3618 ЭИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Локомотивы»

Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине

«ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ», раздел «Принципы проектирования подвижного состава»

для студентов специальности 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог» специализации «Локомотивы» очной и заочной форм обучения

Составители: Д.Я. Носырев С.Г. Фролов А.Д. Росляков Ю.С. Стришин

В.С. Целиковская

САМАРА

2014

1

УДК 629.42.07

Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Подвижной состав железных дорог», раздел «Принципы проектирования подвижного состава» для студентов специальности 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог» специализации «Локомотивы» очной и заочной форм обучения / составители : Д.Я. Носырев, С.Г. Фролов, А.Д. Росляков, Ю.С. Стришин, В.С. Целиковская. – Самара : СамГУПС, 2014. – 22 с.

В настоящих методических указаниях изложены методы расчетов основных параметров, характеристик, статической развески тепловоза.

Методические указания могут быть полезны студентам при выполнении курсовой работы, отдельных разделов дипломного проекта и в практике работы сотрудников УНИР, а также при проведении занятий на полигоне университета и филиале кафедры.

Утверждены на заседании кафедры от 23.06.2014, протокол № 10. Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.

Составители: Дмитрий Яковлевич Носырев Сергей Геннадиевич Фролов Алексей Дмитриевич Росляков Юрий Сергеевич Стришин Валентина Семеновна Целиковская

Рецензенты: д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Вагоны» СамГУПС А.Н. Балалаев; д.т.н., профессор кафедры «Теплотехника и тепловые двигатели» СГАУ В.В. Бирюк

Под редакцией составителей

Подписано к печати 29.10.2015. Формат 60х90 1/16. Усл. печ. л. 1,38. Заказ 220.

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2014

2

ВВЕДЕНИЕ

Целью практических работ является изучение и практическое освоение методов проектирования элементов, сборочных единиц и систем подвижного состава. Для достижения цели необходимо решать задачи, направленные на разработку технической документации, на создание элементной базы подвижного состава, разработки типовых методов проектирования механических, гидравлических и пневматических систем, основ взаимозаменяемости, принципов, структуры и методов системного проектирования. Изучение дисциплины существенно влияет на развитие интеллекта и инженерной эрудиции, т. к. основывается на выделении и анализе причинно-следственных связей.

Для освоения дисциплины необходимы знания, приобретенные при изучении следующих дисциплин: инженерная графика; теоретическая механика; теория механизмов и машин; детали машин; метрология, стандартизация и сертификация.

Дисциплины, в которых будут востребованы знания, полученные при изучении данной дисциплины: основы технической диагностики; теория и конструкция локомотивов; электрические передачи локомотивов; теория локомотивной тяги; надежность, контроль и техническая диагностика локомотивов; автоматика и автоматизация локомотивов; электрические аппараты и схемы локомотивов; технология ремонта и техническое обслуживание локомотивов; эксплуатация локомотивов и локомотивное хозяйство; организация и планирование производства при ремонте локомотивов; основы управления предприятием.

Компетенции, формируемые в результате освоения дисциплины, следующие, т. е. студент должен

знать: основные задачи, причины и условия, определяющие необходимость проектирования; этапы и стадии проектирования; состав и основные принципы разработки проекта; особенности проектирования подвижного состава; основные принципы разработки компоновок сборочных единиц; основные технико-экономические показатели; жизненный цикл локомотивов, вагонов и электроподвижного состава; стратегии развития подвижного состава;

уметь: определять требования к конструкции подвижного состава; оценивать технико-экономические и удельные показатели подвижного состава; анализировать действующие и ранее разработанные проекты; выполнять исследования в области совершенствования действующих проектов; выполнять исследования на предпроектном этапе; разрабатывать техническое задание на проектирование нового и модернизацию действующего подвижного состава;

владеть: навыками разработки требований к конструкции подвижного состава, оценки технико-экономических и удельных показателе подвижного состава; правилами технической эксплуатации железных дорог; методиками проектирования подвижного состава; методами оценки эффективности принимаемых технологических решений при разработке в проектировании подвижного состава.

3

В соответствии с учебным планом студенты специальности 190300 «Подвижной состав железных дорог» изучают дисциплину «Принципы проектирования подвижного состава». Для лучшего усвоения лекционного материала студенты должны выполнить курсовую работу в виде разработки технического задания на проектирование автономного локомотива с определением его основных параметров и характеристик.

Студентам предстоит рассчитать определяющие параметры основных узлов и систем автономного локомотива на базе существующего прототипа с проведением статической развески оборудования.

Задания необходимо выполнять осмысленно, применяя расчетные формулы и тщательно продумывая выводы и результаты. Методические указания не избавляют студента от необходимости глубоко и внимательно самостоятельно изучить рассматриваемые вопросы, используя соответствующие рекомендуемые источники.

