WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные материалы
 

«298 3 -n /r t* t/n r^ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ) И н с т и т у т тр а н с п о р т н о й те х н и к и н о р г а н и за ц и и п р о и зв о ...»

298 3 -n /r t* t/n r^

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

И н с т и т у т тр а н с п о р т н о й те х н и к и н о р г а н и за ц и и п р о и зв о д ст в а

_______ _________ (И Т Т О П )________ ____________________

Кафедра «Локомотивы и локомотивное хозяйство»

В.И. КИСЕЛЕВ, К.А. НЕРЕВЯТКИН, В.С. КОССОВ

ФОРМИРОВАНИЕ ТЯГОВЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК ЛОКОМОТИВОВ

Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Электрические передачи локомотивов»

для студентов специальности 190301 «Локомотивы»

МОСКВА-2009

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ И ОРГАНИЗАЦИИ

ПРОИЗВОДСТВА (ИТТОП) Кафедра «Локомотивы и локомотивное хозяйство»

В.И.Киселев, К.А.Неревяткин, В.С.Коссов Формирование тяговых характеристик локомотивов Рекомендовано редакционно-издательским советом университета в качестве методических указаний для студентов специальности 190301 «Локомотивы»

Москва - 2009 УДК 626.423:621.333 К-44 Киселев В.И., Неревяткин К.А., Коссов В.С. Формирование тяговых характеристик локомотивов: Методические указания.

-М.: МИИТ, 2009.-60 с.

В методических указаниях изложены физические процессы, лежащие в основе работы электрических передач и тяговых электродвигателей локомотивов, приведены методики расчега рабочих тяговых характеристик тепловозов и электровозов.



© Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ), 2009 127994, Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9 Типография МИИТа СОДЕРЖАНИЕ Стр.

ВЕДЕНИЕ

1. УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ РАБОТЫ

2. ОБРАЗОВАНИЕ СИЛЫ ТЯГИ ЛОКОМОТИВА

3. ТЯГОВЫЕ XАРАКТЕРИСТИКИ ЛОКОМОТИВОВ

4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ КАК МАШИНА

ПОСТОЯННОГО Т О К А

4.1. Физические основы преобразования энергии в машине посто­ янного т о к а

4.2. Принцип действия и общее устройство электродвиг ателя по­ стоянного т о к а

4.3. Основные параметры и показатели работы электрических двигателей

5. НАЗНАЧЕНИЕ И КОНСТРУКЦИЯ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИ­

ГАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ

5.1. Назначение тяговых электродвигателей

5.2. Конструкция основных узлов и элементов тягового электри­ ческого двигателя тепловоза

6. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ДВИГАТЕЛЕЙ НА ЛОКОМ ОТИВАХ

6.1. Режимы и характеристики работы тяговых электрических двигателей электровозов

6.2. Режимы и характеристики работы тяговых электрических двигателей тепловозов

7 РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЯГОВОГО

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИ ВО ДА

7.1. Электромеханические характеристики

7.2. Электротяговые характеристики

8. ТЯГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛОКОМОТИВОВ

8.1. Сила тяги локомотива и ее реализация

8.2. Построение тяговых и токовых характеристик локомотива.......... 57

9. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТНОЙ ЧАСТИ КУРСОВОЙ

РАБОТЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ Целью курсовой работы является изучение физических процессов, происходящих в колесно-моторном блоке (КМБ) локомотива при пре­ образовании электрической энергии в механическую и создании силы тяги. На основании рассчитанных параметров тягового электродвигателя (ТЭД) строится тяговая характеристика локомотива с нанесением на ней ограничений по конструктивным параметрам и условиям сцепления колеса с рельсом.





При выполнении работы необходимо решить следующие задачи:

• определить параметры ТЭД на номинальном режиме работы;

• рассчитать характеристику намагничивания ТЭД;

• построить кривые намагничивания ТЭД при различных режимах нагрузки и возбуждения;

• рассчитать и построить внешнюю характеристику тягового генератора тепловоза;

• построить электромеханические и электро гяговые характеристики ТЭД с учетом параметров КМБ;

• рассчитать и построить тяговую и токовую характеристики локомотива с учетом ограничений.

1. УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ РАБОТЫ

Курсовая работа включает пояснительную записку объемом 20-25 страниц и графическую часть на листах формата А4. Рекомендуется выполнение расчетных графиков на миллиметровой бумаге.

Расчетно-пояснительная записка должна включать следующие раз­ делы: содержание, введение, основные разделы (главы), выводы, список использованных источников.

Исходные данные ТЭД выбираются из таблиц 1.1 или 1.2 по ва­ рианту, указанному преподавателем. Общие исходные данные для всех вариантов: диаметр колеса по кругу катания DK электровоза - 1250 мм, тепловоза -1050 мм; количество движущих осей локомотива пос=6; осевая нагрузка локомотива 2П=23 т; конструкционная скорость локомотива VK =100 км/ч.

Расчетные формулы первоначально представляются в общем виде с пояснением всех входящих в них величин. Затем в формулы подс­ тавляются числовые значения и приводятся результаты окончательных вычислений.

Схемы, графики и другие иллюстрации выполняются карандашом на отдельных листах миллиметровой бумаги вслед за текстовой ссыл­ кой. Оси: координат следует проводить по утолщенным линиям милли­ метровой сетки. Масштабы необходимо выбирать соответственно нор­ мальному ряду: 0,1; 0,2; 0,4; 0,5; 1,0 и т.д. единиц в мм.

В тексте пояснительной записки сокращения слов, за исключением общепринятых, не допускаются.

Страницы расчетно-пояснительной записки следует нумеровать, начиная со страницы 2 (страница 1 - титульный лист не нумеруется).

Номер указывается в правом верхнем углу листа.

На странице, следующей после титульного листа, помещается пер­ вый раздел - "Содержание". В нем приводится перечень названий всех разделов записки с указанием номера страницы, с которой начинается соответствующий раздел. В списке "Содержание" разделы "Введение", "Выводы", "Список использованных источников" и "Приложение" не нумеруются. Названия разделов основной части записки нумеруются арабскими цифрами в порядке упоминания.

Во "Введении" объемом не менее 2-х страниц приводятся краткие сведения об общих тенденциях развития локомотивного хозяйства и локомотивостроения, об основных типах локомотивов, эксплуатируемых в настоящее время, и ТЭД, которыми они оборудованы.

В разделе "Выводы", следующем после основной части расчетно­ пояснительной записки, должны быть даны краткие выводы по ре­ зультатам выполнения курсовой работы. Текст выводов должен содер­ жать числовые данные результатов расчетов.

В заключительном разделе - "Списке использованных источников" приводится перечень учебно-методической литературы и других ис­ точников, использованных при выполнении курсовой работы. При ссылках, помещаемых в тексте записки, номера источников указываются в специальных скобках, например [20] или /20/. При повторных использованиях источника ссылка на него обязательна.

O'.

–  –  –

Однако сила F[ будет движущей только при наличии реакции рельса FK Поэтому на практике за силу тяги колеса принято считать силу FK0, o приложенную от рельса к колесу. Эта сила, являясь внешней по отношению к колесу, создает упор колеса о рельс, без которого невозможно поступательное движение локомотива. Так как сила FK0 приложена к ободу колеса по касательной, то ее называют касательной силой тяги. Сумму сил FK0 всех движущих колес локомотива называют касательной силой тяги локомотива Fk.

Тяговой характеристикой локомотива называется зависимость касательной силы тяги FKот скорости движения локомотива V.

Если увеличивать М, растет Fi и соответственно FK0. Сила FK o представляет собой разновидность силы трения, и ее можно определить по формуле FKO=V oP(2.1) где \у0 — коэффициент сцепления между колесом и рельсом.

При постоянной Р увеличение FK происходит только за счет O увеличения vp0Величина у 0 зависит от многих факторов (формы и размеров поверхностей касания колеса и рельса, механических свойств материалов, из которых они изготовлены, степени чистоты рабочих поверхностей колеса и рельса и т. д.)- При наиболее благоприятных условиях может быть v ax = 0,38-0,42. При наиболее неблагоприятных j/0m условиях величина \|/0тах может снижаться до 0,10-0,15.

До тех пор, пока соблюдается неравенство 2М т- х -ртах _ п,,,тах F2= - j J - *ко -Р У о (2.2) колесо катится по рельсу без скольжения. При F2FK m O a*=P\|/om ‘ только a' часть силы F2 будет уравновешена силой FK ax- Под действием.0m неуравновешенной части силы F2, равной Бд = F2- FK m = (2M/D) O ax Ру0тах, колесо будет вращаться ускоренно и двигаться по рельсу со скольжением. Такое движение колеса называют буксованием.

Буксование чрезвычайно вредное явление. С увеличением скорости скольжения колеса по рельсу уменьшается \|/0тах и, следовательно, сила тяги, как в любом режиме движения FK = Р у0. Скольжение колеса по рельсу сопровождается большими износами их рабочих поверхностей.

Наконец, при буксовании частота вращения колесной пары может достичь таких значений, при которых может быть поврежден ее привод.

Буксование прекращают путем уменьшения вращающего момента М, увеличения у 0 за счет подачи кварцевого песка в зону контакта колеса и рельса или одновременно и тем и другим.

Для предотвращения возникновения буксования необходимо всегда соблюдать условие (2.2), представляющее собой аналитическое выражение основного закона локомотивной тяги, словесная формулировка которого звучит так: активная сила, приложенная к ободу движущегося колеса, не должна превосходить максимальную силу сцепления.

3. ТЯГОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛОКОМОТИВА

Чем большую касательную силу тяги сможет реализовать локомотив, тем большее число вагонов он сможет перемещать. Максимальная сила тяги локомотива равна сумме максимальных сил тяги движущих колесных пар. По аналогии с формулой (2.1) для всего локомотива Fr = Рсц Vk (3.1) где Рог— сцепной вес локомотива;

Ук— коэффициент сцепления локомотива.

Сцепной вес локомотива равен весу, приходящемуся на движущие колесные пары, т. е. на такие, к которым приложен вращающий момент.

У современных локомотивов все колесные пары выполняют движущими, и поэтому у них сцепной вес равен полному весу.

Коэффициент сцепления локомотива представляет собой коэффициент пропорциональности, связывающий РС и FK.

По величине ц \| всегда меньше у 0 ввиду того, что в общем случае колесные пары к локомотива работают в неодинаковых условиях по следующим причинам:

1) невозможно добиться абсолютного равенства вертикальных сил Р, действующих на отдельные колесные пары, и вращающих моментов М, приложенных к каждой из них;

2) условия сцепления у отдельных колесных пар, как правило, разные.

