Полное сопротивление движению подвижного состава

Размещено на http://www.allbest.ru/

Часть 1. Теоретическая часть

1.1 Полное сопротивление движению

Под полным сопротивлением движению понимают эквивалентную силу, приведенную к ободам колес, на преодоление которой затрачивается такая же работа, как и на преодоление всех действительных сил, противодействующих движению.

Энергия, которая затрачивается на преодоление сил сопротивления, связанных с различными видами трения, невозвратима, так как тратится на истирание пути и деталей подвижного состава и превращается в тепло, рассеиваемое в окружающую среду. Энергия, которая затрачивается на преодоление подъемов, может быть возвращена, так как подвижной состав в этом случае накапливает потенциальную энергию, которую можно использовать на последующих участках пути или при движении в обратную сторону.

Полное сопротивление движению. Полное сопротивление движению поезда делят на следующие составляющие.

1. Основное сопротивление движению W_o, которое обусловлено внутренним трением в подвижном составе, сопротивлением от взаимодействия подвижного состава и пути на прямом и горизонтальном участках и сопротивлением от взаимодействия подвижного состава и воздуха (при отсутствии ветра).

Сопротивление движению от уклонов W_i.

Сопротивление движению поезда от кривых участков W_кр.

Дополнительное воздушное сопротивление W_д.

Таким образом, полное сопротивление движению представляют в виде суммы:

W = W₀ + W_i + W_кр +W_д.

Если подвижной состав содержит несколько различных подвижных единиц, то при расчетах полное сопротивление движению представляют в виде суммы сопротивления движению моторных вагонов и сопротивления движению прицепных вагонов , т. е.

W = +

Такое разделение является условным, так как силы сопротивления движению физически неотделимы и присущи подвижному составу в целом.

Для удобства выполнения тяговых расчетов сопротивление движению выражают в удельных единицах, отнесенных к единице веса, Н/кН:

где mg - вес подвижного состава.

Основное сопротивление движению

Основное сопротивление движению зависит от многих факторов, поэтому теоретическим путем определить значение основного сопротивления движению очень сложно. Представим его в виде двух составляющих: основного сопротивления движению, обусловленная трением в подшипниках подвижного состава, трением качения и скольжения колес по рельсам или дороге, деформацией пути и сопротивление воздушной среды при отсутствии ветра:

W₀ = W_{о тр} +W_{о аэр},

Сопротивление движению от трения. Наиболее существенной является величина W_{o тр}, состоящая из суммы сопротивления движению от трения в подшипниках подвижного состава, качения и скольжения колес по рельсам или дороге и сопротивление движению от деформации пути:

.

Сопротивление трения в подшипниках. Силы трения в буксах колесных пар, в подшипниках тяговых электродвигателей и передаточных механизмах зависят от коэффициентов трения и давления между трущимися поверхностями.

В момент трогания подвижного состава сопротивление воздушной среды, сопротивление движению со стороны пути будут равны нулю и все сопротивление движению будет сосредоточено в подшипниках. Особенно существенна эта величина в подшипниках скольжения, так как в состоянии покоя между шейкой и вкладышем отсутствует жидкостная пленка, особенно после длительной стоянки. В этом случае в момент трогания поезда движение шейки в подшипнике скольжения начинается при сухом трении, которому соответствует наибольшее значение коэффициента трения.

Затем, когда шейка оси приходит во вращение, она захватывает смазку. Начинается образование жидкостной пленки между вкладышем и шейкой и появление так называемого масляного клина, что способствует уменьшению коэффициента трения.

Коэффициент трения зависит также от температуры окружающего воздуха. При низкой температуре вязкость смазки увеличивается, что приводит к увеличению коэффициента трения и соответственно сопротивления движению в момент трогания поезда после длительной стоянки. При высокой температуре вязкость смазки уменьшается. Поэтому в зимнее время следует применять менее вязкие смазочные материалы, в летнее время - наоборот.

При роликовых подшипниках составляющая сопротивления от трения будет меньше, так как коэффициент трения роликовых подшипников значительно меньше, чем у подшипников скольжения. Кроме того, при трогании подвижного состава, оборудованного роликовыми подшипниками, не происходит заметного увеличения коэффициента трения и, следовательно, сопротивления движению.

