Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего образования

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА» РУТ (МИИТ)

Курсовая работа

Электрический подвижной состав

ВЫПОЛНИЛ:

Ст. группы ТПР-211

Мурашов В.С.

Оглавление

электровоз тяговый двигатель

• Введение
• 1 Выбор электровоза-прототипа
• 2 Расчет и построение тяговых характеристик
• 3. Расчет и построение ограничений тяговых характеристик
• Вывод по работе
• Список литературы

Введение

В настоящее время на железных дорогах отдаётся предпочтение электрическому тяговому подвижному составу, так как он является более экономичным и надёжным. Поэтому данная курсовая работа является актуальной, так как предназначена для углубления и закрепления теоретических знаний по расчету характеристик и параметров электроподвижного состава постоянного тока в режиме тяги и влияния на них системы тягового электроснабжения.

В данном курсовом проекте необходимо:

1. Произвести расчет и построение электротяговых характеристик для заданных значений диаметра бандажа колесных пар и передаточного отношения зубчатой передачи.

2. Произвести расчет и построение электротяговых характеристик для заданных режимов ослабления возбуждения.

3. Произвести расчет и построение тяговых характеристик.

4. Произвести расчет и построение ограничений тягового режима.

5. Произвести расчет напряжений на токоприёмнике электровоза с учетом влияния сопротивления контактной сети.

1. Выбор электровоза-прототипа

Выбор электровоза-прототипа выполняется в соответствии с заданным типом тягового электродвигателя. Для этого необходимо на основании [1, таблица 15] и Таблицы 1.1 определить серию электровоза.

Таблица 1.1 - Данные заданного электровоза.

Тип тягового двигателя	ТЛ-2К1
Количество осей	6
Передаточное отношение зубчатой передачи, мм	3.78
Нагрузка на ось, т	23.5
Диаметр бандажа, мм	1180
Коэффициент ослабления возбуждения на первой ступени	0.80

Электровозом-прототипом в данной курсовой, согласно данным к работе рекомендациям, является электровоз постоянного тока ВЛ10.

Таблица 1.2 - Характеристики электровоза ВЛ10.

Тип тягового двигателя	ТЛ-2К1
Количество осей	8
Передаточное отношение зубчатой передачи, мм	3.83
Нагрузка на ось, тс	23
Диаметр бандажа, мм	1250
Ток постоянного напряжения на токоприемнике, В	3000

Исходя из этих данных можно считать, что выбранный прототип оптимально подходит для курсовой работы.

2. Расчет и построение электротяговых арактеристик

Расчет электротяговых характеристик для заданного диаметра бандажа D и передаточного отношения зубчатой передачи µ производят на основании выбранных электротяговых характеристик тягового электродвигателя электровоза-прототипа

Скорость движения для заданных D и µ определяют по формуле:

Силу тяги для заданных D и µ определяют по формуле:

В формулах (2.1) и (2.2):

D₀- диаметр бандажа выбранного электровоза-прототипа ВЛ10, D₀=1250 мм;

D - диаметр бандажа заданного электровоза, 1180 мм,

µ₀ - передаточное отношение зубчатой передачи электровоза-прототипа,

µ₀= 3,83;

µ - передаточное отношение зубчатой передачи заданного электровоза, µ= 3,78;

Подставив значения в формулы, получим:

В формулах (2.1) и (2.2) величины с индексом «0» относятся к характеристикам выбранного электровоза-прототипа, а без индексов - к заданному электровозу. Пересчет электротяговых характеристик выполняется для всех величин тока двигателя Iд. Результаты расчетов сводятся в таблицу:

Таблица 2.1 - Результаты расчета электротяговых характеристик

Iд, А	Vп0, км/ч	Vп, км/ч	Fккд0, кгс	Fкд, кгс
150	87,5	83,7	810	847
200	70,6	67,5	1400	1464
250	63,9	61,1	2040	2133
300	58	55,5	2610	2729
350	54,5	52,1	3300	3450
400	52,2	49,9	3950	4130
480	48,7	46,6	4970	5196
550	46,7	43,7	5950	6221
600	45,4	43,4	6650	6953
700	43,6	41,7	8000	8364
800	41,8	40,0	9360	9786

По данным таблицы 2.1 строятся электротяговые характеристики тягового электродвигателя и для режима полного возбуждения тяговых электродвигателей.

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

Где:

v_п- значение скорости на параллельном соединении тяговых электродвигателей;

U_п- 1500 В - номинальное напряжение на тяговом электродвигателе на параллельном соединении.

Напряжение U_сп и U_с определяются соответственно по формулам, приведенным в рекомендациях:

Где:

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

U_кс=3000 В (номинальное напряжение в контактной сети).

