Определение основных параметров электрической передачи. Мощность расходуемая на привод вспомогательных агрегатов тепловозов

1  Определение основных параметров электрической передачи

Расчетная сила тяги определяется из условия реализации для тепловозов коэффициентов тяги на расчетном подъеме:

F_кр=Р_сц×y_кр ,                        (1)

где   Р_сц - сцепной вес тепловоза, кН;

y_кр - коэффициент тяги на расчетном подъеме;

Для тепловозов с электрической передачей F_кр= F_к¥ или y_кр=y_к¥ .

Длительная сила тяги тепловоза

F_к¥=3,6×N_дг×h_п / V_¥ , где   N_дг - свободная мощность дизеля, передаваемая генератору, кВт;

h_п  - КПД электрической передачи;

h_п=h_г×h_д×h_з ,

h_г ,h_д , h_г – КПД соответственно генератора, тяговых электродвигателей и зубчатой передачи .

h_г и h_д - принимаем [1] h_г=0,96, h_д=0,93.

h_з  - принимаем [1] h_з=0,98.

h_п=0,96×0,98×0,93=0,857.

Свободная мощность дизеля

N_дг=N_е-N_всп ,

где   N_всп – мощность расходуемая на привод вспомогательных агрегатов тепловозов, кВт;

N_всп=(0,08¸0,13)×N_е,

N_всп=0,08×2500=200 кВт.

N_дг=2500-200=2300 кВт.

Значение V_¥ принимаем [1] V_¥=25 км/ч;

F_к¥=(3,6×2300×0,857) / 25=283,8 кН.

Коэффициент тяги на расчетном подъеме

y_к¥= F_к¥ / Р_сц ;

y_к¥=283,8 /1530=0,185.

1.1  Выбор типа электрической передачи

Предельную мощность тепловозного генератора постоянного тока определяем по критерию Касьянова, кВт×об/мин.

Р_г¥×n_г¥£ 2 · 10⁶ , где   Р_г¥ - мощность генератора в продолжительном режиме, кВт;

Р_г¥=N_дг×h_г ;

Р_г¥=2300·0,96=2208 кВт.

2208×850=1,87·10⁶   кВт×об/мин.

Так как 1,87·10⁶2×10⁶ , то принимаем передачу постоянного тока.

1.2  Выбор схемы соединения тяговых электродвигателей

Максимальная скорость полного использования мощности тепловоза

V^¢_мах=(0,9¸1,0)×V_мах ,

V^¢_мах= (V_¥×К²_г¥)/a₂× К^оп_н , где   a₂ – коэффициент ослабления возбуждения;

К^оп_н – степень насыщения.

Значение К^оп_н принимаема по [1] К^оп_н=1,25.

Значения a₂ и К_г¥ принимаем [1]  a₂=0,312, К_г¥=1,5

V^¢_мах= (10×1,5²)/0,312×1,8=100 км/ч

Так как в нашем случае a₂ меньше 0,5, то принимаем две ступени ослабления.

a₁»0,95×(a₂)^½ ,

a₁»0,95×(0,312)^½ =0,475 .

 1.4   Определение основных расчетных параметров

электрических машин

Максимальное напряжение генератора принимаем 650 В.

Минимальный ток при котором полностью используется мощность дизеля

I_гмин=(Р^'_г / U_гмах)×10³ , где   Р^'_г – мощность генератора при минимальном токе I_гмин , кВт

Р^'_г=N_дг×h_г ;

Значение h_г принимаем по [1] h_г=0,91,

Р^'_г=2300×0,97=2231 кВт .

I_гмин=(2231/750)×10³=2970 А.

Напряжение и ток генератора при продолжительном режиме

U_г¥= U_гмах / К_г¥ ;

U_г¥=750/1,5=500 В.

I_г¥= (Р_г¥ / U_г¥)×10³ ;

где   Р^'_г – мощность генератора при продолжительном токе I_г¥ , кВт

Р^'_г=N_дг×h_г ;

Значение h_г принимаем по [1] h_г=0,965 ,

Р^'_г=2300×0,965=2219,5 кВт .

I_г¥= (2219,5/750)×10³=4400 А .

Максимальный пусковой ток

I_гмах=(1,3¸1,5)×I_г¥ ;

I_гмах=1,4×4400=6160 А .

Минимальное напряжение генератора

U_гмин= (Р^¢¢_г/ I_гмах)×10³ ;

где   Р^¢¢_г – мощность генератора при максимальном токе I_г¥ , кВт

Р^¢¢_г=N_дг×h_г ;

Значение h_г принимаем по [1] h_г=0,945 ,

Р^¢¢_г=2300×0,945=2173,5 кВт ,

U_гмин= (2173,5/6160)×10³=352,8 В.

Максимально допустимый ток при коммутации, А

I_гком »2×I_г¥ ,

I_гком »2×4400=8800 А.

Продолжительная мощность электродвигателя, кВт

Р_д¥= U_д¥×I_д¥×10^-3 , где   I_д¥= I_г¥ /6 ,

I_д¥= 4400/6=733,3 А.

Р_д¥=500×733·10^-3=367 кВт .

