РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (РУТ(МИИТ))
КАФЕДРА «ЭЛЕКТРОПОЕЗДА И ЛОКОМОТИВЫ»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине:
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛОКОМОТИВОВ
по теме:
«Формирование тяговой характеристики локомотива»
Выполнил: студент группы ТПЛ – 412
Ижендеев Н.Ю.
Принял: профессор Киселев В.И.
Москва – 2020
Оглавление
Введение. 3
1. Определение параметров номинального режима работы ТЭД.. 4
2. Расчет характеристики намагничивания ТЭД =f() 5
3. Расчет и построение кривых намагничивания ТЭД при разных режимах ослабления возбуждения =f() 7
4. Расчитать и построить внешнюю характеристику тягового генератора тепловоза=f() 8
5. Расчет и построение электромеханических и электротяговых характеристик ТЭД- =f(), =f(), =f(), V=f(IД). 12
6. Расчет ограничения силы тяги локомотива по сцеплению . 15
7. Построить токовую – Iг = и тяговую характкристики локомотива с ограничениями силы тока, касательной силы тяги и конструкционной скорости. 16
8. Определение основных технических параметров тепловоза – значение силы тяги и скорости продолжительного и расчетного режимов, силы тяги при трогании с места. 18
Заключение. 19
Список литературы. 20
ВведениеЦелью курсовой работы является изучение физических процессов, происходящих в колесно-моторном блоке (КМБ) локомотива при преобразовании электрической энергии в механическую и создании силы тяги. На основании рассчитанных параметров тягового электродвигателя (ТЭД) построить тяговую характеристику локомотива с нанесением на ней ограничений по конструктивным параметрам и условиям сцепления колеса с рельсом.
1. Определение параметров номинального режима работы ТЭДОпределяем значения коэффициентов Се и См по формулам (1) и (2) в соответствии с исходными данными ТЭД:
Вычисляем силу тока ТЭД на номинальном режиме работы:
где:
= 460В – номинальное напряжение на ТЭД,
= 420кВт – номинальная мощность ТЭД,
= 0,92 – номинальный кпд ТЭД.
Рассчитываем
магнитный поток возбуждения ТЭД на номинальном
режиме
работы:
где:
625 об/мин - номинальная частота вращения вала ТЭД.
2. Расчет характеристики намагничивания ТЭД =f()В конечном итоге необходимо определить зависимость магнитного потока Фд от режимов работы тягового электрического двигателя. Для этого рассчитаем и построим универсальную магнитную характеристику ФД=f(IВ). Используем безразмерные универсальные магнитные характеристики ТЭД. Они представляют собой зависимости магнитного потока Фд от тока возбуждения IВ, выраженные относительно значений ФДН, и IВН на номинальном режиме работы ТЭД. Определение искомой зависимости ФД=f(IВ) (в абсолютных величинах) осуществляем по точкам безразмерной характеристики путем расчета по формулам:
считая, что =
Результаты расчета и относительные значения приведены в таблице:
Таблица 2.1.
Универсальная магнитная характеристика.
Iд/Iдн |
0,25 |
0,5 |
0,75 |
1 |
1,25 |
1,5 |
Iд, А |
297,625 |
595,25 |
892,875 |
1190,5 |
1488,125 |
1785,75 |
Фд/Фдн |
0,52 |
0,77 |
0,92 |
1 |
1,03 |
1,06 |
Фд, Вб |
0,031408 |
0,0465 |
0,0556 |
0,0604 |
0,0622 |
0,0640 |
Рисунок 2.1 Универсальная магнитная характеристика
3. Расчет и построение кривых намагничивания ТЭД при разных режимах ослабления возбуждения =f()Рассчитываем и строим зависимости магнитного потока от тока якоря ТЭД при разных ступенях ослабления возбуждения:
Величины тока возбуждения , соответствующие каждому значению тока Iд, составляют
= α, А (7)
где α - коэффициент ослабления возбуждения ТЭД
Значения магнитного потока для каждого сочетания величин тока якоря Iд и коэффициента α можно приближенно определить по построенному ранее графику универсальной магнитной характеристики ТЭД =f().
Таблица 3.1.
Намагничивание ТЭД при разных режимах возбуждения.
