Определение основных параметров электромеханических передач тягового привода

1.Определение основных параметров электромеханических передач тягового привода: кинематической схемы механической части, мощности тяговых двигателей,  схемы соединения тяговых электродвигателей с источником энергии.

Основными параметрами электромеханических передач тягового привода являются механические – угловые и линейные скорости вала тягового двигателя ω_м и исполнительного органа  (например, колеса) ω_к (v_к), крутящий момент на валу двигателя М_м и на колесе М_к (либо тяговое усилие на ободе колеса F_к), передаточное число i_ред, КПД механической передачи η_мех и т.д., и электрические – мощность тягового электродвигателя Р_м, номинальное напряжение U_м, КПД η_м и т.д.

Механические параметры передач тягового привода в значительной мере определяются кинематической схемой передачи, которая, как известно из курса «Теория и расчёт устройств электрического транспорта», может быть реализована в виде индивидуального, группового или дифференциального вариант привода.

Механическая передача 2 индивидуального электропривода (рис. 4.1а) передает вращающий момент с вала одного электродвига­теля 1 на одно движущее колесо или колесную пару 3. При этом передаточное число редуктора, определяемое как отношение угловых скоростей вала якоря и  движущего колеса, зависит от нескольких факторов:

– максимальной угловой скорости вала двигателя;

– максимальной скорости подвижного состава;

– диаметра движущего колеса.

В свою очередь каждый из этих факторов зависит от ряда других, непосредственно не связанных с особенностями того или иного типа привода. Так, в частности, в тяговых приводах с двигателями постоянного тока, в качестве которых используются четырёхполюсные машины, максимальная частота вращения вала не превышает п<3800…4000 1/мин. В приводах с двигателями переменного тока максимальная частота вращения вала может составлять 3000 либо 1500 1/мин.

Рекомендуемые материалы

При заданной максимальной скорости подвижного состава частота вращения ведущего колеса напрямую зависит от его диаметра:

п=v/πD.                                                                                             (4.1)

В условиях наметившейся в настоящее время тенденции к понижению уровня пола салона уменьшение диаметра колеса приводит в конечном итоге к уменьшению i_ред.

Всё сказанное выше справедливо и для механической передачи при групповом электроприводе (рис. 4.1б) и дифференциальном приводе (рис. 4.1в). Здесь необходимо отметить только одно: при одинаковой величине i_ред для всех типов приводов редуктор группового привода более сложен и громоздок, чем индивидуального, а дифференциального – сложнее и тяжелее группового.

Определение механических параметров тягового привода целесообразно начинать с расчёта диаметра ведущего колеса, который зависит от величины скорости подвижного состава и уровня пола салона h_сал относительно проезжей части. Величина уровня пола салона в свою очередь включает в себя величину клиренса Δh, регламентированного соответствующими нормативными документами. Таким образом, минимальная величина уровня пола салона

h_{сал мин} > Δh + h_пол,

где h_пол – минимальная по соображениям прочности конструкции толщина пола, содержащего несущие элементы конструкции рамы кузова, а также элементы собственно пола салона (несущие бруски, щиты, покрытие и т.д.).

Ориентировочно величина h_пол для низкопольного трамвая (на примере вагонов 71-152 и 71-153 ПТМЗ) может быть определена как h_пол = h_{сал мин} – Δh = 350 – 130 = 220 мм.

Поскольку на современном подвижном составе минимальной высоты уровня пола добиваются в основном на накопительных площадках и проходах, суммарная площадь которых не превышает 40…60% площади пола салона, то размещение сидений невозможно без поднятия пола под ними на некоторую высоту, которое должно достигаться посредством ступенек. По соображениям комфортности высота ступеньки не должна превышать h_ст< <250…300 мм.

Из курса «Теория и расчёт устройств электрического транспорта» известно, что система упругого подвешивания, благодаря которой происходит опирание кузова на ходовые части, должна обеспечивать динамический прогиб (т.е. опускание кузова под пробной нагрузкой) на f_д= 210…280 мм. При этом между нижней точкой кузова и ведущим колесом ходовых частей остаётся минимальный просвет Δh₁, величина которого может быть ориентировочно принята равной Δh₁= 50 мм. С учётом изложенного величина диаметра ведущего колеса может быть определена из соотношения (см. рис. 4.2)

D_к= h_{сал мин} +п_ст h_ст – h_пол – f_д – Δh₁.