При трогании с места сопротивление от трения в роликовых буксах составляет около 10% соответствующего сопротивления букс со скользящими подшипниками и в меньшей степени зависит от продолжительности стоянки поезда. Это является важным преимуществом роликовых подшипников.

Сопротивление от трения в буксах вагонов, осевых подшипниках колес троллейбуса зависит от отношения внутреннего диаметра подшипника к диаметру круга качения колеса, нажатия на шейку оси, коэффициента трения.

Коэффициент трения зависит от материалов, из которых изготовлены шейки и подшипники, способа подачи масла к трущимся поверхностям, смазки, температуры окружающего воздуха.

В пределах эксплуатационных скоростей коэффициент трения ц для подшипников скольжения в среднем равен 0,005 - 0,01 и для роликовых подшипников - 0,001- 0,002. Этим ориентировочным значениям коэффициента трения соответствуют удельные значения основного сопротивления движения от трения подвижного состава с подшипниками скольжения, равные 0,5 - 1,0 Н/кН, и с роликовыми подшипниками, равные 0,1 - 0,2 Н/кН.

Сопротивление от трения качения W_к. При качении колеса вдоль рельса или дороги под действием силы нажатия колеса на рельс происходит упругая деформация бандажа и рельса или колеса и дороги. Колесо и рельс непрерывно меняют свою форму и снова ее восстанавливают. Сопротивление от трения качения колеса зависит от нажатия колеса на рельс или дорогу, радиуса круга качения колеса, а также площади опорной поверхности колеса, причем, чем больше эта площадь, тем выше потеря энергии и, следовательно, значение сопротивления движению.

Для рельсового транспорта площадь опорной поверхности определяется твердостью материала, из которого изготовлены бандажи колес и рельсы, профилем бандажа и головки рельса. Для безрельсового электрического транспорта с резиновыми колесами (пневматическими баллонами) площадь опорной поверхности колеса зависит от давления в баллонах, формы и состояния поверхности колес, а также от материала покрытия дороги. Удельное сопротивление движению от трения качения на рельсовом транспорте равно 0,2 - 0,4 Н/кН. На безрельсовом транспорте оно значительно выше.

Сопротивление от трения скольжения W_ск. В процессе движения подвижного состава одновременно с качением неизбежно и проскальзывание колес относительно рельсов. Это трение обусловлено различием диаметров кругов качения колес, закрепленных жестко на одной оси, конусностью бандажей, а также неровностью пути. Поэтому колесная пара при своем движении проскальзывает как вдоль, так и поперек рельса. На безрельсовом транспорте также происходит проскальзывание колес относительно пути.

На преодоление сил трения при проскальзывании затрачивается энергия, которая и определяет составляющую сопротивления движению от скольжения W_ск. Подсчитать эту энергию сложно, так как при этом необходимо учесть множество факторов.

Основными из них являются скорость движения, конструкция ПС, износ бандажей и рельсов. На рельсовом транспорте составляющая удельного сопротивления движению от скольжения колес не превышает 0.2 - 0.4 Н/кН.

Сопротивление движению от деформации пути. Так как строение пути неоднородно и обладает переменной упругостью, то при движении ПС имеют место его деформация и просадка. В свою очередь эти неровности пути вызывают колебания в отдельных элементах ПС, которые усиливают деформацию пути. Сопротивление движению от неровностей пути для рельсового транспорта при сварных стыках и хорошем состоянии пути незначительно. При плохом состоянии и содержании пути эта составляющая сопротивления движению значительно увеличивается. На безрельсовом транспорте это сопротивление зависит от неровностей пути по траектории качения колеса, от скорости движения.

Зависимость W_{о тр} от скорости движения. В результате экспериментальных исследований была установлена зависимость составляющей основного сопротивления движению, обусловленной силами трения W_{o тр} от скорости движения которую можно представить в виде

W_{o тр} = А + Вv,

где А и В - постоянные, которые зависят от конструкции буксы, конструкции пути и типа колесной пары.

Если движение начинается с нулевой скорости, то при низких скоростях наблюдаются высокие значения основного сопротивления движению от трения, это явление объясняется выдавливанием смазки как в буксах с подшипниками качения, так и в буксах с подшипниками скольжения. В последних начальное значение сопротивления движению от трения значительно выше.

При расчетах увеличением основного сопротивления движению при v = 0 пренебрегают, так как в эксплуатации оно преодолевается за счет значительного запаса силы тяги, которым обладает, как правило, подвижной состав городского электрического транспорта (ГЭТ).

