Выбор тягово-энергетического оборудования проектного тепловоза

3. Выбор тягово-энергетического оборудования проектного тепловоза.

3.1 Выбор тягового электродвигателя.

Выбор ТЭД будем производить исходя из требований к диаметру и длине сердечника якоря.

Рис 3.1.1 Основные размеры якоря ТЭД

Электрическая мощность ТЭД.

где - касательная мощность секции тепловоза, кВт;

       - количество движущихся осей;

       - кпд тягового зубчатого редуктора;

       - кпд ТЭД в продолжительном режиме.

            - для грузовых, принимаем

                          

             

Линейная токовая нагрузка ТЭД.

Допустимую токовую нагрузку определяют из условия тепловой напряженности якорной обмотки ТЭД.

С изоляцией обмотки  класса H

где - линейная скорость на поверхности якоря ТЭД в продолжительном режиме   

где  - диапазон рабочих скоростей тепловоза;

       - максимально допустимая скорость на поверхности ТЭД;

       

принимаем

Требуемый коэффициент регулирования напряжения ТЭД.

Коэффициент регулирования напряжения должен быть таким, чтобы обеспечивать работу ТЭД и тепловоза с полной мощностью во всем диапазоне рабочих скоростей тепловоза.

где - min степень ослабления возбуждения ТЭД (на режиме ОП2)

Обычно  - для магистральных тепловозов

               - для маневровых (грузовых) тепловозов

принимаем  

Минимально допустимый диаметр якоря по условию нормальной коммутации.

где - коэффициент рассеивания якорной обмотки,

       - коэффициент полюсного перекрытия;

        - без компенсационной обмотки;

        - с компенсационной обмоткой ЭД-127;

принимаем 

        - коэффициент насыщения магнитной системы ТЭД;

принимаем 

        - магнитная индукция в зоне ТЭД в продолжительном режиме;

принимаем 

        - допустимая реактивная эдс в якорной обмотке при толщине миканита между коллекторными пластинами;

          

          

принимаем 

        - допустимое средние эдс в якорной обмотке, среднее напряжение между коллекторными пластинами;

          

          

принимаем 

Максимально допустимая длина сердечника якоря по условию нормальной коммутации.

где   - эффективный воздушный зазор между главными полюсами и сердечником якоря ТЭД;

принимаем 

         - коэффициент воздушного зазора;

принимаем 

        - допустимое max напряжение между коллекторными пластинами;

           

           

принимаем

         - число главных полюсов ТЭД (4;6);

принимаем 

Минимально допустимая длина сердечника якоря по тепловой напряженности и электромагнитным нагрузкам ТЭД.

где  - диаметр сердечника якоря ТЭД

Рис 3.1.2 Предельные размеры сердечника якоря ТЭД по электромагнитным нагрузкам и условиям нормальной коммутации

Принимаем двигатель ЭД-126

Таблица 3.1.1

Класс изоляции якорной обмотки	Н
Диаметр сердечника якоря, мм	660
Длина сердечника якоря, мм	380
Число главных полюсов	6
Число коллекторных пластин	315
Паспортная мощность, кВт	610
Толщина миканита между коллекторными пластинами, мм	1,5

Параметры работы тяговых электрических машин проектируемого тепловоза.

Частота вращение вала ТЭД в продолжительном режиме.

где  - частота вращения вала ТЭД при движении тепловоза с конструкционной скоростью;

        - диапазон рабочих скоростей.

где - диаметр сердечника якоря для выданной серии ТЭД

Сила тока ТЭД в продолжительном режиме.

где - число проводников якорной обмотки ТЭД, для тепловозных с простой петлевой обмоткой

где - число коллекторных пластин

Напряжение ТЭД в продолжительном режиме.

Магнитный поток ТЭД в продолжительном режиме.

где - электрическая постоянная ТЭД

где - число пар главных полюсов;

       - число пар параллельных ветвей якорной обмотки;

для простой петлевой обмотки

Проверка       

Максимальное напряжение ТЭД.

Проверка 

где  - допустимое максимальное напряжение ТЭД

Максимальная сила тока ТЭД.

Проверка по допускаемой тепловой напряженности якорной обмотки ТЭД

где  - допускаемая максимальная сила тока ТЭД

где  - допускаемая сила тока в параллельной ветви якорной обмотки ТЭД

 - для двигателей с изоляцией якорной обмотки класса Н

Рис 3.1.3 Режим работы ТЭД на проектном тепловозе

Электрическая мощность тягового генератора

Для синхронного генератора

где - кпд ВУ в продолжительном режиме

     

Напряжение и ток продолжительного режима работы генератора. Зависит от схемы подключения двигателей к тяговому генератору.

- число групп ТЭД соединенных параллельно;

Выбирать серию ТГ будем по условию нормальной тепловой напряженности в продолжительном режиме.

Линейная токовая нагрузка ТСГ.

