Пояснительная записка (1236062), страница 6
Текст из файла (страница 6)
, (2.21)
где Ря1 и Рз1 – потери в ярме и зубцах статора, Вт.
. (2.22)
Активное сопротивление фазы при температуре 75 0С рассчитывается по формуле
, (2.23)
где ρ75 – удельное сопротивление материала проводника при температуре 75 0С, Ом мм2/м;
- средняя длина проводника, м;
а1 – число параллельных ветвей;
с1 – число элементарных проводников в пазу;
Потери в обмотках статора рассчитываются по формуле
, (2.24)
где j1 – плотность тока, А/м2;
mоб1 – масса меди в обмотке, кг.
Электромагнитная мощность рассчитывается по формуле
, (2.25)
где Рп1 – потери в статоре, Вт.
Потери в роторе рассчитываются по формуле
. (2.26)
Мощность, которую можно использовать на валу, меньше механической мощности и рассчитывается по формуле
, (2.27)
где Рвен – потери на вентиляцию, Вт;
Рмех – полная механическая мощность, Вт, которая рассчитывается по формуле
. (2.28)
2.2.4 Определение электромагнитного момента асинхронной машины
Электромагнитный момент возникает при наличии магнитного поля, создаваемого обмоткой статора, и тока в обмотке ротора и рассчитывается по формуле
. (2.29)
Пусковой электромагнитный момент при S = 1, рассчитывается по формуле
, (2.30)
где – приведенный ток короткого замыкания в роторе асинхронной машины, А.
Приближенное значение максимального электромагнитного момента рассчитывается по формуле
. (2.31)
Максимальный электромагнитный момент возникает при критическом скольжении, которое рассчитывается по формуле
. (2.32)
Если пренебречь активным сопротивлением R1, то получится
. (2.33)
Используя формулы (2.29) и (2.31) найдём отношение момента М к Мmax по формуле
. (2.34)
Рисунок 2.6 – График зависимости режимов работы асинхронной машины от скольжения: а) – зависимость момента от частоты вращения; б) – зависимость момента от скольжения
Преимущества асинхронных машин:
- простота устройства;
- обслуживание и эксплуатация при высокой надежности и низкой стоимости;
- не нужны щетки и кольца контакта, так как ток идет прямо на стационарную 3-х фазную статорную обмотку.
Недостатки асинхронных машин:
- необходимость большого пускового тока;
- малая величина пускового момента;
- резкая реакция на изменяющие параметры сети;
- для управления скоростью не обойтись без преобразователя частоты;
- потребление реактивной мощности из сети;
- низкий мощнoстной коэффициент, особенно когда нагрузка малая или включен холостой ход, что плохо для электрической системы в целом [5,6].
3 ЭКСПЛУАТАЦИОННОЕ СОСТОЯНИЕ ЛОКОМОТИВА 2ТЭ25А
3.1 Показатель реализации силы тяги локомотива и эффективность его работы
На магистральных тепловозах серии «Витязь» применяются новые технические решения в конструкциях ряда узлов и агрегатов, в том числе механической части и тягового привода. По мере увеличения пробегов этих локомотивов появляется статистика их эксплуатационной надежности, отказов и неисправностей, в том числе и системного характера. Это вызывает необходимость проведения исследований технических характеристик и работоспособности основных конструктивных элементов и сборочных единиц, обеспечивающих безопасность и надежность новых локомотивов, с целью разработки предложений по совершенствованию их конструкций [2].
Для тепловозов сери «Витязь» качество функционирования колесно-моторных блоков оказывает существенное влияние на их надежность в эксплуатации. По результатам анализа отказов КМБ тепловозов за 2016 год можно сделать вывод, что их значительное количество приходится на тяговые электродвигатели и систему их подвешивания к раме тележки [7].
Для показателя реализации силы тяги произведём её расчет по колесно-моторному блоку (КМБ). Рассмотрим схемы сил действующих в зубчатом зацеплении редуктора КМБ, согласно теории механизмов, силы в зацеплении определяются в полюсе зацепления. На шестерню действует вращательный момент, который создаёт распределённую, по контактным линиям зуба колеса, нагрузку. Эту нагрузку заменяют равнодействующей силой Fзк, направленной по линии зацепления nn и приложенной в полюсе. Силами трения пренебрегают так как они малы. Равнодействующую силу Fзк раскладывают на окружную и радиальную
, см. рисунок 3.2.