Сопротивление воздушной среды W_{o аэр}. При движении подвижной состав испытывает сопротивление воздушной среды. При этом, с одной стороны, происходит непосредственное трение воздуха о наружные поверхности подвижного состава. С другой стороны, воздушные массы получают ускорение от лобовой и хвостовой поверхностей поезда, а также от неровностей его боковых поверхностей. Массы воздуха получают ускорение и накапливают кинетическую энергию, которая в дальнейшем расходуется на трение между отдельными слоями воздуха.

Аэродинамическими исследованиями движения тела неизменяемой формы в воздухе установлено, что при постоянной скорости движения составляющая основного сопротивления W_{o аэр} приблизительно пропорциональна произведению квадрата скорости на площадь поперечного сечения подвижного состава S:

где С_х -- коэффициент обтекаемости, который определяется, как правило, опытным путем.

Для подвижного состава небольшой длины характерным размером S является наибольшая площадь поперечного сечения кузова головного вагона.

Как показали проведенные исследования, от формы движущегося тела при одной и той же площади его поперечного сечения существенно зависит сопротивление воздушной среды. Путем изменения формы кузова можно в значительной степени снизить коэффициент обтекаемости. Этим самым можно уменьшить сопротивление движению и, следовательно, расход электрической энергии.

Следует отметить, что составляющая W_{0 аэр} при относительно низких скоростях движения (до 40 - 50 км/ч) мала по сравнению с W_{o тр}. Поэтому на городском транспорте обтекаемые формы (с хорошей аэродинамикой) придают только скоростному подвижному составу.

Для подземных линий метрополитена условия взаимодействия подвижного состава и воздушной среды отличаются от условий для наземного транспорта. Двигаясь в тоннеле, поезд выталкивает воздух подобно поршню в насосе. При этом перед поездом возрастает давление воздуха, а позади его образуется разрежение. Одновременно воздух перемещается навстречу движению поезда по зазору между ним и стенками тоннеля, что создает относительно большое сопротивление движению, даже при низких скоростях движения.

Для подземных линий метрополитена сопротивление от взаимодействия поезда и воздушной среды в тоннеле является составляющей основного сопротивления движению. Для наземного городского транспорта сопротивление воздуха в тоннеле относится к дополнительному сопротивлению движения.

Сопротивление движению от уклона

Когда подвижной состав движется по прямолинейному уклону, то, помимо горизонтального, он совершает вертикальное перемещение. Составляющая силы тяжести, направленная по движению подвижного состава, зависит от крутизны пути и является силой сопротивления движению от уклона Wi (рис. 1.).

Уклон профиля пути, выраженный в тысячных долях, (‰)

где, согласно рис.

h_к и h_н - высоты соответственно в конце и начале уклона, м; l - длина рассматриваемого участка пути с уклоном, м.

Рис. 1. Определение сопротивления движению от уклона

Подставляя выражение (2) в выражение (1), получим, ‰

Следовательно, уклон, выраженный в ‰, - это число метров высоты, приходящихся на 1 км горизонтальной длины пути. Сопротивление движению подвижного состава от уклона, кН,

.

На реальном профиле пути подъемы не превышают 2 - 2.5⁰, поэтому можно принять, что . Тогда сопротивление движению от уклона, кН,

,

или, Н,

.

Удельное сопротивление движению от уклона, Н/кН,

. (3)

Как следует из выражения (3), удельное сопротивление движению от уклона численно равно уклону в тысячных долях и не зависит ни от скорости, ни от типа подвижного состава. Формула (3) выведена при движении на подъеме. Но она будет справедлива и для движения на спуске. На спуске составляющая силы тяжести направлена по движению подвижного состава и является ускоряющей силой. Это учитывается в формуле (3) тем, что на спусках значение уклона i является отрицательным.

Сопротивление движению от кривой

На рельсовом транспорте колеса на одной оси жестко связаны между собой. Поэтому при движении в кривых колеса, закрепленные на одной оси, совершают неодинаковый путь. Чем меньше радиус кривизны, тем больше разность путей, проходимых колесами одной оси.

Однако жестко спаренные колеса вращаются с одинаковой скоростью. Вследствие этого скорости колес по кругам качения оказываются не равными скоростям их перемещения вдоль рельсов, т. е. возникает проскальзывание колес относительно рельсов, поэтому колеса с внутренней стороны кривой окажутся в режиме боксования или наружные колеса - в режиме юза.

