Eпр = 287,5 - (1031,4 • 0,0401 + 2) = 244,14 В
= 0,84
PТЭД = 287,5 • 1031,2 • 0,84 • 10-3 = 249,03 кВт
= 8 • 56964,29 = 455714,36 Н
Соответствующая этому ограничению минимальная критическая скорость (км/ч) определяется формулой
По полученным данным строится предварительные ограничения тяговой характеристики тепловоза.
Рисунок 3 - Вид предварительных ограничений тяговой характеристики проектируемого тепловоза - ограничение мощности тепловоза из-за недоиспользования максимального тока ЭПМ.
3 Построение рациональной тяговой и технико-экономических характеристик
3.1 Определение рациональной величины передаточного отношения тягового редуктора
Соотношение значений и может быть достигнуто за счет установления оптимального значения передаточного отношения зубчатого тягового редуктора , которое определяется следующим образом:
где - сила тяги проектируемого тепловоза по сцеплению при трогании, Н;
- минимальная частота вращения ТЭД при параметрах и в проектируемой ЭПМ, с-1;
- мощность ВУ в проектируемой ЭПМ, кВт;
- КПД ТЭД, определяемый по электромеханическим характеристикам при максимальном токе ТЭД в проектируемой ЭПМ.
= 0,84
FКТР = 9,81 • 0,3 • 165,2 • 103 = 486183,6 Н
PВУ = 287,5 • 8251,2 • 10-3 = 2372,22 кВт
Полученное значение проверяется по величине минимального коэффициента ослабления поля
где - номинальная частота вращения ТЭД при номинальных параметрах и проектируемой ЭПМ, с-1.
3.2 Расчет тягового редуктора
В курсовой работе следует принять опорно-осевую подвеску ТЭД, при которой его размеры ограничиваются расстоянием между внутренними гранями бандажей колесных пар и минимально допустимым расстоянием от станины ТЭД до головки рельса а (рис. 3.1).
Чтобы увеличить это расстояние (и возможные габариты ТЭД) ось ТЭД размещают несколько выше оси колеса. Для тепловозных ТЭД размер Х (см. рис. 3.1) устанавливается в пределах 20…40 мм.
Рисунок 4 - Эскиз опорно-осевой подвески ТЭД
Как известно, передаточное отношение тягового редуктора определяется выражением
где - диаметры делительных окружностей большого и малого зубчатых колес;
- числа зубьев большого и малого зубчатых колес.
Максимально возможная величина диаметра определяется из соотношения
где =121 мм - расстояние от нижней кромки кожуха тягового редуктора до головки рельса;
24 мм - расстояние от делительной окружности большого зубчатого колеса до нижней кромки кожуха (с учетом толщины его листа) тягового редуктора.
DЗ = 1,05 - 2 • (0,121 + 0,024) = 0,76 м
Диаметр делительной окружности малого зубчатого колеса
Задается модуль зацепления зубчатых колес, который определяется из номинального крутящего момента ТЭД при следующих значениях:
Нм, = 8…10 мм; Нм, = 9…11 мм;
Нм, = 10…12 мм.
= 11 мм
Подсчитывается число зубьев малого и большого зубчатых колес
;
После чего уточняется величина передаточного отношения
Определяется централь, которая при обычно применяемой коррекции зацепления (для большого зубчатого колеса , а для малого ) равна
Вписывание ТЭД в отпущенные для него габариты обеспечивается в случае, если
где - диаметр якоря ТЭД
=493 мм
Затем по уточненной величине и определяется рациональная расчетная скорость тепловоза и проверяется допустимая максимальная окружная скорость якоря ТЭД , имеющая место при
, м/с
3.3 Расчет рациональных тяговой и технико-экономической характеристик проектируемого тепловоза
При расчетах тяговой и технико-экономических характеристик КПД серийного ТЭД при его работе в проектируемой ЭПМ определяется по формуле
где - напряжение, противо - ЭДС и КПД ТЭД, по данным электромеханических характеристик (серийные значения);
- напряжение и противо - ЭДС ТЭД, при работе в проектируемой ЭПМ.