При выполнении заданий необходимо придерживаться следующих основных положений.

Пояснительная записка и графические материалы должны выполняться в соответствии с требованиями ГОСТ по Единой Системе Конструкторской Документации (ЕСКД) и Единой Системе Технической Документации (ЕСТД) и отраслевых стандартов.

Работа должна быть оформлена без ошибок, без сокращения слов и аббревиатур, кроме общепринятых.

Все расчеты необходимо сопровождать пояснениями. Расчетные формулы приводят в общем виде, с применением принятых буквенных обозначений, а затем следует привести расшифровку принятых условных обозначений с указанием единиц измерения; после чего отдельной строкой приводят вычисление искомой величины с подстановкой в формулу числовых значений известных величин. После вычисления должны быть единицы измерения искомой величины. Например:

касательная полезная мощность тепловоза, реализуемая на ободе колес при условии установившегося движения, определяется по формуле:

Nk = Ne*β*ηn,

где Ne – эффективная мощность дизеля, кВт;

β– коэффициент, учитывающий затрату мощности на обслуживание локомотива,

β= 0,95;

ηп – коэффициент полезного действия передачи.

N = 2000*0,95*0,86 = 1627,8 кВт.

При выборе расчетных величин и параметров, использовании таблиц, справочных материалов необходимо ссылаться на соответствующие источники.

4

Исходные данные на выполнение практических занятий должны соответствовать варианту задания. Вариант исходных данных определяется по последней цифре учебного шифра (номер студенческого билета), табл. 1.

* род службы: М – маневровый, Г – грузовой, П – пассажирский.

Характеристики и параметры тепловоза-прототипа могут быть использованы как справочный материал.

1. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Для локомотивов ГОСТ 2103-78 (посл. ред. 2007 г.) определены следующие стадии разработки конструкторской документации и этапы выполнения работ: техническое задание; техническое предложение; эскизный проект; технический проект; рабочая документация опытного образца (опытной партии), установочной серии, серийного или массового производства.

Техническое задание (ГОСТ 15.001-88 (посл. ред. 2006 г.)), разрабатываемое заказчиком или разработчиком, является исходным документом для проектирования локомотива. Оно устанавливает его наименование, область применения и составные части, показатели назначения (технические характеристики), технико-экономические требования, предъявляемые к разрабатываемой конструкции; необходимые стадии разработки конструкторской документации и ее состав, а также специальные требования к локомотиву.

5

В показатели назначения входят: род службы, мощность, осевая характеристика, длительная сила тяги на ободах колес, нагрузка от колесной пары на рельсы, конструкционная скорость и др.

Технические требования обусловливают следующее:

размеры конструируемого устройства (локомотив должен вписываться в габарит подвижного состава, обеспечивать движение по железнодорожному пути заданной колеи

ипрохождение кривой заданного минимального радиуса);

длина локомотива должна быть не более установленной нормы;

надежность (срок службы и средний параметр потока отказов должны соответствовать установленным заказчиком параметрам);

технологичность (относительная трудоемкость не более установленной величины, конструкция сборочных единиц и деталей должна иметь минимальную трудоемкость при обслуживании и ремонте);

уровень унификации и стандартизации (локомотива не менее 50 %, экипировочные узлы должны быть полностью унифицированы и др.);

безопасность (аварийно-предупредительная сигнализация должна выполняться по ГОСТ, на локомотиве должны быть устройства, обеспечивающие движение при давлении воздуха в магистральном трубопроводе не ниже 490 кПа, безопасность локомотивной бригады при ударе в автосцепку со скоростью соударения 20 км/ч и др.);

эстетические и эргономические показатели (удобство обслуживания, безопасность управления, гигиенические условия должны отвечать типовым требованиям; цветовое оформление и качество покрытия, уровень звука не должен превышать норм, указанных в ГОСТ 12.1.003 –83 (посл. ред. 2008 г.), а также санитарногигиенические условия работы).

Результаты проектирования проверяют на патентную чистоту конструкции локомотива и его отдельных узлов.

В задании также указывают ориентировочную экономическую эффективность, предельную цену и предлагаемую годовую потребность в локомотивах.

Разработке технического задания предшествуют научно-исследовательские и поисковые работы по изучению современных достижений отраслевой науки и техники, и патентной информации, что обеспечивает высокое качество задания и, следовательно, создание локомотива, наиболее полно удовлетворяющего требованиям потребителя.

Техническое предложение (ГОСТ 2.118-73 (посл. ред. 2007 г.)) – это документ, разрабатываемый заводом-изготовителем с целью уточнения показателей или выявления дополнительных технико-экономических характеристик локомотива, которые не были указаны в техническом задании. Выполняют технические предложения на основании анализа технического задания заказчика, предварительной конструкторской проработки возможных вариантов локомотива, сравнительной оценки решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей существующих локомотивов и патентных материалов. После согласования и утверждения в установленном порядке

6

техническое предложение является основанием для разработки эскизного и технического проекта.