При прохождении подвижным составом кривых участков, помимо вышеназванного явления, возникает много дополнительных, имеющих сложный характер и увеличивающих сопротивление движению.

Например, наиболее значительным является трение реборды о боковую поверхность головки рельса. В процессе эксплуатации для уменьшения износа рельса и реборд колесных пар боковые поверхности рельсов на кривых участках пути смазывают.

В результате экспериментальных исследований были получены выражения, которые учитывают основные факторы, влияющие на значение удельного сопротивления движению от кривых. Наиболее распространенное выражение имеет вид:

,

где ц - коэффициент трения скольжения между колесом и рельсом;

D - диаметр колеса, м;

l_в - длина жесткой базы, м;

d - ширина колеи, м;

R_кр - радиус кривой/

На практике пользуются усредненными величинами. В этом случае для трамвайных вагонов удельное сопротивление движению от кривой, Н/кН, . На безрельсовом транспорте сопротивление движению на кривых участках увеличивается незначительно благодаря тому, что колеса не связаны жестко между собой, и этой величиной практически можно пренебречь

Дополнительное сопротивление движению

Дополнительное сопротивление движению W_д возникает под воздействием ветра, при движении подвижного состава в тоннеле, при низкой температуре окружающего воздуха.

Сопротивление движению при ветре отличается от сопротивления движению при безветренной погоде. Направление ветра может совпадать или быть противоположным направлению движения подвижного состава. Когда ветер направлен по движению подвижного состава, результирующая скорость воздуха равна разности скоростей подвижного состава v и ветра v_в. Если ветер направлен против движения, результирующая скорость подвижного состава относительно воздуха будет равна сумме скоростей подвижного состава и ветра. Это обстоятельство можно приближенно учесть непосредственно в формулах для определения основного сопротивления движению путем подстановки в член, содержащий и² вместо v величину v ± v_в.

В условиях города из-за экранирующего действия домов ветра с большой скоростью практически не бывает, поэтому увеличение сопротивления движению от ветра в городском электрическом транспорте сказывается незначительно, и в тяговых расчетах его не учитывают.

Дополнительное сопротивление движению подвижного состава в тоннелях возникает за счет увеличения сопротивления воздуха. Двигаясь в тоннеле, подвижной состав выталкивает воздух подобно воздушному поршню. При этом перед подвижным составом возрастает давление воздуха, а позади образуется разряжение. Для наземного городского электрического транспорта сопротивление воздуха в тоннелях в тяговых расчетах не учитывается, так как тоннели встречаются крайне редко и имеют небольшую длину.

Дополнительное сопротивление движению при трогании подвижного состава с места возникает в момент перехода из состояния покоя в состояние движения. Оно обусловлено главным образом увеличением сил трения в буксах, которые зависят при определенном качестве смазки от температуры окружающего воздуха и длительности стоянки, массы подвижного состава, типа подшипников. Как уже указывалось ранее, на городском электрическом транспорте дополнительное сопротивление движению при трогании с места не учитывается

На сопротивление движению оказывает влияние температура окружающего воздуха. В холодное время увеличивается плотность воздуха, в результате чего возрастает сопротивление воздушной среды и, следовательно, основное сопротивление движению. Температура воздуха оказывает большое влияние на силы трения в подшипниках. В холодное время смазка в буксах загустевает, увеличиваются силы внутреннего трения в подшипниках. Влияние этого обстоятельства можно уменьшить путем применения в зимнее время менее вязких смазочных материалов.

1.2 Описать движения под током и в режиме выбега. Указать основные формулы для расчета удельного основного движения в этих режимах

Расчетные значения основного сопротивления движению

При выполнении тяговых расчетов удельное основное сопротивление движению вычисляют по эмпирическим формулам. Для отечественных типов ПС ГЭТ эти формулы сведены в таблицу 1, п - число вагонов в подвижном составе.

