3. Расчёт тяговой характеристики тепловоза

Расчет текущих значений тяговой характеристики тепловоза выполняется по формуле:

(3.1)

Для каждого значения скорости тепловоза по процентным регулировочным характеристикам (рис. 2.1.) находят соответствующие значения тока тягового генератора и КПД ЭП. Результаты вычислений сводят в табл. 3.1.

По данным табл. 3.1 строят тяговую характеристику F_K= f(V) (рис. 3.1.), на нее наносят:

кривую ограничения по сцеплению, рассчитываемую по формуле, кН:

F_К.СЦ = P_СЦ.ψ_К, (3.2)

где ψ_К – расчетный коэффициент сцепления,

. (3.3)

линию ограничения силы тяги по минимальному току ТГ (по условиям коммутации тяговых электрических машин), соответствующую скорости, км/ч,

; (3.4)

и определяемую по токовой регулировочной характеристике как скорость, при которой I_Г = I_Гmax;

линию продолжительного режима работы ТЭД (ограничение по нагреву), соответствующую,

F_K = F_P и V = V_Р; (3.5)

линию ограничения тяговой характеристики по конструкционной скорости при V = V_max.

Таблица 3.1

Расчет параметров тяговой характеристики тепловоза

Режим работы ЭП	Ток двигателя IД, A	Значения параметров по режимам работы ЭП
		VT, км/ч	I %	ηЭП	Fk, kH
ПП(β = 1)	IД min =530,4	54,9	74	0,85	146,3
	IДН =742,6	33,2	100	0,8	222,9
	IД max =1060,8	19,4	148,1	0,72	356,7
ОП1(β1 = 0,527 )	IД min =530,4	75,7	95,6	0,82	106,2
	IДН =573	45,7	100	0,8	161,8
	IД max =615,6	26,8	107,4	0,78	259
ОП2(β2 = 0,278 )	IД min =530,4	125	83,3	0,83	64,3
	IДН =636,5	75,5	100	0,8	97,9
	IД max =742,6	44,2	116,7	0,76	156,7

V

F_k

F_ксц

ПП

ОП1

ОП2

Рис. 3.1. Тяговая характеристика тепловоза с электропередачей

4.Определение основных параметров зубчатой передачи

В курсовой работе выбирается индивидуальное опорно-осевое или рамное подвешивание тяговых двигателей, при котором каждая колесная пара тепловоза через зубчатый редуктор связана с отдельным электродвигателем.

При опорно-осевом подвешивании размеры ТЭД ограничиваются расстоянием между внутренними гранями бандажей колесных пар (1440 мм) и наименьшим расстоянием от корпуса двигателя до головки рельса α (рис. 4.1.).

Чтобы увеличить расстояние а (габариты двигателя), ось ТЭД размещают несколько выше оси колесной пары.

Для тепловозных двигателей размер X (см. рис. 4.1.) выбирается в пределах 20-40 мм.

Частота вращения якоря ТЭД в продолжительном режиме n_Н, мин^-1, и соответствующая скорость тепловоза Vp, км/ч, связаны выражением:

; (4.1)

,

где i - передаточное отношение тягового редуктора;

D_K - диаметр бандажа колесной пары по кругу катания, мм.

Передаточное отношение тягового редуктора (ТР),

, (4.2)

где D₃, Z₃ и d₃, z₃ – диаметры делительных окружностей и число зубьев большого и малого зубчатых колес редуктора соответственно.

В формуле (4.2) необходимо i принимать как можно большим, так как при этом будут наибольшей частота вращения и наименьшим крутящий момент М_Н, а следовательно, наименьшие размеры и масса двигателя. Целесообразно принимать: i = 4,2-4,9 – для грузовых тепловозов с D_K =1050 мм; i = 4,7-5,3 с D_K =1250 мм.

Диаметр делительной окружности зубчатого колеса, мм,

D₃=D_K - 2(h' + h"); (4.3)

D₃=1050 - 2(120 + 20)=770.

Для локомотивных тяговых редукторов h' ≥ 120 мм; h"= 20-25 мм.

Предварительно величину d₃ определяют, задавшись i тягового редуктора, мм:

; (4.4)

.

Модуль зацепления m₃ зубчатых колес тягового редуктора выбирают в зависимости от момента на валу ТЭД в продолжительном режиме по следующим данным:

М_Н, Нм 1000 2000 4000 и более

m₃, мм 8-10 9-11 10-12.

Номинальный момент на валу ТЭД определяют по формуле, кН∙м:

, (4.5)

,

где η_ЗП = 0,985 – КПД тягового редуктора.

Значение передаточного числа i = Z₃/z₃ уточняют, при этом z₃ ≥ 15 и должны быть целыми , по возможности, взаимно простыми,

; ; (4.6)

; ;

.

Централь при обычно применяемой коррекции зацепления ТР (для зубчатого колеса ξ_K = 0, для шестерни ξ_K = + 0,5),

; (4.7)

;

должна быть согласована с диаметром якоря двигателя, мм,

; (4.8)

,

где k_Я – коэффициент Шенфера, для ТЭД с изоляцией класса B k_Я = 650-750 и для ТЭД с изоляцией F k_Я = 600-675.

Удовлетворительное вписывание ТЭД в заданные габариты под теплово­зом обеспечивается, если

D_Я ≤ 1,15 Ц. (4.9)

В найденном выше диапазоне возможных значений D_Я необходимо выбрать нормализованное значение, обеспечивающее штамповку листов железа якоря с минимальными отходами, а также вписывание двигателя в габарит подвижного состава.

Нормализованный ряд диаметров якорей: 245, 280, 327, 368, 423, 493, 560, 660, 740, 850, 990 мм. Принимаем D_Я = 493мм. Чем больше D_Я, тем значительнее воздействие центробежных сил на якорную обмотку, поэтому D_Я проверяют по максимальной окружной скорости якоря V_{Я max} при конструкционной скорости локомотива:

≤ (65-70) м/с; (4.10)

.

Высота (ширина) корпуса двигателя, мм,

; (4.11)

.

Расстояние от корпуса двигателя до головки рельса (см. рис. 4.1.), мм,

; (4.12)

.

Окончательно определяют частоту вращения якоря ТЭД в продолжительном режиме, мин^-1:

; (4.13)

.