Расчет тяговых характеристик тепловозов с электрической передачей и электровозов

Результаты вычислений следует  оформить в виде таблицы 5.4, две верхние  строки которой содержат точки гиперболического участка внешней характеристики ТГ.

По данным таблицы 5.4 можно  построить искомые графики скоростной n_д=f(I_д) (рис.4) и моментной M_д=f(I_д) (рис.5) характеристик ТЭД для различных режимов возбуждения.

Таблица 5.4

IГ,А		2778	3000	3500	4000	4500	5000	5778
UГ,В		768	711	609	533	474	426	369
Iд,А		463	500	583	666	750	833	963
ПП	Фд,Вб	0,066	0,067	0,07	0,073	0,075	0,077	0,08
	Мд,Нм	2310	2533	3085	3676	4253	4849	5824
	nд,об/мин	1059	966	791	664	575	503	420
ОП1	Фд,Вб	0,047	0,05	0,054	0,057	0,061	0,064	0,067
	Мд,Нм	1645	1890	2380	2870	3459	4030	4878
	nд,об/мин	1487	1294	1027	851	707	606	501
ОП2	Фд,Вб	0,033	0,035	0,037	0,04	0,043	0,046	0,05
	Мд,Нм	1155	1323	1630	2013	2438	2897	3640
	nд,об/мин	2118	1848	1498	1213	1018	843	672

5.3. Расчет и  построение электромеханических  и электрических тяговых характеристик  ТЭД с учетом параметров КМБ

Электротяговые характеристики F_кд=f(I_д) и V=f(I_д) отражают изменение механических параметров на ободе колеса. Поэтому они также называются электромеханическими характеристиками ТЭД, отнесенными к ободу колеса локомотива.

Зависимость силы тяги F_кд на ободе колеса, развиваемой двигателем, от тока якоря I_д можно рассчитать по известной моментной характеристике M_д=f(I_д) и параметрам колесно-моторного блока. При этом взаимная связь величин F_кд и М_д определяется соотношением

F_кд=2^.М_д^.μ^.η_з/D_к, Н, (5.15)

где D_к - диаметр колеса локомотива по кругу катания, м;

μ - передаточное число зубчатой передачи колесно-моторного блока;

η_з - к.п.д. зубчатой передачи, равный 0,975.

Значения параметров μ  и D_к принимаются в соответствии с заданием к курсовой работе.

Скоростная характеристика V=f(I_д), отнесенная к ободу колеса, рассчитывается по электромеханической характеристике n_д=f(I_д) ТЭД с учетом того, что скорость движения локомотива принято выражать в км/ч:

V=0,188^.n_д^.D_к/μ, км/ч. (5.16)

Результаты расчетов следует  занести в таблицу 5.5.

Полученные электромеханические  характеристики ТЭД, отнесенные к ободу  колеса, необходимы для построения тяговых характеристик локомотивов.

Табл. 5.5 Электротяговые характеристики тягового привода локомотива

Iд, A		463	500	583	666	750	833	963
ПП α=1,00	Fкд, кН	18,5	20,3	24,7	29,4	34	38,8	46,6
	V, км/ч	48,5	44,2	36,2	30,4	26,3	23	19,2
ОП1 α1=0,54	Fкд, кН	13,2	15,1	19	23	27,7	32,2	39
	V, км/ч	68,1	59,3	47	39	32,4	27,8	23
ОП2 α2=0,3	Fкд, кН	9,24	10,6	13	16,1	19,5	23,2	29,1
	V, км/ч	97	84,6	68,6	55,6	49,4	38,6	30,8

5.4. Расчет и  построение тяговой и токовой  характеристик с учетом ограничений

для обеспечения устойчивости локомотивов против боксования устанавливают так называемый расчетный коэффициент сцепления ψ_к, величина которого меньше потенциального ψ_о. При этом сила тяги по сцеплению составляет

F_ксц= ψ_к^.P_сц, кН. (5.17)

Расчетный (нормативный) коэффициент  сцепления локомотива ψ_к определяют экспериментальным путем и задают так, чтобы обеспечить практически приемлемую надежность движения полновесных поездов (поездов расчетной массы) по тяжелым подъемам при плохих условиях сцепления.

