Модернизация тягового привода электровоза ЕЛ-3
|
Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 9
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ, И РЕШЕНИЙ 11
2 ОПИСАНИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЯГОВОГО
ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЭЛЕКТРОВОЗА ЕЛ-3 23
2.1 Узкоколейный электровоз ЕЛ-3 23
2.2 Электрическая схема электровоза ЕЛ-3 25
3 ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И РАСЧЕТ ТЕХНИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЭЛЕКТРОВОЗА ЕЛ-3 32
3.1 Описание электродвигателя электровоза ЕЛ-3 32
3.2 Параметры двигателя и расчет технических характеристик 33
3.3 Механические характеристики машины ш = f (M) 35
3.4 Рабочие характеристики I, M ,ш, р ,1/ = f (P) 36
4 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ТЯГОВОГО ПРИВОДА
ЭЛЕКТРОВОЗА ЕЛ-3 39
4.1 Регулирование частоты вращения якоря тягового электродвигателя
электровоза ЕЛ-3 39
4.2 Разработка принципиальной схемы тягового привода электровоза
ЕЛ-3 40
4.3 Расчет энергетических характеристик тягового электродвигателя в
системе импульсного регулирования 42
5 ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ ДЛЯ МОДЕРНИЗАЦИИ
ЭЛЕКТРОВОЗА ЕЛ-3 45
5.1 Датчики 45
5.1.1 Датчики тока 45
5.1.2 Датчики скорости 46
5.1.3 Датчик напряжения 46
5.2 Импульсный преобразователь 47
5.3 Блоки с аппаратурой и сопротивления пускотормозные 48
5.4 Сопротивление пускотормозное КФ-38В1 У2 49
5.5 Блок преобразователей БП 500/1000 У2 50
6 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 52
6.1 Краткое описание 52
6.2 Анализ вредных и опасных производственных факторов 52
6.3 Выбор нормативных значений факторов рабочей среды и трудового
процесса 54
6.4 Охрана труда 59
6.5 Производственная санитария 61
6.6 Эргономика и производственная эстетика 64
6.7 Противопожарная безопасность 64
6.8 Экологическая безопасность 65
6.9 Обеспечение безопасности при угрозе чрезвычайных ситуаций 66
7 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ
МОДЕРНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОВОЗА ЕЛ-3 70
7.1 Определение себестоимости текущего ремонта в объеме ТР для
электровозов постоянного тока 70
7.1.1 Расчет затрат на оплату труда рабочих 71
7.1.2 Отчисления на социальные нужды 74
7.1.3 Затраты на материалы, расходуемые на текущий ремонт
электровозов 74
7.1.4 Расходы на амортизацию производственных основных средств ... 74
7.2 Расчет срока окупаемости затрат на модернизацию электровозов ... 76
7.3 Определение срока окупаемости инвестиционного проекта 76
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 80
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 82
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А 85
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 86
ПРИЛОЖЕНИЕ В 87
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 88
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 89
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 90
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 91
ПРИЛОЖЕНИЕ И 92
ПРИЛОЖЕНИЕ К 93
ПРИЛОЖЕНИЕ Л 94
ПРИЛОЖЕНИЕ М 95
ВВЕДЕНИЕ 9
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ, И РЕШЕНИЙ 11
2 ОПИСАНИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЯГОВОГО
ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЭЛЕКТРОВОЗА ЕЛ-3 23
2.1 Узкоколейный электровоз ЕЛ-3 23
2.2 Электрическая схема электровоза ЕЛ-3 25
3 ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И РАСЧЕТ ТЕХНИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЭЛЕКТРОВОЗА ЕЛ-3 32
3.1 Описание электродвигателя электровоза ЕЛ-3 32
3.2 Параметры двигателя и расчет технических характеристик 33
3.3 Механические характеристики машины ш = f (M) 35
3.4 Рабочие характеристики I, M ,ш, р ,1/ = f (P) 36
4 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ТЯГОВОГО ПРИВОДА
