10 Расчет и построение тяговой характеристики тепловоза по рабочим характеристикам тягового электродвигателя

При расчете и построении тяговой характеристики тепловоза по рабочим характеристикам тягового электродвигателя пользуемся графическим методом.

Задаемся значением скорости тепловоза, сносим точку скорости по горизонтали на скоростную характеристику, соответствующую режиму работы тягового электродвигателя (ПП, ОП1, ОП2), далее по вертикали сносим точку на соответствующую тяговую характеристику электродвигателя (ПП, ОП1, ОП2) и, проведя горизонтальную линию с осью ординат F_д, определяем соответствующую этой скорости силу тяги, развиваемую двигателем на ободе колеса. Касательную силу тяги тепловоза определяем, умножив F_д на число тяговых двигателей тепловоза

(78)

Расчёт сводим в таблицу 5.

Таблица 5  Расчет тяговой характеристики тепловоза

V,км/ч	0	26,3	32	43,5	51,2	45	79	92	103,5	95	120	140	160	175
Fд,кН	0	57,5	47	33,5	28,5	30	17	15	13	13	11	9	7,5	6,5
Fк,кН	0	345	282	201	171	180	102	90	78	78	66	54	45	39
ψ(к)	0,300	0,211	0,202	0,188	0,182	0,187	0,165	0,160	0,156	0,159	0,152	0,148	0,145	0,143
Fксц,кН	389,8	274,3	262,6	244,9	236,0	243,1	214,4	207,8	203,0	206,5	197,5	192,2	188,1	185,5
Nк,кН	0,0	2516,6	2506,7	2428,8	2430,2	2250,0	2238,3	2300,0	2243,4	2058,3	2200,0	2100,0	2000,0	1895,8

На график тяговой характеристики тепловоза наносим:

 кривую ограничения по сцеплению, рассчитываемую по формуле,

(79)

где _к  расчетный коэффициент по сцеплению:

(80)

 линию ограничения силы тяги по максимальному току тягового генератора (по условию коммутации тяговых электрических машин), соответствующую V_ок и определяемую по токовой регулировочной характеристике как скорость, при которой I_г = I_гmax;

 линию продолжительного режима (ограничение по нагреву электрических машин), соответствующую F_к=F_кр;

 линию ограничения тяговой характеристики по конструкционной скорости v = v_max.

На этом же планшете для каждого из режимов наносим кривые мощности тепловоза в функции скорости. Расчет ведем по формуле

(81)

На рисунке 9 представлена тяговая характеристика тепловоза и зависимость N_к=f(V).

Рисунок 9  Тяговая характеристика тепловоза и зависимость N_к=f(V)

11 Тормозные характеристики электрической передачи мощности тепловоза

При переводе тяговых электродвигателей в тормозной режим они отключаются от тягового генератора, их якорные обмотки присоединяются к тормозным резисторам, а обмотки возбуждения к источнику питания.

Тяговый электродвигатель в тормозном режиме, также как и в тяговом, имеет ряд ограничений, которыми определяются пределы регулирования тормозной силы, поэтому тормозные характеристики разделяют на два вида: предельные (ограничивающие) и регулировочные (частичные).

Предельные характеристики определяются некоторыми максимально допустимыми параметрами электрического торможения, к которым относятся:

 максимальный ток возбуждения тягового двигателя, допустимый по условиям нагревания катушек главных полюсов;

 максимальный тормозной ток, ограничиваемый нагреванием обмотки якоря тягового электродвигателя и тормозных резисторов;

 максимальная тормозная сила по условиям сцепления колес с рельсами;

 максимальное значение реактивной ЭДС в секции обмотки якоря.