Касательная мощность тепловоза в кВт определяется выражением
КПД тепловоза рассчитывается по формуле
где 859,1 - тепловой эквивалент работы;
- часовой расход дизельного топлива, кг/ч;
- удельный расход дизельного топлива;
- теплотворная способность дизельного топлива.
GЧ = 0,204 • 2800 = 571,2 кг/ч
, В
IВ= б • IТЭД, А
, с-1
, км/ч
- мощность ТЭД по электрическим переменным проектируемой ЭПМ, кВт;
= 159,7 - крутящий момент на валу ТЭД , Н·м;
- касательная сила тяги тепловоза, Н
Расчеты сводим в таблицу 4.
По данным таблицы 4 строятся электромеханические (, , ) и электротяговые (, , ) характеристики ТЭД в проектируемой ЭПМ.
Таблица 4 - Расчет тяговой и экономических характеристик проектируемого тепловоза
Id, A | 3438,0 | 4263,2 | 5501,0 | 7151,1 | 8251,2 | ||
Ud, В | 690,00 | 556,40 | 431,20 | 331,70 | 287,50 | ||
IТЭД, A | 429,80 | 532,90 | 687,60 | 893,90 | 1031,40 | ||
UТЭД, В | 690,00 | 556,40 | 431,20 | 331,70 | 287,50 | ||
UС, В | 675 | 590 | 490 | 365 | 330 | ||
ПП б=1 rтэд=0,0401 Ом | Е, В | 670,77 | 533,03 | 401,63 | 293,85 | 244,14 | |
IВ, А | 429,80 | 532,90 | 687,60 | 893,90 | 1031,40 | ||
E/n, B c/об | 37,357 | 35,863 | 41,857 | 46,736 | 52,127 | ||
n, c-1 | 17,96 | 14,86 | 9,60 | 6,29 | 4,68 | ||
V, км/ч | 58,74 | 48,62 | 31,39 | 20,57 | 15,32 | ||
0,955 | 0,945 | 0,92 | 0,875 | 0,84 | |||
ЕС | 653,752 | 566,631 | 460,427 | 327,155 | 286,697 | ||
0,959 | 0,943 | 0,912 | 0,865 | 0,821 | |||
284,27 | 279,50 | 270,38 | 256,43 | 243,47 | |||
2519,96 | 2993,21 | 4485,27 | 6491,56 | 8274,11 | |||
FK | 132420,32 | 157288,86 | 235694,38 | 341122,18 | 434792,52 | ||
NКТ | 2160,71 | 2124,45 | 2055,17 | 1949,10 | 1850,56 | ||
зТ | 0,316 | 0,310 | 0,300 | 0,285 | 0,270 | ||
ОП1 б1=0,62 rтэд=0,0348 Ом | Е, В | 673,04 | 535,86 | 405,27 | 298,59 | 249,61 | |
IВ , А | 257,88 | 319,74 | 412,56 | 536,34 | 618,84 | ||
E/n, B c/об | 28,535 | 28,473 | 33,386 | 36,877 | 42,964 | ||
n, c-1 | 23,59 | 18,82 | 12,14 | 8,10 | 5,81 | ||
V, км/ч | 77,16 | 61,57 | 39,71 | 26,49 | 19,01 | ||
0,955 | 0,95 | 0,93 | 0,885 | 0,86 | |||
ЕС | 656,296 | 569,455 | 464,072 | 331,892 | 292,156 | ||
0,958 | 0,948 | 0,923 | 0,876 | 0,843 | |||
284,13 | 281,07 | 273,64 | 259,78 | 250,08 | |||
1917,40 | 2377,15 | 3588,02 | 5106,76 | 6851,58 | |||
FK | 100756,67 | 124915,77 | 188545,45 | 268352,72 | 360040,66 | ||
NКТ | 2159,64 | 2136,36 | 2079,89 | 1974,57 | 1900,85 | ||
зТ | 0,315 | 0,312 | 0,304 | 0,288 | 0,278 |
Рисунок 5 - Электромеханические (, , ) и электротяговые (, , ) характеристики ТЭД в проектируемой ЭПМ
4 Определение параметров и характеристик электрического тормоза проектируемого тепловоза
На тепловозах наибольшее распространение получили схемы реостатного торможения, в которых якорные обмотки ТЭД присоединяются к тормозным резисторам, а обмотки возбуждения (соединенные в последовательную цепь) получают независимое питание от ВУ. Это обеспечивает гибкость управления скоростью движения при плавном регулировании тормозной силы в широком диапазоне.
