Расчет технико-экономических показателей проектного тепловоза. Расчет параметров тягового редуктора. Расчет электромеханических и электротяговых характеристик колесно-моторного блока

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Эффективная мощность Ре, кВт		2200
Нагрузка на одну колёсную пару 2П, кН		240
Диаметр колёс Dк, м		1,05
Конструкционная скорость Vконстр, км/ч		105
Радиус кривой Rg, м		450
Возвышение наружного рельса h, мм		105
Тепловоз-образец		2ТЭ10Л
Тип гасителя		Рессора
Расчётная скорость движения Vр, км/ч		25
Разрабатываемый узел -	Опорно-возвращающее устройство и шкворневый узел тепловоза 2ТЭ10В, 2ТЭ116

1. РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЕКТНОГО ТЕПЛОВОЗА

1.1  Расчет параметров тягового редуктора

Крутящий момент с вала тягового электродвигателя на колесную пару передается через зубчатый одноступенчатый цилиндрический редуктор.

Основным параметром, оказывающим влияние на тяговые свойства колесно-моторного блока в целом, является передаточное число зубчатой передачи этого редуктора.

(1)

где	ng max–	максимально допустимая частота вращения якоря ТЭД, принимаем ng max=2200–2300 об/мин;
	Dk     –	диаметр колеса, м;
	Vкон   –	конструкционная скорость движения тепловоза, км/ч.

Окончательное значение передаточного числа устанавливается с учетом принятой длины централи А, которая показывает расстояние между осями ТЭД и колесной пары:

(2)

где	z1, z2–	число зубьев ведущей и ведомой шестерен;
	A          –	длина централи, мм;
	m     –	модуль зубчатого зацепления.

Длина централи принимаем равной 468, 8 мм.

Для тепловозных тяговых передач модуль зубчатого зацепления, представляющий собой отношение диаметра длительной окружности к числу зубьев шестерни, принимаем m = 10.

Число зубьев ведущей шестерни и ведомого зубчатого колеса z₁определяется из совместного решения двух уравнений:

	(3)

Принимаем z₁=18, z₂=76

После уточнения чисел зубьев окончательно устанавливается передаточное число i₂.

Учитывая, что КМБ имеет габаритные ограничения, следует проверить возможность размещения в нижней части габарита подвижного состава ведомого зубчатого колеса с кожухом по формуле

мм,

(4)

где	С     –	расстояние от торца зубьев ведомого колеса до нижней поверхности кожуха, принимаем С = 18 – 25 мм [1];
	d2          –	диаметр делительной окружности ведомого колеса, мм.
			(5)

мм
мм,

1.2 Расчет электромеханических и электротяговых характеристик колесно-моторного блока (КМБ)

Электротяговыми характеристиками КМБ называют зависимости касательной силы тяги, развиваемой тяговым электродвигателем на ободе колеса, и скорости движения тепловоза от величины тока нагрузки: ,

Для расчета электротяговых характеристик используются величины передаточного отношения тягового редуктора и электромеханические характеристики тягового электродвигателя, которые представляют зависимости крутящего момента и частоты вращения якоря ЭТД от тока нагрузки: ,

Электромеханические характеристики тягового электродвигателя могут быть получены расчетным путем с использованием универсальных характеристик тяговых машин: генератора рис. 1 [1] и тягового электродвигателя рис. 2 [1].

Для построения внешней характеристики генератора, без которой нельзя построить электромеханические характеристики ТЭД, поступаем следующим образом.

Находим длительную мощность генератора

,			(6)
где	–	эффективная мощность дизеля, кВт;
	–	коэффициент, учитывающий затраты мощности на вспомогательные нужды;
	–	КПД генератора, принимаем .

Коэффициент  определим из выражения

			(7)
где	–	мощность, затрачиваемая на привод вспомогательных агрегатов, кВт.

Приближенно затраты мощности на привод вспомогательных агрегатов  составляют 8-10 % от эффективной мощности, т.е.

кВт.

кВт.

Определяем длительные параметры тягового генератора

(8)

где	–	максимальное напряжение генератора, В, принимаем в пределах 700 – 950 В [1];
	–	относительное значение максимального напряжения.

Для определения  находим относительные значения максимальной скорости движения тепловоза, при которой используется полная мощность дизеля,

(9)

где	–	максимальная скорость движения, км/ч;
	–	длительная (расчетная) скорость, км/ч.

.

После определения  по универсальной характеристике ТЭД  рис.2 [1] для значения  по кривой , что полагая, что , для максимального значения ослабления магнитного поля (= 0,38) находим значение  при котором используется полная мощность дизеля. Для полученного значения по универсальной характеристике генератора рис. 1 [1] определим  .

Ha графике рис. 2 [1]  по кривой (для = 0,38) находим =0,57. По рис. 1 [1] для = 0,57 имеем .

Подставив полученное значение  в выражение (8), находим длительное значение напряжения генератора.

Длительный ток генератора

(10)

Действительную внешнюю характеристику генератора при известных длительных значениях  и  получим путем пересчета безразмерной универсальной характеристики рис. 1 [1].

Задаваясь значениями  –0,6; 0,8; 1; 1,2; 1,4; 1,6 по рис.1 [1] определяем текущие значения  и  по формулам

.

(11)

где

,  –

относительные значения напряжения и тока.

Расчет сведём в таблицу 1.

Таблица 1

0,6	1,67	2496	763,19
0,8	1,3	3328	594,1
1	1	4160	457
1,2	0,84	4992	383,88
1,4	0,7	5824	319,9
1,6	0,62	6656	283,34

Определяем длительную мощность ТЭД.

(12)

где

К          –

количество тяговых электродвигателей.

кВт.

Длительная сила тяги одного КМБ

(13)

где

–

КПД электродвигателя при длительном режиме. Принимаем = 0,915 [1].

кН.

Длительный вращающий момент ТЭД

(14)

где	–	диаметр движущих колес, м;
	–	КПД зубчатой передачи тягового редуктора. Принимаем       = 0,975 [1];
	–	передаточное отношение КМБ.
.

Длительная частота вращения ТЭД

,

(15)

где

–

максимальная частота вращения ТЭД.

об/мин.

Длительное значение тока нагрузки ТЭД проектного тепловоза при параллельном соединении ТЭД

,

(16)

где

К          –

число ТЭД (при параллельном соединении) или число параллельных групп.

А.

Электромеханические характеристики ТЭД тепловоза определяются из соотношений:

;

(17)

Значениями I_gследует задаваться: 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6. Для каждого значения I_gпо универсальным характеристикам