Поэтому при движении локомотива всегда имеется по меньшей мере одна колесная пара, у которой условия реализации силы тяги будут худшими, чем у других колесных пар, машинисту при этом приходится так регулировать работу локомотива, чтобы эта колесная пара (ее принято называть лимитирующей) не буксовала. Очевидно, что остальные колесные пары будут реализовывать силы тяги меньше, чем возможно по условиям сцепления.

Для всех локомотивов, эксплуатирующихся на железных дорогах нашей страны, опытным путем получены зависимости у к в функции скорости движения.

В частности, для тепловоза 2ТЭ10Л эта зависимость имеет вид:

–  –  –

Однако максимальная касательная сила тяги локомотива не может изменяться в соответствии с кривой 1 во всем рабочем диапазоне скоростей движения локомотива.

Как известно из физики, произведение силы тяги на скорость движения есть мощность. В соответствии с этим касательная мощность локомотива NK= Feu V (3.4) Выполнив соответствующие расчеты с использованием формул (3.3) и (3.4), можно убедиться, что при увеличении V касательная мощность локомотива будет увеличиваться. Однако в соответствии с законом сохранения и преобразования энергии эта мощность не может быть больше мощности дизеля у тепловоза или суммарной мощности тяговых электродвигателей у электровоза.

При некоторой, вполне определенной для каждого локомотива скорости Vn (см. рис, 3.1), называемой скоростью порога, мощность NK определяемая по (3.4 ), становится равной мощности дизеля, а у электровоза — мощности его тяговых электродвигателей.

Начиная с этой скорости, сила тяги локомотива будет ограничена не сцеплением, а мощностью, которая у тепловоза будет равна мощности дизеля за вычетом мощности, необходимой для обеспечения действия ряда вспомогательных механизмов и систем (о них будет рассказано ниже), и потерь, неизбежных при преобразованиях механической работы дизеля. В результате, начиная со скорости порога, сила тяги локомотива будет изменяться по линии 2, которая у тепловозов называется ограничением по мощности дизеля.

Вследствие этого при скорости движения тепловоза, равной, например, V, (см. рис. 3.1), он будет развивать силу тяги FKi, а не Foul, причем FKi Fcui.

Все сказанное в полной мере относится и к другим локомотивам.

Кроме двух указанных ограничений, тяговая характеристика каждого локомотива имеет еще одно — по конструкционной скорости движения V k (см. рис. 3.1). При движении локомотива с конструкционной скоростью детали привода колесной пары, передающие на нее вращающий момент, вращаются с максимально допустимой частотой, превышение которой может привести к их поломке.

Тяговая характеристика локомотива, содержащая ограничения по сцеплению, мощности и конструкционной скорости, называется предельной тяговой характеристикой. При работе по этой характеристике локомотив полностью реализует свои тяговые возможности.

Величина касательной мощности, которая необходима в данный момент времени, зависит от многих факторов и в первую очередь от массы поезда. Очень часто машинисту не нужно реализовывать максимальную касательную мощность.

Поэтому на каждом локомотиве предусматривается возможность реализации нескольких уменьшенных значений касательной мощности.

Число этих промежуточных значений у тепловозов равно 7 - 1 5 (2).

Каждому такому значению касательной мощности соответствует своя зависимость силы тяги FK от скорости V (см. рис. 3.1, линии I — IV). Нужное в данный момент значение касательной мощности машинист задает с помощью контроллера путем установки его главной рукоятки в соответствующее положение (позицию).

Позиции главной рукоятки контроллера машиниста, также как и соответствующие им тяговые характеристики, обозначают цифрами. При установке главной рукоятки на максимальную позицию локомотив реализует предельную тяговую характеристику.

4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ КАК МАШИНА

ПОСТОЯННОГО ТОКА

4.1. Ф и зи ч еск и е осн овы п р е о б р а зо в а н и я эн ер ги и в м аш ин е п остоя н н ого то к а Основные соотношения величин, которые характеризуют физиче­ ские явления, лежащие в основе работы электрических машин (элек­ тродвигателя и генератора), можно получить на основании законов Ам­ пера и Фарадея [1].

Рассмотрим действие однородного магнитного поля, созданного полюсами С и Ю, на проводник с током I. Вокруг проводника возникает магнитное поле, направление которого определяется по правилу буравчика (рис.4.1,а). Справа от проводника, где направления линий магнитного поля проводника и полюсов совпадают, происходит сгущение линий и, следовательно, увеличение магнитной индукции поля. Слева от проводника, где магнитные линии поля проводника и внешнего поля направлены навстречу друг другу, происходит разрежение магнитного поля (уменьшение магнитной индукции). Вследствие упругости, маг­ нитные линии стремятся сократиться по длине и выталкивают проводник

Рис.4.1. Действие магнитного поля на проводник (а, б) и виток (в) с током

Результирующая электромагнитная сила F, действующая на про­ водник, определяется законом Ампера: электромагнитная сила, дей­ ствующая на проводник с током, находящийся в магнитном поле и расположенный перпендикулярно напра&чению поля, равна произведению силы тока I, индукции магнитного поля В и длины проводника L F = В IL (4.1) Из формулы (4.1) следует, что B=F/(IL). Таким образом, магнитная индукция, количественно характеризующая интенсивность магнитного поля, равна максимальной силе, действующей в магнитном поле на участок единичной длины проводника, по которому течет ток силой 1 А.

В системе СИ единица измерения магнитной индукции В - тесла.

1 Тл= 1Н/(1мТ А).

Направление действия электромагнитной силы F определяют по правилу левой руки: ладонь левой руки нужно расположить так, чтобы магнитные линии входили в нее, и четыре вытянутых пальца совместить с направлением тока; тогда расположенный под углом больший палец укажет направление действия силы F.

Если вместо проводника поместить в магнитное поле виток с током и применить к нему правило левой руки, получим, что электромагнитные силы F, действующие на нижнюю и верхнюю стороны витка, будут направлены в разные стороны (рис.4.1,в). В результате действия этих двух сил возникает электромагнитный вращающий момент М на плече D cos а

М = F D cos а, Нм, (4.2)

где D - расстояние между сторонами витка;

а - угол между направлениями линий магнитного поля и плоскости витка.

Наибольший вращающий момент будет иметь место, когда виток с током пересекает линии магнитного поля (а=0°, 180°), а наименьший когда через площадь, ограниченную витком, проходит наибольший магнитный поток (а=90°,270°).

Свойство рамки с током поворачиваться в магнитном ноле лежит в основе создания электродвигателей, преобразующих электрическую энергию в механическую.

При пересечении проводником магнитных силовых линий в нем возникает или индуцируется электродвижущая сила (ЭДС). Это явление носит название электромагнитной индукции.

ЭДС, действующая в проводнике, представляет собой разность по­ тенциалов на его концах и, следовательно, измеряется в вольтах (В).

ЭДС индуцируется в проводнике независимо от того, включен ли он в замкнутую цепь или нет. При замыкании цепи проводника в нем потечет электрический ток, вызванный ЭДС.

Явление электромагнитной индукции лежит в основе создания ге­ нераторов - электрических машин для преобразования механической энергии в электрическую.

Значение ЭДС, индуцированной в проводнике, определяется законом электромагнитной индукции Фарадея: ЭДС, наведенная в проводнике, прямо пропорциональна индукции магнитного поля В, длине проводника L и скорости его перемещения в направлении, перпендикулярном силовым линиям.

Направление ЭДС индукции определяют по правилу правой руки:

если ладонь правой руки держать так, чтобы в нее входили магнитные силовые линии поля, а отогнутый большой палец совместить с направлением движения проводника, то вытянутые четыре пальца укажут направление индуцированной ЭДС В проводниках витка, движущихся в магнитном поле с постоянной окружной скоростью V, наводится ЭДС, переменная как по величине, так и по направлению (рис.4.2):

е = В V L cos а, В, (4.3) где а - угол между направлениями линий магнитного ноля и плоскости витка.

При а=0°,180° проводники I и II движутся перпендикулярно силовым линиям магнитного поля; в этом положении витка разность потенциалов на его концах А и Б, то есть ЭДС, максимальна. При а=90",270° проводники I и II перемещаются вдоль силовых линий поля, поэтому ЭДС в витке равна нулю.

В момент прохождения углов а=90°)270° изменяются направления движения проводников I и II относительно линий магнитного поля.

Поэтому, в соответствии с правилом правой руки, изменяется направление ЭДС в витке и, следовательно, полярность его концов А и Б (см. рис.4.2).

Рис.4.2. Электродвижущая сила в витке, вращающемся в магнитном поле Таким образом, в витке с током, находящемся в переменном маг­ нитном поле, возникает электродвижущая сила. Одновременно на про­ водники витка действуют электромагнитные силы. Эти процессы явля­ ются основой функционирования электрических машин, то есть уст­ ройств для взаимного преобразования электрической и механической энергий.

Неразрывная связь электромагнитных явлений, вызванных взаимо­ действием магнитных полей полюсов и витка с током, обусловливает свойство обратимости электрических машин постоянного тока. Оно заключается в том, что любая машина может работать как генератором, так и двигателем и может переходить из генераторного режима в двига­ тельный и наоборот. Указанное свойство широко используется на ло­ комотивах. Например, на тепловозах тяговый генератор работает в ре­ жиме двигателя (стартера) при запуске дизеля, а тяговый двигатель - в режиме генератора при электродинамическом торможении [2].

В связи с наличием у электрических машин постоянного тока свойства обратимости, принцип действия машины более подробно рас­ смотрим на примере электродвигателя.

4.2. Принцип действия и общее устройство электродвигателя постоянного тока Электродвигатель - это электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую. Если двигатель получает питание напряжением постоянной полярности, то он называется двигателем постоянного тока.

Простейшая схема такого двигателя приведена на рис,4.3, где в двухполюсной магнитной системе расположена обмотка якоря (показаны два последовательно соединенных элементарных проводника, образующих виток, концы которого подключены к двум пластинам коллектора К! и К2).

Подвод напряжения к коллектору осуществляется щетками Щ] и Щ2.

Непрерывное взаимодействие магнитного поля, создаваемого по­ люсами С и Ю, и магнитного поля якоря, возникающего при протекании по его обмотке тока, обусловливает возникновение электромагнитных сил Fi, F2 и вращающего момента на валу якоря. Одновременно в якорной обмотке индуцируется ЭДС, которая направлена, в соответствии с правилом правой руки, навстречу подводимому к двигателю напряжению (эту ЭДС иногда называют противо-ЭДС двигателя).

Таким образом, подводимое к электродвигателю напряжение стре­ мится создать ток в обмотке якоря, чему препятствует индуцируемая ЭДС.

Поэтому величина тока 1 в обмотке якоря работающего электро­ д двигателя будет определяться не подводимым к ней напряжением и д, а разностью между напряжением и наведенной в обмотке якоря ЭДС Ед,:

1д = (Пд - Ед) / Яд, А, (4.4) где Яд - суммарное сопротивление якорной цепи, Ом.