В данной курсовой работе характеристики сцепления ψ_к=f(V) можно считать следующими:

для электровозов постоянного  тока

ψ_к=0,28+3/(50+20^.V)-0,0007^.V; (5.18)

- для магистральных тепловозов

ψ_к=0,118+5/(V+27,5). (5.19)

Для построения тяговых характеристик  локомотивов предварительно необходимо рассчитать силу тяги по сцеплению  F_ксц при различной скорости движения локомотива. Полученные значения внести в таблицу 5.6.

Таблица 5.6.

Сила тяги локомотива по сцеплению

V, км/ч	0	10	20	30	40	50	60	70	80
ψк	0,3	0,251	0,223	0,204	0,192	0,183	0,175	0,168	0,165
Fксц, кН	406,4	339,8	301,9	276,1	260	247,1	237,1	228,8	223,4

5.6 Построение  тяговых и токовых характеристик  локомотивов

Тяговой характеристикой локомотива называют графическую зависимость касательной силы тяги F_к от скорости движения V при установившихся режимах на разных позициях регулирования (позициях контроллера машиниста).

Токовая характеристика представляет графическую зависимость тока электровоза I_э или тока тягового генератора (ТГ) тепловоза I_г от скорости V при установившихся режимах на разных позициях контроллера машиниста.

На стадии проектирования локомотивов указанные зависимости  F_к=f(V) и I=f(V) можно построить по электротяговым характеристикам. Для этого необходимо пересчитать данные таблицы 5.5, а именно:

а) определить значения тока локомотива по величинам тока ТЭД:

- ток тягового генератора  тепловоза I_г - по формуле (5.9);

б) определить значения касательной  силы тяги локомотива F_к по величинам силы тяги ТЭД F_кд

Полученные результаты занести  в таблицу 5.7.

Таблица 5.7.

Табл 5.7 Рабочие характеристики локомотива

Iг, A		2778	3000	3500	4000	4500	5000	5777
ПП  α=1,00	Fк, кН	111	121,8	148,2	176,4	204	232,8	279,6
	V, км/ч	48,5	44,2	36,2	30,4	26,3	23	19,2
ОП1  α1=0,54	Fк, кН	79,2	90,6	114	138	166,2	193,2	234
	V, км/ч	68,1	59,3	47	39	32,4	27,8	23
ОП2  α2=0,3	Fк, кН	55,4	63,6	78	96,6	117	139,2	174,6
	V, км/ч	97	84,6	68,6	57,6	46,4	38,6	30,8

Порядок построения рабочих характеристик тепловоза заключается в следующем :

1) В координатах V,I_г построить линии ограничений максимального I_гmax и минимального I_гmin тока ТГ.

2) Рассчитать значения  силы тока ТГ, соответствующие  автоматическим переходам ТЭД  с одного режима возбуждения  на другой :

- ток переходов ПП ОП₁ I_ГП-1 (I_гmin+I_гн+160)/2, A; (5.23)

- ток переходов ОП₁ ОП₂ I_Г1-2 (I_гmin+I_гн-20)/2, A. (5.24)

Используя значения I_ГП-1 и I_Г1-2, построить горизонтальные линии переходов ПП ОП₁ и ОП₁ ОП₂.

3) По данным таблицы  5.7 построить график I_г=f(V) (рис.6) и определить скорости тепловоза V_п-1 и V_1-2, соответствующие переходам ПП ОП₁ и ОП₁ ОП₂.

4) Используя данные таблицы  5.7 и токовую характеристику I_г=f(V),

построить тяговую характеристику тепловоза F_k=f(V); показать ограничения силы тяги по максимальному току ТГ F_kдоп и по сцеплению (таблица 5.6), а также ограничение конструкционной скорости тепловоза V_к.

5) По графику I_г=f(V) определить скорость продолжительного режима тепловоза V_дл, соответствующую номинальной силе тока ТГ I_гн, а по значению V_дл- длительную силу тяги тепловоза.

