2.4. Выбор оборудования системы передачи мощности
Итак, мощность от первичного источника к колесной паре тепловоза последовательно передается по цепи дизель, тяговый генератор, выпрямитель, инвертор, тяговый двигатель, тяговая передача. Поэтому, выбор оборудования системы передачи мощности сводится к выбору перечисленных узлов исходя из величины необходимой для тяги касательной мощности тепловоза.
Касательная мощность локомотива определяется по формуле
;
где Fk – касательная сила тяги; Vр – скорость локомотива.
Для грузового локомотива касательная мощность рассчитывается исходя из продолжительного режима работы тяговых двигателей на расчетном подъеме при заданной массе состава.
Расчетная скорость грузового локомотива определяется из соотношения
;
где Vконстр − конструкционная скорость локомотива, км/ч.
Касательная мощность пассажирского локомотива определяется исходя из возможности обеспечения движения поезда заданной массы по горизонтальному участку пути с конструкционной скоростью.
Касательная сила тяги грузовых и пассажирских локомотивов определяется согласно методике приведенной в п. 3.1.
Для дизель-поездов касательную мощность оценивают из касательной силы тяги, необходимой при трогании поезда с места с заданным ускорением движения, т.е.
;
где mn
− масса дизель-поезда, т;
− удельное сопротивление при трогании
дизель-поезда, кН/м; q0
− нагрузка на ось дизель-поезда, кН; i
− уклон остановочной площадки, ‰; a
− допустимое ускорение дизель-поезда,
м/с2.
Для современных дизель-поездов рекомендуемое ускорение составляет 0,6÷0,8 м/с2, максимально допустимый уклон остановочной площадки – 2‰.
2.4.1. Выбор дизеля
Дизель выбирается из унифицированного мощностного ряда одного из производителей (табл. 2.1), в соответствии со значением эффективной мощности
;
где Nk − касательная мощность локомотива, кВт; mД − количество дизелей локомотива; п=гвинвТЭДз − к.п.д. передачи мощности локомотива; г=0,93…0,96 – к.п.д. тягового генератора; в=0,99 – к.п.д. выпрямительной установки; инв=0,97…0,98 – к.п.д. автономного инвертора; ТЭД=0,92…0,94 – к.п.д. тягового двигателя; з=0,98…0,985 – к.п.д. зубчатой передачи; =0,88…0,92 − коэффициент, учитывающий расход мощности локомотива ан собственные нужды.
Таблица 2.1
Тепловозные дизели унифицированных мощностных рядов различных производителей
Обозначение |
Д80 |
Д49 |
CAT 3600 |
7FDL |
7HDL |
EMD645 |
Производитель |
Завод им. Малышева |
Коломен- ский завод |
Caterpillar |
General Electric |
General Electric |
General Motors |
Диапазон мощностей, кВт |
537-3000 |
1620-4770 |
1850-4920 |
1678-3356 |
1762-4698 |
1230-2908 |
Мощность на один цилиндр, кВт |
- |
220 |
308 |
210 |
294 |
153 |
Количество и расположение цилиндров |
4L, 6L, 8V, 10V, 12V, 16V |
8V, 12V, 16V, 20V |
6L, 8L, 12V, 16V |
8V, 12V, 16V |
6L, 8L, 9L, 12V, 16V |
8V, 12V, 16V, 20V |
Диаметр цилиндра, мм |
260 |
260 |
280 |
229 |
250 |
230,2 |
Ход поршня, мм |
270 |
260 |
300 |
267 |
320 |
254 |
Частота вращения, об/мин |
1000 |
1000 |
1000 |
1050 |
1050 |
900 |
Удельный расход топлива, кг/кВтч |
0,208 |
0,211 |
0,208 |
0,209 |
0,208 |
0,208 |
Обозначение |
EMD710 |
EMDH |
MTU/DDC 4000 |
VP 185 |
PA6B |
RK215 |
Производитель |
General Motors |
General Motors |
MTU |
Paxman |
Pielstick |
Ruston |
Диапазон мощностей, кВт |
1567-3578 |
3524-4698 |
1000-2000 |
2060-3090 |
4860-8100 |
1185-3160 |
Мощность на один цилиндр, кВт |
179 |
294 |
125 |
172 |
405 |
198 |
Количество и расположение цилиндров |
8V, 12V, 16V, 20V |
12V, 16V |
8V, 12V, 16V |
16V, 18V |
12V, 16V, 20V |
6L, 8V, 12V, 16V |
Диаметр цилиндра, мм |
230 |
265 |
165 |
185 |
280 |
215 |
Ход поршня, мм |
279 |
300 |
190 |
196 |
330 |
275 |
Частота вращения, об/мин |
900 |
1000 |
1800 |
1800 |
1050 |
1000 |
Удельный расход топлива, кг/кВтч |
0,204 |
0,209 |
0,211 |
0,214 |
0,198 |
0,198 |
2.4.2. Выбор тягового генератора и выпрямительной установки
Необходимая электрическая мощность тягового генератора определяется величиной эффективной мощности дизеля, затрат мощности на собственные нужды локомотива и коэффициентом полезного действия тягового генератора
;
По величине NГ используя данные табл. 2.2 и 2.3 выбирают тип тягового генератора и выпрямительной установки.