Сопротивление тормозного резистора (Ом) определяется по формуле
где - максимальные напряжение и ток ТЭД, в тормозном режиме, (в курсовой работе рекомендуется принять их равными номинальным значениям напряжения и тока ТЭД в тяговом режиме).
Расчет предельных тормозных характеристик тепловоза рекомендуется производить в следующей последовательности:
1) Определяется максимальная ЭДС ТЭД, работающего в тормозном режиме (в режиме генератора),
где - сопротивления цепи тормозного тока (при температуре ), Ом;
- соответственно сопротивления обмоток якоря и дополнительных полюсов ТЭД, Ом;
= 0,63 + 0,0164 + 0,01038 = 0,654 Ом
= 687,6 • 0,654 = 449,6 В
2) Строится предельная зависимость тормозной силы тепловоза от скорости при постоянном значении максимального тока возбуждения генерирующего ТЭД. Для ее построения достаточно определить одну точку, так как в этих условиях - линейная функция, проходящая через начало координат. Приняв , по нагрузочным характеристикам определяется величина . Затем определяется необходимая частота вращения якоря генерирующего ТЭД (при котором может быть достигнута ) :
и необходимая скорость движения тепловоза VH.
Тормозная сила тепловоза (Н) при этих условиях
Таким образом, на тормозной характеристике имеем точку (А) с координатами . Проведя прямую через начало координат и точку (А), получаем ограничение тормозной силы тепловоза по максимальному току возбуждения генерирующего ТЭД (прямая 1 на рисунке 6);
3) Строится предельная тормозная характеристика по максимальному току якоря генерирующего ТЭД. Для ее построения необходимо: задаться несколькими значениями скорости в диапазоне от до , подставить их в уравнение, вычислить значение тормозной силы тепловоза при (вид этого ограничения представлен на рисунке 6 кривой 2);
Таблица 5 - Расчет предельной тормозной характеристики по максимальному току якоря генерирующего ТЭД
VН, км/ч | 35,14 | 45 | 65 | 85 | 100 | 110 | |
ВН, Н | 256325,8 | 200162 | 138573,7 | 105968,1 | 90072,88 | 81884,44 |
4) Ограничение тормозной силы тепловоза по коммутации в зоне высоких скоростей в курсовой работе может быть определено из условия:
где - критерий удовлетворенности коммутации , ,
=18
Задаваясь значениями скорости в диапазоне от до , вычисляем соответствующие им максимально допустимые по условиям коммутации значения . Эти значения токов (с соответствующими им значениями скорости) подставляются в уравнение, после чего определяются значения ограничения тормозной силы тепловоза по коммутации (вид этого ограничения на рисунке 6 представлен кривой 3).
Таблица 6 - Расчет ограничения тормозной силы тепловоза по коммутации
NКТ, Н | 2132,26 | 2092,51 | 2009,94 | |
V, км/ч | 96,99 | 57,18 | 32,41 | |
395,72 | 658,71 | 1116,29 | ||
ВН, Н | 30758,62 | 144567,27 | 732481,13 |
5) Для построения ограничения тормозной характеристики тепловоза по условию сцепления колес с рельсами используется формула
где - коэффициент сцепления колеса с рельсом при реостатном торможении.