Эскизный проект раскрывает принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы локомотива, а также содержит данные, определяющие его назначение, основные параметры и габаритные размеры (строительное очертание).

При разработке эскизного проекта необходимо:

выполнить конструктивную проработку нескольких вариантов локомотива в достаточном объеме для анализа и сопоставления;

изготовить и испытать физические модели и макеты;

оценить локомотив по соответствующим показателям стандартизации и унификации, эргономики и технической эстетики, техники безопасности, производственной санитарии и патентной чистоты;

проработать основные вопросы технологии и оценить технологичность;

составить технические требования на комплектующие изделия и материалы, разрабатываемые другими предприятиями.

Эскизный проект включает чертеж общего вида локомотива и пояснительную записку. После согласования и утверждения в установленном порядке эскизный проект служит основанием для разработки технического проекта или рабочей конструкторской документации.

Технический проект, выполняемый в соответствии с ГОСТ 2.120-73 (посл. ред. 2008 г.), дает полное представление о конструкции локомотива, его составных частях и сборочных единицах. Он может предусматривать разработку вариантов отдельных составных частей локомотива (тележек, кузова, тягового привода и др.) и оптимального варианта по результатам испытаний опытных образцов или моделей. Разработка технического проекта сопровождается выполнением работ, позволяющих убедиться в обеспечении предъявленных к локомотиву требований всех видов (технических, экономических, технологических, эстетических и других, установленных техническим заданием).

Технический проект включает чертежи общего вида, сборочных единиц, отдельных деталей (по необходимости) и пояснительную записку, в которую включают также разделы, поясняющие разработку вопросов, не предусмотренных эскизным проектом.

Разработка рабочей документации на изготовление опытного образца (опытной партии) осуществляется на основе утвержденного технического проекта. На этой стадии проектирования разрабатывают рабочие чертежи с уточнением конструкций узлов, деталей, с учетом технологии механической обработки и сборки; расчетов на прочность узлов, соединений и деталей; составляют ведомости унифицированных, стандартных и нормализованных деталей; формируют перечни необходимых материалов, комплектующих изделий, поставляемых смежными предприятиями. Оформляют

7

калькуляцию расходов и определяют полную себестоимость изготовления локомотива. Затем рассчитывают экономическую эффективность от внедрения в эксплуатацию нового локомотива.

Для отработки конструкции и систем нового локомотива изготовляют опытный образец, который подвергают заводским и эксплуатационным испытаниям. На основании материалов испытаний государственная межведомственная комиссия делает заключение о приемке опытного образца и вносит предложение о постройке опытной партии или организации серийного производства нового локомотива.

При проектировании новых и технико-экономическом анализе эксплуатируемых локомотивов часто используют такие показатели, как удельный показатель веса – отношение веса локомотива к его эффективной или касательной мощности; удельную мощность – отношение касательной мощности локомотива к весу поезда; коэффициент тяги – отношение действительной силы тяги к сцепному весу локомотива и др.

Основные параметры магистральных локомотивов зависят от веса и скоростей движения поездов, обеспечивающих минимальные годовые затраты на освоение заданного объема перевозок. При выборе основных параметров необходимо учитывать несущую способность пути и путевых сооружений, габарит подвижного состава, технический уровень развития локомотивостроения и смежных отраслей. Для реализации основных параметров следует широко использовать стандартизацию и размерные ряды локомотивов по видам тяги и назначению.

Локомотивы должны иметь не только наилучшие технико-экономические показатели, но и удовлетворять требованиям по технике безопасности и производственной санитарии, направленным на исключение преждевременного утомления и профессионального заболевания локомотивных бригад, на обеспечение высокой производительности труда и безопасности движения поездов.

Типовые требования по технике безопасности и производственной санитарии распространяются на проектируемые магистральные и маневровые тепловозы и электровозы, предназначенные для эксплуатации на сети железных дорог Российской Федерации. Эти требования, наряду с нормированием окраски экипажной части и оборудования, безопасности движения и обслуживания, микроклимата в кабине и кузове, уровня звука, освещенности приборов и помещений, установки санитарнобытовых устройств и других, в значительной степени влияют на конструкцию и компоновку локомотива, его составных частей и, в особенности, кабины машиниста.

К числу важнейших проблем, связанных с развитием железнодорожного транспорта, относится задача модернизации и совершенствования эксплуатируемых и своевременное создание и внедрение новых типов мощных надежных и экономичных локомотивов.

