Тяговые расчеты электровоза-прототипа с двигателем ТЛ-2К1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)

Институт транспортной техники и систем управления

Кафедра "Электропоезда и локомотивы"

Курсовая работа

"Тяговые расчеты электровоза-прототипа с двигателем ТЛ-2К1"

Выполнил: ст. гр. ТПЛ-212

Филиппов М.Н.

Проверил: доцент кафедры

Литовченко В.В.

Москва

2014



Введение

В курсовой работе необходимо в соответствии с заданием рассчитать электротяговые и тяговые характеристики выбранного в качестве прототипа электровоза, рассчитать и построить ограничения тягового режима, а также выполнить исследование и анализ изменения величины напряжения в контактной сети при перемещении электровоза от одной тяговой подстанции до другой.



1. Выбор электровоза-прототипа

Выбор электровоза-прототипа выполняем в соответствии с заданным количеством и типом тягового электродвигателя. Для этого определяем серию электровоза на основании Правил Тяговых Расчетов (далее ПТР) в таблице 15.

Электротяговые характеристики для заданного типа тягового электродвигателя выбранного электровоза-прототипа определяем в соответствии с ПТР, рисунок 4.106. Диаметр бандажа электровоза-прототипа определяем в соответствии с ПТР, рисунок 4.8, а передаточное отношение - в соответствии с ПТР, таблица 16.

Прототипом для курсовой работы являются электровозы ВЛ 10, ВЛ 10у и ВЛ 11: тип тягового двигателя - ТЛ-2К1; количество осей n = 8; передаточное отношение зубчатой передачи мо = 3,75; диаметр бандажа Dбо = 1250 мм. Параметры данного в задании электровоза: двигатель - ТЛ-2К1; n = 8; м = 3,84; Dб = 1150 мм.

2. Расчет и построение электротяговых характеристик

Расчет электротяговых характеристик для заданных значений диаметра бандажа D и передаточного отношения зубчатой передачи м производим на основании выбранных электротяговых характеристик тягового электродвигателя электровоза-прототипа.

В начале проектирования расчет характеристик выполняем для полного возбуждения при параллельном соединении тяговых электродвигателей.

Скорость движения для заданных D0 и м0 определяем по формуле:

(3.1)



Силу тяги для заданных D0 и м0 определяем по формуле:

(3.2).

В формулах (3.1) и (3.2) величины с индексом "0" относятся к характеристикам выбранного электровоза-прототипа, а без индексов - к заданному электровозу.

Пересчитываем электротяговые характеристики для всех величин тока двигателя . Результаты расчетов записываем в таблицу 3.1.

Таблица 1 - Результаты расчета электротяговых характеристик.

Iд	Vпо	Vп	Fкдо	Fкд
150	87,5	80,3	810	883
200	70,6	64,8	1400	1526
250	63,9	58,6	2040	2223
300	58	53,2	2610	2844
350	54,5	50,0	3300	3596
400	52,2	47,9	3950	4305
480	48,7	44,7	4970	5416
550	46,7	42,9	5950	6484
600	45,4	41,7	6650	7247
700	43,6	40,0	8000	8718
800	41,8	38,4	9360	10200

По данным таблицы 3.1 строим электротяговые характеристики тягового электродвигателя и для режима полного возбуждения тяговых электродвигателей.



Рис.1. Упрощенная схема соединения тяговых двигателей при параллельном соединении.

Скоростные характеристики при последовательном и последовательно-параллельном соединении тяговых электродвигателей рассчитываем для каждого значения тока по формулам:

(3.3)

(3.4)

где - значение скорости на параллельном соединении тяговых электродвигателей;

Uп = 1500 В - номинальное напряжение на тяговом электродвигателе при параллельном соединении.

Напряжения Ucn и Uc определяем по формулам:

Uсп = (3.5),

Uс = (3.6),

где и - количество последовательно соединенных тяговых электродвигателей соответственно при последовательном и последовательно-параллельном соединениях;

= 3300 В -- номинальное напряжение в контактной сети. Результаты расчетов записываем в таблицу 3.2.