ЭЛЕКТРОВОЗА ЕЛ-3 39
4.1 Регулирование частоты вращения якоря тягового электродвигателя
электровоза ЕЛ-3 39
4.2 Разработка принципиальной схемы тягового привода электровоза
ЕЛ-3 40
4.3 Расчет энергетических характеристик тягового электродвигателя в
системе импульсного регулирования 42
5 ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ ДЛЯ МОДЕРНИЗАЦИИ
ЭЛЕКТРОВОЗА ЕЛ-3 45
5.1 Датчики 45
5.1.1 Датчики тока 45
5.1.2 Датчики скорости 46
5.1.3 Датчик напряжения 46
5.2 Импульсный преобразователь 47
5.3 Блоки с аппаратурой и сопротивления пускотормозные 48
5.4 Сопротивление пускотормозное КФ-38В1 У2 49
5.5 Блок преобразователей БП 500/1000 У2 50
6 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 52
6.1 Краткое описание 52
6.2 Анализ вредных и опасных производственных факторов 52
6.3 Выбор нормативных значений факторов рабочей среды и трудового
процесса 54
6.4 Охрана труда 59
6.5 Производственная санитария 61
6.6 Эргономика и производственная эстетика 64
6.7 Противопожарная безопасность 64
6.8 Экологическая безопасность 65
6.9 Обеспечение безопасности при угрозе чрезвычайных ситуаций 66
7 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ
МОДЕРНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОВОЗА ЕЛ-3 70
7.1 Определение себестоимости текущего ремонта в объеме ТР для
электровозов постоянного тока 70
7.1.1 Расчет затрат на оплату труда рабочих 71
7.1.2 Отчисления на социальные нужды 74
7.1.3 Затраты на материалы, расходуемые на текущий ремонт
электровозов 74
7.1.4 Расходы на амортизацию производственных основных средств ... 74
7.2 Расчет срока окупаемости затрат на модернизацию электровозов ... 76
7.3 Определение срока окупаемости инвестиционного проекта 76
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 80
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 82
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А 85
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 86
ПРИЛОЖЕНИЕ В 87
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 88
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 89
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 90
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 91
ПРИЛОЖЕНИЕ И 92
ПРИЛОЖЕНИЕ К 93
ПРИЛОЖЕНИЕ Л 94
ПРИЛОЖЕНИЕ М 95
Единственная в России железная дорога колеи 1000 мм построена для ПАО «Комбинат «Магнезит» и находится в окрестностях г. Сатка Челябинской области. Данная железная дорога выполняет только грузовые перевозки горных пород (исходного сырья для основного производства).
Протяжённость магистральных линий узкоколейной железной дороги составляет около 4 километров, но при этом развёрнутая длина путей достигает 20 км. Тяговый подвижной состав представлен десятью электровозами ЕЛ-3. Введены в эксплуатацию в 60-х годах прошлого века. Особенностью электровоза является питание от сети постоянного тока напряжением 600 В. Движение по узкоколейной железной дороге - круглогодичное, ежедневное и круглосуточное.
Технический уровень подвижного состава, путевых машин, погрузочно-разгрузочной техники промышленного железнодорожного транспорта не соответствует в полной мере современным технологическим и экологическим требованиям.
Уровень электрификации промышленного железнодорожного транспорта почти в 3 раза уступает достигнутому на железных дорогах общего пользования. Оснащенность промышленного транспорта средствами и системами автоматизации и информатики осталась на уровне 1980 года [1].
Альтернативой является автомобильный транспорт, но для перевода производства на автоперевозки потребуется остановить дробильно-обогатительную фабрику для реконструкции разгрузочных бункеров и дорог. Затраты на дизельное топливо превышают затраты на электроэнергию для железных дорог, что является немаловажным преимуществом электровозов.
