7 Определение передаточного числа тягового редуктора

На современных тепловозах применяется индивидуальный привод колёсных пар, при котором каждая движущая ось имеет свой отдельный тяговый электродвигатель.

Применяем опорно-рамный способ подвешивания тяговых электродвигателей, так как при этом оказывается меньшее динамическое воздействие на путь и на электродвигатели.

Передаточное отношение зубчатой передачи определяют из условия получения конструкционной скорости тепловоза при максимально возможной окружной скорости якоря электродвигателя,

(35)

где n_д  частота вращения якоря электродвигателя, об/мин;

n  частота вращения оси колёсной пары, об/мин;

V_{а max}  максимально допустимая окружная скорость якоря, м/с;

V_{a max} = 67 м/с [1];

D_a  диаметр якоря тягового электродвигателя, м; D_a= 500 мм [1].

Частота вращения якоря тягового электродвигателя в номинальном (продолжительном) режиме работы n_н, об/мин, и соответствующая ей скорость тепловоза V_р, км/ч, связаны соотношением

(36)

где D_к  диаметр бандажей колесной пары по кругу катания, мм;

  передаточное число тягового редуктора,

Предварительно полученное передаточное отношение. проверяем на возможность размещения зубчатой передачи.

Максимально возможное по условиям размещения передаточное число

(37)

где D_з d_з  диаметры делительных окружностей большого и малого зубча- тых колес, мм;

z_max и z_min  соответственно их числа зубьев.

Минимальное число зубьев малой шестерни

(38)

где d_{з min}  минимальный диаметр делительной окружности шестерни, мм;

m  модуль зубчатой передачи; мм.

Модуль зубчатой передачи m определяется из табл. 3, [1], в зависимости от величины номинального момента на валу электродвигателя.

Минимальный диаметр делительной окружности шестерни, мм

(39)ф

где D_{з max}  максимально возможмый диаметр делительной окружностибольшого зубчатого колеса, мм.

Номинальный момент определяем по расчетному значению силы тяги и предварительно полученному передаточному отношению тягового редуктора

(40)

Таким образом, m = 10 мм.

Максимально возможное число зубьев большого зубчатого колеса

(41)

Максимально возможный диаметр делительной окружности большого зубчатого колеса

D_{з max} = 2D_к  (h’ + h”), (42)

где h’  расстояние между нижней точкой кожуха зубчатой передачи и головкой рельса, мм; h’ = 125 мм;

h”  минимальное расстояние между делительной окружностью большого зубчатого колеса и нижней поверхностью кожуха; h” = 20 мм.

Тогда

D_{з max} = 1050 - 2(125 + 20) = 760 мм.

Таким образом,

Рисунок 5  Эскиз опорно-рамной подвески тягового электродвигателя

8 Определение основных размеров тягового электродвигателя

Централь передачи

(43)

где Z и z  подобранные ранее числа зубьев зубчатого колеса и шестерни соответственно.

Централь опорно-рамной подвески должна быть увязана с диаметром якоря электродвигателя, который предварительно определяют в мм по формуле

(44)

где К_я  коэффициент пропорциональности для с изоляцией класса F принимаем К_я = 600;

Р_дн  мощность электродвигателя в номинальном режиме работы;

(45)

Таким образом,

Максимально возможный диаметр якоря

(46)

где К_D  коэффициент пропорциональности принимаем К_D = 1,4 [1];

d_o  диаметр полого вала, d_o = 315 мм [2].

Выбираем нормализованную величину диаметра якоря, обеспечивающую минимальные отходы при штамповке листов железа якоря, а также вписывание двигателя в габариты. Принимаем D_a = 471 мм [1].

Правильность выбора диаметра якоря тягового двигателя проверяем по допустимой максимальной окружной скорости V _{a max}

(47)

где n_max  максимальное число оборотов тягового электродвигателя, соответствующее конструкционной скорости тепловоза, об/мин

(48)

Таким образом,

Ширина (диаметр) остова тягового электродвигателя связана с диаметром якоря соотношением

B = К_D D_а , (49)

Таким образом,

B = 1,4471,45 =660 мм.

Максимально возможная ширина (диаметр) остова ограничивается величиной централи передачи и необходимостью размещения оси полого вала.

Т. е.

(50)

Тогда

Высота остова обычно равна ширине и не должна быть больше

Н_max = 2D_к  (а - x), (51)

где а  расстояние от нижней части станины двигателя до головки рельса, мм; а = 120 мм [1];

x  превышение оси вала электродвигателя над осью колёсной пары, мм; x = 50мм [1];

Н _max = 1050  2  (120 - 50) =910 мм.

Приведенный объём якоря равен

(52)

где D_a  диаметр якоря генератора, м;

L_a  длина якоря, м;

_  расчётный коэффициент полюсного перекрытия, _ = 0,7 [1];

А  линейная нагрузка якоря, А = 450 А/см [1];

В_  магнитная индукция в воздушном зазоре, В_ = 1 Тл [1].

Таким образом,

Длина сердечника якоря, см

(53)

Таким образом,

Полюсное деление якоря, см

(54)

где р  число пар полюсов электродвигателя.

Тогда

Принимаем простую петлевую двухслойную обмотку. В этом случае число параллельных ветвей обмотки 2а = 2р, а ток параллельной ветви определится по формуле

(55)

Таким образом,

Число проводников обмотки якоря

(56)

Тогда

Число коллекторных пластин

(57)

Тогда

Найденное число коллекторных пластин проверяется по допустимому среднему напряжению между ними при максимальном напряжении на зажимах тягового электродвигателя

(58)

Таким образом,

Далее предварительно оцениваем диаметр коллектора, мм

D_кол = (0,8  0,85) D_a.. (59)

Таким образом,

D_кол = 0,8  471 = 377 мм.

Определяем коллекторное деление

(60)

Таким образом,

Число пазов якоря Z выбираем по графику (рисунок 7) [1]. По условиям симметрии Z/p должно быть числом целым, а для снижения амплитуды пульсаций магнитного потока в воздушном зазоре тягового электродвигателя  нечетным. Принимаем Z = 50.

Число коллекторных пластин на паз якоря электродвигателя

(61)

Таким образом,

Для тепловозных тяговых электродвигателей принимаем n_к = 4.

Число пазов уточняем проверкой объема тока по пазу

2n_ki_a  1800 A, (62)

Таким образом,

24170,65 = 1365 А.

После того как все вышеперечисленные условия были удовлетворены, определяем число проводников якоря окончательно

N = 2n_kZ, (63)

Тогда

N = 2 4  50 = 400.

Определяем принятое ранее значение линейной нагрузки якоря в А/см

(64)

Таким образом,

Основной магнитный поток тягового электродвигателя, Вб,

(65)

где Е_дн  ЭДС тягового электродвигателя в продолжительном режиме, В;

Е_дн = 0,96U_дн (66)

где U_дн  напряжение на зажимах тягового электродвигателя в продолжительном (номинальном) режиме.

Тогда

Е_дн = 0,96466,6 = 448 В.

Таким образом,

9 Расчет и построение характеристик тягового электродвигателя