Подставив значения, получим:

Результаты расчетов сводятся в таблицу 2.2:

Таблица 2.2 - Результаты расчета электротяговых характеристик для последовательного и последовательно-параллельного соединения

I, А	Vп, км/ч	Vсп, км/ч	Vс, км/ч
150	83,7	55,8	27,9
200	67,5	45,0	22,5
250	61,1	40,7	20,4
300	55,5	37,0	18,5
350	52,1	34,8	17,4
400	49,9	33,3	16,6
480	46,6	31,1	15,5
550	43,7	29,1	14,6
600	43,4	28,9	14,5
700	41,7	27,8	13,9
800	40,0	26,7	13,3

Характеристики силы тяги при всех соединениях тяговых двигателей не изменяются.

Зависимости строят в одних осях координат вместе с характеристикой Результаты построений находятся в Приложении 1.

Для расчета электротяговых характеристик в режимах ослабления возбуждения необходимо рассчитать коэффициенты ослабления для всех k ступеней регулирования на основании заданного коэффициента возбуждения на первой ступени в₁. Расчет выполняют по формуле.

В формуле (2.7):

-в₁ - заданный в условии коэффициент ослабления возбуждения на первой ступени.

В курсовой работе количество ступеней регулирования возбуждения принимают равное 4. Рассчитаем коэффициент ослабления для каждой ступени с помощью формулы (2.7):

Расчет и построение электротяговых характеристик для ступеней ослабления возбуждения и выполняют на основании соотношений: v_ов=v_пв при и при . В приведенных соотношениях индекс «пв» соответствует режиму полного возбуждения, а индекс «ов» - к ослабленному при регулировании.

Подставим значения в соответствующие формулы:

Расчет характеристик для режимов ослабления возбуждения в курсовой работе производят только для параллельного соединения тяговых электродвигателей. Результаты расчетов сводятся в таблицу:

Таблица 2.3 - Результаты расчета электротяговых характеристик для режимов ослабления возбуждения. Зависимости строятся в одних осях координат вместе с характеристиками

V, км/ч	впв =1	в1=0,80	в2=0,64	в3=0,5 12	в4=0,4096
	Iпв, А	Fкд пв, кгс	Iов1, А	Fкд ов1, кгс	Iов2,	Fкд ов2 , кгс	Iов3, А	Fкд ов3, кгс	Iов4 , А	Fкд ов4, кгс
83,7	150	862	188	1078	234	1347	293	1684	366	2105
67,5	200	1490	250	1862	313	2328	391	2910	488	3638
61,1	250	2171	313	2714	391	3392	488	4240	610	5300
55,5	300	2778	375	3472	469	4340	586	5425	732	6781
52,1	350	3512	438	4390	547	5488	684	6859	854	8574
49,9	400	4204	500	5255	625	6568	781	8211	977	10263
46,6	480	5289	600	6612	750	8265	938	10331	1172	12913
43,7	550	6332	688	7915	859	9894	1074	12368	1343	15460
43,4	600	7077	750	8847	938	11058	1172	13823	1465	17279
41,7	700	8514	875	10643	1094	13303	1367	16629	1709	20786
40,0	800	9961	1000	12452	1250	15565	1563	19456	1953	24320

3. Расчет и построение тяговых характеристик

Тяговую характеристику электровоза рассчитывают по формуле:

Где в формуле (2.8)

n_Д-заданное количество осей на электровозе (8)

F_кд- сила тяги при заданной скорости.

Подставим в формулу значения равные скорости (82.4 км/ч) полного возбуждения, получим:

Зависимость рассчитывают для полного возбуждения и всех степеней регулирования возбуждения на параллельном соединении тяговых электродвигателей, а также для полного возбуждения при последовательно-параллельном и последовательном соединении. Результаты расчетов сводятся в таблицу. По результатам таблицы строятся тяговые характеристики электровоза

Таблица 2.4- Расчет тяговых характеристик.