Вид этого ограничения на рисунке представлен кривой 4.
Таблица 7 - Расчет ограничения тормозной характеристики тепловоза по условию сцепления колес с рельсами
V, км/ч | 25 | 30 | 35 | 35,14 | 40 | 45 | |
ш | 0,223185 | 0,215966 | 0,209875 | 0,209718 | 0,204667 | 0,200162 | |
ВН, Н | 361696,6 | 349997,3 | 340125,9 | 339871,7 | 331685,3 | 324385,2 |
Построим также зависимость мощности ВУ (отдаваемой в цепь возбуждения генерирующих ТЭД) от скорости движения тепловоза. Для ее построения определяется мощность ВУ в (кВт) по формуле
где - величина сопротивления балластного резистора;
обычно, =0,3 Ом;
- сопротивление обмотки возбуждения ТЭД, приведенное к ,Ом.
Задавшись рядом значений скорости от до , определяем соответствующие им значения чисел якоря генерирующего ТЭД и . Затем по нагрузочным характеристикам при токе равном по значениям определяются необходимые величины тока возбуждения генерирующих ТЭД - .
Вид зависимости представлен кривой 5.
Рисунок 8 - Предельные тормозные характеристики тепловоза
Таблица 8 - Расчет зависимости мощности ВУ от скорости движения тепловоза
V, км/ч | 35,14 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | 110 | |
n*, c-1 | 10,65252 | 12,12581 | 15,15726 | 18,18871 | 21,22016 | 24,25161 | 27,28306 | 30,31451 | 33,34596 | |
, B c/об | 42,20598 | 37,07795 | 29,66236 | 24,71863 | 21,1874 | 18,53898 | 16,47909 | 14,83118 | 13,48289 | |
640,6732 | 501,8873 | 339,2907 | 255,9199 | 208,6274 | 179,8618 | 161,461 | 149,2431 | 140,9013 | ||
166,8118 | 102,3685 | 46,78402 | 26,61716 | 17,68873 | 13,14714 | 10,59471 | 9,051953 | 8,068334 |
5 Разработка силовой схемы проектируемой ЭПМ
Тепловоз выполнен с электропередачей на переменно-постоянном токе. Переменное шестифазное напряжение тягового генератора СГ выпрямляется установкой ВУ и подается на восемь параллельно включенных тяговых электродвигателей, приводящих тепловоз в движение. К тяговому генератору электродвигатели подключаются с помощью восьми электропневматических поездных контакторов П1--П8, которые позволяют разрывать цепи электродвигателей, чтобы предотвратить самопроизвольное движение тепловоза от остаточного магнетизма при работе генератора на холостом ходу, а также быстро отключить неисправный электродвигатель
Скорость тепловоза и тяговое усилие регулируются возбуждением тягового генератора и изменением частоты вращения вала дизеля, задаваемой позицией контроллера машиниста. Для расширения диапазона скоростей тепловоза, при которых используется полная мощность дизеля, существуют ступень ослабления возбуждения тяговых электродвигателей: на 64% (ОП-1). Ослабление возбуждения осуществляется подключением резисторов СШ1--СШ8 параллельно обмоткам возбуждения тяговых двигателей с помощью групповых контакторов ВШ. Переход на ослабленное возбуждение и обратно осуществляется автоматически с помощью реле перехода РП, включающих и отключающих групповые контакторы ВШ. Направление движения тепловоза зависит от изменения направления тока в обмотках возбуждения тяговых электродвигателей переключением контактов реверсора ПР.
Список используемых источников
1 А.В. Донченко, А.А. Зарифьян, А.В. Козубенко Электрические передачи локомотивов: Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов IV курса специальности 150700 «Локомотивы». - Ростов н/Д: Рост. гос. ун-т путей сообщения, 2006. - 48 с.
2 Филонов С.П., Гибалов А.И., Быковский В.Е. Тепловоз 2ТЭ116. - М.: Транспорт, 1985. - 328 с.
Страницы: 1, 2
