Проектування електродвигуна тепловоза потужністю 1000 кВт

%

За універсальною характеристикою [1] відповідно до значення I_ГMIN % визначаємо величину U %=103 %.

Дійсна швидкість тепловоза, яка  досягається тільки за рахунок регулювання  генератора V_MAX , визначається за формулою

                                      

                             (3.9)

 

Швидкість тепловоза  при ослабленні збудження V , визначається за формулою

                                

,                           (3.10)

де К_Н – коефіцієнт насичення магнітної системи двигуна, К_Н=1,3.

 

Ступінь регулювання електропередачі за швидкістю тепловоза характеризується коефіцієнтом регулювання, котрий є відношенням максимальної швидкості тепловоза до швидкості тепловоза тривалого режиму (розрахункової), тобто

                                                                                               (3.11)

В курсовому  проекті ми застосовуватимемо ослаблення збудження, який є найбільш поширеним і простим методом розширення діапазону регулювання електропередачі за швидкістю тепловоза.

З урахуванням частки діапазону швидкості тепловоза, в якому повинна реалізовуватись повна потужність дизеля, для маневрових тепловозів допускається визначати розрахунковий коефіцієнт регулювання електропередачі за швидкістю за формулою

                                                                                          (3.12)

>2,1

Для перевірки  можливості забезпечення діапазону  регулювання електропередачі за швидкістю шляхом ослаблення збудження тягових електродвигунів визначають мінімальне значення коефіцієнта ослаблення збудження тягових електродвигунів а_тіп, ще є відношенням струму збудження (струму головних полюсів) де струму якоря.

Величина цього коефіцієнта ослаблення збудження тягових електродвигунів визначається за формулою

                                         

                                      ( 3.13)

Якщо а_тіп<0,5, то застосовують два ступені ослаблення збудження, тобто вводять проміжний ступінь ослаблення збудження, коефіцієнт якого визначають за формулою

                                                         α_І=

                                         (3.14)

 

Ослаблення поля виконується  двома ступенями із співвідношення

α_І=

α_І=α_MIN

 

Оскільки  <0,5 застосовуємо два ступеня ослаблення збудження.

А також не виходячи за межі умови 1 ≥ α_min ≥ 0,25, приймаємо α_min=0,25

Визначивши координати цих трьох характерних точок, будується вольт-амперна характеристика генератора.

Тобто вольт-амперна характеристика генератора повинна мати гіперболічний  вид, її також називають автоматичною (Рис. 3.1). Зменшення діапазону регулювання тягового генератора за напругою дозволяє зменшити габарити та масу генератора. [1].

 

                4 Визначення електричних параметрів тягового електродвигуна

 

Електричні параметри  тягового електродвигуна залежать від схеми їх з’єднання. Для тепловозів малої потужності (менше 1000 кВт) використовується послідовно-паралельна схема з'єднання. Для тепловозів потужністю більше 1000 кВт, але менше 2000 кВт, використовується послідовно-паралельна схема - три паралельні гілки по два послідовно підключені двигуни в кожній.

Для тепловозів потужністю більше 2000 кВт використовується паралельна схема з'єднання - всі двигуни підключені на напругу генератора.

Для шестивісних тепловозів - це послідовне з'єднання трьох двигунів у дві паралельні гілки (рисунок 4.1).

 

m=3; p=2   U_тд=U_г/3;І_тд=І_г/2

 

Рисунок 4.1 – Серісна-паралельна схема з’єднання тягових двигунів

Напруга двигуна U_{д  ∞} , В визначається за формулою

                                                                  _,                                               (4.1)

де m_ПС – число послідовно з`єднаних двигунів в параллельному ланцюгу, для                    
                                    вибраної схеми з`єнання двигунів m_ПС=2.

 В

Струм двигуна I_{д ∞} , А визначається за формулою

                                                

,                                               (4.2)

де а – число  паралельних гілок двигуна, а=6.

 А. [1].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Визначення передаточного числа тягового редуктора

 

Прийняємо опорно-осьове підвішування тягових електродвигунів. При одній і тій же потужності двигуна можна отримати на його валу різні значення обертового моменту в залежності від обраної частоти обертання якоря. Однак при надмірному збільшенні обертового моменту двигун буде тихохідний, внаслідок чого його габарити збільшуються.

При опорно-осьовому підвішуванні двигуна його розміри обмежуються відстанню між внутрішніми гранями бандажів коліс колісних пар та найменшою допустимою відстанню від корпуса двигуна до головки рейки, а (рисунок 5.1). Для можливості збільшити цю відстань (і відповідно збільшити можливі габарити двигуна), вісь двигуна розміщують вище осі колісної пари. Для тепловозних двигунів розмір х (рисунок 5.1) обирають в межах 20÷40 мм.