№	Тип ПС	Удельное сопротивление движению, Н/кН
		Движение под током	Движение без тока
1	Трамвай КТМ-5М
2	Трамвай РВЗ
3	Трамвай МТВ
4	Троллейбус
5	Вагоны метрополитена

Метод выбега. При испытаниях выбирают ровный и горизонтальный участок пути или с небольшим и постоянным по значению уклоном (до 2‰). Подвижной состав разгоняют до небольшой скорости v и, начиная с этой скорости, осуществляют выбег. До полной остановки подвижной состав пройдет путь, равный l. Для упрощения расчетов в условиях депо при малых скоростях движение подвижного состава в период выбега считают равномерно замедленным и удельное сопротивление движению относят к средней скорости. Тогда замедление подвижного состава, м/с²,

где l - путь, пройденный выбегом, м;

t - время движения в режиме выбега, с.

Удельное сопротивление движению определяют из основного уравнения движению в режиме выбега по формуле:

Подставляя значение (1) и определив значение 1/ж = 102, получим, Н/кН:

Замерив секундомером время выбега и путь, пройденный при выбеге, подсчитывают среднее значение удельного сопротивления движению. Если рассчитанное значение сопротивления движению окажется больше нормированного для данного типа подвижного состава, то подвижной состав подвергают осмотру и ремонту. Метод выбега получил широкое применение для контроля технического состояния подвижного состава в условиях депо.

Расчетная часть

Тип вагона метро Серия «Д».

Полная масса 56450 (кг); количество вагонов - 4.

Тип ТЭД метрополитена ДК-104Г.

1. Расчитать удельное основное сопротивление движению для заданного типа используя эмпирические формулы удельного основного сопротивления движению (для режимов под током и без тока).

Под током.

При v = 0,

При v = 10,

При v = 20,

При v = 30,

При v = 40,

При v = 50,

При v = 60,

При v = 70,

Без тока.

При v = 0,

При v = 10,

При v = 20,

При v = 30,

При v = 40,

При v = 50,

При v = 60,

При v = 70,



Часть 2. Зависимость основного сопротивления движению под током и без тока от скорости

2.1 Электромеханические характеристики на валу двигателя

Электромеханическими характеристиками на валу электрического двигателя называются зависимости частоты вращения двигателя от тока п(I), вращающего момента от тока М(I) и коэффициента полезного действия (к. п. д.) от тока з_Д(I) при напряжении питания, равном номинальному.

В электроподвижном составе ГЭТ в основном применяются двигатели постоянного тока. Они могут иметь следующие возбуждения: последовательное, параллельное, смешанное и независимое. Каждая система возбуждения обладает своими характерными особенностями, которые и определяют степень пригодности двигателя для той или другой цели.

Расчет электромеханических характеристик на валу тягового двигателя

Электродвижущая сила (э. д. с.) Е, индуктируемая в обмотке якоря машины постоянного тока, выражается как

Е = С'Фп,

где - конструктивная постоянная тягового двигателя; Ф - магнитный поток; п - частота вращения якоря.

В режиме тяги в двигателе происходит преобразование электрической энергии в механическую. Напряжение U_д, приложенное к двигателю, больше его электродвижущей силы, т. е. U_д > E. Уравнение электрического равновесия между приложенным к двигателю напряжением, электродвижущей силой и падением напряжения Ir в силовой цепи будет иметь вид:

где - падение напряжения под щетками двигателя.

Величина = 1,02,0В, поэтому в практических расчетах этой составляющей напряжения пренебрегают.

На основании уравнений (1) и (2) получаем выражение для частоты вращения якоря:

,

где I - ток якоря двигателя, А; r - активное сопротивление внутренней цепи двигателя, Ом; С'Ф - магнитный поток главных полюсов двигателя, В/(об/мин).

Вращающий момент М является одним из основных параметров двигателя, так как он определяет ток, потребляемый двигателем, а следовательно, и его мощность. Вращающий момент двигателя может быть рассчитан из условия равенства полезной механической мощности Р_м и подведенной электрической мощности, умноженной на к. п. д. двигателя. Полезная механическая мощность

,

где - угловая скорость якоря, рад/с.

Следовательно, полезную механическую мощность, Вт, можно выразить как:

.

С другой стороны полезная электрическая мощность определяется как:

.

Приравняв левые части выражений, получим:

откуда вращающий момент, Н·м,

.

Вращающий момент М можно также определить по электромагнитному вращающему моменту М_эм т. е. моменту, который развивал бы двигатель при отсутствии механических и магнитных потерь:

М = М_эм - ДM,

где - электромагнитный момент, создаваемый электромагнитной мощностью Р = EI; ДM - момент, создаваемый магнитными и механическими потерями . Следовательно, вращающий момент, Н•м,

.

