Расчет тягового двигателя

Омский государственный университет путей сообщения ОмГУПС Электрические железные дороги Контрольная работа Вариант 12

Омск

1. Расчет электромеханических характеристик на валу ТД

2. Расчет электромеханических характеристик ТД на ободе колеса

3. Расчет тяговых характеристик при различных способах регулирования режима работы ТД

4. Расчет ограничения силы тяги электровоза по сцеплению

5. Анализ тяговых свойств электровоза

Тяговые свойства электровоза оцениваются его тяговыми характеристиками — зависимостями силы тяги от скорости движения FK (V), количество которых определяется комбинацией возможных способов регулирования режимов работы тяговых электродвигателей (ТД). Форма тяговой характеристики определяется видом электромеханических характеристик ТД на валу и на ободе колеса, который, в свою очередь, зависит от типа возбуждения, то есть от способа создания магнитного потока.

Целью курсовой работы являются расчет и построение тяговых характеристик электровоза постоянного или переменного тока и их анализ. В процессе выполнения первой ее части студент закрепляет знания о принципах регулирования скорости, движения электрического подвижного состава (ЭПС), полученные при изучении дисциплины «Электрические железные дороги» в 1-м семестре, уясняет органическую связь электромеханических характеристик с тяговыми, осмысливает ограничения области тяговых характеристик условиями сцепления колес с рельсами, а также конструктивной скоростью электровоза.

Во второй части работы студент должен выполнить анализ тяговых характеристик электровоза, оценить его тяговые возможности, научиться использовать тяговые характеристики для определения установившихся скоростей движения поездов различной массы на разных элементах профиля пути.

Для расчета используем исходные данные выбранные в соответствии с номером варианта :

род тока электровоза — переменный

тип тягового двигателя — НБ-412К

количество осей электровоза No = 6

масса, приходящаяся на одну ось электровоза mл. о = 22 т;

диаметр бандажа Dб = 1,25 м;

передаточное число зубчатой передачи м =3,905

коэффициенты регулирования возбуждения в1 = 0,71 и в2 =0,54 ;

расчетный подъем участка iр=8 ‰.

Технические характеристики двигателя НБ-412К :

Номинальная мощность на валу Рн = 755 кВт;

Номинальное напряжение Uн = 1600 В;

КПД = 0,934

Сопротивление всех обмоток Rд = 0,122 Ом;

Число пар полюсов ТД р = 3

Число пар параллельных ветвей обмотки якоря, а = 3

Число активных проводников обмотки якоря N = 1050

1. Расчет электромеханических характеристик на валу ТД

Определим номинальный ток ТД

(1.1)

где Рн — номинальная мощность ТД, кВт;

зд.н — коэффициент полезного действия (КПД) ТД в номинальном режиме.

А;

Постоянные коэффициенты ТД Сn и См по находят по формулам:

(1.2)

где р — числа пар полюсов двигателя

а — число пар параллельных ветвей

N — число активных проводников обмотки якоря

(1.3)

Зададимся рядом значений тока Iд в пределах 100 … 800 А через 100 А — для ТД НБ-412К и занесем значения токов в табл. 1.1 в числе которых должна быть величина Iд. н

Для каждого значения тока по магнитной характеристике соответствующего ТД найдем величины магнитного потока Ф и занесем их в табл. 1.1.

По формулам (1.1) и (1.2) рассчитать частоту вращения и вращающий момент при Uд. н и НВ (Iв = Iя) для всех принятых значений тока, в числе которых должна быть его номинальная величина Iд.н.

(1.4)

где n — частота вращения якоря, об/мин;

Iя — ток, потребляемый двигателем, А;

Ф — магнитный поток, Вб;

(1.5)

где М — вращающий момент на валу, Нм;

— коэффициент, учитывающий потери момента в ТД, определить по формуле

(1.6)

Посчитаем вращающий момент на валу

Таблица 1.1 — Электромеханические характеристики тягового двигателя

2. Расчет электромеханических характеристик ТД на ободе колеса

При наличии значений частоты вращения и вращающего момента, рассчитанных в разделе 1, определение величин V, км/ч и Fкд, кН удобнее производить по формулам:

(2.1)

где — Dк — диаметр движущего колеса по кругу катания, м;

м, — передаточное число зубчатой передачи;

(2.2)

где ззп — коэффициент, учитывающий потери в тяговой зубчатой передаче. В курсовой работе его величину можно принимать постоянной ззп = 0,98.

Определяем величины V и Fкд для тех же значений тока, что для n и М, результаты расчета заносим в столбцы 5 и 6 табл. 1.1.

CV и CFпостоянные, определяемые конструктивными параметрами ТД и колесно-моторного блока (КМБ);

(2.3)

(2.4)

где Dк — диаметр движущего колеса по кругу катания, м;

м, — передаточное число зубчатой передачи;

зF — коэффициент, учитывающий потери в КМБ, зF = 0,98.

Рассчитаем силу тяги электровоза:

а

б

Рисунок 1.1 — Электромеханические характеристики ТД последовательного возбуждения

а — линия зависимости W = n (I)

б — линия зависимости Y = M (I)

3. Расчет тяговых характеристик при различных способах регулирования режима работы ТД

тяговый двигатель электровоз ток

Рис 3.1 Упрощенная принципиальная электрическая схема электровоза переменного тока с двухосной тележкой.

Определим напряжение холостого хода Uд0(10) по (3.1) и величину эквивалентного сопротивления Zэ (10) по (3.2) для 10-й позиции.

