- •Определение основных параметров
- •Построение внешних и регулировочных характеристик генератора
- •Расчет основных размеров и параметров тягового электродвигателя
- •Расчет и построение тяговой характеристики тепловоза по рабочим характеристикам тэд
- •Тормозные характеристики электрической передачи
- •Расчет нагрузочной характеристики двигателя по его электромеханическим характеристикам.
- •Расчет тяговых характеристик тепловоза и его к.П.Д.
- •II. Передача переменного тока.
- •Определение основных параметров.
- •Расчет параметров передачи.
- •Построение тягово-экономических характеристик тепловоза.
- •Часть II
- •3. Электровоз переменного тока
- •Построение тяговых характеристик электровоза
- •Построение тормозных характеристик электровоза
- •4. Расчет электровоза постоянного тока Исходные данные
-
Расчет основных размеров и параметров тягового электродвигателя
В курсовом проекте следует принять опорно-осевую подвеску тягового электродвигателя (рис. 1).
Рис. 1 Эскиз опорно-осевой подвески ТЭД
При опорно-осевом подвешивании ТЭД 1 опирается жёстко одной стороной на движущую ось колёсной пары 2 при помощи моторно-осевых подшипников; другой стороной опорным приливом 3 упруго через пружинную подвеску 4 на раму тележки 5. Крутящий момент тягового электродвигателя передаётся парой зубчатых колёс. Ведущая шестерня 6, напрессованная на конический хвостовик якоря тягового электродвигателя, находится в зацеплении с ведомым зубчатым колесом 7, напрессованным на ось 2 или ступицу колёсного центра. Кожух 8 состоит из двух разъёмных половин и крепится к тяговому электродвигателю.
При опорно-осевой подвеске тягового электродвигателя размеры его ограничиваются расстоянием между внутренними гранями бандажей колёсных пар и наименьшим расстоянием от корпуса двигателя до головки рельса - а. Чтобы увеличить габариты двигателя, размещают ось двигателя несколько выше оси колеса. Для тепловозных двигателей х = 2040 мм. Передаточное число целесообразно иметь, возможно, большим, так как при этом будет наибольшая частота вращения п при данной мощности Р, меньший вес и габариты двигателя.
Частота вращения якоря тягового электродвигателя в продолжительном режиме работы , об/мин, и расчетная скорость Vр, км/ч, связаны выражением:
об/мин ,
где - передаточное число тягового редуктора;
- диаметр бандажей колесной пары по кругу катания, мм.
Передаточное число редуктора:
где и - диаметры делительных окружностей большого и малого зубчатых колес;
и - собственно их числа зубьев.
Необходимо, чтобы . Величина
Рекомендуемое значение для грузовых тепловозов , принимаем = 5.
Мощность на валу ТЭД:
Выбрав , находят:
.
Номинальный момент определяют по формуле:
Модуль зацепления зубчатых колес тягового редуктора m = 1012 при . Примем m = 12.
Уточним величину , по принятому m:
.
Определяем централь (расстояние между вертикальными осями ведомого колеса и ведущей шестерни тягового редуктора), которая при обычно применяемой коррекции зацепления равна:
Централь должна быть увязана с диаметром якоря, мм:
Из нормализованного ряда диаметров якорей выбираем значение - для двигателей с изоляцией класса нагревостойкости H
Вписывание ТЭД в отпущенные под него габариты под тепловозом обеспечивается, если при опорно-осевой подвеске:
условие выполняется
Правильность принятого диаметра якоря проверяют по допустимой максимальной окружной скорости, м/с, соответствующей конструкционной скорости:
условие выполняется
об/мин
Высота (ширина) корпуса ТЭД, мм:
примем значение B = 700 мм.
Расстояние от корпуса ТЭД до головки рельса, мм:
Приведенный объем якоря, см3 :
где - длина сердечника якоря, см;
- коэффициент полюсного перекрытия;
- линейная нагрузка якоря током, А/см;
- расчетная магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл;
- частота вращения якоря тягового электродвигателя, об/мин;
- КПД тягового электродвигателя.