Из рис.4.3 видно, что ток 1 в якорной обмотке направлен от кол­ Д лекторной пластины Кь (щетка Щ, «+») к коллекторной пластине К2 (щетка ИЪ «-»). При повороте витка на угол 180° пластина К, переходит под щетку Щ2 «-», а пластина К2 - под щетку Щ! «+». Это приводит к изменению направления тока в витке на противоположное - от пластины К2 к пластине Ki. Одновременно в витке меняется направление ЭДС индукции (в соответствии с правилом правой руки). Такое переключение направления тока в витке якорной обмотки происходит при каждом переходе элементарного проводника из зоны действия северного полюса С в зону действия южного полюса Ю и наоборот. Процесс переключения, называемый коммутацией, осуществляется коллекторно-щеточным узлом.

Следовательно, коллектор электродвигателя преобразует постоян­ ный ток внешней цепи в переменный ток якорной обмотки. Примеча­ тельно, что коллектор электрического генератора постоянного тока преобразует переменный ток якорной обмотки в постоянный ток внешней цепи, то есть служит механическим выпрямителем.

Количество коллекторных пластин зависит от характеристик об­ мотки якоря, которая состоит из множества витков, соединенных друг с другом и с пластинами коллектора по определенной схеме.

К числу ха­ рактеристик якорной обмотки относят [1]:

• количество проводников якорной обмотки N;

• число параллельных ветвей обмотки 2а.

Кроме того, конструкцию электрической машины постоянного тока характеризует такой параметр, как число главных полюсов 2р.

Главные полюсы обеспечивают создание рабочего магнитного поля в электромашине. Для усиления и регулирования магнитной индукции поля В в качестве главных полюсов используют электромагниты.

Обмотки электромагнитов называют обмотками возбуждения, а ток, протекающий по ним, - током возбуждения. С увеличением тока воз­ буждения возрастает магнитная индукция поля В и магнитный поток возбуждения Ф (величины Ф и В. прямо пропорциональны друг другу).

Помимо главных полюсов, в конструкции мощных электродвига­ телей предусмотрены добавочные полюса, действие которых улучшает процессы коммутации. Обмотки этих полюсов включают последова­ тельно с якорной обмоткой.

Главные и добавочные полюсы, остов, якорь и воздушный зазор между якорем и полюсами образуют магнитную цепь двигателя (рис.4.4).

В качестве тяговых электродвигателей на отечественных локомотивах обычно используют двигатели постоянного тока последовательного возбуждения. В двигателях этого типа обмотки главных, дополнительных полюсов и якоря соединены последовательно (рис.4.5, а). Иногда на электрических схемах обмотку якоря электродвигателя совмещают с обмоткой дополнительных полюсов (рис. 4.5, б).

–  –  –

Графическое изображение двигателей в электрических схемах Рис.4.5. Графическое изображение двигателей в электрических схемах Я, - Д а - о б м о т к а якоря и добавочных полюсов;

С) - С2- обмотка возбуждения главных полюсов Реверсирование тягового двигателя, то есть изменение направ­ ления вращения его якоря, можно осуществить путем изменения на­ правления тока в обмотках возбуждения 1в, либо в обмотке якоря 1д. На локомотивах нашел применение первый из этих способов,- изменением направления тока в обмотках возбуждения, которое осуществляют с помощью специального электрического аппарата - реверсора (рис.4.6).

–  –  –

При одновременном изменении направления тока в обмотках якоря и главных полюсов направление вращения вала электродвигателя не меняется.

4.3. Основные параметры и показатели работы электрических двигателей Одним из наиболее важных параметров электродвигателя является его мощность. Чем большую мощность развивает электродвигатель, тем больший ток проходит по его обмоткам и, в соответствии с законом Джоуля-Ленца, больше тепла выделяется в проводниках. В результате теплового действия тока обмотки и другие детали двигателя нагреваются, их температура становится выше температуры окружающей среды.

Предельно допустимые превышения температур частей электриче­ ских машин по отношению к температуре окружающей среды не должны превышать норм, регламентированных ГОСТом. В зависимости от времени, в течение которого части двигателя, работающего в условиях нормально действующей вентиляции, нагреваются до максимально до­ пустимой температуры, ввели понятия продолжительной и часовой мощности [3].

Продолжительной называют наибольшую мощность, которую может развивать двигатель в течение неограниченного времени без по­ вышения температуры частей двигателя сверх максимально допустимого значения.

Под часовой понимают наибольшую мощность, которую может развивать двигатель в течение одного часа без повышения температуры частей двигателя сверх максимально допустимого значения. При этом полагают, что температура частей двигателя в начале испытания равна температуре окружающей среды, которую считают равной 25°С.

Паргиметры электрической машины: напряжение, сила тока, частота вращения вала якоря, к.п.д. - соответствующие работе при продолжи­ тельной мощности, называют длительными, а реализуемые при часовой мощности - часовыми.

Обычно технические данные тяговых двигателей электровозов приводят для двух режимов: продолжительного и часового [3], а тяговых двигателей тепловозов - для одного режима:

продолжительного [4]. Поэтому далее будем считать, что номинальным режимом работы тяговых электромашин тепловозов является продолжительный режим, а электровозов - часовой.

Мощность электрического двигателя, развиваемая на номинальном режиме Рдн= Ь'дн 1дн Пдн Ю \ кВт, (4.5) где и дн, 1дн, г)дн - номинальные значения напряжения, силы тока и к.п.д.

двигателя.

Значение к.п.д. г|дн, оценивающее потери энергии при работе машины, для локомотивных тяговых двигателей составляет 90-94%.

Различают три составляющие потерь энергии в электрической машине: электрические, магнитные и механические. Электрические по­ тери в двигателе обусловлены сопротивлением обмоток якоря и полюсов, а также коллекторно-щеточного узла прохождению тока. Магнитные потери обусловлены возникновением вихревых токов Фуко в массивных деталях двигателя, сопротивлением магнитному потоку воздушных, промежутков в магнитной цепи электродвигателя и гистерезисом.

Механические потери связаны с трением в подшипниковых узлах и аэ­ родинамическим сопротивлением, возникающими при вращении якоря.

Режим работы электродвигателя, при котором величина силы тока превышает допустимые значения, называется перегрузочным. Он ведет к сокращению срока службы электрической машины вследствие перегрева и снижения прочности изоляции ее обмоток.

В соответствии с формулой (4.4), значение силы тока в якорных об­ мотках двигателя 1 взаимосвязано с режимами работы локомотива, а д также характеристиками электродвигателя.

Зависимость между напря­ жением ид, приложенным к двигателю, и силой тока 1д определяется за­ конами Ома и Кирхгофа:

и д=Ед+1д Кд,В, (4.6) где Ед - ЭДС, индуцируемая в якорной обмотке, В;

1д*Кд - падение напряжения в электродвигателе при прохождении по нему тока (составляет примерно 0,04 ид), В;

Ra, - суммарное сопротивление якорной цепи двигателя, Ом.

Фундаментальные законы физики: законы Ампера (4.1),(4.2) и Фа­ радея (4.3), - рассмотренные в п.2.1 применительно к отдельному витку (проводнику), для электрического двигателя со сложной якорной об­ моткой имеют вид:

Ед = Сс Фд пд, В; (4.7) Мэ=0*Фд 1д,Нм, (4.8) где Мэ - электромагнитный момент на валу двигателя (вращающий момент без учета механических потерь в двигателе);

Фд - магнитный поток возбуждения двигателя, Вб;

пд - частота вращения вала якоря, об/мин;

Се,См - конструктивные постоянные двигателя для расчета ЭДС и вращающего момента соответственно.

Ce= ( p N ) / ( 6 0 a ) ; (4.9) CM= ( p N ) / ( 2 p a ), (4.10) где р - число пар главных полюсов двигателя;

N - количество проводников якорной обмотки;

а - число пар параллельных ветвей якорной обмотки.

Формулы (4.5)-(4.10) создают основу для расчетов рабочих ха­ рактеристик электродвигателей.

5. НАЗНАЧЕНИЕ И КОНСТРУКЦИЯ ТЯГОВЫХ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ

5.1. Назначение тяговых электродвигателей Тяговый электродвигатель (ТЭД) локомотива предназначен для преобразования электрической энергии в механическую, необходимую для вращения колесной пары.

Источником электроэнергии для движения тепловоза - автономного локомотива - служит дизель-генераторная установка (рис.5.1). Меха­ ническая энергия вращения коленчатого вала дизеля Д сообщается тя­ говому генератору ТГ и преобразуется в электрическую. Электрическая энергия от генератора поступает в тяговые электрические двигатели ТЭД, которые кинематически связаны с движущими колесными нарами КП и приводят их во вращение [5].

На неавтономных локомотивах, которыми являются электровозы, для питания тяговых двигателей используется электроэнергия, выра­ батываемая на электростанциях и передаваемая ТЭД по линиям элек­ тропередачи через тяговые подстанции и контактную сеть. Будучи под­ ключенным к электростанции, то есть практически неограниченному источнику энергии, электровоз может развивать повышенную мощность, ограниченную только мощностью ТЭД, поэтому мощность электровоза почти в 2 раза больше, чем тепловоза равной массы [б].

Рис.5 Л. Схема преобразования энергии на тепловозе На всех локомотивах привод колесной пары от ТЭД осуществляется через зубчатый редуктор колесно-моторного блока. Наиболее рас­ пространенным в настоящее время типом подвешивания ТЭД у грузовых тепловозов и электровозов является опорно-осевое подвешивание, при котором ТЭД с одной стороны опирается на ось колесной пары через моторно-осевые подшипники, а с другой стороны - на раму тележки через комплект пружин [7]. Неизменное расстояние между центрами вала двигателя и оси колесной пары называют централью Ц (рис.5.2).

Так как ТЭД служит для преобразования электрической энергии в механическую, то он входит в состав как электрической, так и механи­ ческой части локомотива.

5.2. Конструкция основных узлов и элементов тягового электрического двигателя тепловоза ТЭД постоянного тока состоит из неподвижного статора: остова с расположенными на его внутренней поверхности главными и добавоч­ ными полюсами - и вращающегося якоря (ротора). Вал якоря опирается на подшипниковые узлы, размещенные в статоре (рис.5.3).

Конструктивно двигатель образован следующими сборочными еди­ ницами: магнитная система (в корпусе которой также закреплены щет­ кодержатели со щетками), якорь, подшипниковые щиты с якорными подшипниками, моторно-осевые подшипники и др. [5].

М агнитная система двигателя состоит из станины (остова), че­ тырех главных и четырех добавочных полюсов.

