ДИПЛОМ МАКАРОВА ИЛЬИ АНДРЕЕВИЧА ТЕМА СТАЦИОНАРНОЕ ТЯГОВОЕ УСТРОЙСТВО (1234336), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Зубчатый рельс прокладывается обычно посередине между двумя обычными рельсами. Соответственно, подвижной состав таких железных дорог оборудован зубчатым колесом [3].

Поезда зубчатых железных дорог могут преодолевать гораздо большие подъёмы, чем на обычных железных дорогах. Самая крутая зубчатая железная дорога в мире—Pilatusbahn, ведущая на вершину горы Пилат (Швейцария, рядом с Люцерном). Уклон этой дороги достигает 48 %.

Существует несколько разных типов зубчатых железных дорог. Наиболее распространённые конструкции зубчатых зацеплений, используемые на них—системы Marsh, Abt, Locher, Riggenbach, Strub и Von Roll.

Зубчатые железные дороги есть во многих странах. Больше всего их в Швейцарии (более двух десятков). Одной из самых известных и старых дорог (действует с 1884 г) подобного типа является железная дорога на гору Корковду в Рио-де-Жанейро. Есть в Греции. На территории России и стран бывшего Советского Союза зубчатых железных дорог нет, однако данный принцип реализован в судоподъемнике Красноярской ГЭС.

Многие зубчатые железные дороги имеют в основном туристическое значение, так как они доставляют посетителей (туристов, лыжников, любителей прогулок на природе и т. д.) на вершины и склоны гор. Однако есть и более утилитарные зубчатые железные дороги. Например, в Штутгарте трасса одного из маршрутов трамвая (маршрут № 10) выполнена как зубчатая железная дорога. Выполняющие роль городского общественного транспорта зубчатые железные дороги есть и в других городах, например, в Цюрихе (Dolderbahn) и Будапеште.

Систему Riggenbach представим на рисунке 3.1 [3].

Рисунок 3.1 - Система Riggenbach

Систему Strub представим на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Система Strub

Систему Abt представи на рисунке 3.3

Рисунок 3.3 – Система Abt

3.2 Линейный асинхронный двигатель

Подвижная часть линейного двигателя совершает поступательное движение, поэтому применение этих двигателей для привода рабочих машин с поступательным движением рабочего органа позволяет упростить кинематику механизмов, уменьшим потери в передачах и повысить надежность механизма в целом [4].

Возможны линейные двигатели четырех видов: электромагнитные (соленоидные), магнитоэлектрические (с применением постоянного магнита), электродинамические и асинхронных. Асинхронные (индукционные) линейные двигатели благодаря простоте конструкции и высокой надежности получили наибольшее применение [4].

Для объяснения принципа работы линейного асинхронного двигателя обратимся к асинхронному двигателю с вращательным движением ротора. Если статор этого двигателя (рисунок 3.4, а) мысленно «разрезать» и «развернуть» так, чтобы он образовал дугу с углом α (рисунок 3.4, б), то диаметр ротора увеличится. При этом мы получим асинхронный двигатель с дуговым статором Частота вращения (об/мин) магнитного поля статора этого двигателя (синхронная частота) [4]:

, (3.1)

где – синхронная частота вращения обычного (до «разрезания») асинхронного двигателя, об/мин;

– угол дуги статора, рад.

Из рисунка 3.4 следует, что, изменяя угол α, можно получить дуговой асинхронный двигатель на любую синхронную частоту меньше частоты вращения . Дуговые двигатели применяют для безредукторного привода устройств, требующих небольших частот вращения, исключив применение сложного и трудоемкого редуктора.

Рисунок 3.4 – Дуговой и линейный двигатель

Если же «разрезанный» статор развернуть в плоскость, то получим асинхронный линейный двигатель (рисунок 3.4, в). Принципиальное конструктивное отличие линейного асинхронного двигателя от асинхронного двигателя с вращательным движением ротора состоит в том, что первичный элемент линейного двигателя (индуктор) создает не вращающееся, а бегущее магнитное поле и нижняя часть двигателя с короткозамкнутой обмоткой (или без нее) называемая вторичным элементом, перемещается вдоль своей оси. Скорость бегущего поля в линейном двигателе (м/с) [4]:

, (3.2)

где – частота тока в обмотке статора, Гц;

– полюсное деление;

– длина статора (индуктора), м.

Принцип действия линейного асинхронного двигателя основан на том, что бегущее поле индуктора, сцепляясь с короткозамкнутой обмоткой вторичного элемента двигателя, наводит в ней ЭДС. Возникающие в стержнях этой обмотки токи взаимодействуют с бегущим полем индуктора и создают на индукторе и вторичном элементе электромагнитные силы, стремящиеся линейно переместить подвижную часть двигателя относительно неподвижной. В некоторых конструкциях линейных двигателей подвижной частью является индуктор, а в некоторых — вторичный элемент, называемый в этом случае бегунком. Если вторичный элемент линейного двигателя невозможно изготовить с короткозамкнутой обмоткой, то применяют вторичные элементы в виде полосы из меди, алюминия или ферромагнитной стали. Наиболее удовлетворительными получаются характеристики линейного двигателя при составном вторичном элементе, например выполненном в виде полосы из ферромагнитной стали, покрытой слоем меди [4].