Частота обертання тягового електродвигуна в тривалому режимі роботи п_н, об/хв, і відповідна розрахункова швидкість тепловоза пов'язані співвідношенням

,      (5.1)

 

де і - передаточне число тягового редуктора;

D_к - діаметр коліс колісної пари по колу кочення, мм.

Рисунок 5.1 - Схема опорно-осьового підвішування тягових електродвигунів

Передаточне число тягового редуктора

                                               

                                                (5.2)

де  , - відповідно діаметри ділильних кіл зубчатого колеса та шестерні;

, - відповідно їх числа зубців.

Передаточне число бажано вибирати якомога більшим, так як при цьому буде найбільша частота обертання п_н і при заданій потужності двигуна Р_д найменший момент М_н , а відповідно найменші розміри і маса двигуна.

Відповідно  до позначень (рисунок 5.2)

 

 

Рисунок 5.2 - Ескіз до визначення розмірів зубчатої передачі

Максимальний діаметр  ділильного кола великого зубчастого колеса D_Z, мм визначається за формулою

 

                                                 

(h'+h''),                                            (5.3)

де  D_K-діаметр колеса, D_K=1050 мм.

      h'- зазор між нижніми точками редуктора і головкою рейки, h' 120 мм;

     h''-відстань від ділильного кола колеса до кожуха, h''=20-25 мм.

Величину          можна     отримати,     оцінивши     попередньо 
передаточне число тягового редуктора:

і=4,2÷4,9 для вантажних тепловозів при D_K =1050 мм;

і=4,7÷5,3 для вантажних тепловозів при D_K =1250 мм;

і=2,3÷3,5 для пасажирських тепловозів;

і=4,5÷4,9 для маневрових тепловозів.

 мм

Визначившись  із передаточним числом тягового редуктора і в залежності від типу тепловоза та діаметру коліс, знаходять

                                                                                                     (5.4)

Далі обирають модуль зачеплення m зубчатих коліс тягового редуктора в залежності від моменту на валу тягового двигуна в тривалому режимі (при номінальному моменті) за наступними даними:

М_н, Н м  1000  2000  4000 і більше

m, мм  8-10  9-11  10-12

Номінальний момент визначають за розрахунковим  значенням сили тяги і попередньо знайденому передаточному числу  тягового редуктора

 

                                 .                                 (5.5)

де с - кількість тягових електродвигунів

Числа зубців і повинні бути   цілими  і по можливості взаємно простими.

У подальшому уточнюють величину передаточного   числа . При   цьому   число  зубців   шестерні повинно бути не менше 17.

Кількість зубців великого зубчастого колеса Z_З, визначається за формулою

                                                                                                     (5.6)

  де m-модуль зачеплення, вибирається в залежністю від навантаження колеса  на рейку, m=10.

Кількість зубців малої  шестерні визначається за формулою

                                                  ,                                                   (5.7)

Величина передаточного   числа

                                                                                                        (5.8)

Діаметр ділильного кола малої шестерні d_Z, мм визначається за формулою

                                                                                                  (5.9)

 мм

За умовами міцності тіла шестерні:

                                            ,                                               (5.10)

де d_B-діаметр основи посадочного конуса вала якоря, визначається міцністю на скручування, мм.

 

 Нм.

Обираємо m=10 мм.

                                        ,                                     (5.11)

де P – потужність двигуна, кВт;

     n_∞-частота обертання якоря, яка відповідає тривалій швидкості локомотива, .

Частота обертання якоря n_∞, визначається за формулою

                                                                                       (5.12)

 

За формулою (2.11) визначаємо діаметр основи посадочного конуса вала якоря

 мм

 

Централь при звичайно застосовуваній корекції зубців (для колеса =0, а для шестерні =+0,5) визначається з виразу

 

Централь зубчастого зачеплення Ц, мм визначається за формулою

 

                                                             (5.13)

 

 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

Централь при опорно-осьовому підвішуванні повинна бути прив'язана до діаметра якоря двигуна (в міліметрах), котрий попередньо визначають за формулою

                                      ,               (5.14)

де к_я=650÷750 для двигунів з ізоляцією класу нагрівостійкості В;

к_я=600÷675 для двигунів з ізоляцією класу нагрівостійкості F;

           126,8 кВт.

мм.

 

У визначеному вище діапазоні  можливих значень діаметрів якоря двигуна необхідно вибрати нормалізовану величину, що забезпечує штамповку листів заліза якоря з мінімальними відходами, а також вписування двигуна у визначені габарити. Нормалізований ряд діаметрів якорів: 245, 280, 327, 368, 423, 493, 560, 660, 740, 850, 990 мм.

Вписування тягового двигуна у визначені для нього  габарити під тепловозом перевіряється  умовою