Для тепловозов ТЭД: ; А/см; Тл; .
Длина сердечника якоря, см:
Для тепловозных ТЭД
см,
условие выполняется.
В нашем случае МВт, рекомендуется принять число главных полюсов 2p = 4. Принимаю простую петлевую двухслойную обмотку якоря. В этом случае число параллельных ветвей обмотки 2a равно числу полюсов 2p, а ток параллельной ветви определяется по формуле:
условие выполняется
где - ток продолжительного режима тягового электродвигателя (определяется, исходя из принятой схемы соединения ТЭД при известном на выходе выпрямительной установки), А.
Число проводников обмотки якоря (предварительно):
Так как при двухслойной обмотке с каждой коллекторной пластины связаны два проводника обмотки якоря, то число коллекторных пластин (предварительно):
Число пазов якоря Z выбираем в соответствии с графиком (рис. 2). По условиям симметрии Z/p (число пазов на пару полюсов) должно быть числом целым, а для снижения амплитуды пульсаций магнитного потока в воздушном зазоре – нечетным. Принимаем Z = 42.
Рис. 2 Выбор числа пазов ТЭД
Число коллекторных пластин на паз:
должно быть целым (для тепловозов тяговых электродвигателей ).
Окончательно:
,
.
Линейная нагрузка (окончательно), А/см:
Тепловая напряженность тягового электродвигателя оценивается полным током паза , который должен удовлетворять условию:
для изоляции класса нагревостойкости H:
условие выполняется.
Основной магнитный поток тягового электродвигателя, Вб:
где - ЭДС ТЭД в продолжительном режиме, В;
- напряжение на зажимах ТЭД в продолжительном режиме (определяется, согласно схеме соединения ТЭД), находится по внешней характеристике генератора.
Магнитная характеристика (характеристика холостого хода). Пересчет универсальной магнитной характеристики ТЭД (рис. 3) в натуральные значения производится по формулам:
,
где - значение основного магнитного потока, %;
- значение основного магнитного потока, Вб;
- ток ТЭД, А;
- ток ТЭД в продолжительном режиме, А.
Рис. 3 Универсальная процентная магнитная характеристика тягового электродвигателя
Расчеты представлены в таблице 3.
Таблица 3 Магнитная характеристика тягового электродвигателя
|
|||||||
|
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
160 |
197 |
296 |
394 |
493 |
592 |
690 |
789 |
|
60 |
78 |
90 |
100 |
105 |
110 |
115 |
|
14 |
18 |
21 |
24 |
25 |
26 |
27 |
Скоростная характеристика. Определяют точку продолжительного режима, соответствующую , км/ч:
Задаваясь значениями , кратными 50 А, определяют соответствующие им значения скорости тепловоза по формулам, результаты приведены в таблице 4:
а) при полном возбуждении
б) при первой ступени ослабления возбуждения
.
Таблица 4 |
||||
,А |
750 |
600 |
450 |
350 |
12 |
16 |
25 |
37 |
|
17 |
24 |
37 |
54 |
Тяговая характеристика двигателя. Расчетная сила тяги при продолжительном режиме:
где - КПД тягового двигателя на ободе колеса в продолжительном режиме;
- КПД тягового двигателя в продолжительном режиме ().
Задаваясь значениями тока якоря двигателя, такими же, как и в случае определения скоростной характеристики, вычисляют соответствующие им значения силы тяги по формулам, результаты приведены в таблице 5:
а) при полном возбуждении
б) при первой ступени ослабления возбуждения
где - текущее значение тока якоря тягового двигателя, А.
Таблица 5 |
||||
, |
750 |
600 |
450 |
350 |
75 |
54 |
35 |
24 |
|
51 |
36 |
24 |
16 |
Характеристика КПД тягового электродвигателя. КПД ТЭД, отнесенный к ободу колеса в функции тока якоря, рассчитывают по эмпирической формуле:
Результаты расчетов сведены в таблице 6
Таблица 6 |
||||
750 |
600 |
450 |
350 |
|
0,79 |
0,84 |
0,89 |
0,92 |
По результатам расчетов строим графические зависимости: ; ;;.