Остов является магнитопроводом двигателя; он отлит из угле­ родистой стали и имеет восьмигранную или круглую форму. С торцов остова расположены расточки для подшипниковых щитов. На остове имеются два прилива (носика) для опоры ТЭД на тележку через пру­ жинную подвеску. С противоположной стороны остов имеет расточки под моторно-осевые подшипники. В верхней части остова со стороны коллектора находится вентиляционный люк, через который подводится воздух, охлаждающий обмотки и детали двигателя.

Рис. 5.2. Схема колесно-моторного блока локомотива с опорно-осевым подвешиванием ТЭД Главный полюс состоит из стального сердечника и катушки, на­ мотанной из шинной меди в два слоя (плашмя). Витки катушки изоли­ рованы друг от друга асбестовой электроизоляционной бумагой.

Для уменьшения нагрева главных полюсов, вызываемого воздейс­ твием вихревых токов, сердечники набирают из отдельных листов элек­ тротехнической стали. Собранные листы спрессовывают и соединяют заклепками. В отверстие листов запрессовывают стальной прямоугольный стержень, в который вворачивают болты, крепящие полюса к остову.

Добавочные полюсы обеспечивают улучшение процессов комму­ тации (снижение искрения) при работе коллекторно-щеточного узла ТЭД.

По своим размерам они меньше главных и несколько отличаются от них по конструкции (в частности, сердечник добавочного полюса цельный, отлитый из стали).

–  –  –

Обмотки возбуждения добавочных полюсов включены последо­ вательно с якорной обмоткой. Обмотки возбуждения главных полюсов соединены между собой так, чтобы полюса (северный-и южный) чере­ довались между собой (рис.5.4). Катушки добавочных полюсов соединены гибкими проводами, а главных - шинами из медной ленты, изоли­ рованными асбестовой, резиновой и стеклянной лентами [8].

Я корь электродвигателя состоит из стального сердечника и кол­ лектора, насаженных на вал двигателя. На конец вала напрессовано малое зубчатое колесо (шестерня), передающее вращающий момент от двигателя через зубчатую передачу на колесную пару.

Сердечник якоря набран из листов электротехнической стали тол­ щиной 0,5 мм. По торцам сердечник удерживается на валу нажимными шайбами, которые установлены на вал с большим натягом.

На окружности сердечника якоря расположены продольные пазы, в которых размещены изолированные проводники якорной обмотки, закрепленные стеклотекстолитовыми клиньями. Клинья предотвращают перемещение проводников в пазах под действием центробежных сил, возникающих при вращении якоря. Лобовые части обмотки якоря (пе­ редние и задние) закреплены бандажами из стеклобандажной ленты. В последнее время начинают применять стеклометаллические бандажи.

Чтобы повысить электрическую и механическую прочность изоляции обмоток, якорь и полюса пропитывают в лаке ПЭ-933 (полиэфир­ ноэпоксидном).

Для соединения проводников обмотки якоря с источником элек­ троэнергии служит коллекторно-щеточный узел.

Коллектор состоит из медных пластин клинообразного сечения, изолированных друг от друга миканитовыми прокладками. Эти пластины набирают на коллекторной втулке, которую после формирования коллектора насаживают на вал электродвигателя. К каждой коллек­ торной пластине припаяны (приварены) проводники якорной обмотки, укладываемые в пазы сердечника якоря по определенной схеме [1].

Коллектор соединен с внешней цепью через угольно-графитовые стержни, называемые щетками. Щетки устанавливают в специальные обоймы (щеткодержатели), кронштейны которых закрепляют на остове ТЭД через изоляторы. Для надежного контакта щеток с поверхностью коллектора служит пружинное нажимное устройство.

Рис.5.4. Схема соединения обмоток тягового электродвигателя

Вал якоря ТЭД, изготовленный из высококачественной стали, вра­ щается в двух роликовых подшипниках, запрессованных в ступицы подшипниковых щитов. В подшипниковом щите, расположенном со стороны коллектора, устанавливают опорно-упорный подшипник, а с противоположной стороны - опорный. В полости подшипников, закрытых крышками, по специальным трубкам запрессовывают смазку [8].

Отличительной особенностью тяговых двигателей локомотивов является наличие моторно-осевых подш ипников (МОП), которые служат опорой электродвигателя на ось колесной пары. МОП вмонти­ рованы в специальные разъемные приливы остова двигателя и состоят из бронзовых вкладышей, смазочного устройства и крышки, закрепленной болтами.

Крышка МОП служит резервуаром для смазки, которая подается к вкладышам подшипника при помощи специальных систем:

циркуляционной (смазка под давлением с использованием шестеренчатого насоса) и польстерной (смазка с использованием войлочных фитилей). В зависимости от конструкции ТЭД, данные системы могут использоваться как поодиночке, так и совместно [5].

В заключение рассмотрим особенности системы, которая обеспе­ чивает нормальную работу тяговых двигателей - системы охлаждения.

Во время работы ТЭД обмотка якоря и другие детали нагреваются. Для их охлаждения применяют принудительную вентиляцию (рис.5.5).

–  –  –

Охлаждающий воздух, подаваемый специальным вентилятором но гибким рукавам-гармошкам к вентиляционному люку остова ТЭД, про ходит через двигатель двумя потоками: один над коллектором, сер­ дечником якоря и в зазорах между полюсами, другой под коллектором, через вентиляционные отверстия в сердечнике якоря. Оба потока соединяются в корпусе ТЭД со стороны, противоположной коллектору, и выходят наружу через специальные окна (люки) [5].

Внутри остова ТЭД поддерживается небольшое избыточное давле­ ние воздуха, препятствующее попаданию пыли, влаги, снега.

Вентиляторы охлаждения ТЭД могут иметь механический привод от дизеля или электрический от специальных электродвигателей (моторвентиляторы). Обычно один вентилятор охлаждает несколько тяговых двигателей, установленных на одной тележке. На некоторых тепловозах применяют централизованную систему охлаждения тяговых элек­ трических машин и аппаратов.

6. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ДВИГАТЕЛЕЙ НА ЛОКОМОТИВАХ

6.1. Режимы и характеристики работы тяговых электрических двигателей электровозов Силовые цепи электровозов постоянного и переменного тока (рис.6.1) включают в себя, в общем случае, следующие элементы [3]:

токоприемники Т; аппараты защиты (быстродействующий БВ и главный ГВ выключатели); пуско-регулирующую аппаратуру (сопротивления R, контакторы К ГК 3, тяговый трансформатор ТТ); тяговые электрические двигатели 1-2 с обмотками возбуждения ОВ.

Рис. 6.1. Схемы силовых цепей электровозов

а) электровоз постоянного тока б) электровоз переменного тока Напряжение, приложенное к силовой цепи от контактной сети, не­ изменно и составляет 3 кВ для электровозов постоянного тока и 25 кВ для электровозов переменного тока. Непосредственно на двигатели поступает напряжение 1 1 д, величину которого можно изменять с помощью пуско­ регулирующей аппаратуры.

Будем считать, что тяговый двигатель ТЭД при фиксированном со­ стоянии контакторов КГК3 работает при постоянном напряжении и д, то есть по естественным характеристикам.

Тогда, как следует из уравнений (4.6) и (4.7), величина тока ТЭД 1 будет плавно изменяться в д зависимости от частоты вращения его якоря пд:

1д~ (и д - Ед) / Яд= (ЕГд- Се Фд Пд) / Яд, А. (6.1) При этом с увеличением пд сила тока 1д уменьшается и наоборот.

Частота вращения якоря ТЭД пд прямо пропорциональна скорости движения локомотива. Поэтому ток 1 момент на валу ТЭД Мэ=См Фд 1д и д, пропорциональная ему сила тяги F ^, создаваемая двигателем, будут уменьшаться с ростом скорости локомотива V.

Зависимости Ijf=f(V) и F ^ f l V ) называют токовой и тяговой ха­ рактеристиками ТЭД. Форма этих характеристик для двигателей с по­ следовательным возбуждением, работающих при постоянном напряжении

1 )д, показана на рис.6.2.

а) б) возбуждением а) токовая, б) тяговая Из рис.6.2,б видно, что характер зависимости F^=f(V ) отвечает ос­ новным требованиям локомотивной тяги:

сила тяги Ркд, создаваемая двигателем, увеличивается при снижении скорости движения локомотива V и плавно уменьшается по мере ее роста;

это обеспечивает преодоление поездом тяжелых подъемов, а также дает возможность разгонять поезд на ровных участках пути и преодолевать затем подъемы за счет увеличенной кинетической энергии;

наибольшие значения силы тяги Гкд двигатель создает при скорости локомотива, близкой к нулю, что соответствует условиям трогания и разгона поезда.

Поэтому именно двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением нашли широкое применение в качестве тяговых электро­ двигателей локомотивов.

Несмотря на то, что момент Мэ, и сила тяги F ^ двигателя ав­ томатически изменяются в зависимости от скорости V (по естественной характеристике ТЭД), машинисту необходимо регулировать величину силы тяги ТЭД Fjgj для управления локомотивом и движением поезда.

Формула (6.1) показывает, что уровень тока ТЭД 1д, а следовательно момента Мэ и силы тяга Рвд при прочих равных условиях определяется величиной напряжения и д, подведенного к ТЭД. Поэтому управление силой тяги ТЭД осуществляют регулированием напряжения и д.

Для изменения напряжения ТЭД на электровозах постоянного тока используют перегруппировку или переключение соединения ТЭД [3] (на рис.6.1,а условно показаны два ТЭД, которые с помощью контак­ торов К 1-К3 могут быть соединены последовательно или параллельно).

Перегруппировка позволяет получить на каждом двигателе три значения напряжения и д при отключенных реостатах R (таблица 6.1). Данные значения напряжения и д соответствуют работе электровоза на ходовых позициях контроллера машиниста - специального устройства для управлением локомотивом. Эти позиции обозначают буквами "С", "СП" и "П".

–  –  –

Рис.6.3. Зависимость характеристик двигателей от схемы соединения Из формулы (6.1) следует, что при резком увеличении напряжения и д в силовой цени ТЭД возникают броски тока 1д. Для ограничения силы тока в подобных режимах, которые имеют место при пуске или пе­ регруппировке ТЭД, на электровозах используют пуско-регули­ ровочные реостаты R (рис.

6.1,а). Прохождение тока по сопротивлениям R сопровождается их нагревом и потерями электроэнергии. Поэтому долговременная работа электровоза с включенными сопротивлениями, на так называемых реостатных позициях контроллера машиниста, не допускается. Безреостатные позиции "С", "СП" и "П" используют как ходовые, время работы на которых не ограничивается.

Трех ходовых позиций для обеспечения экономной работы локо­ мотива явно недостаточно. Поэтому для расширения регулировочных возможностей электровоза и увеличения числа его ходовых позиций используют ослабление возбуждения ТЭД.