Цель дипломного проекта состоит в улучшении тяговых свойств
промышленного электровоза постоянного тока ЕЛ-3 в условиях работы на железнодорожных путях ПАО «Комбинат «Магнезит» с использованием
современных полупроводниковых преобразователей с микропроцессорным управлением. лист
В настоящее время проводится повсеместная модернизация тягового привода городского транспорта, имеющего близкие характеристики. Возьмем для проектирования системы импульсного регулирования тягового привода электровоза ЕЛ-3 разработки ООО «Канопус» г. Златоуст.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
1) выполнение расчета характеристик двигателя и тягового расчета;
2) описание схемы электровоза и определение факторов, влияющих на реализацию максимальной силы тяги в условиях ограниченной скорости движения;
3) разработка способа модернизации для оптимизации тяговых характеристик электровоза;
4) анализ целесообразности модернизации электровоза ЕЛ-3 и расчет экономического эффекта.
Объектом дипломного проекта является электровоз ЕЛ-3, предметом дипломного проекта является тяговый привод электровоза ЕЛ-3.
Протяжённость магистральных линий узкоколейной железной дороги составляет около 4 километров, но при этом развёрнутая длина путей достигает 20 км. Тяговый подвижной состав представлен десятью электровозами ЕЛ-3. Введены в эксплуатацию в 60-х годах прошлого века. Особенностью электровоза является питание от сети постоянного тока напряжением 600 В. Движение по узкоколейной железной дороге - круглогодичное, ежедневное и круглосуточное.
Технический уровень подвижного состава, путевых машин, погрузочно-разгрузочной техники промышленного железнодорожного транспорта не соответствует в полной мере современным технологическим и экологическим требованиям.
Уровень электрификации промышленного железнодорожного транспорта почти в 3 раза уступает достигнутому на железных дорогах общего пользования. Оснащенность промышленного транспорта средствами и системами автоматизации и информатики осталась на уровне 1980 года [1].
Альтернативой является автомобильный транспорт, но для перевода производства на автоперевозки потребуется остановить дробильно-обогатительную фабрику для реконструкции разгрузочных бункеров и дорог. Затраты на дизельное топливо превышают затраты на электроэнергию для железных дорог, что является немаловажным преимуществом электровозов.
Цель дипломного проекта состоит в улучшении тяговых свойств
промышленного электровоза постоянного тока ЕЛ-3 в условиях работы на железнодорожных путях ПАО «Комбинат «Магнезит» с использованием
современных полупроводниковых преобразователей с микропроцессорным управлением. лист
В настоящее время проводится повсеместная модернизация тягового привода городского транспорта, имеющего близкие характеристики. Возьмем для проектирования системы импульсного регулирования тягового привода электровоза ЕЛ-3 разработки ООО «Канопус» г. Златоуст.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
1) выполнение расчета характеристик двигателя и тягового расчета;
2) описание схемы электровоза и определение факторов, влияющих на реализацию максимальной силы тяги в условиях ограниченной скорости движения;
3) разработка способа модернизации для оптимизации тяговых характеристик электровоза;
4) анализ целесообразности модернизации электровоза ЕЛ-3 и расчет экономического эффекта.
Объектом дипломного проекта является электровоз ЕЛ-3, предметом дипломного проекта является тяговый привод электровоза ЕЛ-3.
Производство новых узкоколейных промышленных электровозов в настоящее время осуществляется всего на одном заводе в мире и стоимость одного опытного образца электровоза ПЭУ4А в 2010 году составляла 48 734 тыс. рублей. В данном дипломном проекте будет предложен вариант модернизации электровоза ЕЛ-3, используемого на железнодорожных путях ПАО «Комбинат «Магнезит» с шириной колеи 1000 мм, и экономический эффект будет представлен в сравнении со стоимостью нового электровоза.
