Расчет тяговых характеристик тепловозов с электрической передачей и электровозов

Fк = nос.Fр = m.Fкд, Н, (3.2)

где nос - число движущих осей локомотива;

m - количество тяговых электродвигателей на локомотиве.

Таким образом, качение колесной пары по рельсу происходит, если к ней приложена пара сил F1 и F2 (вращающий момент от тягового двигателя) и сила F1 уравновешена реакцией рельса Fр. Сформулируем особенности силы Fр как касательной силы тяги:

сила Fр, буд

учи силой реакции, возникает только под действием силы F1, равна ей по модулю и поэтому пропорциональна величине вращающего момента ТЭД Мд;

реакция Fр, будучи по природе силой трения, возникает при наличии контакта колеса с рельсом и силы, прижимающей их друг к другу (силы тяжести); уровень силы Fр не может превосходить некоторой максимальной величины, которую называют силой сцепления колес с рельсами Fсц.

Итак, касательная сила тяги - это сила реакции рельса на колесо, возникающая под действием внешнего вращающего момента и ограниченная силой сцепления колеса с рельсом.

При увеличении вращающего момента на колесе Мк касательная сила тяги Fр, равная силе тяги ТЭД Fкд, возрастает вплоть до уровня, соответствующего силе сцепления Fсц (зона I на рис.3.2). Дальнейшее повышение момента Мк (зона II) приводит к нарушению условия качения колеса F1=Fр. Сила F1, равная Fкд, не уравновешивается силой Fр, равной Fсц. В результате происходит срыв сцепления и начинается боксование, то есть проскальзывание колеса относительно поверхности рельса, при котором частота вращения якоря ТЭД nд резко увеличивается.

Зависимость касательной силы тяги Fр от силы тяги ТЭД Fкд и силы сцепления колеса с рельсом Fсц

Боксование приводит к интенсивному износу рабочих поверхностей колеса и рельса, разрушению вращающихся деталей якоря ТЭД под действием центробежных сил, возникновению кругового огня на коллекторе ТЭД и другим опасным явлениям. Чтобы не допускать их, установлены технические условия устойчивого движения локомотива, которые описываются неравенством [11]

Fкmax ψо.Pсц, (3.3)

где Fкmax - максимально допустимая касательная сила тяги локомотива;

ψо - потенциальный (максимальный) коэффициент сцепления;

Pсц - сцепной вес локомотива (вес, приходящийся на движущие колесные пары и участвующий в создании силы тяги).

Pсц = 9,81.nос.2П, кН, (3.4)

где 2П - осевая нагрузка локомотива, т (исходные данные).

Неравенство (3.3) выражает основной закон локомотивной тяги: для обеспечения устойчивости управляемого движения локомотива окружные усилия на ободах движущих колес, создаваемые тяговыми двигателями, не должны превосходить силу сцепления колес с рельсами.

Коэффициент сцепления, а следовательно и сила сцепления, являются случайными величинами, на которые оказывают влияние многочисленные факторы: качество ремонта и содержания локомотивов, метеорологические условия поездки, текущее состояние пути и др. Для локомотивов одной серии при одинаковой скорости движения разброс возможных значений коэффициента сцепления относительно его среднего значения достигает 50% .

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

Fксц= ψк.Pсц, кН. (3.5)

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

4. Назначение и конструкция тяговых электродвигателей локомотивов

4.1. Назначение тяговых электродвигателей

Тяговый электродвигатель (ТЭД) локомотива предназначен для преобразования электрической энергии в механическую, необходимую для вращения колесной пары.

Источником электроэнергии для движения тепловоза - автономного локомотива - служит дизель-генераторная установка (рис.3.1). Механическая энергия вращения коленчатого вала дизеля Д сообщается тяговому генератору ТГ и преобразуется в электрическую. Электрическая энергия от генератора поступает в тяговые электрические двигатели ТЭД, которые кинематически связаны с движущими колесными парами КП и приводят их во вращение.

На неавтономных локомотивах, которыми являются электровозы, для питания тяговых двигателей используется электроэнергия, вырабатываемая на электростанциях и передаваемая ТЭД по линиям электропередачи через тяговые подстанции и контактную сеть. Будучи подключенным к электростанции, то есть практически неограниченному источнику энергии, электровоз может развивать повышенную мощность, ограниченную только мощностью ТЭД. Поэтому мощность электровоза почти в 2 раза больше, чем тепловоза равной массы.

Рис.4.1. Схема преобразования энергии на тепловозе

На всех локомотивах привод колесной пары от ТЭД осуществляется через зубчатый редуктор колесно-моторного блока. Наиболее распространенным в настоящее время типом подвешивания ТЭД у грузовых тепловозов и электровозов является опорно-осевое подвешивание, при котором ТЭД с одной стороны опирается на ось колесной пары через моторно-осевые подшипники, а с другой стороны - на раму тележки через комплект пружин [7]. Неизменное расстояние между центрами вала двигателя и оси колесной пары называют централью Ц (рис.4.2).

Так как ТЭД служит для преобразования электрической энергии в механическую, то он входит в состав как электрической, так и механической части локомотива.

4.2. Конструкция основных узлов и элементов тягового электрического двигателя тепловоза

ТЭД постоянного тока состоит из неподвижного статора: остова с расположенными на его внутренней поверхности главными и добавочными полюсами - и вращающегося якоря (ротора). Вал якоря опирается на подшипниковые узлы, размещенные в статоре (рис.4.3).

Конструктивно двигатель образован следующими сборочными единицами: магнитная система (в корпусе которой также закреплены щеткодержатели со щетками), якорь, подшипниковые щиты с якорными подшипниками, моторно-осевые подшипники и др

 Скачать реферат