где - действующие значение тока статора;

      - число пазов статора;

      - число параллельных ветвей обмотки статора;

      - диаметр сердечника статора.

Тяговый синхронный генератор А-716

Таблица 3.1.2

Диаметр сердечника статора, мм	1230
Длина сердечника статора, мм	360
Число главных полюсов	12
Число пазов статора	144
Число параллельных ветвей статора	2

Значение тока статора зависит от угла коммутации вентилей ВУ.

Необходимо подобрать такой ТСГ с такими параметрами, чтобы выполнялось условие:         

Частота вращения ротора ТГ при работе с номинальной мощностью .

Номинальная частота вращения ротора ТГ должна быть такой чтобы при номинальной мощности  тяговый генератор мог вырабатывать напряжение в диапазоне,   причем  должно быть не менее чем , чтобы обеспечить работу тепловоза с полной мощностью в диапазоне рабочих скоростей , для определения номинальной частоты вращения ротора ТГ воспользуемся основным уравнением генератора как электрической машины.

где - обмоточный коэффициент;

       - коэффициент формы кривой магнитного потока;

     - магнитная индукция в воздушном зазоре при работе генератора с max  напряжением;

     - электромагнитная мощность ТГ.

Из этого уравнения можно получить зависимость

   принимаем  

          принимаем  

                                 принимаем

      принимаем

Для синхронного генератора:

где  - коэффициент мощности

при            

при          

Рис 3.1.4 Выбор частоты вращения

Максимальная частота вращения ротора определяется по следующему условию:

Для ТСГ: - по условию механической прочности ТСГ.

     

где  - допустимая скорость на поверхности ротора

           принимаем 

3.2 Выбор дизеля проектируемого локомотива.

В качестве энергетической установки будим использовать дизель из мощносного ряда Д49.

    

Основное уравнение ДВС

где - среднее эффективное давление в цилиндре ДВС;

      - тактность;

       - эффективная номинальная мощность, кВт;

       - число цилиндров;

       - рабочий объем цилиндра;

       - номинальная частота вращения дизеля, об/мин.

          

Дано:      

Найти:   чтобы       

Рациональные значения давления   от мощности  для четырех тактных дизелей.

Таблица 3.2.1

	500	1000	1500	2000	2500	3000	3500	4000	4500
	0,6	0,8	1	1,1	1,25	1,35	1,45	1,60	1,70
	1,1	1,3	1,5	1,65	1,75	1,9	2	2,15	2,25

Рис 3.2.1 Выбор основных технических параметров дизель-генераторной установки

при     

             

             

             

             

           

           

при     

             

             

             

             

           

           

Параметры дизель-генераторной установки:

Дизель Д49;       

Тяговый синхронный генератор серии  

3.3 Расчет параметров тягового зубчатого редуктора.

Параметры работы ТЭД на проектируемом тепловозе

Частота вращения при движении с конструкционной скоростью

где - диаметр сердечника якоря для выданной серии ТЭД

Частота вращения в продолжительном режиме

где  - частота вращения вала ТЭД при движении тепловоза с конструкционной скоростью;

        - диапазон рабочих скоростей.

Вращающий момент на валу ТЭД

Выбор конструкции тягового привода

Для грузовых тепловозов задаем по прототипу

II класса ОРП ТЭД + ООП ТЗР

Диаметр колеса

При    

Тип зубчатой передачи

 (II класса) односторонняя передача

Выбор параметров тягового зубчатого редуктора

Передаточное отношение

Модуль зубчатого зацепления

Выбирают из условия прочности зуба

При  принимаем модуль

Геометрические параметры большого зубчатого колеса

а) диаметр делительной окружности

где  - расстояние между нижней точкой корпуса редуктора и головкой рельса;

       - привод I и II класса;

       - расстояние между вершиной зуба колеса и кожухом редуктора;

      .

в) число зубьев большого зубчатого колеса

    

Геометрические параметры шестерни

а) число зубьев шестерни

    

Число зубьев колеса и шестерни принимаются взаимно простыми, т.е. с наибольшим общим делительным равным 1.

в) диаметр делительной окружности шестерни

Компоновка двигателя и тягового редуктора

Централь редуктора

где  и  - коэффициент угловой коррекции зуба для шестерни и колеса соответственно;

при проектировании рекомендуют для:

- прямозубых колес ;

- для косозубых колес   .

Предельное значение ширины остова ТЭД

где  - диаметр оси колесной пары. Для привода III класса  - это диаметр полого вала;

- диаметр оси  принимаем ;

- диаметр полого вала .

Предельное значение высоты остова ТЭД

где  - расстояние между вершиной зуба шестерни и кожухом редуктора;

       привод I класса;

       привод II и III класса, принимаем ;

      - превышение оси вала ТЭД над осью колесной пары;

      принимаем .

Проверка возможности совместной компоновки двигателя и редуктора

 и

где  - высота остова ТЭД;

       - ширина остова ТЭД;

при