Рисунок 3.1 – Формирование силы тяги в КМБ
Рисунок 3.2 – Схема сил действующих в зубчатом зацеплении:
1 – шестерня тягового электродвигателя, 2 – зубчатое колесо колесной пары
В нормальных условиях работы локомотива, опирающегося колесами на рельс, вследствие горизонтального противодействия рельс, сила Fзк вращает колесо около мгновенных центров скоростей в точках касания колес с рельсами. В точках касания колес с рельсами оказываются приложенными, кроме сил тяжести и вертикальной реакции рельса, горизонтальная сила от колеса к рельсу, и равная ей горизонтальная реакция от рельса к колесу Fсц. Силы Fсц и
не уничтожают друг друга, т.к. приложены к разным телам, но равны по значению, поэтому Fзк и есть движущая сила тяги на колесе [8].
Вертикальную силу , действующую на зуб, определим по формуле
, (3.1)
где rш – радиус шестерни, м;
ηз – коэффициент полезного действия (к.п.д.) зубчатой передачи;
Мд – момент двигателя ТЭД, кН·м, рассчитывается по формуле
, (3.2)
где Рд – мощность двигателя (ТЭД), Рд = 350 кВт;
ηд – к.п.д. двигателя ηд = 0,92;
nр – частота вращения ротора ТЭД, рассчитывается по формуле
, (3.3)
где μ – передаточное число редуктора;
Vр – расчетная скорость, Vр = 18,5 км/ч;
Dк – диаметр колеса по кругу катания, Dк = 1,08 м.
Таблица 3.1 – Значения параметров зубчатого зацепления КМБ
Параметры | Значения параметров |
Межосевое расстояние а, мм | 468,8 |
Число зубьев: - шестерни z1 - зубчатого колеса z2 | 20 73 |
Передаточное число и | 3,65 |
Угол наклона зубьев (делительный) β, град | 0 |
Номинальный исходный контур: - угол главного профиля α, град - коэффициент высоты головки ha | 20 1 |
Делительный диаметр, мм: - шестерни d1 - зубчатого колеса d2 | 200 730 |
Коэффициент полезного действия зубчатой передачи | 0,98 |
об/мин;
кН·м;
кН.
Равнодействующую силу, действующей по касательной к делительной окружности зубчатого колеса, рассчитываем по формуле
, (3.4)
где α – угол главного профиля (эвольвентной формы зуба), α = 200.
Подставив численные значения, получим
кН.
Сила тяги колесно-моторного блока тепловоза будет формироваться в точке К тягового механического редуктора, (рисунок 3.1), а реализация её происходит в точке Т и будет соответствовать:
, (3.5)
где Rз – радиус зубчатого колеса, Rз = 0,365 м;
Rб – радиус колеса по кругу катания, Rб = 0,54 м.
Подставив численные значения, получим
кН.
3.1.1 Определение разгружающих и догружающих сил в раме тележки в зависимости от располождения ТЭД
В зависимости от расположения ТЭД на раме тележки в возникают разгружающие и догружающие силы, которые будут влиять на работу моторно-севого подшипника. Так же от возникающих сил в значительной степени зависит использование сцепного веса локомотива. Двигатель может быть расположен за и перед осью в зависимости от направления движения, как показано на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 – Схема расположения ТЭД относительно оси колесной пары: а) расположение ТЭД за осью; б) расположение ТЭД перед осью.
В первом случае вертикальная составляющая сила , создаваемая крутящим моментом ТЭД на зубчатом колесе, будет разгружать КП. Во втором случае сила
нагружает КП.
Сила будет нагружать МОП, составляющая этой силы на ось
расчитывается по формуле
, (3.6)
где b – расстояние от центра оси колесной пары до подвески ТЭД, b = 1 м.
Подставив численные значения, получим