Расчет основных размеров и параметров тягового электродвигателя

В курсовом проекте следует принять опорно-осевую подвеску тягового электродвигателя (рис. 1).

Рис. 1 Эскиз опорно-осевой подвески ТЭД

При опорно-осевом подвешивании ТЭД 1 опирается жёстко одной сторо­ной на движущую ось колёсной пары 2 при помощи моторно-осевых подшипни­ков; другой стороной опорным приливом 3 упруго через пружинную подвеску 4 на раму тележки 5. Крутящий момент тягового электродвигателя передаётся па­рой зубчатых колёс. Ведущая шестерня 6, напрессованная на конический хвосто­вик якоря тягового электродвигателя, находится в зацеплении с ведомым зубча­тым колесом 7, напрессованным на ось 2 или ступицу колёсного центра. Кожух 8 состоит из двух разъёмных половин и крепится к тяговому электродвигателю.

При опорно-осевой подвеске тягового электродвигателя размеры его огра­ничиваются расстоянием между внутренними гранями бандажей колёсных пар и наименьшим расстоянием от корпуса двигателя до головки рельса - а. Чтобы увеличить габариты двигателя, размещают ось двигателя несколько выше оси ко­леса. Для тепловозных двигателей х = 20 40 мм. Передаточное число целесооб­разно иметь, возможно, большим, так как при этом будет наибольшая частота вращения п при данной мощности Р, меньший вес и габариты двигателя.

Частота вращения якоря тягового электродвигателя в продолжительном режиме работы , об/мин, и расчетная скорость Vр, км/ч, связаны выражением:

об/мин,

где - передаточное число тягового редуктора;

- диаметр бандажей колесной пары по кругу катания, мм.

Передаточное число редуктора:

где и - диаметры делительных окружностей большого и малого зубчатых колес;

и - собственно их числа зубьев.

Необходимо, чтобы . Величина

Рекомендуемое значение для грузовых тепловозов , принимаем = 5.

Мощность на валу ТЭД:

Выбрав , находят:

.

Номинальный момент определяют по формуле:

Модуль зацепления зубчатых колес тягового редуктора m = 10 12 при . Примем m = 12.

Уточним величину , по принятому m:

.

Определяем централь (расстояние между вертикальными осями ведомого колеса и ведущей шестерни тягового редуктора), которая при обычно применяемой коррекции зацепления равна:

Централь должна быть увязана с диаметром якоря, мм:

Из нормализованного ряда диаметров якорей выбираем значение - для двигателей с изоляцией класса нагревостойкости H

Вписывание ТЭД в отпущенные под него габариты под тепловозом обеспечивается, если при опорно-осевой подвеске:

условие выполняется

Правильность принятого диаметра якоря проверяют по допустимой максимальной окружной скорости, м/с, соответствующей конструкционной скорости:

условие выполняется

об/мин

Высота (ширина) корпуса ТЭД, мм:

примем значение B = 700 мм.

Расстояние от корпуса ТЭД до головки рельса, мм:

Приведенный объем якоря, см³ :

где - длина сердечника якоря, см;

- коэффициент полюсного перекрытия;

- линейная нагрузка якоря током, А/см;

- расчетная магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл;

- частота вращения якоря тягового электродвигателя, об/мин;

- КПД тягового электродвигателя.

Для тепловозов ТЭД: ; А/см; Тл; .

Длина сердечника якоря, см:

Для тепловозных ТЭД

см,

условие выполняется.

В нашем случае МВт, рекомендуется принять число главных полюсов 2p = 4. Принимаю простую петлевую двухслойную обмотку якоря. В этом случае число параллельных ветвей обмотки 2a равно числу полюсов 2p, а ток параллельной ветви определяется по формуле:

условие выполняется

где - ток продолжительного режима тягового электродвигателя (определяется, исходя из принятой схемы соединения ТЭД при известном на выходе выпрямительной установки), А.

Число проводников обмотки якоря (предварительно):

Так как при двухслойной обмотке с каждой коллекторной пластины связаны два проводника обмотки якоря, то число коллекторных пластин (предварительно):

Число пазов якоря Z выбираем в соответствии с графиком (рис. 2). По условиям симметрии Z/p (число пазов на пару полюсов) должно быть числом целым, а для снижения амплитуды пульсаций магнитного потока в воздушном зазоре – нечетным. Принимаем Z = 42.

Рис. 2 Выбор числа пазов ТЭД

Число коллекторных пластин на паз:

должно быть целым (для тепловозов тяговых электродвигателей ).

Окончательно:

,

.

Линейная нагрузка (окончательно), А/см:

Тепловая напряженность тягового электродвигателя оценивается полным током паза , который должен удовлетворять условию:

для изоляции класса нагревостойкости H:

условие выполняется.

Основной магнитный поток тягового электродвигателя, Вб:

где - ЭДС ТЭД в продолжительном режиме, В;

- напряжение на зажимах ТЭД в продолжительном режиме (определяется, согласно схеме соединения ТЭД), находится по внешней характеристике генератора.

Магнитная характеристика (характеристика холостого хода). Пересчет универсальной магнитной характеристики ТЭД (рис. 3) в натуральные значения производится по формулам:

,

где - значение основного магнитного потока, %;

- значение основного магнитного потока, Вб;

- ток ТЭД, А;

- ток ТЭД в продолжительном режиме, А.

Рис. 3 Универсальная процентная магнитная характеристика тягового электродвигателя

Расчеты представлены в таблице 3.

Таблица 3 Магнитная характеристика тягового электродвигателя

Скоростная характеристика. Определяют точку продолжительного режима, соответствующую , км/ч:

Задаваясь значениями , кратными 50 А, определяют соответствующие им значения скорости тепловоза по формулам, результаты приведены в таблице 4:

а) при полном возбуждении

б) при первой ступени ослабления возбуждения

.

Таблица 4
, А

Тяговая характеристика двигателя. Расчетная сила тяги при продолжительном режиме:

где - КПД тягового двигателя на ободе колеса в продолжительном режиме;

- КПД тягового двигателя в продолжительном режиме ().

Задаваясь значениями тока якоря двигателя, такими же, как и в случае определения скоростной характеристики, вычисляют соответствующие им значения силы тяги по формулам, результаты приведены в таблице 5:

а) при полном возбуждении

б) при первой ступени ослабления возбуждения

где - текущее значение тока якоря тягового двигателя, А.

Таблица 5
,

Характеристика КПД тягового электродвигателя. КПД ТЭД, отнесенный к ободу колеса в функции тока якоря, рассчитывают по эмпирической формуле:

Результаты расчетов сведены в таблице 6

Таблица 6
	0, 79	0, 84	0, 89	0, 92

По результатам расчетов строим графические зависимости: ; ; ; .