
- •Курсовой проект
- •Выполнил: студенты группы тлт-412
- •Содержание
- •Введение
- •1. Исходные данные
- •2. Определение параметров номинального режима работы тэд: силы тока iдн, магнитного потока фдн
- •6. Расчет ограничения силы тяги локомотива по сцеплению, то есть
- •- Колесная пара; 2- тяговый электродвигатель; 3- шестерня;4- большое зубчатое колесо
- •8. Определение основных технических параметров локомотива: значения силы тяги и скорости продолжительного и расчетного режимов, силы тяги при трогании.
- •Список использованных источников
6. Расчет ограничения силы тяги локомотива по сцеплению, то есть
зависимости FКСЦ = f(V)
В локомотивах образование движущей силы (силы тяги) происходит вследствие взаимодействия колесных пар с рельсами за счет вращающего момента, создаваемого тяговым двигателем. К колесной паре 1 (см. рисунок 1) приложен вращающий момент МК, который передается от двигателя 2 через зубчатый редуктор, состоящий из шестерни 3 и зубчатого колеса 4. Шестерня 3 закреплена на валу ТЭД, а зубчатое колесо 4 - на оси колесной пары.
Вращающий момент на колесной паре равен
,
Нм, (20)
где МД - момент на валу двигателя, Нм;
µ - передаточное число зубчатой передачи;
η3- коэффициент полезного действия зубчатой передачи.
Момент МК обычно представляют в виде пары сил F1 и F2 с плечом DК/2, одна из которых (F1) приложена к ободу колеса в точке касания с рельсом (точка А), а другая (F2) - к оси колесной пары. Поскольку силы F1 и F2, действующие на колесную пару, равны по величине и противоположно направлены, то они уравновешивают друг друга и не вызывают поступательного движения колес. В то же время, силы F1 и F2 могут создать вращение колеса. Подтверждением этого является следующий факт: колесные пары, вывешенные на домкратах над поверхностью рельса, при включении ТЭД начинают вращаться, однако движение локомотива отсутствует.
Очевидно, что поступательное движение колесной пары будет возможно в том случае, если скомпенсировать действие силы F1 какой-либо дополнительной силой и нарушить тем самым баланс сил F1 и F2. Подобная ситуация возникает, когда колесная пара контактирует с рельсом и прижата к нему силой тяжести GТ.
Рисунок 1 - Образование силы тяги
- Колесная пара; 2- тяговый электродвигатель; 3- шестерня;4- большое зубчатое колесо
Сила тяжести GТ, приходящаяся на одну ось локомотива, приложена к колесу и через точку контакта А действует на рельс. Реакция рельса на колесо GР по III закону Ньютона равна значению силы тяжести GТ по модулю и противоположна ей по направлению. Указанные силы, действующие на колесо в вертикальной плоскости, уравновешивают друг друга.
В горизонтальной плоскости к ободу колеса приложена сила F1, которая, как и сила тяжести GT, через точку контакта А действует на рельс (сила F1 направлена вдоль поверхности рельсов, поэтому в случае их ненадежного крепления имеет место явление, известное как "угон пути"). Реакция рельса FР по III закону Ньютона равна силе F1 no модулю и противоположна ей по направлению. Поэтому силы F1 и FР, действующие на колесо в точке А, уравновешивают друг друга. Сила F2 остается неуравновешенной, что вызывает качение колеса и его поступательное движение относительно рельса.
Следовательно, движущей силой (силой тяги) колесной пары является сила F2, развиваемая тяговым двигателем. Для удобства расчета ее значений, на практике в качестве силы тяги условились считать силу реакции рельса FР, равную по величине силам F1 и F2. При этом значения сил определяют, рассматривая равенство моментов
, (21)
из которого следует, что
,
Н. (22)
Данное уравнение было использовано при построении электротяговых характеристик локомотивов для расчета силы тяги ТЭД на ободе колеса FКД .
Поскольку сила FР действует по касательной к колесу, ее называют касательной силой тяги. Для локомотива в целом касательную силу тяги FК можно определить как
,
Н. (23)
Итак, касательная сила тяги - это сила реакции рельса на колесо, возникающая под действием внешнего вращающего момента и ограниченная силой сцепления колеса с рельсом.
При увеличении вращающего момента на колесе МК касательная сила тяги FР, равная силе тяги ТЭД FКД, возрастает вплоть до уровня, соответствующего силе сцепления FСЦ (зона I на рисунке 2). Дальнейшее повышение момента МК (зона II) приводит к нарушению условия качения колеса F1=FP. Сила F1 равная FКД, не уравновешивается силой FР, равной FСЦ. В результате происходит срыв сцепления и начинается боксование, то есть проскальзывание колеса относительно поверхности рельса, при котором частота вращения якоря ТЭД nд резко увеличивается.
-касательная сила тяги Fp;
- сила тяги, развиваемая ТЭД, FКД=F1;
-сила сцепления колеса с рельсом FСЦ.
Боксование приводит к интенсивному износу рабочих поверхностей колеса и рельса, разрушению вращающихся деталей якоря ТЭД под действием центробежных сил, возникновению кругового огня на коллекторе ТЭД и другим опасным явлениям. Чтобы не допускать их, установлены технические условия устойчивого движения локомотива, которые описываются неравенством
, (24)
где FKmax - максимально допустимая касательная сила тяги локомотива; ψ0 - потенциальный (максимальный) коэффициент сцепления; PСЦ - сцепной вес локомотива (вес, приходящийся на движущие колесные пары и участвующий в создании силы тяги);
,
кН (25)
где 2П - осевая нагрузка локомотива, 2П =23т.