Анализ отказов промышленного железнодорожного транспорта ПАО «Комбинат «Магнезит» показал, что их большая часть приходится на электрическую аппаратуру: неисправность контроллера машиниста и цепей управления, короткое замыкание в цепях проводов и другое. При других видах отказов электровоз практически всегда может продолжить движение до ремонтного депо, а в случае отказа электрического оборудования - движение невозможно.
Во втором разделе проекта подробно рассмотрены конструкции основных узлов узкоколейного электровоза ЕЛ-3, дается подробное разъяснение принципа работы силовых электрических цепей, приведена упрощенная электрическая схема.
В третьем разделе рассмотрен принцип действия и конструкция тягового двигателя постоянного тока, произведен расчет его механических и рабочих характеристик.
После построения и изучения характеристик определено, что двигатель последовательного возбуждения имеет удобную для транспортных установок механическую характеристику, когда с уменьшением частоты вращения растет момент. В двигателях последовательного возбуждения ток возбуждения равен току якоря.
В четвертом разделе разработан вариант модернизации контроллера машиниста и цепей управления путем установки импульсных преобразователей и блоков с аппаратурой.
Данное решение позволило на выходе преобразователя стабилизировать ток и напряжение, подводимое к тяговым двигателям, независимо от напряжения в контактной сети. Что облегчило автоматизацию процессов пуска и электрического торможения, в результате чего улучшается использование тяговых и тормозных средств электроподвижного состава и ведет к экономии электроэнергии.
В шестом разделе рассмотрены основы безопасности жизнедеятельности и охраны труда при проведении работ по модернизации электровоза ЕЛ-3.
Технико-экономический анализ показал, что затраты на модернизацию электровозов перспективными подсистемами управления составят 7912,64 тыс. рублей со сроком окупаемости инвестиционного проекта с учетом экономии электроэнергии 5 лет, при условии, что стоимость одного электровоза составила в 2010 году 48734 тыс. рублей, считаю проведение этих работ целесообразным.
Анализ отказов промышленного железнодорожного транспорта ПАО «Комбинат «Магнезит» показал, что их большая часть приходится на электрическую аппаратуру: неисправность контроллера машиниста и цепей управления, короткое замыкание в цепях проводов и другое. При других видах отказов электровоз практически всегда может продолжить движение до ремонтного депо, а в случае отказа электрического оборудования - движение невозможно.
Во втором разделе проекта подробно рассмотрены конструкции основных узлов узкоколейного электровоза ЕЛ-3, дается подробное разъяснение принципа работы силовых электрических цепей, приведена упрощенная электрическая схема.
В третьем разделе рассмотрен принцип действия и конструкция тягового двигателя постоянного тока, произведен расчет его механических и рабочих характеристик.
После построения и изучения характеристик определено, что двигатель последовательного возбуждения имеет удобную для транспортных установок механическую характеристику, когда с уменьшением частоты вращения растет момент. В двигателях последовательного возбуждения ток возбуждения равен току якоря.
В четвертом разделе разработан вариант модернизации контроллера машиниста и цепей управления путем установки импульсных преобразователей и блоков с аппаратурой.
Данное решение позволило на выходе преобразователя стабилизировать ток и напряжение, подводимое к тяговым двигателям, независимо от напряжения в контактной сети. Что облегчило автоматизацию процессов пуска и электрического торможения, в результате чего улучшается использование тяговых и тормозных средств электроподвижного состава и ведет к экономии электроэнергии.
В шестом разделе рассмотрены основы безопасности жизнедеятельности и охраны труда при проведении работ по модернизации электровоза ЕЛ-3.
Технико-экономический анализ показал, что затраты на модернизацию электровозов перспективными подсистемами управления составят 7912,64 тыс. рублей со сроком окупаемости инвестиционного проекта с учетом экономии электроэнергии 5 лет, при условии, что стоимость одного электровоза составила в 2010 году 48734 тыс. рублей, считаю проведение этих работ целесообразным.