Рис.2. Упрощенная схема соединения тяговых двигателей при последовательно-параллельном соединении

Рисунок 3. Упрощенная схема соединения тяговых двигателей при последовательном соединении

Таблица 2 -- Результаты расчета электротяговых характеристик для последовательного и последовательно-параллельного соединений

Vп	Vсп	Vс
80,3	40,2	20,1
64,8	32,4	16,2
58,6	29,3	14,7
53,2	26,6	13,3
50	25,0	12,5
47,9	24,0	12,0
44,7	22,4	11,2
42,9	21,5	10,7
41,7	20,9	10,4
40	20,0	10,0



Характеристика силы тяги двигателя при всех соединениях тяговых двигателей не изменяется.

Зависимости и строим в одних осях координат вместе с характеристикой . (см. рис.3.4).

Для расчета электротяговых характеристик в режимах ослабления возбуждения рассчитаем коэффициенты ослабления возбуждения для всех k ступеней регулирования на основании заданного коэффициента ослабления возбуждения на первой ступени . Расчет выполняем по формуле:

=()k (3.7)

в1= 0,8 - коэффициент ослабления возбуждения для первой ступени.

=()2 = 0,64

=()3 = 0,512

=()4 = 0,4096

Расчет и построение электротяговых характеристик для ступеней ослабления возбуждения и выполняют на основании соотношений: = при

При

В приведенных соотношениях индекс "пв" соответствует режиму полного возбуждения, а индекс "ов" - ослабленному при регулировании. Расчет характеристик для режимов ослабления возбуждения в курсовой работе производим только для параллельного соединения тяговых электродвигателей. Результаты расчетов записываем в таблицу 3.3.

Таблица 3. -- Результаты расчета электротяговых характеристик для режимов ослабления возбуждения.

Vп,км/ч	впв =	1	в1 =	0,8	в2=	0,64	в3=	0,512	в4=	0,4096
	Iпп, А	Fкд, кгс	Iоп1, А	Fкд оп1, кгс	Iов2, А	Fкд оп2, кгс	Iов3, А	Fкд оп3, кгс	Iов4, А	Fкд оп4, кгс
80,3	150	883	188	1104	234	1380	293	1725	366	2156
64,8	200	1526	250	1908	313	2384	391	2980	488	3726
58,6	250	2223	313	2779	391	3473	488	4342	610	5427
53,2	300	2844	375	3555	469	4444	586	5555	732	6943
50	350	3596	438	4495	547	5619	684	7023	854	8779
47,9	400	4305	500	5381	625	6727	781	8408	977	10510
44,7	480	5416	600	6770	750	8463	938	10578	1172	13223
42,9	550	6484	688	8105	859	10131	1074	12664	1343	15830
41,7	600	7247	750	9059	938	11323	1172	14154	1465	17693
40	700	8718	875	10898	1094	13622	1367	17027	1709	21284
38,4	800	10200	1000	12750	1250	15938	1563	19922	1953	24902

Зависимости и строим в разных осях координат вместе с характеристиками и .(см. рис.3.4., рис.3.5)

3. Расчет и построение тяговых характеристик электровоза

Тяговые характеристики

электровоза рассчитываем по формуле:

, (3.8)



где -- заданное количество осей на электровозе

Зависимость рассчитываем для полного возбуждения и всех ступеней регулирования возбуждения на параллельном соединении тяговых электродвигателей, а также для полного возбуждения при последовательно-параллельном и последовательном соединениях.

4. Расчет и построение ограничений тягового режима

Для построения ограничения режимов работы тяговых электродвигателей по сцеплению колес с рельсами необходимо определить силу сцепления электровоза :

, (3.9)

где P0 - заданная нагрузка на ось, т;

шк(v)-- расчетный коэффициент сцепления колес с рельсами.

Расчетный коэффициент сцепления с рельсами колес является функцией скорости. Расчет к осуществляют на основании формулы ПТР, (94):

(3.10)

Результаты расчетов сводим в таблицу 3.5.

Таблица 4 - Результаты расчета ограничения по сцеплению.

Vп, км/ч	шк	Fксц, кгс
0	0,34	68000
5	0,30	59300
10	0,29	57000
20	0,27	54533
30	0,26	52723
40	0,26	51106
50	0,25	49571
60	0,24	48080
70	0,23	46614

По полученным значениям наносим на построенные тяговые характеристики электровоза ограничение по сцеплению колес с рельсами (см. рис.3.6).