,кН.
Неравенство (24) выражает основной закон локомотивной тяги: для обеспечения устойчивости управляемого движения локомотива окружные усилия на ободах движущих колес, создаваемые тяговыми двигателями, не должны превосходить силу сцепления колес с рельсами.
Коэффициент сцепления, а следовательно и сила сцепления, являются случайными величинами, на которые оказывают влияние многочисленные факторы: качество ремонта и содержания локомотивов, метеорологические условия поездки, текущее состояние пути и др.
Для локомотивов одной серии при одинаковой скорости движения разброс возможных значений коэффициента сцепления относительно его среднего значения достигает ±50%. Поэтому для обеспечения устойчивости локомотивов против боксования устанавливают так называемый расчетный коэффициент сцепления ψK, величина которого меньше потенциального ψ0. При этом сила тяги по сцеплению составляет
,
кН. (26)
Расчетный (нормативный) коэффициент сцепления локомотива ψK определяем экспериментальным путем и задаем так, чтобы обеспечить практически приемлемую надежность движения полновесных поездов (поездов расчетной массы) по тяжелым подъемам при плохих условиях сцепления.
Характеристики сцепления ψK=f(V) для магистральных электровозов определяются следующим образом
, (27)
Для построения тяговых характеристик локомотивов предварительно рассчитаваем силу тяги по сцеплению FКСЦ при различной скорости движения локомотива по формулам (25) - (27). Диапазон изменения скорости принимаем равными от 0-50 км/ч. Полученные значения заносим в таблицу 6.
Таблица 6
Сила тяги локомотива по сцеплению
V, км/ч |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
ψK |
0,34 |
0,296 |
0,285 |
0,278 |
0,273 |
0,268 |
0,264 |
0,256 |
0,255 |
0,252 |
0,248 |
FКСЦ, кН |
46,92 |
40,92 |
39,33 |
38,37 |
37,63 |
36,98 |
36,38 |
35,81 |
35,26 |
34,73 |
34,20 |
7. Построение токовой I=f(V) и тяговой FK=f(V) характеристик локомотива с ограничениями силы тока, касательной силы тяги и конструкционной скорости
Тяговые и токовые характеристики необходимы для расчетов движения поездов, перегрева обмоток тяговых электрических машин, расхода энергии локомотивами на перемещение поездов. Наиболее точно эти зависимости определяют экспериментальным путем, в процессе специальных испытаний локомотивов. Полученные графики FK=f(V) и I=f(V) официально регламентируют «Правилами тяговых расчетов для поездной работы».
На стадии проектирования локомотивов указанные зависимости FK=f(V) и I=f(V) можно построить по электротяговым характеристикам. Для этого необходимо пересчитать данные таблицы 5, а именно:
а) определить значения тока локомотива по величинам тока ТЭД:
- ток электровоза по формуле
,А
где РГР - число параллельных групп ТЭД, которое на ходовых позициях "П" составляет РГР =3 при nос=6
б) определить значения касательной силы тяги локомотива FК по величинам силы тяги ТЭД FКД используя уравнение (23).
Полученные результаты заносим в таблицу 7.
Таблица 7.
Рабочие характеристики локомотива
IЭ, А |
353,4 |
706,5 |
1059,9 |
1413 |
1766,4 |
2119,5 |
|
ПП α =1,00
|
FК, кН |
844,56 |
2410,86 |
4447,74 |
6748,2 |
8625 |
11206,98 |
V, км/ч |
93,5 |
65,45 |
53,2 |
46,75 |
43,63 |
42,22 |
|
ОП1, α1 = 0,6
|
FК, кН |
603,06 |
1856,1 |
3434,82 |
5301,96 |
7411,98 |
9833,88 |
V, км/ч |
130,89 |
85,0 |
68,89 |
59,5 |
53,21 |
48,12 |
|
ОП2, α1 = 0,35
|
FК, кН |
409,86 |
1326,18 |
2604,06 |
3683,22 |
5664,9 |
8676,06 |
V, км/ч |
192,5 |
119,0 |
90,9 |
77,0 |
69,63 |
54,54 |
Построение рабочих характеристик электровоза.
По данным таблицы 7 построить графики IЭ=f(V) и FK=f(V) при разных режимах ослабления возбуждения.
Нанести на график IЭ=f(V), полученный для режима ПП, точку, соответствующую номинальной (часовой) силе тока электровоза IЧ=РГРIДН. определить скорость часового режима VЧ, а далее - часовую силу тяги FKЧ по кривой FK=f(V) для режима ПП.
Рассчитать ток электровоза в продолжительном режиме работы
,
А,
где KВЕНТ - коэффициент вентиляции ТЭД, равный 0,85-0,95
По графику IЭ=f(V) для режима ПП определить скорость продолжительного режима VДЛ, а по кривой FK=f(V) - длительную силу тяги FКДЛ.
Рассчитать наибольший допустимый ток электровоза
,А,
и определить соответствующую ему силу тяги FКДОП; нанести ограничения тока IЭmax и силы тяги FКДОП на рабочие характеристики электровоза.
В поле тяговых характеристик построить ограничения конструкционной скорости локомотива VK и силы тяги по сцеплению FКСЦ (по таблице 8.1).
Полученные значения основных технических параметров локомотива заносим в таблицу 9.