Пояснительная записка (1231879), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

3 СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ

На тяговую передачу действует, прежде всего, нагрузка, создаваемая тя­говым моментом. Тяговый момент определяется режимом ведения поезда (пуск, переход с одной тяговой характеристики на другую) и скоростью, ме­няющейся при изменении сопротивления движению. Поскольку нагрузка, связанная с реализацией силы тяги, является по­лезной, стремятся повысить ее до значения, предельного по сцеплению, на что и должна быть рассчитана передача. Специфический режим работы передачи возникает при боксовании, т. е. срыве сцепления, его развитии и восстановлении. В процессе боксования возможны как апериодические, так и периодические динамические режимы, в том числе и с нагрузкой, превышающей предельную по сцеплению. Такой режим, как правило, возникает при пуске или на низких скоростях, когда тяговая характеристика двигателя позволяет развивать большие моменты. При неблагоприятном стечении обстоятельств этот режим может стать при­чиной повреждения передачи из-за высоких нагрузок. Некоторые аварийные режимы в электрических цепях, как, например, круговой огонь на коллек­торе тягового двигателя при отсутствии эффективной быстродействующей защиты для гашения поля главных полюсов, также могут вызвать появле­ние больших динамических нагрузок в передаче, способных даже при одно­кратном возникновении привести к выходу ее из строя. Перечисленные режимы работы передачи связаны с реализацией колес­ной парой функции движителя, в них двигатель выступает как источник си­ловых возмущений. В этом случае основным возмущающим фактором явля­ется электромагнитный момент. Вследствие того что тяговая характеристика падающая, влияние этого фактора на общий уровень нагрузки с ростом скорости уменьшается. Вместе с тем, существуют режимы нагружения, свя­занные с выполнением колесной парой функции движущейся опоры, которая требует отслеживания в пространстве некоторой траектории, отличной от прямой и определяемой в первую очередь неровностями пути в профиле и формой поверхности катания колеса. Эти возмущения являются кинема­тическими и могут вызывать динамические реакции независимо от того, раз­вивает двигатель электромагнитный момент или нет. Динамические процес­сы, вызванные ими при условии постоянства скорости движения, носят в основном стационарный (устойчивый во времени) характер, а с ростом ско­рости, как правило, проявляются в большей степени. В силу высоких ча­стот изменения динамических нагрузок повторяемость их значительна, и они могут стать главной причиной усталостных разрушений элементов пе­редачи. Можно выделить ряд типичных режимов нагружения передачи, которые она должна выдерживать в эксплуатации и которые на стадии проектирова­ния являются объектом расчетов:

-тяговый режим; нагрузка передачи может быть принята статической, максимальное значение ее определяется тяговой характеристикой локомоти­ва и условиями сцепления колес с рельсами;

-стационарный динамический режим нагружения при движении с постоян­ной скоростью, в первую очередь с максимальной, а также при так называе­мых резонансных скоростях; динамическая нагрузка при этих скоростях мо­жет быть большей, чем при максимальной;

-нестационарный динамический режим нагружения при боксовании; аварийный режим, например, при коротком замыкании на коллекторе тягового двигателя [1].

При осевой подвеске тяговый двигатель опирается одним концом жёстко через моторно-осевые подшипники на колёсную пару и другим концом упруго подвешивается к поперечному рамному креплению. Помимо веса тягового двигателя, при движении колёсной пары по неровностям пути на опоры тягового двигателя передаётся дополнительная динамиче­ская нагрузка. Величина этой нагрузки зависит от жёстко­сти механизма подвешивания носика тягового двигателя к рамному креплению и жёсткости упругого механизма венца большого зубчатого колеса [3].

При рассмотрении случая, когда начальный натяг пружин подвешивания носика тягового двигателя и пружин упругого венца настолько велики, что при динамических нагрузках от инерции тягового двигателя при прохождении колёсной парой неровностей пути элементы подвески не деформируются, считают, что оба колеса одновременно проходят неровность пути и получают одинаковые ускорения. Если принять двустороннюю зубчатую передачу и одинаковое распределение усилий между зубчатыми колёсами, то двигатель можно рассматривать лежащим в одной плоскости [3].

Рисунок 3.1 – Схема сил, действующих на тяговый двигатель

Начало координат принимают в точке Ω подвешивания носика двигателя, ось X располагают горизонтально, а ось Z — верти­кально вверх (рисунок 3.1). Сначала рассматривают влияние сил инерции корпуса тягового двигателя. Перемещение корпуса тягового двигателя можно рассматривать, как состоящее из вертикального перемещения его центра тяжести и вращения вокруг оси, проходящей через центр тяжести [3].

Ускорение центра тяжести корпуса двигателя в вертикальном направлении рассчитывается по формуле (3.1):

. (3.1)

где zk вертикальное ускорение колесной пары;

λ_к - расстояние центра тяжести корпуса двигателя до точки Ω подвешивания носика;

L - расстояние между опорными точками двигателя.

