Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Эдектрические передачи 2010.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
306.69 Кб
Скачать

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

  1. - 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.

Рисунок 2 - Зависимость касательной силы тяги FР от силы тяги ТЭД FКД и силы сцепления колеса с рельсом FСЦ

-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 - осевая нагрузка локомотива, =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

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.

  1. 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.

  2. 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.

  1. 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.

  1. 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.