Uд0(10) = Uд.н. + 0,1Uд.н. = 1,1Uд.н. (3.1)

В;

(3.2)

Ом;

Рассчитаем величины Uд0(1) по формуле (3.4) и Zэ (1) пo формуле (3.5) для 1-й позиции.

Uд (1) = Iд.н. (Rд + Zэ (1)) (3.3)

В;

Uд0(1) = Iд.н.Zэ (1) + Uд (1) (3.4)

В

(3.5)

Ом;

Определим приращение напряжения? U по (3.6), округлив до целых значений, и изменение эквивалентного сопротивления? Zэ по (3.7).

(3.6)

где Nп=10 — количество позиции.

В;

(3.7)

Ом;

Последовательно вычитая величины? U и? Zэ соответственно из Uд0(10) и Zэ (10) для десятой позиции, найти значения Uд0(i) по (3.8) и Z (i)по (3.9) каждой позиции регулирования и занести их в табл. 3.3.

(3.8)

(3.9)

Принимая те же значения токов двигателя Iд, что и при расчете электромеханических характеристик (см. табл. 1.1), определим скорости движения по (3.10), силу тяги электровоза рассчитать по (3.11), используя величины Fкд из табл. 1.1, а результаты расчета занести в табл. 3.1.

(3.10)

Силу тяги электровоза рассчитываем по следующей формуле:

Fк =Nд Fкд, (3.11)

где Nд — количество ТД.

Таблица 3.1 — Скорость движения и сила тяги электровоза переменного тока по позициям.

Расчет тяговых характеристик электровоза при ослаблении возбуждения ТД

Рис 3.2 Схема ослабления возбуждения

На отечественных электровозах предусмотрены две, три или четыре ступени ОВ. В курсовой работе рассчитываем, две тяговые характеристики с коэффициентами регулирования возбуждения в1 и в2 для 10-й позиции на электровозах переменного тока.

Определение скорости и силы тяги электровоза переменного тока — по формулам (3.10), (2.5) и (3.11) для Uд0(10) при Zэ (10). Расчет производят для принятых ранее значений тока двигателя (тока якоря), магнитный поток Ф находят с помощью магнитной характеристики ТД по току возбуждения Iв при заданных величинах в:

Iв = вIя = вIд. (3.12)

Результаты расчетов сводят в табл. 3.2

Таблица 3.2 — Скорость и сила тяги при ОВ

4. Расчет ограничения силы тяги электровоза по сцеплению

Максимальная сила тяги, кН, которую может развивать электровоз, ограничивается условиями сцепления колес с рельсами:

Fк. сц = mлgш = Nоmлоgш, (4.1)

где Nо — количество осей электровоза;

mло — масса электровоза, приходящаяся на одну ось, т;

mлмасса локомотива, т;

g = 9,81 — ускорение силы тяжести (ускорение свободного падения), м/с2;

ш — коэффициент сцепления.

Расчетную величину коэффициента сцепления для переменного тока

определяют по эмпирической формуле

(4.2)

Результаты, расчетов сводят в табл. 4.1.

Таблица 4.1 — Сила тяги по сцеплению

5. Анализ тяговых свойств электровоза Определение расчетной массы состава

Расчетную массу состава определяют из условия равномерного движения по расчетному подъему участка при номинальном напряжении и нормальном возбуждении ТД с максимальной по сцеплению силой тяги. Расчетным называют наибольший по крутизне и протяженности подъем на участке. Для этих условий равенство (5.1) записывают в развернутом виде:

Fкр =W=[mлg (щo' + ip) + mвg (щo'' + ip)]10−3, (5.1)

где Fкр — расчетная сила тяги, кН;

mл — масса электровоза, т;

gускорение свободного падения, м/с2;

щo' -удельное основное сопротивление движению электровоза, Н/кН;

ip — расчетный подъем, ‰;

mв — масса вагонов, т;

щo'' - удельное основное сопротивление движению вагонов, Н/кН.

Расчетная сила тяги определяется точкой пересечения тяговой характеристики при Uдн и НВ с кривой ограничения по сцеплению Fксц (V) (точка, А на рис. 5.1). Абсцисса точки, А является расчетной скоростью Vр,

(5.2)

Величины удельных сопротивлений рассчитываем по эмпирическим формулам при скорости Vр:

для электровозов всех серий

щo' = 1,9 + 0,01V + 0,0003V2; (5.3)

для грузовых четырехосных вагонов на роликовых подшипниках

(5.4)

Здесь mво — масса, приходящаяся на одну ось вагона, т (в контрольной работе принимать mво = 22 т).

Определение установившихся скоростей движения

В курсовой работе определяем установившиеся скорости движения для поезда расчетной массы при работе на ходовых позициях: для электровозов переменного тока условно принимаем ходовыми 5-, 8- и 10-ю позиции при НВ и ОВ.

Для определения указанных скоростей следует рассчитать зависимость W (V) по (5.2).

Принимая скорость V = 0 … 100 км/ч с интервалом? V =10 км/ч, рассчитывают щo' и щo" по (5.3) и (5.4), полное основное сопротивление движению поезда W0 расчетной массы и дополнительное от подъема Wi, кН

W0 = (mлщo' + mвщo'')g10−3; (5.5)

Wi = (mл + mв) g i10−3, (5.5)

где i — величина подъема, которую можно выбрать произвольно при выполнении условия: 0 < i < ip, ‰.. Результаты расчета сводят в табл. 5.1.

Таблица 5.1 — Сопротивление движению поезда

т

На основании проведенных расчетов можно сделать некоторые выводы: Электровоз может двигаться со скоростью до 125 км/ч на участках пути не круче 8 промилей. Максимальная масса поезда 6132 т.