1.5  Определение основных размеров тягового электродвигателя

Произведение длины сердечника якоря на диаметр якоря

D_a×l_a=[10⁵/(p×a_t·61482·B_d×A)]×( Р_д¥/ V_aмах)× (V_мах/ V_¥) , где   D_a – диаметр якоря, см;

l_a – длина сердечника якоря, см;

a_t - коэффициент полюсного перекрытия:

B_d - магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл;

A – линейная нагрузка якоря, А/см;

V_aмах – максимальна допустимая окружная скорость якоря, м/с.

Значения D_a  , a_t , B_d , A и V_aмах принимаем по [1] D_a=49,3 см, a_t=0,68,        B_d=1,01 Тл, A=490 А/см, V_aмах=100 м/с,

D_a×l_a=[10⁵  316  100]/(3,14 0,68 1,01 490 70 25)=2329 см² .

l_a=2329/49,3=47,47 см.

Принимаем опорно-осевую подвеску ТЭД.

Принимаем одностороннею передачу.

1.6  Расчет параметров зубчатой передачи

Передаточное отношение зубчатой передачи

m=(3,6×D×V_aмах)/( D_a×V_мах) , где   D – диаметр колес, м;

m=(3,6×1,05×70)/(0,493× 100)=5,367 .

Крутящий момент

М_д¥=(9,55×10³×Р_д¥)/ n_д¥ , где   n_д¥=(5,3×m/ D)×V_¥ ,

n_д¥=(5,3×5,367/ 1,05)×25=677 об/мин ,

М_д¥=(9,55×10³×367)/677=5176 Н×м .

Минимальное число зубьев малой шестерни

Z_мин=dz_мин/m , где   dz_мин – минимальный диаметр делительной окружности шестерни, мм;

m – модуль зубчатой передачи, мм.,

Значения dz_мин  и m принимаем по [1] dz_мин=170 мм, m=10 мм,

Z_мин=170/10=17 .

Максимально возможный диаметр делительной окружности зубчатого колеса

Dz_мах=D-2×(b+b¢) , где   b – расстояние между нижней точкой поверхности кожуха зубчатой передачи и головки рельса, мм;

b¢ - минимальное расстояние между делительной окружностью зубчатого колеса и нижней поверхностью кожуха, мм.

Значения b и b¢ принимаем [1] b=120 мм, b¢=17 мм,

Dz_мах=1,050-2×(0,12+0,017)=0,776 мм.

Максимальное возможное число зубьев зубчатого колеса

Z_мах= Dz_мах /m ;

Z_мах=0,776/10=77 .

Максимально возможное по условиям размещения передаточное отношение

m_мах= Z_мах/ Z_мин ,

m_мах=77/17=4,5 .  

Централь передачи

Ц= m×( Z_мах+ Z_мин)/2 ;

Ц=10×(77+17)/2=470 мм.

1.7  Определение габаритных размеров тягового электродвигателя

Ширина (диаметр) остова электродвигателя связана с диаметром якоря соотношением

В_д=К_д×D_a , где   К_д – коэффициент пропорциональности.

Значение К_д принимаем по [1] К_д=1,45,

В_д=1,45×493=714,9 мм.

Максимально возможная ширина остова

В_мах=2×(Ц-d_о/2) , где   d_о – диаметр полого вала, мм.

Значение d_о принимаем по [1] d_о=210 мм.

В_мах=2×(470-210/2)=730 мм.

Высота остова

Н_дмах=D-2×(а¢-Δ) , где   а¢ - расстояние от нижней части станины до головки рельса, мм;

Δ – превышение оси вала электродвигателя над осью колесной пары, мм.

Значение а¢ и Δ принимаем по [1] а¢=145 мм, Δ=40 мм.

Н_дмах=1050-2×(145-40)=840 мм.

2 Электромагнитный расчет тягового электродвигателя

2.1 Выбор числа пар полюсов и типа обмотки якоря

Определяем тип обмотки якоря

i_a=I_д¥/(2×а) , где   I_д¥ - ток тягового генератора в продолжительном режиме, А;

а – число пар параллельных ветвей обмотки якоря.

Для волновой обмотки а=1. р – число пар полюсов, 2р=4.

i_a=734/4=183,5 А .

Число проводников обмотки

N_а=p×А×D_a / i_a ;

N_а=3,14×474×49,3/183,5=400 шт.

2.2. Расчет числа пазов, параметров обмотки якоря, размеров проводников, паза и зубца

Значение числа пазов якоря Z_п принимаем [2] Z_п=50.

Зубцовое деление

t₁=p×D_a/ Z_п ;

t₁=3,14×49,3/50= 0,31см.

Число активных проводников в пазу

N_z= N_а/ Z_п ;

N_z=400/50=8 .

Число коллекторных пластин на паз

u_к= N_z/2 ;

u_к=8/2=4 шт.

Объем тока в пазу

i_a×N_z£1500….1800 .

182,5×8£1500….1800 .

1460£1500….1800 .

В соответствии с принятыми решениями уточненное число проводников обмотки

N_а= N_z×Z_п ;

N_а=8×50=400 шт.

В соответствии с принятыми решениями уточненное значение линейной