Локомотивостроение имеет следующие основные направления развития:

 увеличение мощности, приходящейся на одну ведущую ось, и мощности локомотива в целом;

8

улучшение тяговых и ходовых качеств и повышение скорости движения;

совершенствование тяговых энергетических установок и передач;

снижение удельного расхода топлива, масла, электроэнергии; совершенствование систем управления, автоматического регулирования, контроля, защиты;

совершенствование систем вспомогательного оборудования; снижение удельного расхода металла;

улучшение конструкции с целью снижения себестоимости постройки и снижения расходов на ремонт;

расширение до экономически оправданных пределов унификации и взаимозаменяемости деталей и узлов;

использование принципов модульности;

повышение надежности;

улучшение условий труда локомотивных бригад и т. д.

Улучшение тяговых и ходовых качеств и повышение скоростей движения связано

ссовершенствованием экипажной части локомотивов.

Внастоящее время прочно утвердился тележечный тип экипажной части на двух и более тележках, экипажная часть такого типа позволяет наращивать мощность и силу тяги, имеет больше возможностей по улучшению ходовых качеств локомотивов, уменьшать трудоемкость изготовления и ремонта путем унификации и агрегатной сборки узлов тележек.

Большим шагом в области магистрального тепловозостроения является использование колес диаметром 1250 мм вместо 1050 мм. Это позволяет повысить удельные нагрузки от колесной пары на рельсы, увеличить мощность и силу тяги, снимаемую с оси, применить опорно-рамное подвешивание тяговых двигателей как для пассажирских, так и для грузовых локомотивов, унифицировать экипажную часть тепловозов и электровозов.

Проектирование мощных грузовых тепловозов ведется с расчетом на осевую нагрузку 245÷264 кН. Для увеличения сцепного веса локомотива планируется использовать восьмиосные экипажные части.

Возрастут конструкционные скорости локомотивов: грузовых до 120 км/ч, пассажирских до 160÷200 км/ч. Для обеспечения высоких ходовых качеств при таких скоростях экипажная часть локомотива будет иметь мягкое рессорное подвешивание, упругую поперечную связь кузова с тележками, гидравлические и фрикционные гасители колебаний.

Применение совершенных систем обнаружения и автоматического прекращения буксования колесных пар, устройств для искусственного увеличения нагрузки от колеса на рельсы, наклонных тяг и низкоопущенных шкворней для передачи тяговых сил от тележек к кузову повысит тяговые качества локомотива.

9

Развитие энергетических установок локомотивов направлено на повышение их топливной экономичности и улучшение других эксплуатационных характеристик. Для тепловозных дизелей актуальным является создание и применение регулируемых турбокомпрессоров, а также согласование расходных характеристик со скоростными, а также условий работы дизелей по мощности.

Прогресс в развитии передач мощности характеризуется внедрением бесколлекторных тяговых электрических машин и силовой полупроводниковой техники (статических преобразователей переменного тока в постоянный и статических преобразователей частоты). В настоящее время серийно производятся магистральные тепловозы с электрической передачей переменно-постоянного тока. Изготавливают образцы локомотивов с электрической передачей переменного тока. Также намечается переход на бесколлекторные тяговые электродвигатели (асинхронные и вентильные).

Развитие систем управления, регулирования, контроля и защиты характеризуется широким внедрением малогабаритной бесконтактной (магнитной и полупроводниковой) аппаратуры с использованием блочных конструкций. Внедряются микропроцессорные системы автоматического централизованного контроля и диагностирования всех агрегатов и систем локомотива, а также системы автоматического управления движением поезда. Вспомогательное оборудование совершенствуется в направлении использования электропривода для вспомогательных машин и механизмов, применения централизованной системы воздухоснабжения и вентиляции с высокой степенью очистки воздуха, повышения эффективности систем автоматического регулирования теплового режима дизеля. Внедрение топливных систем с электронным управлением работой форсунок и топливных насосов.

Перспективным следует считать использование асинхронных частотноуправляемых электродвигателей для привода главных вентиляторов холодильника.

Увеличение секционной мощности тепловозов потребовало разработки принципиально новых систем охлаждения теплоносителей. Так, для охлаждения наддувочного воздуха дизелей разработан эффективный воздухо-воздушный холодильник, который впервые применен на тепловозе ТЭП75. Он позволяет значительно уменьшить массу охлаждающего устройства наддувочного воздуха.

Снижение удельного расхода металла обусловлено общим улучшением конструкции, применением более прочных легированных сталей, легких алюминиевых сплавов, пластмасс и других материалов.

Важнейшей задачей современного и перспективного локомотивостроения является задача улучшения условий труда локомотивных бригад. Решение этой проблемы связано с улучшением микроклимата в кабине машиниста, улучшением видимости пути и освещенности, рациональным расположением приборов на пульте управления, эстетическим оформлением рабочего места и другими факторами.

Для улучшения условий труда важным является уменьшение шума и вибрации. Уровень шума может быть понижен применением более совершенных силовых и

10