Таблица 2.2
Параметры тяговых генераторов тепловозов
Тип |
Род тока, возбуждение, вентиляция |
NГ, кВт |
U, В |
I, А |
n, об/мин |
ГС-501АУ |
переменный, независимое, принудительная |
2800 |
360/580 |
2400/1500 |
1000 |
ГС-501А |
то же |
2190 |
275/535 |
2440/1330 |
1000 |
ГС-501АТ |
то же |
1850 |
345/535 |
1700/1100 |
1000 |
ГС-504А |
то же |
2750 |
385/580 |
2270/1500 |
1000 |
ГС-515АУ2 |
то же |
1400 |
175/280 |
2500/1540 |
1000 |
Таблица 2.3
Параметры выпрямительных установок тепловозов
Тип |
Мощность, кВт |
Напряжение, В |
Ток, А. |
УКВТ-5 |
4200 |
750 |
5700 |
УКВТ-8, пар. |
2500 |
375 |
6800 |
УКВТ-8, посл. |
2500 |
750 |
3400 |
УКВТ-9А |
4300 |
800 |
5400 |
УКВТ-11 |
4412 |
1000 |
8000 |
УКВТ-12 |
1670 |
780 |
4400 |
2.4.3. Выбор тягового двигателя и инвертора напряжения
Мощность тяговых электрических двигателей определяется исходя из мощности тягового генератора и количества движущих осей
.
Исходя из величины NТД, по табл. 2.4 и 2.5 выбирают тяговый двигатель и инвертор напряжения. В табл. 2.4 также приведены и основные параметры тяговых двигателей необходимые для расчета режимов работы передачи мощности.
Таблица 2.4
Параметры асинхронных тяговых двигателей
Тип |
АД240 |
АД500 |
НБ-607 |
|
Мощность NТД, кВт |
240 |
500 |
900 |
|
Номинальная частота вращения nn, об/мин |
991 |
989 |
890 |
|
Максимальная частота вращения nmax, об/мин |
2800 |
2800 |
- |
|
Линейное напряжение Uл, В |
1150 |
1868 |
1300 |
|
Ток фазы Iф, А |
130 |
217,6 |
505 |
|
Частота питающего напряжения fn, Гц |
33,9 |
50 |
45 |
|
Частота ротора f2n, Гц |
0,846 |
0,549 |
0,548 |
|
Скольжение s |
0,025 |
0,0646 |
0,0122 |
|
Электромагнитный момент Мn, Нм |
2315 |
4835 |
9660 |
|
к.п.д. |
0,93 |
0,9 |
0,939 |
|
cos |
0,98 |
0,987 |
0,835 |
|
Число пар полюсов р |
2 |
3 |
3 |
|
Число витков фазы статора Wф |
96 |
96 |
36 |
|
Диаметр расточки статора, Ds, мм |
400 |
510 |
650 |
|
Расчетная длина статора, ls, мм |
300 |
230 |
465 |
|
Число пазов статора, Ns |
72 |
72 |
108 |
|
Ширина коронки зубца статора, bz, мм |
17,4 |
10,4 |
10 |
|
Рабочий зазор , мм |
1,5 |
1 |
2 |
|
Количество фаз m |
3 |
3 |
3 |
|
Активное сопротивление фазы статора Rs, Ом |
0,105 |
0,0677 |
0,023 |
|
Индуктивное сопротивление фазы статора Xs, Ом |
0,702 |
0,534 |
0,123 |
|
Активное приведенное сопротивление фазы ротора Rrp, Ом |
0,094 |
0,0645 |
0,021 |
|
Индуктивное приведенное сопротивление фазы ротора Xrp, Ом |
0,600 |
0,4332 |
0,017 |
|
Реактивное сопротивление контура намагничивания Xф, Ом |
3,12 |
3,5 |
3,46 |
|
Таблица 2.5
Параметры инверторов напряжения
Тип |
ASC 800 |
FR-A700 |
FR-V |
VC700 |
VC900 |
Производитель |
ABB |
Mitsubishi |
Mitsubishi |
Siemens |
Siemens |
Мощность, кВт |
500 |
630 |
250 |
710 |
900 |
Входное напряжение, В |
500 |
500 |
380 |
|
|
Выходное напряжение, В |
- |
|
- |
|
|
Выходная частота, Гц |
300 |
400 |
400 |
|
|
Принцип управления |
прямое управление моментом |
скалярное или векторное |
скалярное или векторное |
|
|