ПП |
Iв, А |
793,6667 |
939,1722 |
1084,678 |
1230,183 |
1375,689 |
1521,194 |
1666,7 |
Фд, Вб |
793,6667 |
939,1722 |
1084,678 |
1230,183 |
1375,689 |
1521,194 |
1666,7 |
|
ОП1 0,55 |
Iв, А |
0,053 |
0,056 |
0,059 |
0,061 |
0,0625 |
0,063 |
0,064 |
Фд, Вб |
436,5 |
516,5 |
596,6 |
676,6 |
756,6 |
836,7 |
916,7 |
|
ОП2 0,3 |
Iв, А |
0,0380 |
0,0440 |
0,0470 |
0,0500 |
0,0525 |
0,0540 |
0,0560 |
Фд, Вб |
238,1 |
281,8 |
325,4 |
369,1 |
412,7 |
456,4 |
500,0 |
Опираясь на данные таблицы, строим кривые намагничивания ТЭД при разных ступенях ослабления возбуждения. График зависимости= f() представлен на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 Характеристики намагничивания ТЭД при различных степенях ослабления поля
4. Расчитать и построить внешнюю характеристику тягового генератора тепловоза=f()Для расчета электромеханических характеристик ТЭД, работающего на тепловозе, дополнительно необходимо построить внешнюю характеристику тягового генератора =f().
Взаимосвязь токов и напряжений ТЭД и ТГ можно считать следующей:
= (8)
= m (9)
где:
m - количество тяговых двигателей на тепловозе, равное числу его движущих осей nос=6.
Определим номинальные напряжения и ток генератора:
Рассчитаем мощность ТГ в продолжительном (номинальном) режиме
= , Вт (10)
Определим максимальные напряжение и ток ТГ:
= , В (11)
где:
- коэффициент регулирования напряжения ТГ.
Значение выбирают из диапазона 1,4-1,8 так, чтобы величина напряжения UГmax не превышала 800 В;
UГmax=460·1,5=690 В
= (1,25 ÷ l,45) =1,4·7143 = 10000,2 А (12)
Определим минимальные напряжение и ток ТГ:
Рассчитаем гиперболический участок внешней характеристики ГГ.
Для этого выберем 7 значений тока ТГ в диапазоне IГmin< IГ< IГmax и определим соответствующие им величины напряжения ТГ" как UГ=PГН/IГ
Рассчитаем шаг по току:
полученные значения представим в виде таблицы:
Таблица 4.1.
Внешняя характеристика тягового генератора.
Iг, А |
4762 |
5510 |
6259 |
7007 |
7755 |
8504 |
9252 |
10000 |
Uг, В |
690 |
596 |
525 |
469 |
424 |
386 |
355 |
329 |
На основании таблицы 4.1 построим график зависимости напряжения генератора от тока генератора=f(). График зависимости представлен на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1. Внешняя характеристика синхронного генератора
5. Расчет и построение электромеханических и электротяговых характеристик ТЭД- =f(), =f(), =f(), V=f(IД).К электромеханическим характеристикам тепловоза относят моментную =f() и скоростную =f() характеристики тягового электродвигателя.
Моментную характеристику ТЭД =f() рассчитываем по выражению:
= , Нм (15)
где:
- вращающий момент на валу ТЭД;
- механический к.п.д. двигателя, равный 0,96-0,98.
Скоростная характеристика =f() определяется из уравнения:
или, принимая Iд Rд≈0,04 :
Учитывая что =m· , рассчитаем вышеописанные характеристики занесем их в таблицу.
Таблица 5.1.
Электромеханические характеристики ТЭД.
Iд, А |
793,7 |
939,2 |
1084,7 |
1230,2 |
1375,7 |
1521,2 |
1666,7 |
|
ПП |
Фд |
0,053 |
0,056 |
0,059 |
0,061 |
0,0625 |
0,063 |
0,064 |
Мд |
6259 |
7826 |
9523 |
11166 |
12794 |
14260 |
15872 |
|
nд |
1213 |
992 |
829 |
716 |
632 |
572 |
517 |
|
ОП1 0,55 |
Фд |
0,0380 |
0,0440 |
0,0470 |
0,0500 |
0,0525 |
0,0540 |
0,0560 |
Мд |
4581 |
6277 |
7744 |
9343 |
10971 |
12478 |
14178 |
|
nд |
1692 |
1263 |
1041 |
874 |
752 |
667 |
591 |
|
ОП2 0,3 |
Фд |
0,0250 |
0,0295 |
0,0320 |
0,0350 |
0,0370 |
0,0410 |
0,0425 |
Мд |
3014 |
4208 |
5272 |
6540 |
7732 |
9474 |
10760 |
|
nд |
2572 |
1884 |
1529 |
1249 |
1067 |
878 |
779 |
На основании таблицы 5.1 построим графики зависимостей =f(), =f(). Графики зависимостей представлены на рисунках 5.1, 5.2 соответственно.
