Формирование тяговой характеристики локомотива

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(I_Д). 12

6. Расчет ограничения силы тяги локомотива по сцеплению . 15

7. Построить токовую – I_г =  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

Целью 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.

        Определяем значения коэффициентов С_е и С_м 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 Ф_д от режимов ра­боты тягового электрического двигателя. Для этого рассчитаем и построим универсальную магнитную характеристику Ф_Д=f(I_В). Используем безраз­мерные универсальные магнитные характеристики ТЭД. Они представляют собой зависимости магнитного потока Ф_д от то­ка возбуждения I_В, выраженные относительно значений Ф_ДН, и I_ВН на но­минальном режиме работы ТЭД. Определение искомой зави­симости Ф_Д=f(I_В) (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.

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 I_д, составляют

 = α,  А                                                                          (7)

где α - коэффициент ослабления возбуждения ТЭД

         Значения магнитного потока  для каждого сочетания величин тока якоря I_д и коэффициента α можно приближенно определить по по­строенному ранее графику универсальной магнитной характеристики ТЭД =f().

Таблица 3.1.

Намагничивание ТЭД при разных режимах возбуждения.

         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 n_ос=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 U_Гmax не превышала 800 В;

U_Гmax=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 I_Гmin< I_Г< I_Гmax и определим соответствующие им величины напряже­ния ТГ" как U_Г=P_ГН/I_Г

         Рассчитаем шаг по току:

полученные значения представим в виде таблицы:

Таблица 4.1.

Внешняя характеристика тягового генератора.

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(I_Д).   

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  I_д R_д≈0,04 :

Учитывая что =m· , рассчитаем вышеописанные характеристики занесем их в таблицу.

Таблица 5.1.

Электромеханические характеристики ТЭД.

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 F_КД=f(I_Д) и V=f(I_Д) отражают изме­нение механических параметров на ободе колеса. Поэтому они также называются электромеханическими характеристиками ТЭД, отне­сенными к ободу колеса локомотива.

         Зависимость силы тяги F_КД на ободе колеса, развиваемой дви­гателем, от тока якоря I_Д можно рассчитать по известной моментной ха­рактеристике М_Д=f(Iд) и параметрам колесно-моторного блока. При этом взаимная связь величин F_КД и М_Д определяется соотношением

         где:

                   D_K=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(I_Д), отнесенная к ободу колеса, рассчитывается по электромеханической характеристике n_л=f(I_д) ТЭД с учетом того, что скорость движения локомотива принято выражать в км/ч:

Результаты расчетов занесем в таблицу:

Таблица 5.2

Электротяговые характеристики локомотива.

По данным таблицы 5.2 построим зависимости F_КД=f(I_Д) и V=f(I_Д). 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:

                   F_Kmax- максимально допустимая касательная сила тяги локомотива,
                   ψ₀ - потенциальный (максимальный) коэффициент сцепления;
P_СЦ - 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 ψ_K, 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

Рисунок 6 Ограничение силы тяги по сцеплению.

7. Построить токовую – I_г =  и тяговую  характкристики локомотива с ограничениями силы тока, касательной силы тяги и конструкционной скорости.

Токовая характеристика представляет графическую зависимость тока электровоза I_Э или тока тягового генератора (ТГ) тепловоза I_Г, от скорости V при установившихся режимах на разных позициях контрол­лера машиниста.

Тяговой характеристикой локомотива называют графическую за­висимость касательной силы тяги F_K 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 F_К можно определить как

F_K = n_oc F_Р = m , H                                                     (25)

где:   n_ос=6 - число движущих осей локомотива;

              m=6 - количество тяговых электродвигателей на локомотиве.

Таблица 7.1

Рабочие характеристики локомотива.

По данным таблицы 7.1 построим зависимости I_г =  и F_к = . Данные зависимости представлены на графиках 7.1 и 7.2 соответственно.

Рисунок 7.1 – Ограничение силы тяги локомотива по сцеплению F_Ксц = f(V) и по касательной силе тяги F_K=f(V)

Рисунок 6.1 Токовая характеристика тягового генератора

По графику I_Г=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:

V_п-1=41 км/ч

-скорость переходов ОП₁, <=> ОП₂ :
V_1-2=53 км/ч

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.

-   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.