Ослаблением возбуждения называют уменьшение магнитного по­ тока двигателя Фд за сч ет снижения тока возбуждения 1в по отношению к току якоря 1Д. Степень изменения магнитного потока ТЭД оценивают коэффициентом ослабл ения возбуждения а = 1 в / 1д (6.2 ) Ослабление возбуждения осуществляют включением в силовую цепь электровоза сопротивления Rm (рис.6.4). Индекс "ш" указывает на то, что сопротивление подключается параллельно обмотке возбуждения ОВ, то есть шунтирует ее.

При шунтировании обмотки возбуждения ТЭД ток в якоре 1д возрастет (согласно формуле (6.1 ) 1д =(ид-СеФдПд)/11д ) вследствие уменьшения магнитного потока Фд и суммарного сопротивления Rfl. Причем ток 1д увеличится до такого значения, при котором магнитный поток Фд восстановится практически до прежнего уровняв Поэтому фактически увеличение силы тока 1 и силы тяги Ркд ТЭД осуществляется не д снижением магнитного потока, а уменьшением суммарного сопротивления якорной цепи Rfl [3].

Рис.6.4. Схема ослабления возбуждения тягового электродвигателя

На отечественных электровозах постоянного тока применяют от двух до четырех ступеней ослабленного возбуждения. Ослабление воз­ буждения машинист может использовать при последовательном, после­ довательно-параллельном и параллельном соединениях ТЭД. Таким об­ разом, если применяются две ступени ослабления возбуждения ОП] ОП2, то тяговый двигатель имеет 9 ходовых позиций регулирования силы тяги Ркд, (рис.6,5).

–  –  –

Рис. 6.5. Характеристики тягового двигателя электровоза постоянного тока на ходовых позициях контроллера машиниста а) токовые, б) тяговые На электровозах переменного тока регулирование силы тяги ТЭД осуществляют как и на электровозах постоянного тока - изменением напряжения па двигателе и д. За счет наличия тягового трансформатора ТТ и контакторов, которые на рис.6.1,6 условно обозначены Ki - К3, здесь имеется возможность получить большое число ступеней регулирования напряжения и д. Поэтому необходимость использования пусковых сопротивлений и перегруппировки ТЭД отпадает.

Отечественные электровозы переменного тока имеют по 33 позиции регулирования напряжения, девять из которых считаются ходовыми (на ^гих позициях электровоз работает с более высоким к.п.д.). Поскольку „исковые сопротивления в цепи двигателей отсутствуют, в принципе длительная работа ТЭД допускается на всех позициях [6 ].

Кроме позиций регулирования напряжения на электровозах пере­ менного тока предусмотрены также позиции ослабленного возбуждения (обычно три ступени шунтирования обмотки возбуждения на 33-й по­ зиции контроллера машиниста).

Таким образом, особенности работы ТЭД на электровозах заклю­ чаются в следующем.

на ходовых позициях контроллера машиниста ТЭД работает при по­ стоянном (или близком к нему) напряжении по естественной харак­ теристике (рис.6.2); при этом с увеличением скорости локомотива V мощность двигателя Рд=ид1д снижается вследствие уменьшения тока якоря;

2. регулирование силы тяги Fjqj ТЭД осуществляется машинистом за счет изменения напряжения и д и степени ослабления магнитного потока Фд;

3. при повышении напряжения на двигателе либо ослаблении его воз­ буждения мощность ТЭД Рд=ид1 увеличивается.

д На тепловозах, оборудованных собственным источником энергии для движения (дизелем), тяговые электродвигатели работают в другом режиме по иным характеристикам.

6.2. Режимы и характеристики работы тяговых электрических двигателей тепловозов Как было показано в п. 6.1, на тепловозах ТЭД является звеном сложной энергетической цепи. В ней происходит последовательное преобразование механической энергии в электрическую (в тяговом ге­ нераторе ТГ) и электрической энергии в механическую (в тяговых дви­ гателях ТЭД). Совокупность преобразователей энергии, то есть генератора и двигателей, соединенных в электрическую цепь, называют элек­ трической передачей тепловоза. Условная схема такой передачи по­ казана на рис. 6.6.

Из рис.6. 6 видно, что потребителями энергии, вырабатываемой ди­ зелем Д, являются тяговый генератор ТГ и вспомогательное обору­ дование тепловоза ВО (вентиляторы охлаждающих устройств дизеля и тяговых электромашин, тормозной компрессор и др.). Отсюда следует равенство мощностей Ne= Nr + Nb, кВт, (6.3) o где Ne - эффективная мощность дизеля (мощность на коленчатом валу), кВт;

N r, Nbo - мощность, потребляемая тяговым генератором и вспомогательД - дизель; ВО - вспомогательное оборудование; ТГ-тяговый генератор;

Н-независимая обмотка возбуждения тягового генератора; ТЭД-тяговый электродвигатель; ОВ-обмотка возбуждения тягового электродвигателя;

КП-колесная пара; ОРД-объединенный регулятор дизеля; САУ-система автоматического управления электропередачей; 1вг-ток возбуждения тягового генератора.

Для экономичной работы дизеля на каждой из позиций контроллера машиниста (устройства для управления локомотивом) должны поддерживаться постоянными частота вращения коленчатого вала, цик­ ловая подача топлива и, следовательно, эффективная мощность дизеля Ne. В этом случае, согласно формуле (6.3), постоянной должна быть и суммарная мощность нагрузки дизеля, то есть Nr+NBoМощность привода вспомогательного оборудования NB при работе o тепловоза на неизменной позиции контроллера может увеличиваться и уменьшаться, обычно ступенчато (например, при включении и отклю­ чении тормозного компрессора).

В этой ситуации мощность ТГ должна изменяться таким образом, чтобы выполнялось условие экономичной работы дизеля:

Ne=Nr+ Nbo" const (6.4) Иначе говоря, на каждой позиции контроллера машиниста мощность ТГ должна быть равна свободной мощности дизеля:

Мг=Н-Кво,кВт, (6.5) где Nc -Nbo- свободная мощность дизеля, кВт.

Таким образом, при неизменной позиции контроллера машиниста уровень мощности ТГ Nr- может быть различным, даже при условии по­ стоянства эффективной мощности Ne=const. Однако при каждом ус­ тановившемся (фиксированном) значении свободной мощности дизеля NeМВ величина мощности ТГ должна быть постоянной, то есть о Nr= РгтТ (Ог1г) / йг= const, г= (6.6 ) где Рг - электрическая мощность, вырабатываемая ТГ, кВт;

И - к п.д. генератора, равный 94-95%;

р и г1г - напряжение и ток генератора соответственно.

Пренебрегая влиянием изменения к.п.д. % выражение (6.6 ) обычно записывают в виде Ur lr = const (6.7) или, переходя к параметрам работы ТЭД, и д1 = const д (6.7') Формулы (6.7), (6.7’) выражают основной закон работы электрической передачи при неизменном уровне свободной мощности дизеля.

Следовательно, при работе тепловоза на заданной позиции кон­ троллера и произвольных изменениях тока ТЭД 1 вызванных ко­ Д лебаниями скорости движения локомотива V, необходимо принуди­ тельно изменять напряжение ТЭД и д по закону (6.7),(6.7'). Для выпол­ нения этого требования зависимость Ur=f(Ir), называемая внешней ха­ рактеристикой тягового генератора тепловоза [9], в средней части (зона II) имеет форму гиперболы (рис.6.7,а). Прямые участки внешней характеристики отражают ограничения силы тока (зона 1 ) и напряжения (зона III) тягового генератора.

Формирование внешней характеристики ТГ на тепловозах осу­ ществляется системой автоматического регулирования электрической передачей (САР). В САР от специальных датчиков поступают электрические сигналы! (на рис.6. 6 показаны штриховыми линиями), которые косвенно характеризуют величины эффективной Nc и свободной Ne-NB мощности дизеля, а также электрической мощности генератора Рг.

o Сравнивая эти сигналы, САР формирует гиперболический участок внешней характеристики ТГ - регулирует напряжение ТГ Ur таким образом, чтобы при любых колебаниях тока ТГ 1г и мощности вспомо­ гательного оборудования выполнялись условия (6.5) и (6.7). При изменении позиции контроллера машиниста и, следовательно, эффек­ тивной мощности дизеля Nc САР устанавливает мощность генератора ТГ в соответствии с требованием (6.4). При этом характеристики работы ТГ смещаются, что показано на рис.6.7, б.

Рис.6.7. Зависимости напряжения Ur (а) и электрической мощности Рр (б) тягового генератора от силы тока 1 г Т'аким образом, будем считать, что тяговый генератор ТГ и тяговый двигатель ТЭД тепловоза на каждой позиции контроллера работают при пост оянной мощности.

Ток двигателя 1 при этом зависит от напряжения д и д= и г и частоты вращения якоря ТЭД пд (в соответствии с формулами (4.6) и (4.7)):

1д = (Ur - Ед) / Яд = (Ur - Се Фд Пд) / Дд, А. (6.8 ) С увеличением скорости движения тепловоза V сила тока 1д уменьшается вследствие повышения противо-ЭДС ТЭД Ея (рис.6.8 ). Одновременно САУ увеличивает напряжение ТГ Ur, поскольку Pr=UrIr=const. Поэтому у тепловозов, по сравнению с электровозами, токовая 1д=ДУ) и тяговая Рвд-^У ) характеристики ТЭД более пологие (напомним, что ТЭД электровозов работают при условии U ^const).

Интенсивность изменения силы тяги ТЭД в зависимости от скорости локомотива V оценивают производной %= -dF^/dV, которую называют жесткостью тяговой характеристики [10,11]. Тяговая характеристика ТЭД электровоза крутопадающая и поэтому более жесткая, чем пологая характеристика ТЭД тепловоза.

Для управления силой тяги ТЭД тепловоза и движением поезда машинист изменяет мощность дизеля Ne и, следовательно, тягового ге­ нератора Рг. При этом увеличивается или уменьшается уровень напря­ жения ТГ Ur, а вместе с ним ток 1д, электромагнитный момент Мэ=СмФд1д и сила тяги FK ТЭД (рис.6.9).

fl Отечественные магистральные тепловозы имеют, как правило, 15 позиций регулирования мощности дизеля (позиций контроллера машиниста), а маневровые и промышленные тепловозы - 8

–  –  –

Рис.6.9. Характеристики работы тяговых электрических машин тепловоза при различной мощности дизель-генераторной установки Из рис. 6.7 и 6.9 видно, что полное использование мощности ТГ Рг на каждой из позиций контроллера возможно лишь в определенном ин­ тервале изменения тока 1г и напряжения Ur, а следовательно силы тяги ТЭД Ркд и скорости движения тепловоза V (зона I I). С ростом скорости V сила тока 1 уменьшается, а напряжение Ur,- автоматически увеличивается Г, вплоть до своего ограничения. Дальнейшее снижение тока ТГ 1г (зона III) вызывает пропорциональное уменьшение мощности Pr=UrIr. В этом случае нарушается условие экономичной работы дизеля (6.4).