Применительно к трамвайному вагону с приведёнными выше соотношениями значение диаметра колеса тележки становится приемлемым при наличии в салоне не менее двух ступенек.

D_к= 350 +2∙(250…300) – 220 – (210…280) – 50 = =300…470 мм.

Увеличения диаметра колеса можно добиться путём уменьшения прогиба системы упругого подвешивания либо высоты пола.

При расчёте диаметра колеса безрельсового подвижного состава минимальный просвет Δh₁ рассматривается относительно центральной части картера ведущего моста. Максимальная величина диаметра колеса ограничивается приемлемой в плане размещения сидений в салоне величиной выступающих в салон надколёсных кожухов (см. рис. 4.3).

Частота вращения ведущего колеса определяется из выражения (4.1), крутящий момент М_к – из соотношения

М_к=F_кD_к/2,                              (4.2)

        где F_к –тяговое усилие на ободе колеса.

Величина тягового усилия для различных видов подвижного состава городского электрического транспорта может быть определена в соответствии с одним из следующих соображений:

– при достижении подвижным составом максимальной (например, конструкционной) скорости тяговое усилие, реализуемое всеми ведущими колёсами (мостами) компенсируется силами сопротивления движению

F_т=∑F_к=W;

– при достижении подвижным составом разрешённой правилами дорожного движения (ПДД) скорости v_ПДД тяговое усилие, реализуемое всеми ведущими колёсами (мостами), компенсируется силами сопротивления движению

F_т=∑F_к=W_ПДД;

– при достижении подвижным составом разрешённой ПДД скорости v_ПДД тяговое усилие, реализуемое всеми ведущими колёсами (мостами), компенсируется силами сопротивления движению с сохранением заданного пускового ускорения

F_т=∑F_к=W_ПДД +G_пса_пуск /g.

Развиваемая при этом суммарная выходная мощность тяговых двигателей подвижного состава определяется в соответствии известным выражением

Р_∑=М ω_к /2π,

Информация в лекции "Диагностика острого панкреатита" поможет Вам.

а мощность одного тягового двигателя                      Р_м = Р_∑ /п_мех,

где п_м – количество тяговых двигателей на подвижном составе.

По найденному значению мощности тягового двигателя подбирается его тип (с учётом перегрузочной способности), а по угловой скорости вращения ω_м – определяется крутящий момент на его валу М_м.

После определения ω_м не представляет труда вычислить передаточное число редуктора i_ред, после чего определить количество ступеней, тип зубчатого зацепления, а затем – ориентировочное значение КПД механической передачи η_мех, воспользовавшись параметрами однотипных редукторов промышленного применения. В соответствии с рекомендациями, излагавшимися в курсе «Теория и расчёт устройств электрического транспорта», при i_ред<5 следует использовать одноступенчатый редуктор, при 5<i_ред<10…12 – двухступенчатый. Применение трёхступенчатого редуктора в тяговом приводе – нецелесообразно.

После расчёта выходной мощности на валу тягового привода определение остальных электрических параметров не вызывает затруднений, поскольку после подбора тягового электродвигателя из серийно выпускаемых по каталогам остальные параметры (U, I, η_м и т.д.) становятся известными. Определённую сложность при выборе типа тягового двигателя представляет обоснование приоритетности рода тока и уровня его номинального напряжения, что достаточно обстоятельно рассматривается в курсе «Теория и расчёт устройств электрического транспорта». В целях объективного обоснования применения того или иного типа тягового электродвигателя может оказаться целесообразным сравнение двух или трёх альтернативных вариантов, например тяговый двигатель переменного тока и постоянного, тяговый двигатель постоянного тока на номинальное напряжение источника и половинное и т.д.

Применение того или иного типа тягового электродвигателя предопределяет и выбор преобразователя. Однако его схемные решения, как правило, неоднозначны. Так, в частности, применение в качестве тягового электродвигателя постоянного тока отнюдь не определяет способа и схемного решения преобразователя, т.к. для одного и того же двигателя можно использовать частотный, широтный и т.д. способы регулирования по одно-, двух- и многофазным схемам. Более подробно выбор схемных решений излагается в курсе «Электронные импульсные системы управления электрическим транспортом». После определения схемного решения силовых цепей преобразователя несложно определиться с остальными электрическими параметрами.