Ограничения по току наносим на характеристики параллельного соединения тяговых электродвигателей. (см. рис.3.4).

Для построения ограничения тяговых характеристик по максимальному току тяговых электродвигателей необходимо определить по электротяговым характеристикам скорости движения при этом токе и перенести их значения на кривые тяговых характеристик. Полученные точки на тяговых характеристиках позволят провести кривую ограничения по максимальному току (см. рис.3.6).

5. Расчет напряжения на токоприемнике электровоза с учетом влияния сопротивления контактной сети

Рассчитываем напряжение на токоприемнике электровоза Uэ по формуле:

,

где - - ток электровоза, А;

RЭKB -- эквивалентное сопротивление контактной сети, Ом

Для анализа величины падения напряжения в контактной сети при различных структурных схемах питания примем следующие допущения:

-внутреннее электрическое сопротивление электровоза мало и им пренебрегают, то есть суммарная электродвижущая сила тяговых электродвигателей равна напряжению на токоприемнике электровоза;

- сопротивление рельсовой цепи, а так же питающих линий, ввиду их малой величины, равно нулю;

- удельное сопротивление одного километра контактной сети р известно;

-напряжение на выходах обоих тяговых подстанций одинаково и составляет для электроподвижного состава магистральных железных дорог 3300 В.

Необходимые для расчетов электрические характеристики применяемых проводов приведены в таблице 3.6.

Таблица 5. - Удельные электрические сопротивления проводов контактной сети.

Марка провода	, Ом/км
МФ-150(контактный)	0,118
ПБСМ-2-95(несущий)	0,678
А-185(усиливающий)	0,17

Удельное электрическое сопротивление контактной сети определяем на основании исходных данных по таблице 3.6, учитывая тот факт, что все провода между собой соединены параллельно. Для этого определяем удельную проводимость контактной сети, км/Ом:

(3.12)

где , , , - удельные сопротивления соответственно

контактного провода, вспомогательного провода, несущего троса, усиливающего провода.

Таким образом получаем:

Отсюда

Расчет напряжения на токоприемнике электровоза с учетом влияния сопротивления контактной сети выполняем в следующей последовательности:

1. Определяем удельное эквивалентное сопротивление 1 км контактной сети =0,0411.

2. Составляем электрическую схему замещения для однопутного участка при одностороннем и двустороннем питании контактной сети, также для двухпутного участка с двусторонним питанием.

Рис. 7 - Эквивалентная схема замещения для случая одностороннего питания контактной сети на однопутном участке.

Рис. 8 - Эквивалентная схема замещения для случая двухстороннего питания контактной сети на однопутном участке.

Рис. 9 - Экв. схема замещения для случая двухстороннего питания контактной сети на двухпутном участке при нахождении электровоза между ТП1 и ПС.



Рисунок 10 -- Эквивалентная схема замещения для случая двухстороннего питания контактной сети на двухпутном участке при нахождении электровоза между ПС и ТП 2

3. Согласно составленной схеме, записываем формулу эквивалентного сопротивления контактной сети .

R1 = сэ*х (3.13)

(3.14)

, (3.15)

, (3.16)

где l1, l2 - расстояния, соответственно от ТП1 до ПС и от ПС до ТП2, км;

X - расстояние от ТП1 до электровоза, км;

R1, R2 - сопротивление контактной сети при следовании электровоза, соответственно по первому и по второму участкам, Ом;

4. На рабочем листе MS Excel рассчитываем изменение сопротивления контактной сети для заданного участка железной дороги.

Таблица 6 - Результаты расчета эквивалентного сопротивления контактной сети.

