СОДЕРЖАНИЕ

1 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВОЗА И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ

1. Выбор расчетных сил тяги и скорости тепловоза

2. Выбор типа электрической передачи и схемы соединения ТЭД

3. Определение основных расчетных параметров электрических машин

4. Определение основных размеров ТЭД

5. Определение главных размеров синхронного генератора

6. Определение параметров зубчатой передачи

7. Определение габаритных размеров

2 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ ТЭД

2.1 Выбор типа обмотки

2.2 Расчет числа пазов, параметров обмотки якоря

2.3 Расчет коллекторно-щеточного узла

2.4 Разборка эскиза магнитной цепи

2.5 Расчет магнитных напряжений участков магнитной цепи

2.6 Расчет главных полюсов, коммутации и добавочных полюсов

2.7 Определение к.п.д. при длительном режиме работы

3 РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТЭД, СГ И ТЕПЛОВОЗА

3.1 Внешняя характеристика генератора

3.2 Характеристика намагничивания

3.3 Электромеханические характеристики ТЭД

3.4 Разгонные характеристики ТЭД

3.5. Тяговая характеристика тепловоза

4 РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЭД И СГ

ЛИТЕРАТУРА

1 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВОЗА И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ

1.1 Выбор расчетных сил тяги и скорости тепловоза

Длительная сила тяги и скорость определяют массу поезда и среднюю техническую скорость локомотива, а в конечном итоге, его производительность, поэтому нахождение оптимальных значений этих величин является одной из важнейших задач.

Длительная сила тяги тепловоза определяется по формуле:

(1)

где N_дг. – свободная мощность тепловоза, передаваемая генератору, рассчи-

тывается по формуле:

N_дг. = N_e – N_всп., (2)

N_всп. – мощность, расходуемая на привод вспомогательных агрегатов

тепловоза, определяется по формуле:

N_всп. = (0,08…0,15)N_e, (3)

Подставляя численные значения, получаем:

N_всп. = 0,12940 = 294 кВт.

Тогда подставляя численные значения в (2), получаем:

N_дг = 2940 – 294 = 2646 кВт.

_п – к.п.д. электрической передачи, определяется по формуле:

_п = _гтдзп, (4)

_г, _тд, _зп – к.п.д. соответственно генератора, тягового электро-

двигателей, зубчатой передачи, принимаем _г = 0,95,

_тд = 0,93, _зп = 0,985.

Подставляя численные данные, получаем:

_п = 0,950,930,985 = 0,87.

_дл – длительная скорость тепловоза, _дл = 30 км/ч.

Тогда подставляя численные значения в (1), получаем:

Определим коэффициент тяги на расчетном подъеме по следующей формуле:

(5)

Подставляя численные значения, получаем:

Полученный коэффициент тяги входит в рекомендуемый предел значения коэффициента тяги для грузового тепловоза.

1.2 Выбор типа электрической передачи и схемы соединения ТЭД

Предельная мощность тепловозного генератора постоянного тока определяется из условий удовлетворительной коммутации критерием Касьянова, который соответствует выражению:

Р_гn_д <=210⁶, (6)

где Р_г – мощность генератора, которую можно рассчитать по формуле:

Р_г = N_дгд, (7)

Подставляя численные значения, получаем:

Р_г = 26460,95 = 2514 кВт.

Тогда подставляя численные значения в (6), получаем:

25141100 = 2765400 > 210⁶.

Так как критерий Касьянова не выполняется, то выбираем передачу переменно-постоянного тока.

Схема соединения электродвигателей выбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимые тяговые свойства тепловоза. На выбор электрической схемы соединений ТЭД оказывает влияние максимальная скорость тепловоза , при которой должна использоваться полная мощность силовой установки. Скорость максимального использования мощности для грузовых тепловозов принимается . При выборе схемы соединения ТЭД необходимо последовательно исследовать возможность применения различных вариантов в порядке возрастания их сложности. Критерием применимости той или иной схемы является величина скорости полного использования мощности силовой установки тепловоза. Если схема обеспечивает достижение тепловозом скорости , равной или большой заданной, то она может быть применена. В противном случае необходимо исследовать следующий по сложности вариант. Таким образом, задача сводиться в определении скорости .

Для начала рассчитаем постоянную схему соединений ТЭД с ослаблением поля:

Максимальную скорость полного использования мощности тепловоза в этом случаем, определим по формуле:

(8)

где - коэффициент ослабления возбуждения;

К²_г.дл – коэффициент регулирования генератора;

К_г^оп – степень насыщения магнитной системы электродвигателей при

длительном режиме по сравнению с режимом ослабленного поля

при скорости .

Задаваясь коэффициентом ослабления = 0,28 и выбирая две ступени ослабления, определяем коэффициент К_г.дл =1,4.

Степень насыщения определяем с помощью кривой намагничивания:

К_г^оп = АС/АЕ=1,8.