Сила инерции корпуса тягового двигателя при его вертикальном перемещении вызовет дополнительную нагрузку на подвешивание тягового двигателя [3]:

. (3.2)

где M_k масса корпуса тягового двигателя;

λ_к – момент инерции корпуса двигателя относительно оси, проходящей через центр тяжести.

Инерция корпуса тягового двигателя при ускорении вращения вызовет увеличение нагрузки на колесную пару и такую же разгрузку механизма подвешивания носика тягового двигателя [3]:

. (3.3)

Таким образом, вызванное инерцией корпуса тягового двигателя, общее увеличение нагрузки механизма подвешивания носика тягового двигателя рассчитывается по формуле [3]:

. (3.4)

_{При движении по неровности пути колесная пара с большим зубчатым колесом поднимается на zk, а центр малой шестерни при расстоянии его λя от точки подвешивания носика на . Якорь при этом повернулся дополнительно на угол αя, следовательно:}

. (3.5)

где R – радиус большой шестерни;

_{r – радиус малой шестерни;}

_{λя – расстояние от центра малой шестерни до точки подвешивания носика.}

Что соответствует углу поворота его:

. (3.6)

Таким образом, перемещение якоря складывается из вертикального перемещения геометрической оси вала и вращения вокруг той же оси на угол α_я. Первому перемещению соответствует сила инерции, направленная вниз. Она передается на колесную пару и механизм подвешивания носика тягового двигателя в виде сил [3]:

, (3.7)

_и

, (3.8)

_где

. (3.9)

_{При положительном вертикальном ускорении колесной пары (направленном вверх) сила Zд} будет также положительной (направлена вверх), колесная же пара получит добавочную нагрузку. Силу Z_д переносят в центр вала двигателя, прибавив соответствующий момент, и обозначают ее Z^'_∂. Силу Z_д, которая передается корпусу тягового двигателя через подшипники вала якоря, раскладывают на силы, приложенные к опорам корпуса тягового двигателя. Вызванная силой Z^'_∂ разгрузка подвешивания носика тягового двигателя равна [3]:

. (3.10)

Таким образом, разгрузка носика тягового двигателя будет равна:

. (3.11)

Динамическая нагрузка от инерции якоря, передающаяся на механизм подвешивания носика тягового двигателя:

.

Рисунок 3.2 – Силы, действующие на тяговый двигатель при прохождении неровности

Далее рассмотрен случай, когда передающаяся на носик часть веса двигателя, а также реактивное усилие при создании двига­телем силы тяги в сумме оказываются больше начального натяга элементов механизма подвешивания двигателя к рамному креплению. В этом случае прохождение ко­лёсной парой неровностей пути вызывает деформацию упругих элементов механизма подвешивания. Пусть при этом колёсная пара будет иметь вертикальное уско­рение z_k , с тем же ускорени­ем будет подниматься и конец двигателя, опирающегося на ось колёсной пары. Определяют отдельно силы инерции корпуса тягового двигателя и якоря. Перемещение корпуса тягового двигателя можно рассматри­вать, как поднятие центра тяжести из положения С в положение С' (рисунок 3.2) на высоту z_c и поворот двига­теля вокруг центра тяжести на некоторый угол α. Сила инерции корпуса тягового двигателя вызовет, при положительном ускорении, увеличение нагрузки на подвешивание носика тягового двигателя, равное [3]:

. (3.14)

Силы инерции при повороте корпуса тягового двигателя с ускорением вращения вызовут увеличение нагрузки колесной пары и такую же разгрузку механизма подвешивания носика тягового двигателя, равную [3]:

. (3.15)

Реакцию на подвеске от действия тягового момента можно определить из уравнения равновесия моментов сил, действующих на двигатель в режиме тяги:

. (3.16)

где D_k – диаметр колеса, равный 1,25 метра;

F_T – расчетная сила тяги;

L – опорная база тягового двигателя, равная 1,22 метра.

Расчетная сила тяги принимается максимальной из условия ограничения по сцеплению. Для электровоза переменного тока величина силы тяги определяется как:

. (3.17)

где V – скорость движения, км/ч;

2П_сm – нагрузка от оси колесной пары на рельс, равная 235 кН.

В момент трогания, при V=0 и Ψ=0,36 сила тяги будет равна:

кН.

После подстановки числовых значений в формулу (3.16), реакция на подвеске ТЭД будет равна:

кН. (3.18)

Шайбы подвески, помимо динамической нагрузки, воспринимают вес половины двигателя, реакцию от тягового момента и предварительный натяг. Предварительный натяг необходим для того, чтобы исключить раскрытие амортизатора, такое положение возможно для верхней шайбы, если реакция на тяговый момент направлена вниз и действует совместно с весом двигателя [2]. Чтобы заведомо исключить такую возможность, величину предварительного натяга принимают равной [2]:

. (3.21)

где - вес половины двигателя;

На электровозах серии 2ЭС5К устанавливаются тяговые двигатели НБ-514Б, массой 4300 килограмм, следовательно вес половины двигателя будет равен:

кг, (3.22)

кН.

Тогда величину предварительного натяга необходимо принять равной:

кН.

Характеристики

Список файлов ВКР