Расчёт параметровтягового двигателя и электровоза. Определение числа осей и величины нагрузки на ось

1  РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВТЯГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ И ЭЛЕКТРОВОЗА.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ОСЕЙ И ВЕЛИЧИНЫ

НАГРУЗКИ НА ОСЬ.

При движении поезда по расчётному подъёму с установившейся скоростью расчётная сила тяги уравновешивает силы основного и дополнительного сопротивлений движению:

                  F_кр=W_о+W_д,                                      (1)

где F_кр- расчётная сила тяги электровоза;

W_о- основное сопротивление движению поезда;

                  W_д- дополнительное сопротивление движению поезда.

На расчётном подъёме крутизной  i_p удельные силы дополнительного сопротивления от подъёма w_д равны:

                     w_д = i_p ,                                         (2)

С учётом этого выражение (1) можно представить в виде, Н:

      F_кр=(w_о^/ + i_p)·m_л·g+(w_о^// + i_p)·m_с·g,                 (3)

где  w_о^/- удельное основное сопротивление движению                      электровоза под током, Н/кН;

m_л- масса локомотива,т;

g=9,81м/с- ускорение свободного падения;

w_о^//- удельное основное сопротивление движению состава, Н/кН;

Для определения массы проектируемого электровоза определим величину F_кр, необходимую для движения поезда заданной массы на заданном подъёме с заданной расчётной скоростью V_р, при этом ориентировочно примем:

F_кр=(w_о^/ + i_p)·m_с ,                         (4)

Значение w_о^// определяется по формуле (11) в /1/, Н/кН:

W_о^//=0,7+                (5)                                      

где       V- скорость движения вагона, км/ч;

m_во- масса вагона, приходящаяся на одну его ось, т;

Величину m_во определяем по формуле:

m_во=                                               (6)

где       m_в- масса вагона, т;

n- количество осей вагона;

Для пассажирского четырёхосного вагона массой 60т:

m_во=т.

w_о^//= Н/кН,

Fкр=(3,83+12)·2000·9,81=310 кН.

Масса локомотива предварительно:

                                              (7)

т.

Величина w_о^/ определяется по формуле (13) в /5/, Н/кН:

w_о^/=1,9+0,01·V+0,0003·V²,                              (8)

Для Vр:

w_о^/=1,9+0,01·87,8+0,0003·87,8²=5,09 Н/кН.

Сила тяги уточнённая:

Fкр=(5,09+12)·126·9,81+(3,83+12)·2000·9,81=331 кН.

Масса локомотива уточнённая:

т.

Окончательно принимаем т.

Сила тяги окончательно:

Fкр=(5,09+12)·135·9,81+(3,83+12)·2000·9,81=333 кН.

Массу, приходящуюся на ось локомотива определяем по формуле:

=,                                           (9)

где - число осей локомотива.

При шестиосном исполнении:

т.

Мощность электровоза, реализуемую на расчётном подъёме определяем по формуле, кВт:

                                      (10)

кВт.

Часовую мощность электровоза определяем по формуле, кВт:

                                          (11)

 кВт.

Часовую мощность тягового двигателя (ТД) определяем по формуле, кВт:

                                              (12)

где       -число ТД электровоза. Принимаем ==6.

 кВт.

Номинальный ток ТД определяем по формуле (2.5) /2,с.8/,А:

                                            (13)

где    Р_н – номинальная мощность ТД. За номинальный режим принят часовой режим, поэтому Р_н=Р_д.ч=612 кВт;

- номинальное напряжение ТД. Согласно указанию /2,с.9/ принимаем =1600 В;

- коэффициент полезного действия (КПД) двигателя. Согласно указанию /2,с.9/ принимаем равным КПД двигателя образца, в качестве которого принимаем двигатель электровоза ЭП-2К ДТК-800К, имеющий часовую мощность 800кВт и КПД в часовом режиме  (здесь и далее индекс «0» определяет принадлежность величины к данным двигателя – образца).

 А.