Полученные значения основных технических параметров локомотива следует внести в таблицу 5.8.

Основные технические  параметры локомотива (тепловоз)

Режим работы	Параметры		Ограничения
	сила тяги, кН	скорость, км/ч
1) Продолжительный	Fкдл=200	Vдл=26	------
2) Расчетный	Fкр=309	Vр=17	По сцеп.
3) Трогание с места	Fктр=406	-------	По току

Расчетным режимом работы локомотива называют режим, характеризуемый величинами расчетной силы тяги F_кр и расчетной скорости V_р. По этим параметрам определяют так называемые расчетные нормы массы составов на участках железных дорог.

Расчетный режим тепловозов принято устанавливать по параметрам продолжительного режима работы тяговых электромашин. Если в результате проектирования тепловоза оказалось, что величина F_кдл превышает силу тяги по сцеплению F_ксц при скорости V_дл, то значение расчетной силы тяги F_кр и расчетной скорости V_р принимают по точке "порога" тяговой характеристики.

Помимо расчетной силы тяги, другим важным параметром локомотива является сила тяги при трогании с места F_ктр. Ее величина может быть ограничена по сцеплению либо по максимальному току локомотива. Первый случай характерен для грузовых и маневровых локомотивах, а второй – для пассажирских.

Значения параметров расчетного режима и трогания, как одни из важнейших характеристик локомотивов, нормируются ПТР .

6. Электроподвижной  состав.

6.1 Электровоз  постоянного тока ВЛ10

Электровоз ВЛ10 предназначен для работы с грузовыми поездами на магистральных железных дорогах РФ, электрифицированных на постоянном токе с напряжением в контактной сети 3000 В.

Все оборудование электровозов рассчитано на надежную работу при  напряжении в контактной сети от 2200 до 4000 В. Изменение температуры окружающего  воздуха вне кузова допускается  от —50 до +40 °С при влажности воздуха 90%, замеренной при температуре +27 °С. Высота над уровнем моря не более 1200 м. Электровоз ВЛ 10 и состоит из двух сочлененных между собой автосцепкой СА-3 секций. На электровозах ВЛ10 выпуска до 1975 г. каждая секция опиралась на две двухосные несочлененные тележки через упругие опоры. На электровозах ВЛ10 выпуска с 1975 г. секции кузова на тележках опираются с помощью люлечного подвешивания, которое в значительной, степени улучшает горизонтальную динамику электровоза.

Сварные рамы тележек обладают повышенной надежностью, в процессе изготовления их подвергают тщательному  контролю с применением современной  аппаратуры. Тележки оборудованы  бесчелюстными буксами с роликовыми подшипниками повышенной долговечности, Перемещение букс относительно рамы происходит за счет деформации сдвига резинометаллических блоков. Рессорное  подвешивание обеспечивает эффективное  смягчение вертикальных толчков  при прохождении электровозом неровностей  пути.

На электровозах ВЛ10 установлено  по восемь тяговых двигателей. Тяговые  электродвигатели имеют последовательное возбуждение, опорно-осевое подвешивание, принудительную вентиляцию и мощность при часовом режиме по 670 кВт. Электродвигатели обладают надежностью и высоким к. п. д. Вращающий момент от тягового двигателя на колесные пары передается двусторонней одноступенчатой цилиндрической косозубой передачей.

Для регулирования частоты  вращения тяговых двигателей предусмотрены  три вида их соединения: последовательное (С), последовательно-параллельное (СП) и параллельное (П). Кроме того, на всех этих соединениях предусмотрена  работа тяговых электродвигателей при ослабленном возбуждении с коэффициентом возбуждения 0,75; 0,55; 0,43; 0,36. Электрические цепи электровоза получают питание от контактного провода через токоприемники, обеспечивающие надежный токосъем при любых скоростях движения электровоза.

Схемы силовых цепей электровозов

а) электровоз постоянного  тока б) электровоз переменного тока

6.2 Электровоз  переменного тока ВЛ80