Чтобы расширить интервал скоростей движения, соответствующий гиперболической зоне II внешней характеристики ТГ, при повышении скорости V приходится искусственно увеличивать ток двигателей и ге­ нератора. Это достигается за счет автоматического управления ТЭД путем ослабления возбуждения [9].

Ослабление возбуждения ТЭД осуществляется, как и на электро­ возах, при помощи сопротивления Яш, которое подключается парал­ лельно обмотке возбуждения двигателя ОВ (см. рис.6. 6 и 6.4).

В момент перехода, то есть включения сопротивления RU в электрической пе­ J, редаче тепловоза происходят следующие процессы:

• ток ТЭД 1д=(иг-СеФдПд)/Кд увеличивается вследствие уменьшения величин Фд и Яд;

• САР электропередачей снижает напряжение ТГ Ur так, чтобы мощность генератора Pr~TJrIr и тягового двигателя Рд = и д1д ~Мэ/Пд оставались неизменными;

• электромагнитный момент на валу ТЭД Мэ=См Фд1 остается д практически постоянным, поскольку величина магнитного потока Фд уменьшилась, а силы тока 1 увеличилась; поэтому д сила тяги ТЭД Fiqj изменяется незначительно, только вследствие некоторого изменения к.п.д. тягового двигателя;

• частота вращения якоря ТЭД пд и скорость движения тепловоза V в момент перехода не изменяются.

Графическое представление данных процессов, поясняющее наз­ начение и действие ослабления возбуждения ТЭД на тепловозах, по­ казано на рис.6. 1 0.

Из рис.6.10 видно, что ослабление возбуждения ТЭД тепловозов расширяет интервал скоростей, при котором используется полная мощ­ ность дизель-генераторной установки. Обычно ослабление возбуждения второй ступени ОП2 позволяет обеспечить использование полной мощ­ ности вплоть до конструкционной скорости тепловоза VK Ослабление.

возбуждения первой ступени ОП( служит для уменьшения скачков тока при переходе с полного возбуждения на ослабленное (и наоборот).

Таким образом, основные особенности работы ТЭД на тепловозах заключаются в следующем:

1) на каждой позиции контроллера машиниста ТЭД работает при посто­ янной мощности, которую поддерживает САР электропередачей путем регулирования тока возбуждения ТГ 1 и его напряжения Ur;

вг

2) управление силой тяги ТЭД ГК осуществляется машинистом за счет д изменения мощности дизеля Ne и, следовательно, тягового генератора Рг, с помощью контроллера машиниста;

3) ослабление возбуждения ТЭД на тепловозах не предназначено для регулирования силы тяги машинистом и производится автоматически;

при изменении режима возбуждения электрическая мощность ТЭД остается постоянной.

Рис.6.10. Расширение интервала скоростей движения, при котором используется полная мощность дизель-генератора, за счет ослабления возбуждения ТЭЦ А - интервал скоростей использования полной мощности при работе без ослабления возбуждения ТЭД (режим "полного поля" I III);

Б - то же при двух ступенях ослабления возбуждения ОГ1| и ОПг;

о - переход с одного режима возбуждения ТЭД на другой;

VK- конструкционная скорость локомотива Знание особенностей и режимов работы ТЭД на локомотивах поз­ воляет рассчитывать характеристики тягового электропривода, а далее тяговые и токовые характеристики тепловозов и электровозов.

7. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ПРИВОДА

Для тягового привода рабочими называют:

• электромеханические характеристики тягового электродвигателя: скоростную пд=Ц1д), моментную Мд=Д1д) и характеристику к.п.д.

• электротяговые характеристики Бкд^Од), У=Д1д).

7.1. Электромеханические характеристики Электромеханические характеристики отражают изменение меха­ нических параметров пд и Мд на валу двигателя в зависимости от силы тока 1д.

Моментную характеристику ТЭД Мд=Д1д) рассчитывают, с учетом формулы (4.8), по выражению Мд= СмФд1д Т|м5Нм, (7.1) где Мд - вращающий момент на валу ТЭД;

т]м- механический к.п.д. двигателя, равный 0,96-0,98.

Скоростная характеристика пд“Т(1д) определяется из уравнений (4.6) и (4.7), характеризующих состояние электрической цепи ТЭД:

пд= (и д-1д1у/(с;-Ф д) или, принимая IflRrf~0,04 Цп, Пд =0,96 и д /(С еФд), об/мин. (7.2) Последовательность расчета электромеханических характери­ стик вклю чает в себя ряд этапов.

1) Определение значений коэффициентов Се и См по формулам (4.9) и (4.10) в соответствии с исходными данными ТЭД.

2) Вычисление силы тока ТЭД на номинальном режиме работы 1дн= Рда/ (ЦднПдн) 1C3, А, (7.3) где и дн Рдн, %н - номинальные значения напряжения, мощности и к.п.д. двигателя (исходные данные ТЭД).

Величину рдн можно принять равной 0,90-0,92 для тепловоза и 0,92-0,94 для электровоза.

3) Расчет магнитного потока возбуждения ТЭД на номинальном режиме работы

–  –  –

5) Расчет и построение зависимостей магнитного потока Фд от тока якоря 1д ТЭД при разных ступенях ослабления возбуждения.

При выполнении данного этапа следует заполнить таблицу 7.2.

Значения 1д целесообразно задать по точкам универсальной магнитной характеристики в диапазоне (0,25-1,50)1дн для электровозов и (0,50-1,50)1да для тепловозов. Величины тока возбуждения 1в, соответствующие каждому значению тока 1 д, составляют Ь=а1^А (7.7) где а - коэффициент ослабления возбуждения ТЭД В данной курсовой работе значения коэффициента а на первой (ОПО и второй (ОП2) ступенях ослабления возбуждения следует при­ нять равными а2=0,3-0,4 и ®i [4].

Значения магнитного потока Фд для каждого сочетания величин тока якоря 1Ди коэффициента а можно приближенно определить по по­ строенному ранее графику универсальной магнитной характеристики ТЭДФд=*1„).

Полученные точки! с координатами (1д,Фд) необходимо нанести на миллиметровую бумага и построить кривые намагничивания двигателя Фд=АЗд)для режимов возбуждения ПП, ОП,, и ОП2.

–  –  –

д) построить координатную сетку с осями I, U и в ней нанести точки с КООрДИНатаМИ Огтт: Urmax) (1гТЬ Uf!-j) И (Umax- Urmin)Через точку с координатами (Irmin, Urmax) провести горизонтальную линию, соответствующею ограничению по напряжению ТГ.

Через точку с координатами (1Гтах) Urmin) провести вертикальную линию, соответствующею ограничению по току ТГ.

Гиперболический участок внешней характеристики можно построить по данным верхней части таблицы 7.4. Полученная кривая обязательно должна пройти через точку продолжительного режима работы ТГ с координатами (1гн, Uн е ­ построенные внешняя характеристика ТГ Ur=f(Ir) и кривые на­ магничивания ТЭД Фд=1(1д) позволяют рассчитать электромеханические характеристики ТЭД тепловоза по формулам (7.1), (7.2) с ис­ пользованием соотношений (7.8) и (7,9).

Результаты вычислений следует оформить в виде таблицы 7.4, две верхние строки которой содержат точки гиперболического участка внешней характеристики ТГ.

По данным таблицы 7,4 можно построить искомые графики ско­ ростной Пд=Щд) и моментной Ma=f(Ia) характеристик ТЭД для различных режимов возбуждения.

7.2. Электротяговые характеристики Электротяговые характеристики Ркд=Д1д) и V=f(I;i) отражают изме­ нение механических параметров на ободе колеса. Поэтому они также называются электромеханическими характеристиками ТЭД, отне­ сенными к ободу колеса локомотива.

Зависимость силы тяги Fjyj на ободе колеса, развиваемой дви­ гателем, от тока якоря 1 д можно рассчитать по известной моментной ха­ рактеристике Мд=Д1д) и параметрам колесно-мо горного блока. При этом взаимная связь величин Fra и Мд определяется соотношением F]yj= 2 Мд р / Dk, Н, (7.15) где Dk - диаметр колеса локомотива по кругу катания, м;

р - передаточное число зубчатой передачи колесно-моторного блока;

%, - к.п.д. зубчатой передачи, равный 0,975.

Значения параметров р и DKпринимаются в соответствии с заданием к курсовой работе.

Скоростная характеристика У={(1д), отнесенная к ободу колеса, рассчитывается по электромеханической характеристике пл=Д1д) ТЭД с учетом того, что скорость движения локомотива принято выражать в км/ч:

V = 0,188 ПдDk/p, км/ч. (7.16) Результаты расчетов следует занести в таблицу 7.5 Полученные электромеханические характеристики ТЭД, отнесен­ ные к ободу колеса, необходимы для построения тяговых характеристик локомотивов.

–  –  –

8. ТЯГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛОКОМОТИВОВ

8.1. Сила тяги локомотива и ее реализация В локомотивах образование движущей силы (силы тяга) происхо­ дит вследствие взаимодействия колесных пар с рельсами за счет вра­ щающего момента, создаваемого тяговым двигателем (рис.8.1 ).

К колесной паре 1 приложен вращающий момент Мк, который пе­ редается от двигателя 2 через зубчатый редуктор, состоящий из шес­ терни 3 и зубчатого колеса 4. Шестерня 3 закреплена на валу ТЭД, а зубчатое колесо 4 - на оси колесной пары.

Вращающий момент на колесной паре равен Мк=Мдцт1з,Нм, ( 8. 1) где Мд - момент на валу двигателя, Им;

ц - передаточное число зубчатой передачи;

т|3- коэффициент полезного действия зубчатой передачи.

Момент Мк обычно представляют в виде пары сил F, и F2 с плечом р к/2, одна из которых (F() приложена к ободу колеса в точке касания с рельсом (точка А), а другая (F2) - к оси колесной пары. Поскольку силы F[ и F2, действующие на колесную пару, равны по величине и противо­ положно направлены, то они уравновешивают друг друга и не вызывают поступательного движения колес. В то же время, силы F, и F2 могут создать вращение колеса. Подтверждением этого является следующий факт: колесные пары, вывешенные на домкратах над поверхностью рельса, при включении ТЭД начинают вращаться, однако движение ло­ комотива отсутствует.

Очевидно, что поступательное движение колесной пары будет воз­ можно в том случае, если скомпенсировать действие силы F, какой-либо дополнительной силой и нарушить тем самым баланс сил F, и F2. Подобная ситуация возникает, ког да колесная пара (далее для сокращения - колесо) контактирует с рельсом и прижата к нему силой тяжести GT.