Номинальную силу тяги ТД определяем по формуле (2.6) /2,с.9/,кН:

,                                         (14)

 кН.

Относительное падение напряжения на обмотках двигателя – образца в номинальном режиме определяем по формуле (2.7) /2,с.9/:

,                                     (15)

где       I_Н.О – номинальный ток двигателя – образца. За номинальный принят      часовой режим работы с током I_ч, поэтому принимаем I_Н.О= I_Ч.О= 565 А /3,с.71/;

r_Д.О – сопротивление обмоток двигателя – образца, при температуре 20^оС           

r_Д.О = 0,07612 Ом /3,с.73/;

U_Д.Н.О  - номинальное напряжение двигателя – образца, U_Д.Н.О=1500 В /3,с.57/.

В

Допускаем, что относительное падение напряжения на двигателе равно относительному падению напряжения двигателя – образца : ΔU^*_Д.Н= ΔU^*_Д.Н.О=0,0254 В.

Сопротивление обмоток двигателя определяем по формуле (2.8) /3,с.9/,Ом:

                                        (16)

 Ом.

Распределение сопротивления двигателя по отдельным обмоткам принимаем таким же как у образцового и вычисляем по формулам (2.9) /3,с.9/, Ом:

                                                  (17)

                                               (18)

                                               (19)

где        r_а ,r_д.п,r_г.п – сопротивление обмоток двигателя соответственно        якоря, дополнительных полюсов и главных полюсов.

Сопротивление обмоток двигателя – образца при температуре 20^оС /3, табл.2/:

r_а=0,03145 Ом;

r_д.п.о=0,01709 Ом;

r_г.п.о=0,02758Ом.

 Ом;

 Ом;

 Ом.

Величину (СФ)_н определяем по формуле /4,с.2/:

(СФ)_н=                                        (20)

(СФ)_н= В/об/мин.

Определяем величину ослабления поля β_К на каждой из n=5 позиций ослабления поля (ОП) по формуле /4,с.2/:

β_К=                                         (21)

где.     К – номер позиции ослабления поля;

К^/_Н- коэффициент неравномерности пуска по току, который должен быть     

К^/_Н  меньше 0,13 /4,с.2/.

Взяв n=5, проверяем значение К^/_Н для β_К= β_m:

отсюда К^/_Н=0,104.

Условие К^/_Н меньше 0,13 выполнено, следовательно n=5 допустимо.

Для 1-ой ступени ОП:

Для остальных ступеней ОП расчёт выполняем аналогично, получаем:

Β₂=0,657,

Β₃=0,533,

Β₄=0,432,

Β₅=0,35.

2 ВЫБОР ОСНОВНЫХ РЕШЕНИЙ ПО СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ

На электровозе постоянного тока ЭП-2К применено ступенчатое контактное регулирование. Основные мотивы этого выбора следующие:

1)  Применение импульсных методов регулирования (широтного или частотного) затруднено сложностью и недостаточной надёжностью электронного оборудования, высокой его стоимостью, а также усилением влияния на линии связи и автоблокировки;

2)  В силу простоты и достаточной надёжности контактные системы ступенчатого регулирования широко используются на электроподвижном составе постоянного тока, несмотря на недостатки.

-  неэкономичность реостатного пуска;

-  недостаточное число экономических ступеней регулирования;

-  скачкообразное приращение силы тяги;

-  постоянное последовательное соединение двух и более двигателей, ухудшающее тяговые свойства;

-  невозможность повышения напряжения контактной сети для сокращения потерь в ней.

Число группировок ТД принимаем равным трём. Меньшее число группировок увеличивает потери на пусковых сопротивлениях. Большее число группировок осуществить невозможно.

Перегруппировку двигателей будем осуществлять на основе вентильного способа. Основные мотивы этого выбора следующие:

-  при вентильном переходе значительно упрощаются силовая схема и операции перегруппировки двигателей и уменьшаются как потеря силы тяги, так и продолжительность её снижения (по сравнению с переходом шунтированием);

-  мостовой способ не имеет достаточных преимуществ перед вентильным