ПП	в1=0,80	в2=0.64	в3=0.512	в4=0.4096
Fк, кгс	V, км/ч	Fк, кгс	V, км/ч	Fк, кгс	V, км/ч	Fк, кгс	V, км/ч	Fк, кгс	V, км/ч
	С	СП	П		П		П		П		П
5162	27,5	54,9	82,4	6452	82,4	8065	82,4	10082	82,4	12602	82,4
8922	22,2	44,3	66,5	11152	66,5	13940	66,5	17425	66,5	21781	66,5
13000	20,1	40,1	60,2	16250	60,2	20312	60,2	25391	60,2	31738	60,2
16632	18,2	36,4	54,6	20790	54,6	25988	54,6	32485	54,6	40606	54,6
21029	17,1	34,2	51,3	26287	51,3	32858	51,3	41073	51,3	51341	51,3
25171	16,4	32,8	49,1	31464	49,1	39330	49,1	49163	49,1	61454	49,1
31671	15,3	30,6	45,9	39589	45,9	49487	45,9	61858	45,9	77323	45,9
37917	14,3	28,7	43,0	47396	43,0	59245	43,0	74056	43,0	92570	43,0
42377	14,2	28,5	42,7	52972	42,7	66215	42,7	82768	42,7	103460	42,7
50980	13,7	27,4	41,1	63725	41,1	79657	41,1	99571	41,1	124463	41,1
59647	13,1	26,2	39,4	74559	39,4	93198	39,4	116498	39,4	145622	39,4

На тяговые характеристики наносят ограничения режимов работы тяговых электродвигателей по конструкционной скорости, силе тяги по сцеплению колес с рельсами и максимально допустимому току тяговых электродвигателей. Ограничение характеристик по конструкционной скорости V_k=100 км/ч наносят в виде горизонтальной прямой.

Величину ограничения принимают на основании технических характеристик электровоза-прототипа ВЛ10.

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

(2.9)

Где - заданная нагрузка на ось(23,5 т),

- расчетный коэффициент сцепления колес с рельсами.

Расчетный коэффициент сцепления (Ш_к) для ВЛ10, зависящий от скорости движения, определяется для скоростей в интервале 0-100 км/ч по формуле (2.10):

Подставив значения в формулы, получим:

0,34

1000*12*23,5*0.34=95880 кгс

Результаты расчета вносятся в таблицу:

Таблица 2.5- Ограничение по сцеплению

Vп, км.ч	Шк	Fксц, кгс
0	0,340	47940
5	0,297	41807
10	0,285	40185
20	0,273	38446
30	0,264	37170
40	0,256	36030
50	0,248	34948
60	0,240	33896
70	0,233	32863
80	0,226	31840
90	0,219	30826
100	0,211	29816

По полученным значениям наносят на построенные тяговые характеристики электровоза ограничение по сцеплению колес с рельсами.

Ограничение по току I_max наносится на характеристики параллельного соединения тяговых электродвигателей. При этом максимальный ток I_max не должен превышать полуторакратный часовой ток (1,5I_дч)) тяговых электродвигателей.

I_дч - часовой ток электродвигателей электровоза ВЛ10 - 480А

По максимальному току тяговых двигателей на электротяговых характеристиках определяют скорости движения при этом токе и переносят эти значения на кривые тяговых характеристик. Полученные точки позволяют определить кривую ограничения по максимальному току I_max.

Рисунок 2.2- Пояснение к построению ограничений тяговых режимов

Расчет напряжения на токоприемнике с учетом влияния сопротивления контактной сети.

Если напряжение на выходе тяговой подстанции U_тп принять постоянным, то напряжение на токоприемнике электровоза U_э будет составлять:

.

где Iэ - ток электровоза, А;

R_экв - эквивалентное сопротивление контактной сети, Ом

U_тп - (3300В) - напряжение на выходе из тяговой подстанции.

1. Определение удельного эквивалентного сопротивления 1 км контактной сети с_э.

Удельное электрическое сопротивление с_э контактной сети определяют на основании исходных данных по таблице 2.6, учитывая тот факт, что все провода между собой соединены параллельно. Для этого определяют удельную проводимость контактной сети, км/Ом:

(2.11)

Где ,,, - удельные сопротивления соответственно контактного провода, вспомогательного провода, несущего троса, усиливающего провода.

По условиям токосъёма, на линиях постоянного тока, подвешивают два контактных провода. При двойной цепной подвеске подвешивают вспомогательный провод тех же марок, что и контактный провод.

Таблица 2.6 - Удельное сопротивление заданных проводов.

Марка провода и вид	, Ом/км
МФ-100	0,177
М-95	0,2
А-150	0,21

Подставим данные из таблицы в формулу (2.11) и получим:

0,048

Составим электрической схемы замещения соответственно для первого и второго участков питания электровоза



Рисунок 2.3 - Структурная схема одностороннего питания контактной сети на однопутном участке.

Рисунок 2.4 - Эквивалентная схема замещения для случая одностороннего питания контактной сети на однопутном участке.

Рисунок 2.5 - Структурная схема двухстороннего питания контактной сети на однопутном участке.

Рисунок 2.6 - Эквивалентная схема замещения для случая двухстороннего питания контактной сети на однопутном участке.