Рисунок 5.1 Моментная характеристика ТЭД
Рисунок 5.2 Скоростная характеристика ТЭД
Электротяговые характеристики FКД=f(IД) и V=f(IД) отражают изменение механических параметров на ободе колеса. Поэтому они также называются электромеханическими характеристиками ТЭД, отнесенными к ободу колеса локомотива.
Зависимость силы тяги FКД на ободе колеса, развиваемой двигателем, от тока якоря IД можно рассчитать по известной моментной характеристике МД=f(Iд) и параметрам колесно-моторного блока. При этом взаимная связь величин FКД и МД определяется соотношением
где:
DK=1050мм - диаметр колеса локомотива по кругу катания;
µ=4,41 - передаточное число зубчатой передачи колесно-моторного блока;
η3, - к.п.д. зубчатой передачи, равный 0,975.
Скоростная характеристика V=f(IД), отнесенная к ободу колеса, рассчитывается по электромеханической характеристике nл=f(Iд) ТЭД с учетом того, что скорость движения локомотива принято выражать в км/ч:
Результаты расчетов занесем в таблицу:
Таблица 5.2
Электротяговые характеристики локомотива.
Iд, А |
793,7 |
939,2 |
1084,7 |
1230,2 |
1375,7 |
1521,2 |
1666,7 |
|
ПП |
Fk |
51263 |
64094 |
77990 |
91451 |
104782 |
116792 |
129994 |
V |
54 |
44 |
37 |
32 |
28 |
26 |
23 |
|
ОП1 |
Fk |
37520 |
51409 |
63422 |
76521 |
89851 |
102193 |
116115 |
V |
76 |
57 |
47 |
39 |
34 |
30 |
26 |
|
ОП2 |
Fk |
24684 |
34467 |
43181 |
53565 |
63323 |
77591 |
88123 |
V |
115 |
84 |
68 |
56 |
48 |
39 |
35 |
По данным таблицы 5.2 построим зависимости FКД=f(IД) и V=f(IД). Данные таблицы представлены на графиках 5.3 и 5.4 соответственно.
Рисунок 5.3 Электротяговая характеристика тягового привода
Рисунок 5.4 Скоростная характеристика тягового привода
6. Расчет ограничения силы тяги локомотива по сцеплению .Чтобы не допускать буксования, установлены технические условия устойчивого движения локомотива, которые описываются следующим неравенством:
≤ ψ0 (20)
где:
FKmax-
максимально допустимая касательная сила тяги локомотива,
ψ0
- потенциальный (максимальный) коэффициент сцепления;
PСЦ - сцепной вес локомотива (вес, приходящийся на движущие
ко
лесные пары и участвующий в создании силы тяги).
=
9,81 2П,
кH (21)
где:
2П=23т - осевая нагрузка локомотива, т
Для обеспечения устойчивости локомотивов против боксования устанавливают так называемый расчетный коэффициент сцепления ψK, величина которого меньше потенциального ψ0. При этом сила тяги по сцеплению составляет:
= , Н
(22)
для магистральных тепловозов:
= 0,118 + 5 / (V + 27,5) (24)
Расчеты представим в виде таблицы:
Таблица 6.1
Ограничение силы тяги по сцеплению
ν, км/ч |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
ψк |
0,2998 |
0,2513 |
0,2233 |
0,2050 |
0,1921 |
0,1825 |
0,1751 |
0,1693 |
0,1645 |
0,1606 |
0,1572 |
Fксц, кН |
4058,88 |
3402,50 |
3022,49 |
2774,66 |
2600,26 |
2470,87 |
2371,05 |
2291,71 |
2227,13 |
2173,54 |
2128,35 |
Рисунок 6 Ограничение силы тяги по сцеплению.
7. Построить токовую – Iг = и тяговую характкристики локомотива с ограничениями силы тока, касательной силы тяги и конструкционной скорости.Токовая характеристика представляет графическую зависимость тока электровоза IЭ или тока тягового генератора (ТГ) тепловоза IГ, от скорости V при установившихся режимах на разных позициях контроллера машиниста.