Тогда подставляя численные данные в (8), получаем:

Так как скорость , то, следовательно, эта схема соединения ТЭД нам подходит. Значит, мы выбираем схему соединения ТЭД с ослабленным полем.

1.3 Определение основных расчетных параметров электрических машин

Максимальное напряжение тепловозного генератора принимаем следующим: U_г.max = 800 В.

Максимальному напряжению генератора соответствует минимальный ток генератора, при котором еще полностью используется мощность дизеля, определяется по формуле:

(9)

где Р^’_г – мощность генератора при минимальном токе I_г.min:

Р^’_г = N_дг^’_г, (10)

Тогда

Р^’_г = 26460,97 кВт.

Тогда минимальный ток генератора будет:

Напряжение и ток при длительном режиме работы тепловоза:

(11)

(12)

где Рг.дл = Nдг’г = 26460,95 = 2514 кВт.

Тогда подставляя численные данные в (11) и (12), получаем:

Максимальный пусковой ток принимают, исходя из перегрузочной способности электрических машин, равным

Iг.max = (1,3…1,5)Iг.дл. (13)

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Iг.max = 1,44400 = 6160 А.

Минимальное напряжение генератора определяется по формуле:

(14)

где Р’’г – мощность генератора при максимальном токе:

Р’’г = Nдг’’г = 26460,94 = 2487 кВт.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Максимально допустимый ток по условию коммутации рассчитывается по следующей формуле:

Iг.ком 2Iг.дл = 24400 = 8800 А.

Так как у меня в курсовом проекте 8 параллельно соединенных ТЭД, то:

Uд = Uг; Iд = Iг/8.

Длительная мощность электродвигателя определятся по формуле:

Рд.дл = Uд.длIд.дл10 –3. (15)

Подставляя численные значения, получаем:

Рд.дл = 57155010 –3 = 314 кВт.

1.4 Определение основных размеров тягового электродвигателя

Основные размеры электрических машин можно определить из выражения:

(16)

где Dа – диаметр якоря;

ℓа – длина сердечника якоря;

Рр – расчетная мощность;

- расчетный коэффициент полюсного перекрытия, принимаем = 0,6;

Кв – коэффициент формы паза;

Коб – обмоточный коэффициент обмотки статора;

А – линейная нагрузка якоря, принимаем А= 375 А/см;

В - магнитная индукция в воздушном зазоре, В = 0,98 Тл;

р – расчетная частота вращения.

Для тягового электродвигателя Рр = Рдл и р = д.дл , а частота вращения двигателя в свою очередь определяется по следующей формуле:

(17)

где а.max – максимально допустимая окружная скорость якоря, принимаем

а.max = 70 км/ч;

Dа – диаметр якоря двигателя, принимаем Dа = 0,56 м.

Подставляя это в выражение (16) и учитывая, что для машин постоянного тока КвКоб = 1, получаем:

(18)

Подставляя численные значения, получаем:

Выразим от сюда ℓа = 0,44 м.

1.5 Определение главных размеров синхронного генератора

Расчетная электромагнитная мощность определяется по следующей формуле:

(19)

где Ке – коэффициент зависящий от заданного cos и от индуктивного

сопротивления рассеяния.

Подставляя выражение (19) в формулу (16) и учитывая, что г.р = г.max, получим:

(20)

При расчете принимаем = 0,72; Кв = 1,11; Коб = 0,972; Вmax = 0,98 Тл; А = 600 А/см; cos = 1,06.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

Принимаем, что диаметр якоря генератора равен: 1,2 м, тогда выразив из (20) получаем, что длина якоря равна: 0,53 м.

1.6 Определение параметров зубчатой передачи

На современных тепловозах в основном применяется индивидуальный привод колесных пар, при котором каждая движущая ось через зубчатый редуктор связана со своим отдельным ТЭД.

Так как конструкционная скорость тепловоза равна 115 км/ч, то принимаем опорно-рамную подвеску ТЭД.

Передаточное отношение зубчатой передачи определим по формуле:

(21)

где - частота вращения оси колесной пары.

Подставляя численные значения, получаем:

Полученное передаточное отношение проверяем на возможность размещения зубчатой передачи.

Максимально возможное по условиям размещения передаточное отношение определяется по формуле:

(22)

Минимальное число зубьев малой шестерни определяется по формуле:

(23)

где dz.min – минимальный диаметр делительной окружности шестерни;

m – модуль зубчатой передачи.

Крутящий момент определяется по формуле:

(24)

где д.дл – частота вращения двигателя в длительном режиме, определяется

по следующей формуле:

Тогда подставляя численные значения, получаем:

По значению крутящего момента определяем: dz.min = 160 мм и m = 10.

Тогда подставляя численные значения в (23), получаем:

Максимально возможный диаметр делительной окружности зубчатого колеса определяется по формуле:

Dz.max = D – 2(b – b1), (25)

где b – расстояние между нижней точкой поверхности кожуха зубчатой

передачи и головки рельса, принимаем 150 мм;