–  –  –

Сила тяжести GT, приходящаяся на одну ось локомотива, приложена к колесу и через точку контакта А действует на рельс (рис.6.1). Реакция рельса на колесо GP по III закону Ньютона равна значению силы тяжести Gx по модулю и противоположна ей по направлению. Указанные силы, действующие на колесо в вертикальной плоскости, уравновешивают друг друга.

В горизонтальной плоскости к ободу колеса приложена сила Fb ко­ торая, как и сила тяжести GT, через точку контакта А действует на рельс (сила F, направлена вдоль поверхности рельсов, поэтому в случае их ненадежного крепления имеет место явление, известное как "угон пути").

Реакция рельса FP по III закону Ньютона равна силе F] по модулю и противоположна ей по направлению. Поэтому силы Fj и FP, действующие на колесо в точке А, уравновешивают друг друга. Сила F2 остается неуравновешенной, что вызывает качение колеса и его поступательное движение относительно рельса.

Следовательно, движущей силой (силой таги) колесной пары яв­ ляется сила Р2, развиваемая тяговым двигателем. Для удобства расчета ее значений, на практике в качестве силы тяги условились считать силу реакции рельса FP, равную по величине силам Fi и F2 [11]. При этом значения сил определяют, рассматривая равенство моментов FpDk/2=M k, из которого следует, что F2= FР = 2 Мк / DK= 2 Мд р лз / DK Н.

, Отметим, что данное уравнение было использовано при построении электротяговых характеристик локомотивов для расчета силы тяги ТЭД на ободе колеса РК (формула (7.15)).

д Поскольку сила FP действует по касательной к колесу, ее называют касательной силой тяги. Для локомотива в целом касательную силу тяги FK можно определить как FK = n0CFP = m F K,H, Q ( 8.2) где П - число движу щих осей локомотива;

ос m - количество тяговых электродвигателей на локомотиве.

Таким образом, качение колесной пары по рельсу происходит, если к ней приложена пара сил F] и F2 (вращающий момент от тягового дви­ гателя) и сила F] уравновешена реакцией рельса FP.

Сформулируем осо­ бенности силы FP как касательной силы тяги:

сила FP, будучи силой реакции, возникает только под действием силы Fb равна ей по модулю и поэтому пропорциональна величине вращающего момента ТЭД Мд;

реакция Fp, будучи по природе силой трения, возникает при наличии контакта колеса с рельсом и силы, прижимающей их друг к другу (силы тяжести); уровень силы Fp не может превосходить некоторой максимальной величины, которую называют силой сцепления колес с рельсами РС ц.

Итак, касательная сила тяги - это сила реакции рельса на колесо, возникающая под действием внешнего вращающего момента и ог­ раниченная силой сцепления колеса с рельсом.

При увеличении вращающего момента на колесе Мк касательная сила тяги FP, равная силе тяги ТЭД F ^, возрастает вплоть до уровня, со­ ответствующего силе сцепления FC (зона I на рис.8.2). Дальнейшее по­ 1( вышение момента Мк (зона II) приводит к нарушению условия качения колеса F t=Fp. Сила Fi равная F ^, не уравновешивается силой FP, равной Feu В результате происходит срыв сцепления и начинается боксование, то есть проскальзывание колеса относительно поверхности рельса, при Рис.8.2. Зависимость касательной силы тяги FP от силы тяги ТЭД Р«д и силы сцепления колеса с рельсом Feu

-касательная сила тяги Fp;

""" - сила тяги, развиваемая ТЭД, Fкд= F,;

' -сила сцепления колеса с рельсом Feu MJjUL Боксование приводит к интенсивному износу рабочих поверхностей колеса и рельса, разрушению вращающихся деталей якоря ТЭД под действием центробежных сил, возникновению кругового огня на кол­ лекторе ТЭД и другим опасным явлениям.

Чтобы не допускать их, ус­ тановлены технические условия устойчивого движения локомотива, ко­ торые описываются неравенством [ 1 1 ] FKmax^ VoPcu (8.3) где Fiomx- максимально допустимая касательная сила тяги локомотива, у 0 - потенциальный (максимальный) коэффициент сцепления;

Рсц - сцепной вес локомотива (вес, приходящийся на движущие ко лесные пары и участвующий в создании силы тяги).

Рсц = 9,81 Пос2П,КН, (8.4) где 2 П - осевая нагрузка локомотива, т (исходные данные).

Неравенство (8.3) выражает основной закон локомотивной тяги: для обеспечения устойчивости управляемого движения локомотива окружные усилия на оводах движущих колес, создаваемые тяговыми дви­ гателями, не должны превосходить сипу сцепления, колес с рельсами.

Коэффициент сцепления, а следовательно и сила сцепления, яв­ ляются случайными величинами, на которые оказывают влияние много­ численные факторы: качество ремонта и содержания локомотивов, ме­ теорологические условия поездки, текущее состояние пути и др. Для ло­ комотивов одной серии при одинаковой скорости движения разброс возможных значений коэффициента сцепления относительно его сред­ него значения достигает ±50% [10].

Поэтому для обеспечения устойчивости локомотивов против боксования устанавливают так называемый расчетный коэффициент сце­ пления у к, величина которого меньше потенциального у 0. При этом сила тяги по сцеплению составляет Ркпг~Ук РоьКН. (8.5) Расчетный (нормативный) коэффициент сцепления локомотива у к определяют экспериментальным путем и задают так, чтобы обеспечить практически приемлемую надежность движения полновесных поездов (поездов расчетной массы) по тяжелым подъемам при плохих условиях сцепления [ 1 2 ].

В данной курсовой работе характеристики сцепления \|/K =f(V) можно считать следующими [13]:

- для электровозов постоянного тока у к =0,28 + 3 / (50 + 20 V) - 0,0007 V; (8.6 )

- для магистральных тепловозов Ук = 0,118 + 5 /(V + 27,5). (8.7) Для построения тяговых характеристик локомотивов предвари­ тельно необходимо рассчитать силу тяги по сцеплению FK при различной cu

–  –  –

Диапазоны изменения скорости можно, в первом приближении, принять равными 0-30 км/ч для тепловозов и 0-50 км/ч для электровозов

8.2. Построение тяговых и токовых характеристик локомотивов Тяговой характеристикой локомотива называют графическую за­ висимость касательной силы тяги FK от скорости движения V при уста­ новившихся режимах на разных позициях регулирования (позициях контроллера машинист а).

Токовая характери сти ка представляет графическую зависимость тока электровоза 1э или тока тягового генератора (ТГ) тепловоза Ip, от скорости V при установившихся режимах на разных позициях контроллера машиниста.

Тяговые и токовые характеристики необходимы для расчетов дви­ жения поездов, перегрева обмоток тяговых электрических машин, расхода энергии локомотивами на перемещение поездов. Наиболее точно эти зависимости определяют экспериментальным путем, в процессе специальных испытаний локомотивов. Полученные графики FK =f(V) и I=f(V) официально регламентируют «Правилами тяговых расчетов для поездной работы» (ПТР) [13].

Па стадии проектирования локомотивов указанные зависимости FK=f(V) и I=f(V) можно построить по электротяговым характеристикам.

Для этого необходимо пересчитать данные таблицы 7.3, а именно:

а) определить значения тока локомотива по величинам тока ТЭД:

- ток тягового генератора тепловоза 1г, - по формуле (7.9);

- ток электровоза по формуле 13=Ргр 1д А где Рп - число параллельных групп ТЭД которое на ходовых по­ зициях "П" составляет РГ =3 при t v = 6 и Рп =4 при 1100=8 ;

Р

б) определить значения касательной силы тяги локомотида FKпо величинам силы тяги ТЭД Fra используя уравнение (8.2).

Подученные результаты занести в таблицу 8.2.

Построение рабочих характеристик электровоза можно прово­ дить в следующей последовательности (рис.8.3, а-б).

1) По данным таблицы 8.2 построить графики I3 =f[V) и FK =f(V) при разных режимах ослабления возбуждения.

2) Нанести на график I3 =f(V), полученный для режима ПП, точку, соответствующую номинальной (часовой) силе тока электровоза 1чТРгр1дн- определить скорость часового режима V4, а далее - часовую силу тяги FK 4 по кривой FK =f(V) д ля режима ПП.

–  –  –

П орядок построения рабочих характеристик тепловоза заключа­ ется в следующем (рис,8.3, в-г):

1) В координатах V, 1г построить линии ограничений максимального Inna* и минимального Irmin тока ТГ.

2) Рассчитать значения силы тока ТГ, соответствующие автоматическим переходам ТЭД с одного режима возбуждения на другой [4]:

- ток переходов ПП = ОП,, Im- r t Irmin +1гтГЧ602, А; (6.11)

- ток переходов ОП3 = ОП2 1 п.2=( 1Гтт +1пг20)/2, А.

, (6.12)

- Используя значения 1т., и 1 п.2 построить горизонтальные линии переходов ПП = ОП, и ОП, = ОШ.

3) По данным таблицы 8.2 построить график lr=f(V) и определить скорости тепловоза Vn.i и Vi_2, соответствующие переходам ПП=ОП1 и ОП,=ОП2.

а) токовая характеристика электровоза б) тяговая характеристика электровоза

–  –  –

Рис.8.3. Рабочие характеристики электровоза (а,б) и тепловоза (в,г) 1этах Огпих) - ограничение максимального тока локомотива;

Ркдоп - офаничение силы тяги по максимальному току; 1 ^ ( 1,ж );

Рксц • офаничение силы тяги по сцеплению;

VK- офаничение консфукционной скорости

4) Используя данные таблицы 8.2 и токовую характеристику Ir f(V), построить тяговую характеристику тепловоза FK =f(V); показать ограничения силы тяги по максимальному току ТГ Гкдоп и по сцеплению ГК ц (таблица 8.1), а также ограничение конструкционной скорости теп­ С ловоза VK.

5) По графику Ir='f(V) определить скорость продолжительного ре­ жима тепловоза Удл соответствующую номинальной силе тока ТГ 1 га, а по значению Удл - длительную силу тяги тепловоза F^yiПолученные значения основных технических параметров локомо­ тива следует внести в таблицу 8.3.

Расчетным режимном работы локомотива называют режим, харак­ теризуемый величинами расчетной силы тяги Fkp и расчетной скорости УР. По этим параметрам определяют так называемые расчетные нормы массы составов на участках железных дорог.

Для электровозов постоянного тока параметрами расчетного ре­ жима обычно являются координаты точки "порога", образованной пе­ ресечением кривых FK f f ( V ) и FK a =f(y), построенной для параллельного соединения и полного возбуждения ТЭД (ходовая позиция «П-ПП»), В этом случае расчетная сила тяги Fkp ограничена по сцеплению колес ло­ комотива с рельсами. Если уровень силы сцепления FK превышает ог­ cq раничение силы тяги по максимальному току F ^on, то расчетная сила тяги ограничивается не сцеплением, а максимальным током электровоза (такое ограничение характерно для пассажирских электровозов). Тогда можно считать, что FK p:=Fioion.