Тяговой характеристикой локомотива называют графическую зависимость касательной силы тяги FK от скорости движения V при установившихся режимах на разных позициях регулирования (позициях контроллера машиниста).
Рассчитаем значения силы тока тягового генератора, соответствующие автоматическим переходам ТЭД с одного режима возбуждения на другой:
- ток переходов ПП <=> ОП1:
- ток переходов ОП1, <=> ОП2 :
Значения скорости для соответствующих значений тока генератора берем из таблицы 5.2.
Полученные значения приведены в таблице 7.1.
Для локомотива в целом касательную силу тяги FК можно определить как
FK = noc FР = m , H (25)
где: nос=6 - число движущих осей локомотива;
m=6 - количество тяговых электродвигателей на локомотиве.
Таблица 7.1
Рабочие характеристики локомотива.
Iг, А |
4762 |
5635 |
6508 |
7381 |
8254 |
9127 |
10000 |
|
ПП |
Fк, Н |
51263 |
64094 |
77990 |
91451 |
104782 |
116792 |
129994 |
ν, км/ч |
54 |
44 |
37 |
32 |
28 |
26 |
23 |
|
ОП1 |
Fк, Н |
37520 |
51409 |
63422 |
76521 |
89851 |
102193 |
116115 |
ν, км/ч |
76 |
57 |
47 |
39 |
34 |
30 |
26 |
|
ОП2 |
Fк, Н |
24684 |
34467 |
43181 |
53565 |
63323 |
77591 |
88123 |
ν, км/ч |
115 |
84 |
68 |
56 |
48 |
39 |
35 |
По данным таблицы 7.1 построим зависимости Iг = и Fк = . Данные зависимости представлены на графиках 7.1 и 7.2 соответственно.
Рисунок 7.1 – Ограничение силы тяги локомотива по сцеплению FКсц = f(V) и по касательной силе тяги FK=f(V)
Рисунок 6.1 Токовая характеристика тягового генератора
8. Определение основных технических параметров тепловоза – значение силы тяги и скорости продолжительного и расчетного режимов, силы тяги при трогании с места.По графику IГ=f(V) определим скорость продолжительного режима тепловоза, соответствующую номинальной силе тока ТГ :
=33 км/ч
по значению - определим длительную силу тяги тепловоза:
=90000Н
а так же соответствующие автоматическим переходам ТЭД с одного режима возбуждения на другой:
-скорость переходов ПП <=> ОП1:
Vп-1=41 км/ч
-скорость
переходов ОП1, <=> ОП2 :
V1-2=53 км/ч
Режим работы |
Параметры |
|
сила тяги, кН |
скорость, км/ч |
|
1) Продолжительный |
=90 |
=33 |
2) Расчетный |
=87,6 |
VР=31,8 |
3) Трогание с места |
=405 1 ктр |
---- |
В курсовой работе были изучены физические процессы, происходящие в колесно-моторном блоке (КМБ) локомотива при преобразовании электрической энергии в механическую и создании силы тяги. На основании рассчитанных параметров тягового электродвигателя (ТЭД) построили тяговую характеристику локомотива с нанесением на ней ограничений по конструктивным параметрам и условиям сцепления колеса с рельсом.
Список литературы.- Киселев В.И., Неревяткин К.А, Файзибаев Ш.С. «Формирование тяговых характеристик локомотивов»
- Козырев А.И., Тараканова Т.А.. Электрические мащины постоянного тока. Методические указания к лабораторным работам.-М.: МИИТ, 2009-48с.
- Стреколытов В.В., Грищенко А.В., Кручек В.А. Электрические передачи локомотивов: Учебник для вузов железнодорожного транспорта / Под ред. В.В.Стрекопытова.-М.: Марщрут, 2003.-310с.
- Эксплуатация и техническое обслуживание подвижного состава: Учебное пособие для вузов ж-д транспортаю Под редакцией В.А. Гапановича-М: «ИРИС ГРУПП», 2О12. – 576 с.
- Зорохович А.Е., Крылов С.С. Основы электротехники для локомотивных бригад: Учебник для техн.школ. - М. Транспорт, 1987.-414
- Дробинский В. А., Егунов П.М. Как устроен и работает тепловоз. - М. Транспорт, 1980. - 367 с.