В курсовой работе необходимо определить предельные характеристики электрического тормоза тепловоза по первым трем параметрам. Максимальный ток возбуждения и максимальный тормозной ток (максимальный ток якоря) принимаются равными току продолжительного режима тягового электродвигателя. Поэтому сила торможения будет равна силе тяги продолжительного режима

(82)

Максимальная тормозная мощность может быть получена при условии

(83)

Тогда,

Тогда линия ОА (рисунок 10) опишется уравнением

(84)

Линия АС, представляющая собой гиперболу, во всех точках которой тормозная мощность (произведение тормозной силы и скорости) постоянна, описывается уравнением

(85)

Тормозная мощность, кВт

(86)

Таким образом,

Мощность системы электрического торможения на выводах тяговых электродвигателей

(87)

где _дт  КПД тягового электродвигателя в тормозном режиме, _дт= 0,89 [1].

Тогда

Напряжение на сопротивлении тормозного резистора, В

(88)

где I_а = I_дн  ток якоря в тормозном режиме при постоянной тормозной мощности.

Эквивалентное тормозное сопротивление, Ом

(89)

Подставляя численные значения, получим

Кривая ограничения тормозной силы по сцеплению при электрическом торможении рассчитываем по формуле

(90)

где _к  расчетный коэффициент сцепления при торможении:

(91)

Рисунок 10  Области тормозных режимов тепловоза

При разработке схемы системы электрического торможения необходимо выполнять следующие требования: минимальные изменения в схеме электрической передаче мощности, использование серийного тепловозного оборудования, простоту схемы и минимальное количество коммутационной аппаратуры, стабильность и устойчивость тормозных характеристик.

Якорь каждого тягового электродвигателя включается на отдельный тормозной резистор. В качестве возбудителя используется тяговый синхронный генератор СГ, к которому через выпрямительную установку ВУ со стороны постоянного тока подсоединяются обмотки возбуждения тяговых электродвигателей, соединенных последовательно. Так как цепь обмоток возбуждения имеет малое сопротивление, то для устойчивой работы тягового синхронного генератора цепь обмоток возбуждения включаются балластные резисторы. Кроме того, балластные резисторы снижают постоянную времени цепи, что повышает устойчивость систем регулирования скорости движения и тормозной силы при электрическом торможении. Для охлаждения тормозных резисторов используются два вентилятора с электродвигателями последовательного возбуждения. Электродвигатели получают питание от цепи тормозных резисторов. Каждый двигатель включен на часть тормозного резистора, секции этих резисторов включены параллельно с уравнительными соединениями для выравнивания токов в тормозных резисторах.

Перевод передачи мощности из тягового режима в тормозной осуществляется тормозным переключателем ТП в обесточенном состоянии. Питание обмотки возбуждения тягового синхронного генератора происходит от возбудителя СВ через управляемый выпрямитель УВВ.

На рисунке 11 представлена принципиальная схема силовой цепи системы электрического торможения тепловозов с передачей переменнопостоянного тока.

12 Расчет весовых и технико-экономических показателей проектируемых машин

Масса (вес) электрической машины постоянного тока ориентировочно определяется по следующей формуле:

92)

где К_m  коэффициент пропорциональности, принимаем для тягового электродвигателя К_m = 10.

Подставляя численные данные, получаем

_{Удельная масса электрической машины постоянного тока определяется по следующим формулам:}

(93)

(94)

Подставляя численные значения, получаем:

Литература

Проектирование и расчёт электрической передачи. Методическое пособие. Гомель: БелГУТ, 2002.

Филонов С. П., Гибалов А. И., Черноусов И. А. и др. Тепловоз 2ТЭ116. Учебник для ВУЗов ж. д. транспорта./Под ред. Филонова С. П. М.: Транспорт, 1977, 320с.

Луков Н. М., Стрекопытов В. В., Рудая К. И. Передачи мощности тепловозов. Учебник для ВУЗов ж. д. транспорта./Под ред. Лукова Н. М. М.: Транспорт, 1987, 279с.

Рисунок 11  Принципиальная схема силовой цепи системы электрического торможения тепловоза