24. Анализ динамического момента. Передаточное отношение привода.

25. Определение передаточного отношения для привода 1 класса

Определение передаточного отношения привода 1 класса

Рис. 4.1. Кинематическая схема зубчатого механизма и его план скоростей

В приводе с опорно-осевым подвешиванием редуктора система передачи может быть представлена в виде трехзвенного зубчатого механизма, состоящего из двух зубчатых колес 1, 2 и водила 3 (рис. 4.1). Это механизм является дифференциальным, т.к. имеется две степени подвижности. Роль водила выполняет корпус двигателя (в приводе 1 класса) или корпус редуктора (в приводе 2 класса).

Цель: Определить зависимость от различных параметров, т.к. зависит от угловой скорости якоря , то необходимо получить зависимость .

Из приведенного плана скоростей можно получить скорость точки А, т.е. скорость оси якоря (шестерни) относительно неподвижной точки О (оси колесной пары)

. (4.6)

где – угловая скорость редуктора (в приводе 1 класса – угловая скорость корпуса двигателя);

– радиус делительной окружности шестерни.

Скорость точки зацепления С относительно точки О определяется

. (4.7)

Угловая скорость шестерни (якоря) относительно точки О определяется выражением

. (4.8)

Введем понятие передаточного числа зубчатой передачи

. (4.9)

Разделив числитель и знаменатель на в формуле (4.8) получим следующее выражение

. (4.10)

Согласно формулы (4.3) передаточное отношение с учетом (4.10) определяется

. (4.11)

Подставив в поученную формулу выражение (4.4) получим

. (4.12)

С учетом формулы 4.12 выражение 4.5 примет следующий вид

, (4.13)

Вывод по формулам 4.12 и 4.13: Передаточное отношение такого механизма переменно и зависит не только от соотношения радиусов (передаточного числа), но и от отношения . – угловая скорость редуктора (в приводе 1 класса) определяется как первая производная по времени от угла поворота корпуса ТЭД относительно оси колесной пары. В приводе 1 класса динамический момент на валу якоря двигателя является функцией углового ускорения корпуса двигателя, которое зависит от скорости вертикального перемещения тележки и колесной пары, скорости галопирования тележки, скорости боковой качки тележки и колесной пары.

26. Возмущающие факторы, действующие на локомотив как на механическую систему. Режимы работы тяговой передачи.

Причины возникновения динамических нагрузок

На локомотив, как на механическую систему, действует боль­шое количество различных возмущающих факторов, которые вызывают динамические силы и моменты. Условно их можно разделить на внешние и внутренние. К внешним относятся факторы, природа которых не зависит от свойств локомотива. К внутренним - появление которых обусловлено свойствами локомотива. Кроме того, различают возмущения силовые, кинематические и параметрические. Внешние силовые возмущения возникают при из­менении сопротивления движению поезда (локомотива), кинема­тические - обусловлены непрямолинейностью пути в профиле, вызванной переломами профиля и возвышениями рельсов, а так­же местными дефектами верхнего строения пути, параметриче­ские - неравномерностью распределения диссипативных, инерци­онных и упругих свойств пути по его длине.

Внутренние силовые возмущения создаются электромагнитным моментом тягового двигателя и дисбалансом вращающихся час­тей. Внутренние кинематические возмущения возникают вследст­вие отклонения поверхности катания колеса от идеальной круго­вой и концентрической по отношению к геометрической оси колес­ной пары, а также вследствие кинематических погрешностей зуб­чатого зацепления и тяговых муфт. Параметрические возмуще­ния возникают в результате изменения радиальной жесткости муфты по заданной координате (меняется ориентация упругих элементов в пространстве при ее вращении), а также условий сцепления в контакте колеса с рельсом.

Указанные факторы, как правило, действуют одновременно при движении локомотива по пути. Однако так как локомотив и, в частности, тяговый привод представляет собой динамическую систему со многими степенями свободы, то результат воздействия каждого из указанных факторов проявляется по-разному.

Каждый из них вызывает вынужденные колебания динамиче­ской системы, зависящие от соотношения собственной частоты ко­лебаний системы и частоты действующего возмущения, амплиту­ды воздействия и диссипативных свойств системы.

Для того чтобы определить динамические нагрузки, характер их изменения, необходимо знать расчетные режимы работы ТП, соответствующие им возмущения, иметь механо - математическую модель тягового привода и методы ее исследования.

Режимы работы тяговой передачи

На ТП действует, прежде всего, нагрузка, создаваемая тя­говым моментом. Тяговый момент определяется режимом ведения поезда (пуск, переход с одной тяговой характеристики на другую) и скоростью, ме­няющейся при изменении сопротивления движению.

Поскольку нагрузка, связанная с реализацией силы тяги, является по­лезной, стремятся повысить ее до значения, предельного по сцеплению, на что и должна быть рассчитана передача.

Специфический режим работы передачи возникает при боксовании, т. е. срыве сцепления, его развитии и восстановлении. В процессе боксования возможны как апериодические, так и периодические динамические режимы, в том числе и с нагрузкой, превышающей предельную по сцеплению. Такой режим, как правило, возникает при пуске или на низких скоростях, когда тяговая характеристика двигателя позволяет развивать большие моменты. При неблагоприятном стечении обстоятельств этот режим может стать при­чиной повреждения передачи из-за высоких нагрузок.

Некоторые аварийные режимы в электрических цепях, как, например, круговой огонь на коллек­торе тягового двигателя при отсутствии эффективной быстродействующей защиты для гашения поля главных полюсов, также могут вызвать появле­ние больших динамических нагрузок в передаче, способных даже при одно­кратном возникновении привести к выходу ее из строя.

Перечисленные режимы работы передачи связаны с реализацией колес­ной парой функции движителя, в них двигатель выступает как источник си­ловых возмущений. В этом случае основным возмущающим фактором явля­ется электромагнитный момент. Вследствие того, что тяговая характеристика падающая, влияние этого фактора на общий уровень нагрузки с ростом скорости уменьшается. Вместе с тем существуют режимы нагружения, свя­занные с выполнением колесной парой функции движущейся опоры, которая требует отслеживания в пространстве некоторой траектории, отличной от прямой и определяемой в первую очередь неровностями пути в профиле и формой поверхности катания колеса. Эти возмущения могут вызывать динамические реакции независимо от того, раз­вивает двигатель электромагнитный момент или нет. Динамические процес­сы, вызванные ими при условии постоянства скорости движения, носят в основном стационарный (устойчивый во времени) характер, а с ростом ско­рости, как правило, проявляются в большей степени. В силу высоких ча­стот изменения динамических нагрузок повторяемость их значительна, и они могут стать главной причиной усталостных разрушений элементов пе­редачи.

Можно выделить ряд типичных режимов нагружения передачи, которые она должна выдерживать в эксплуатации и которые на стадии проектирования являются объектом расчетов:

• тяговый режим; нагрузка передачи может быть принята статической, максимальное ее значение определяется тяговой характеристикой локомоти­ва и условиями сцепления колес с рельсами;

• стационарный динамический режим нагружения при движении с постоян­ной скоростью, в первую очередь - максимальной, а также при так называе­мых резонансных скоростях; динамическая нагрузка при этих скоростях мо­жет быть большей, чем при максимальной;

• нестационарный динамический режим нагружения при боксовании;

• аварийный режим, например, при коротком замыкании на коллекторе тягового двигателя.

В последних трех режимах для определения нагрузок на элементы при­вода требуется применять методы теории колебаний, так как это динамиче­ские нагрузки. Нагрузки, связанные с реализацией стационарного тягового или тормозного момента, можно определить на основании законов статики.