Рисунок 2.7 - Структурная схема двухстороннего питания контактной сети на двухпутном участке

Рисунок 2.8 - Эквивалентная схема замещения для случая двухстороннего питания контактной сети на двухпутном участке при нахождении электровоза между ТП1 и ПС.

Рисунок 2.9 - Эквивалентная схема замещения для случая двухстороннего питания контактной сети на двухпутном участке при нахождении электровоза между ПС и ТП2.

Согласно составленным схемам, записываются формулы эквивалентного сопротивления контактной сети R_э:



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

Формулы:

2.12-эквивалентного сопротивления КС однопутного участка с односторонним питанием;

2.13- эквивалентного сопротивления КС однопутного участка с двухсторонним питанием;

2.14- эквивалентного сопротивления КС двухпутного участка с двухсторонним питанием.

Подставим значения в представленные выше формулы и занесем значения в таблицы:

А) однопутный участок

Однопутный участок
С односторонним питанием	С двусторонним питанием
x, км	R, Ом	x, км	R, Ом	x, км	R, Ом	X, км	R, Ом
0	0,000	9	0,432	0	0,000	9	0,203
1	0,048	10	0,480	1	0,045	10	0,198
2	0,096	11	0,528	2	0,085	11	0,186
3	0,144	12	0,576	3	0,119	12	0,169
4	0,192	13	0,624	4	0,147	13	0,147
5	0,240	14	0,672	5	0,169	14	0,119
6	0,288	15	0,720	6	0,186	15	0,085
7	0,336	16	0,768	7	0,198	16	0,045
8	0,384	17	0,816	8	0,203	17	0,000
9	0,432			9	0,203

1)

2) =0 Ом

3)

Примеры подсчета сопротивления для разных участков.

Б) двухпутный участок

Двухпутный участок с двусторонним питанием
от ТП1 до ПС	от ПС до ТП2
x, км	R1, Ом	x, км	R2, Ом
0	0,000	9	0,102
1	0,044	10	0,120
2	0,080	11	0,129
3	0,107	12	0,130
4	0,127	13	0,121
5	0,138	14	0,104
6	0,141	15	0,078
7	0,136	16	0,044
8	0,123	17	0,000
9	0,102

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

Где ? =410 А- ток длительного режима работы ТЛ-2К1;

N_в = 3 - число параллельных ветвей тяговых двигателей на параллельном соединении;

А

Рассчитываем падение напряжения на токоприемнике электровоза U по формуле:

Подставим значения в формулу:

1) Одностороннее питание на однопутном участке:

2) Двухстороннее питание на однопутном участке:

3) Двухстороннее питание на двухпутном участке:

Результаты расчета напряжения на токоприемнике записываем в таблицу 2.8.

Таблица 2.8.1 Расчет напряжения на однопутном участке

Однопутный участок
С односторонним питанием	С двусторонним питанием
x, км	Uэ, В	x, км	Uэ, В	x, км	Uэ, В	x, км	Uэ, В
0	3300	9	2769	0	3300	9	3050
1	3241	10	2710	1	3244	10	3057
2	3182	11	2651	2	3196	11	3071
3	3123	12	2592	3	3154	12	3092
4	3064	13	2532	4	3119	13	3119
5	3005	14	2473	5	3092	14	3154
6	2946	15	2414	6	3071	15	3196
7	2887	16	2355	7	3057	16	3244
8	2828	17	2296	8	3050	17	3300
9	2769			9	3050

Таблица 2.8.2- Расчет напряжения на двухпутном участке

Двухпутный участок с двухсторонним питанием
От ТП1 до ПС	От ПС до ТП2
x, км	Uэ, В	x, км	Uэ, В
0	3300	9	3175
1	3246	10	3153
2	3202	11	3141
3	3168	12	3140
4	3144	13	3151
5	3130	14	3172
6	3126	15	3204
7	3133	16	3246
8	3149	17	3300
9	3175

По таблица строятся графики зависимости сопротивления КС и напряжения КС от расстояния. Они находятся в Приложении 3 и 4.

Вывод по работе

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.

Анализируя график зависимости напряжения на токоприемнике от расстояния можно сделать вывод, что наибольшие потери напряжения возникают на однопутном участке с односторонним питанием, а наибольшая эффективность наблюдается на двухпутном участке с двухсторонним питанием.

Наличие разных вариантов группировок тяговых двигателей и изменение возбуждения обмотки позволяет плавно регулировать изменение скорости, что позволяет обеспечить плавность хода э.п.с.

Список литературы

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

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.-- 18 с.

3. Розенфельд В.Е., Исаев И.П., Сидоров Н.И., Озеров М.И., Теория электрической тяги. - М.: Транспорт, 1995. 294с

Размещено на Allbest.ru

...