Однопутный участок
С односторонним питанием	С двусторонним питанием
x, км	R1, Ом	х, км	R2, Ом	х, км	R1, Ом	х, км	R2, Ом
0	0,0000	11	0,4521	0	0,0000	11	0,2261
1	0,0411	12	0,4932	1	0,0392	12	0,2242
2	0,0822	13	0,5343	2	0,0747	13	0,2186
3	0,1233	14	0,5754	3	0,1065	14	0,2092
4	0,1644	15	0,6165	4	0,1345	15	0,1962
5	0,2055	16	0,6576	5	0,1588	16	0,1793
6	0,2466	17	0,6987	6	0,1793	17	0,1588
7	0,2877	18	0,7398	7	0,1962	18	0,1345
8	0,3288	19	0,7809	8	0,2092	19	0,1065
9	0,3699	20	0,8220	9	0,2186	20	0,0747
10	0,4110	21	0,8631	10	0,2242	21	0,0016
11	0,4521	22	0,9042	11	0,2261	22	0

Двухпутный участок с двухсторонним питанием
От ТП1 до ПС	От ПС до ТП2
х, км	R1, Ом	х, км	R2, Ом
0	0,0000	11	0,1130
1	0,0383	12	0,1308
2	0,0710	13	0,1429
3	0,0981	14	0,1495
4	0,1196	15	0,1504
5	0,1354	16	0,1457
6	0,1457	17	0,1354
7	0,1504	18	0,1196
8	0,1495	19	0,0981
9	0,1429	20	0,0710
10	0,1308	21	0,0383
11	0,1130	22	0,0000



5. Изменение напряжения на токоприемнике электровоза рассчитываем при условии постоянства тока электровоза для длительного режима. Ток электровоза определяем произведением тока длительного режима одного тягового электродвигателя ПТР рис. 4.109. на количество параллельных ветвей в схеме силовых цепей электровоза на параллельном соединении:

Результаты расчета напряжения на токоприемнике записываем в таблицу 3.8.

Таблица 7. Результаты изменения напряжения на токоприемнике.

Однопутный участок
С односторонним питанием	С двусторонним питанием
х, км	Uэ, В	х, км	Uэ, В	х, км	Uэ, В	х, км	Uэ, В
0	3300	11	2559	0	3300	11	2929
1	3233	12	2491	1	3236	12	2932
2	3165	13	2424	2	3177	13	2942
3	3098	14	2356	3	3125	14	2957
4	3030	15	2289	4	3079	15	2978
5	2963	16	2222	5	3040	16	3006
6	2896	17	2154	6	3006	17	3040
7	2828	18	2087	7	2978	18	3079
8	2761	19	2019	8	2957	19	3125
9	2693	20	1952	9	2942	20	3177
10	2626	21	1885	10	2932	21	3297
11	2559	22	1817	11	2929	22	3300

Двухпутный участок с двухсторонним питанием
От ТП1 до ПС	От ПС до ТП2
х, км	Uэ, В	х, км	Uэ, В
0	3300	11	3115
1	3237	12	3086
2	3184	13	3066
3	3139	14	3055
4	3104	15	3053
5	3078	16	3061
6	3061	17	3078
7	3053	18	3104
8	3055	19	3139
9	3066	20	3184
10	3086	21	3237
11	3115	22	3300

6. По результатам выполнения пунктов 4 и 5 на миллиметровой бумаге формата А4 строим графики зависимостей от расстояния сопротивления контактной сети (см.рис.3.7) и напряжения на токоприемнике электровоза

электровоз тяговый напряжение контактный



Выводы из проделанной работы

В данной курсовой работе произвели расчет и построение электротяговых характеристик тягового двигателя ТЛ-2К1, тяговой характеристики расчетного электровоза, ограничений тяговых характеристик по максимально допустимому току двигателей, по конструкционной скорости и по силе сцепления колеса с рельсом. Причем, ограничение тягового режима по сцеплению и по максимальному току получили комбинированными, т.е. максимальная сила тяги электровоза определяется и силой сцепления и максимальным током.

Также произвели расчет и построение графика падения напряжения на токоприемнике электровоза, в зависимости от сопротивления контактной сети, при следовании электровоза от одной тяговой подстанции до другой по двухпутному участку пути. По итогам расчетов получили следующие данные: минимальное напряжение на токоприемнике электровоза 3053 В достигается при следовании его по второму участку от ТП2 до ПС; напряжение не падает ниже номинального в 3000 В.



Список используемой литературы

1. "Правила тяговых расчетов для поездной работы".- М.: Транспорт, 1985. 287с.

2. Скребков А.В., Чуверин Ю.Ю. "Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине "Подвижной состав железных дорог", раздел "Электрический подвижной состав". -- М.: МИИТ, 2012. -- 18с.

Размещено на Allbest.ru

...