Расчетный режим тепловозов принято устанавливать по параметрам продолжительного режима работы тяговых электромашин. Если в результате проектирования тепловоза оказалось, что величина Fiyyi пре­ вышает силу тяги по сцеплению РК при скорости Уда, то значение расчетной сц силы тяги Fkp и расчетной скорости УР принимают по точке "порога” тяговой характеристики Помимо расчетной силы тяги, другим важным параметром локомотива является сила тяги при трогании с места Fktp- Ее величина может быть ограничена по сцеплению либо по максимальному току локомотива.

Первый случай характерен для грузовых и маневровых локомотивах, а второй — для пассажирских.

Значения параметров расчетного режима и трогания, как одни из важнейших характеристик локомотивов, нормируются ПТР [13].

–  –  –

тока 1дн, магнитного потока Фда - в соответствии с исходными данными к курсовой работе.

2) Расчет и построение: универсальной магнитной характеристики ТЭД Фд=^1в)

3) Расчет и построение кривых намагничивания ТЭД при различных режимах нагрузки и ослабления возбуждения Фд=Д1д, а).

4) Определение параметров внешней характеристики тягового генератора тепловоза Ur=f(Ir).

5) Расчет и построение электромеханических характеристик тягового двигателя Пд= Д1д) и Мд Д1д).

=‘

6 ) Определение элекрхпяговых характеристик тягового привода локо­ мотива У=Д1д) И FK =f(l,u).

;

7) Расчет ограничения силы тяги локомотива по сцеплению, то есть за­ висимости FK 1J=f(V).

C

8 ) Построение токовой I=f(V) и тяговой FK ^f(V) характеристик локомотива с ограничениями силы тока, касательной силы тяги и конструкционной скорости.

9) Определение основных технических параметров локомотива, соот­ ветствующих различным режимам его работы:

для электровозов - значения силы тяги и скорости продолжитель­ ного, часового и расчетного режимов, силы тяги при трогании;

для тепловозов значения силы тяги и скорости продолжительного и расчетного режимов, силы тяги при трогании.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ и с т о ч н и к о в

1. Зорохович А.Е., Крылов С.С. Основы электротехники для ло­ комотивных бригад: Учебник для техн.школ. - М. Транспорт, 1987.-414 с.

2. Дробинский В. А., Егунов П.М. Как устроен и работает тепловоз. М. Транспорт, 1980. - 367 с.

3. Сидоров Н.И. Как устроен и работает электровоз. - М.: Транс­ порт, 1980. - 223 с.

4. Луков Н.М., Стрекопытов В.В., Рудая К.И. Передачи мощности тепловозов: Учебник для вузов ж.-д. трансп, / Под ред. Н.М.Лукова М.Транспорт, 1987. - 279 с.

5. Тепловозы: Основы теории и конструкция: Учеб, для техникумов / В.Д.Кузьмич, И.П.Бородулин, Э.А.Пахомов и др.; Под ред.

В.Д.Кузьмича.-М.:Транспорт, 1991.-352 с.

6. Электрические железные дороги: Учебник для вузов ж.-д.

трансп. / В.А.Кисляков, А.В.Плакс, В.Н.Пупынин и др.; Под ред.

А.В.Плакса и В.Н.Пупынина. - М.Транспорт, 1993. - 280 с.

7. Бирюков И.В., Беляев А.И., Рыбников Е.К. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог.-М. Транспорт, 1986. - 256 с.

8. Бородин А.П. Электрическое оборудование тепловозов: Учебник для средних ПТУ. - М.Транспорт, 1988. - 287 с.

9. Вилькевич Б.И. Автоматическое управление электрической пе­ редачей и электрические схемы тепловозов. - М.:Транспорт,1987. - 272 с.

10. Теория электрической тяги / В.Е.Розенфельд, И.П.Исаев, Н.Н.Сидоров, М.И.Озеров; Под ред. И.П.Исаева. - М.: Транспорт, 1995. с.

11. Подвижной состав и тяга поездов: Учебник / Третьяков А.П., Деев В.В., Перова А.А. и др.; Под ред. В.В.Деева, Н.А.Фуфрянского. М.Транспорт, 1979. - 368 с.

12. Режимы работы магистральных электровозов / О.А.Некрасов, А.Л.Лисицын, Л.А.Мугинштейн, В.И.Рахманинов; Под ред. О.А.Некрасова. - М.Транспорт, 1983. - 231 с.

13. Правила тяговых расчетов для поездной работы.

Похожие работы:

«Департамент образования Ивановской области Областное государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Ивановский колледж сферы услуг Методическое пособие Для проведения практических занятий По ПМ 0...»

«Методическое пособие по Ведению дебатов в Британском/Всемирном парламентском формате The Practical Guide to Debating Worlds Style/ British Parliamentary Style Методическое пособие по Ведению дебатов в Британском/Всемирном парламентском формате Нил Харви-Смит Перевод А.А.Беляева Международная образовательная ассоциация де...»

«Методические указания МУ 2.1.5.800 99 Организация госсанэпиднадзора за обеззараживанием сточных вод (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 27 декабря 1999 г.) Дата введения 1 июня...»

«ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ПЕРЕДАЧА ИХ РАЗМЕРОВ Омск 2009 Федеральное агентство по образованию Сибирская государственная, автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) Кафедра "Управление...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени. В. Даля Балахнин Г.С., Сумцов В.Г., Филиппова И.Г. ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ЗАНЯТОСТИ Учебное пособие Луганск 2005 УДК 331.52 (075.8) ББК 65.9 (4...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский государственный университет имени Александра Г...»

«Казанский государственный университет им. В.И.Ульянова-Ленина УНИВЕРСАЛЬНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ Описание и методические указания Казань 1996 РАЗДЕЛ 4. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА. 4.1. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ВОЛН ( БИПРИЗМА ФРЕНЕЛЯ ). В наборе имеется бипризма с углом между преломляющими гранями 179°20', изготовленная из вещества с показат...»

«Учреждение образования "БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ ГРУНТОВЫХ ВОД В ЛЕСНЫХ ФИТОЦЕНОЗАХ Методические рекомендации для научных работников, преподавателей, студентов Минск 2009 УДК 630*116(075.8)(476) ББК 43.4я73 О-62 Расс...»

«Легковые автомобили Автоматическая бесступенчатая коробка передач "AUTOTRONIC" r !§$%& Состояние: 03/01 amb Учебное пособие подготовлено в Учебном Центре ЗАО ДаймлерКрайслер Автомобили РУС в 2005 году по материалам фирмы DaimlerChrysler AG. Информация, находящаяся в учебных матери...»

«2. Ельницкий К. В. О воспитании / К. В. Ельницкий. Москва, 2004.3. Макаренко А. С. О воспитании / А. С. Макаренко. Москва, 2003.4. Никандров Н. Д. Воспитание ценностей. Российский вариант / Н. Д. Никандров. Москва, 1996.5. Рачинский А. С. О воспитании / А. С. Рачинский. Москва, 2004.6. Рябчевская А. К. Основы духовно-нравственного воспитани...»

«ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА Кунниева Зухраула Абакаргаджиевна Беков Руслан Басирович Нетрадиционные виды туризма Учебное пособие направление подготовки 080200 "Менеджмент" (курс лекций) Махачкала-2012 УДК 330.162 (075.8) ББК 87.75 я...»

«Приложение 15 к письму Рособрнадзора от 25.12.15 № 01-311/10-01 Методические рекомендации по проведению государственной итоговой аттестации по образовательным программам основного общего образования по всем...»

«Федеральное государственное автономное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Академия повышения квалификации и профессиональной переподготовки работников образования" (ФГАОУ ДПО АПК и ППРО) МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ по организации и проведению тематического урока или праздничного творческого мероприятия "Межд...»

«Фонд Гражданский университет "Единство во имя России" ТЕХНИКИ ЭФФЕКТИВНОЙ КОММУНИКАЦИИ В ПОЛИТИКЕ А. В. Манойло, А. И. Петренко, О. М. Хауер-Тюкаркина Учебно-методическое пособие Издательство "Известия" Москв...»

«Министерство путей сообщения Российской Федерации Департамент кадров и учебных заведений САМАРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ Кафедра “Инженерной графики” Построение линии пересечения двух поверхностей в ортогональных и аксонометрических проекц...»

«ОГ.Богаткин, Г. Г.Тараканов УЧЕБНЫЙ АВИАЦИОННЫЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ Методические указания и-.прил ожегши Допущено Государственным комитетом СССР по народному образованию в качеств...»

«Филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Сибирский университет путей сообщения" Томский техникум железнодорожного транспорта (ТТЖТ – филиал...»

«Н.М. СОЛНЦЕВА КРЕСТЬЯНСКИЙ КОСМОС В РУССКОЙ ЛИТЕРАТУРЕ 1900 – 1930-х ГОДОВ Учебное пособие Москва Издательство Литературного института им. А.М. Горького Солнцева Н.М. Крестьянский космос в русской литературе 1900 – 1930-х годов: Учебное...»

«МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ Академия Государственной противопожарной службы Н.П. Аршинова, Е.М. Скурко Анг...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА РФ ТОМСКИЙ ТЕХНИКУМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Ю.Л. Гирякова ЭЛЕКТРОТЕХНИКА МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И КОНТОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ Одобрено на заседании "Утверждаю" цикловой комиссии. Зам. директора по УМР Протокол № от ""_2006г Е.Н.Соколова Председатель:...»

«Григор Артушевич Ахинов Сергей Вячеславович Калашников Социальная политика: учебное пособие Издательский текст http://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=320672 Социальная политика: Инфра-М; М.; 2009 ISBN 978-5-16-003549-9 Аннотация Рассматриваются возникновение и развити...»

«Частное учреждение образования Минский университет управления А.А. Клименко Учебно-методические указания по выполнению управляемой самостоятельной работы студентами дневной формы обучения специальности Информационные системы и технологии (управленческая деятельность) по дисциплине "Б...»

«Г.И. Зебрев ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КРЕМНИЕВОЙ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ Г.И. Зебрев ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КРЕМНИЕВОЙ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ Учебное пособие Москва БИНОМ. Лаборатория знаний УДК 121.382(075)+620.3(075) ББК 32.85я73 З-47 С е р и я о с н о в а н а в 2006 г о д у Зебрев Г. И. З-47 Физические основы кремниевой наноэлектроники : учебное пособи...»

«ДЕПАРТАМЕНТ ПО СПОРТУ И МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКЕ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ ГАУ ДОД ТО "ОБЛАСТНОЙ ЦЕНТР ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ДЕТЕЙ И МОЛОДЕЖИ" СТК "Областной центр туризма "Азимут" ШКОЛЬНЫЙ МУЗЕЙ Методические рекомендации по созданию и организации деятельн...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.