Коэффициент полезного действия двигателя з_д представляет собой отношение полезной мощности к подведенной. При тяговом режиме это будет отношение полезной механической мощности Р_м к электрической:

,

где - сумма соответственно электрических, механических и магнитных потерь в двигателе.

Рис. 2. Электромеханические характеристики на валу двигателя ДК-254Б

2.2 Электромеханические характеристики на ободе колеса

Зависимости скорости v, силы тяги F и к. п. д. двигателя с учетом потерь энергии в передаче от тока двигателя называются электромеханическими характеристиками на ободе движущего колеса. Эти характеристики определяются не только свойствами тяговых двигателей, но и отдельными параметрами подвижного состава -- диаметром движущего колеса D_K, м, передаточным числом м передачи от вала двигателя к движущей оси и коэффициентом полезного действия этой передачи з₃.

Расчетные выражения для определения электромеханических характеристик на ободе движущего колеса. Для перехода от электромеханических характеристик на валу тягового двигателя к характеристикам на ободе колеса используются следующие соотношения:

скорость, км/ч,

где коэффициент 3600/1000 введен для перевода м/с в км/ч;

сила тяги, Н,

;

к.п.д.

.

В тяговых расчетах удобнее использовать относительные потери мощности в передаче вместо значения к, п. д. з₃.. Относительные потери мощности в передаче выражают в процентах от подведенной мощности:

где - потери мощности в передаточных механизмах, Вт.

К.п.д. передачи

Выражая потери мощности в передаточных механизмах через относительные потери , получим

Подставив к. п. д. передачи из выражения (6) в выражение (3), получим

Величина зависит от типа передачи.

Численные значения относительных потерь в механической передаче в зависимости от отношения тока двигателя к его часовому току, выраженного в %, для разных типов редукторов приводятся в спец. литературе.

Рассмотрим соотношения, по которым проводится расчет характеристик на ободе колеса.

Выражая на основании формулы (1) частоту вращения вала якоря п, об/мин, через поступательную скорость v, км/ч, и подставляя в выражение

получим

где С = Сґ·0,1885D_K /м.

Подставляя значение Е в формулу , определим скорость поступательного движения подвижного состава

При напряжении на двигателе U_Д и токе I, подведенная к нему мощность равна U_ДI. При этом считаем, что цепи параллельного и независимого возбуждения отсутствуют. С одной стороны, полезная электрическая мощность Р будет меньше подведенной на потери ДР в двигателе и передаче

P =U_ДI - ДР

Потери ДР складываются из электрических ДР_Э, магнитных ДР_С,, механических ДР_М и потерь в передаче ДР_З :

ДР = ДР_Э, + ДР_С,,+ ДР_М + ДР_З

Электрические потери состоят из потерь в силовой цепи и электрических потерь в щетках IДU_Ш. Электрическими потерями в щетках IДU_Ш для упрощения расчетов пренебрегаем, тогда

Подведенная к двигателю мощность за вычетом электрических потерь называется электромагнитной мощностью Р_ЭМ.

С другой стороны, полезная мощность Р, Вт, отнесенная к ободу движущего колеса, равна произведению силы тяги F двигателя на скорость v поступательного движения:

здесь коэффициент 1/3,6 введен для перевода ньютон-километров в ватты.

С учетом выражений (10) и (13) можно записать:

U_ДI - ДР

Р_ЭМ = U_ДI -

Используя выражения , (8) и (15), можно написать

Р_ЭМ = СФvI.

Если бы в двигателе отсутствовали магнитные и механические потери, вся электромагнитная мощность преобразовалась бы в полезную механическую мощность и двигатель развивал бы так называемую электромагнитную силу тяги, Н,

Или

Из уравнения (14) получим выражение для силы тяги двигателя

Используя выражения (11), (17) и (19), получим:

Второе слагаемое в правой части уравнения представляет собой потерю силы тяги, вызванную магнитными и механическими потерями, которую обозначим ДF:

Следовательно, сила тяги на ободе движущего колеса F меньше электромагнитной силы F_ЭM на значение потерь ДF:

F = F_ЭM - ДF

или с учетом выражения

F = - ДF

Коэффициент полезного действия двигателя з равен отношению полезной мощности на ободе колеса Р к полной подведенной мощности U_ДI. Тогда

.

