (медицинская сестра, фельдшер) с использованием табельных медицинских средств. Она направлена на спасение жизни пораженному и предупреждение развития осложнений.

В дополнение к мероприятиям, проводимым в порядке первой медицинской помощи, объем доврачебной помощи по показаниям включает:

введение S-образной трубки - воздуховода, искусственную вентиляцию легких с помощью аппарата типа «АМБУ»;

надевание противогаза (ватно-марлевой повязки, респиратора) на пораженного при нахождении его на зараженной местности;

контроль сердечно-сосудистой деятельности (измерение АД, подсчет числа сердечных сокращений, определение напряжения и наполнения пульса) и функции органов дыхания (частота и глубина дыхания) у пораженного;

вливание инфузионных сред;

введение обезболивающих и сердечно-сосудистых препаратов;

введение и дачу внутрь антибиотиков, противовоспалительных препаратов;

введение и дачу седативных, противосудорожных и противорвотных средств;

дачу сорбентов, антидотов и т. п.;

контроль правильности наложения жгутов, повязок, шин и, при необходимости, их исправление и дополнение с использованием табельных медицинских средств;

наложение асептических и окклюзионных повязок.

Оптимальный срок оказания доврачебной помощи - 1 час после травмы.

Первая медицинская и доврачебная помощь пораженным может оказываться вне развернутых медицинских пунктов. [ 24 ], [ 25 ]

Таким образом, приведенный выше перечень мероприятий (объем помощи) может изменяться в сторону расширения или уменьшения в зависимости от тех конкретных условий, которые возникают при различных катастрофах. Непременным остается одно: каждому специалисту нужно всегда стремиться оказать экстренную медицинскую помощь как можно раньше, более полно и наибольшему числу пострадавших. Именно это и будет определять в конечном итоге эффективность работы Службы медицины катастроф.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ


В результате проведенного анализа конструкций современных тепловозов, были выбраны основные направления для изменений направленных на усовершенствование конструкции базового локомотива.

Был разработан концептуальный проект магистрального пассажирского тепловоза для железных дорог Украины, имеющий усовершенствования экипажной части, силовой установки и тягового привода с точки зрения улучшения эксплуатационных характеристик.

Было предложено и обосновано применение тягового привода первого класса на базе асинхронных тяговых двигателей. Это позволило снизить габариты и массу тягового привода по сравнению с приводом на базе двигателей постоянного тока, а также сократить затраты на обслуживание и ремонт.

Разработана математическая модель тягового привода первого класса для определения его динамических показателей. Результаты цифрового моделирования также показали обоснованность применения асинхронных тяговых двигателей с точки зрения уменьшения динамических воздействий на путь и элементы тяговой передачи.

Также в работе было проведено экономическое обоснование эффективности производства нового тепловоза. Были рассмотрены вопросы охраны труда и гражданской обороны.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ


1.Тепловоз М62. М. «Транспорт», 1977

.Тепловоз 2ТЭ10Л. Степанов В.Р. и др. М. «Транспорт», 1970

.Тепловоз 2ТЭ116. Филонов С.П., Гибалов А.И., Быковский В.Е. и др. М. «Транспорт», 1985

.Тепловозы: механическое оборудование, устройство и ремонт. Пойда А.А., Хуторянский Н.М., Кононов В.Е. М. «Транспорт», 1988

.Тепловозы. Под ред. Панова Н.И. М. «Машиностроение», 1976

.Тепловозные двигатели внутреннего сгорания. Симсон А.Э., Хомич А.З., Куриц А.А. и др. М. «Транспорт», 1987

.Описание и инструкция по обслуживанию дизель-генератора ЗД100. М. «Транспорт», 1969

.Тяга поездов. Бабичков А.Н., Егорченко В.С. М., 1962

.Подвижной состав и основы тяги поездов. Борцов П.И., Валетов В.А., Кальперис П.И. и др. М. «Транспорт», 1983

.Правила тяговых расчетов для поездной работы М. «Транспорт», 1985

.Охлаждающие устройства тепловозов. Малинин, Черток и др. М., 1962

.Закон Украины «Про цивільну оборону України» от 03.02.1993 р.

13.Депутат А.П., Коваленко И.В., Мужик И.С. Гражданская оборона. Учебное пособие / Под ред. полковника В.С. Франчука. - Львов, Афиша, 2000-336с. ]

.Охрана труда на железнодорожном транспорте. Справочник М.: «Транспорт», 1990

15.ДСН В.2.5-28-2006 Природне і штучне освітлення // [Електронний ресурс]. - Режим доступу: #"justify">16.Северинов А.В. Методические рекомендации а выполнению расчетных работ в дипломных проектах раздел Охрана труда для студентов всех специальностей всех форм обучения. / А.В. Северенов, О.Н. Губарев; Харьковский национальный экономический университет. ХНЕУ, 2005г 62с.

17.Дизель-генератор 14ДГ. Технические условия ТУ 24.6.823-78.

19. Revue Generale des Chemins de Fer, 1997, N 3, p. 22 - 34;

.Railway Gazette International, 1998, N 4, p. 236 - 238; Modern Railways, 1997, N 586, p. 442 - 444

21. Железные дороги мира 1999 №3 с. 38-42

. www.railfaneurope.net

. Кодекс цивільного захисту України. ВРУ №5403-VI від 02.10.2012 р.

. Кулаков М.А. та інші Цивільна оборона: Навч. Посіб. для спец. Вищ. навч. закл. / За ред. проф. В. В. березуцького.-Х.: Факт, 2008. - 312с.

. Стеблюк М.І. Цивільна оботона: Підручник. -К.: Знання, 2006.- 487с.


Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ» Факультет (відд

Больше работ по теме:

КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]

Скачать реферат © 2018 | Пользовательское соглашение

Скачать      Реферат

ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