Основной недостаток асинхронных двигателей с разомкнутым статором — дуговых и линейных — явление краевого эффекта, представляющего собой комплекс электромагнитных процессов, обусловленных разомкнутой конструкцией статора. К нежела­тельным последствиям краевого эффекта в первую очередь следу­ет отнести появление «паразитных» тормозных усилий, направ­ленных против движения подвижной части двигателя, и возникновение поперечных сил, стремящихся сместить подвиж­ную часть двигателя в поперечном направ­лении. Кроме того, краевой эффект вызывает ряд других нежелательных явлений, ухуд­шающих рабочие характеристики линейных двигателей.

Линейные асинхронные двигатели значительной мощности применяют на транспорте в качестве тяговых двигателей. Один из вариантов такого двигателя показан на рисунке 3.5. Здесь индуктор 2 двигателя подвешен к транспортному средству 1, а стальная полоса 3 установлена вертикально на основании пути между рельсами. Из этой конструкции поперечная сила Fп вызванная краевым эффектом используется полезно, так как она уменьшает силу давления на несущие оси и колеса и, как следствие, уменьшает трение качения.

Рисунок 3.5 – Линейный асинхронный двигатель привода железнодорожного
транспортного средства

3.3 Понятие о воздушном зазоре

Говоря об асинхронном двигателе необходимо рассказать о воздушном зазоре

Для выбора величины воздушного зазора δ в асинхронных двигателях был предложен ряд эмпирических формул. В качестве примера приведем две формулы [6].

Формула Пихельмайера:

, (3.4)

где – диаметр статора, м.

Формула Каппа:

. (3.5)

Данные относительно величины воздушного зазора можно также получить из кривой, рисунок 3.5. При выборе величины δ лучше всего руководствоваться данными ОСТ.

Минимальный технически осуществимый воздушный зазор лежит вблизи 0,2 мм.

В машинах, предназначенных для тяжелых условий работы, воздушный зазор берут больше на 60%, чем следует из рисунка 1.

Рисунок 3.5 - Зависимость величины воздушного зазора от диаметра ротора

Воздушный зазор – зазор между статором и ротором (индуктором и якорем) играет важную роль в электрических машинах. Его величина и равномерность распределения по расточке статора оказывают большое влияние на основные энергетические показатели машин и ряд других показателей, в том числе на вибрацию, шум, нагрев [5].

Изменение воздушного зазора вследствие эксплуатационного износа выражается в его равномерном или неравномерном увеличении по расточке статора в машинах переменного тока или под полюсами в машинах постоянного тока.

Изменение воздушного зазора вследствие эксплуатационного износа выражается в его равномерном или неравномерном увеличении по расточке статора в машинах переменного тока или под полюсами в машинах постоянного тока.

Повышенный воздушный зазор снижает коэффициент полезного действия машин, увеличивает ток холостого хода.

Неравномерность воздушного зазора вызывает искажение магнитного поля машины. В асинхронных электродвигателях в результате этого увеличивается вибрация и шум. В машинах постоянного тока, кроме того, может ухудшаться коммутация, что приводит к усилению искрения щеток. Особенно ощутимое влияние на качество коммутации имеет воздушный зазор между якорем и дополнительными полюсами. Кроме того, изменение воздушного зазора под этими полюсами влияет на величину тока в коммутирующей секции обмотки якоря. При увеличении этого тока обмотка якоря и щеточный аппарат перегреваются [5].

В судовых электрических машинах постоянного тока мощностью до 50 кВт величина воздушного зазора составляет от 0,7 до 3,0 мм; при большей мощности – до 10 мм. В синхронных генераторах его величина обычно от 3 до 15 мм, в асинхронных электродвигателях – от 0,25 до 1,5 мм.

Допустимые отклонения величин воздушных зазоров судовых электрических машин приведен в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Допустимые отклонения величины воздушного зазора в судовых электрических машинах

Окончание таблицы 3.1

3.4 Расчет габаритов и мощности стационарного тягового устройства (на основе асинхронного двигателя)

Необходимо подобрать индуктор (стационарное тяговое устройство) так чтобы его размеры вписывались в размеры габарита приближения строения и найти эквивалент этому индуктору из обычных асинхронных двигателей промышленного назначения.

Аналогом для индуктора установим электродвигатель серии АИР мощностью 90 кВт и частотой вращения 450 об/мин

Для того чтобы индуктор (стационарное тяговое устройство) не мешало движению поездов разберемся с габаритом приближения строения изображенный на рисунке 3.6

Характеристики

Список файлов ВКР