Расчетная часть

1) выписываем из справочных материалов основные характеристики ТЭД типа ДК-104Г

Напряжение, В	375
Мощность часового режима, кВт	72
Частота вращения, об/мин номинальная	1230
Частота вращения максим., об/ мин	4020
Ток часового режима, А	220
Ток длительный, А	200
Число коллекторных пластин	195
Число витков обм. последов. возбуждения	33
Сопротивление обм.якоря , Ом	0,068
Сопротивление обм. послед. Возбуждения, Ом	0,064
Сопротивление обм.допол.полюсов, Ом	0,028

Тип ЭПС

Тип вагона	Вместимость пассажиров	Масса вагона, кг	Полная масс, кг	Диаметр колеса, мм	Переда- точное отношение	Макс. скорость км/ч	Число ТЭД
Серия «Д»	270	36200	56450	900	5,73	75	4/72

Разобьем интервал от 50А до 200А с шагом 25А. полученные значения заносим в таблицу.

2) Рассчитаем суммарное сопротивление цепи двигателя:

r =rя + rв + rдп = 0,068+0,064+0,028= 0,16 (Ом)

3)Рассчитаем Мдс =I · Wпос . Полученные значения заносим в таблицу.

Мдс=50·33=1650 (А·В)

Мдс=75·33=2475 (А·В)

Мдс=100·33=3300 (А·В)

Мдс=125·33=4125 (А·В)

Мдс=150·33=4950 (А·В)

Мдс=175·33=5775 (А·В)

Мдс=200·33=6600(А·В)

4) По нагрузочной характеристике определяем значения СФ (В/(об/мин)) и заносим в таблицу.

5) Для удобства расчетов определяем потери напряжения на активном сопротивлении обмоток двигателя I · r (В). Полученные результаты заносим в таблицу.

I · r = 50 · 0,16= 8 (В)

I · r = 75 · 0,16= 12 (В)

I · r = 100 · 0,16= 16 (В)

I · r = 125 · 0,16= 20 (В)

I · r = 150 · 0,16= 24 (В)

I · r = 175 · 0,16= 28 (В)

I · r = 200 · 0,16= 32 (В)

6) Рассчитаем n об/мин для расчета скорости при полном напряжении:

Результаты заносим в таблицу.

7) Определяем скорость при половинном напряжении:

(км/ч)

(км/ч)

(км/ч)

(км/ч)

(км/ч)

(км/ч)

(км/ч)

Результаты заносим в таблицу.

8) Определим потери в двигателе:

Электрические потери определим по выражению:

Рэл= 8·50=400 (В)

Рэл= 12·75=900 (В)

Рэл= 16·100=1600 (В)

Рэл= 20·125=2500 (В)

Рэл= 24·150=3600 (В)

Рэл= 28·175=4900 (В)

Рэл= 32·200=6400 (В)

Полученные результаты занесем в таблицу.

- определяем по значениям МДС и частоты вращения по характеристикам и заносим в таблицу.

= 400+2700=3100 (В);

= 900+2250=3150 (В);

= 1600=1870=3450 (В);

= 2500+1750=4250 (В);

3600+1400= 5000 (В);

= 4900+1300=6200 (В);

= 6400+1250=7650 (В).

Результаты заносим в таблицу.

9) Перерасчет характеристики КПД выполним по выражению:

Результаты занесем в таблицу.

10) Определяем F по выражению:

(кН)

(кН)

(кН)

(кН)

(кН)

(кН)

(кН)

I,A	50	75	100	125	150	175	200
I · Wпос, А·В	1650	2475	3300	4125	4950	5775	6600
СФ (В/об/мин)	0,181	0,242	0,283	0,318	0,323	0,342	0,36
I · r (В)	8	12	16	20	24	28	32
n (об/мин)	2027	1500	1269	1116	1087	1015	952
км/час	60	44,4	37,6	33	32,17	30	28,2
(В)	400	900	1600	2500	3600	4900	6400
	2700	2250	1870	1750	1400	1300	1250
(В)	3100	3150	3470	4250	5000	6200	7650
%)	83,5	88	90	91	91	91,1	89
F (кН)	934	2007	3231	4653	5728	7166	8521

По результатам расчетов построим электромеханические характеристики на валу двигателя зависимости частоты вращения двигателя от тока п(I) и характеристики на ободе колеса зависимости v(I), F(I) и з(I)

Размещено на Allbest.ru

...