2. Расчет параметров электрической передачи тепловоза
Определяем свободную мощность дизеля, передаваемую электрической передачей, кВт :
Pен = Ne·βc , (2.1)
где Ne - эффективная мощность дизеля, кВт;
βc - коэффициент свободной мощности.
Pен = 2208·0,84 = 1854,72 кВт .
Определяем номинальную мощность синхронного генератора, кВт:
PТГ = Pен· ηтг , (2.2)
где ηтг – КПД тягового генератора .
PТГ = 1854,72*0.93 =1724,89 кВт.
Учитывая, что у большинства ТГ коэффициент регулирования напряжения Ср.н = UТГmax/UТГн = 1,4 – 1,6 ,определяем длительное напряжения генератора , В :
UТГн = UТГmax/Ср.н , (2.3)
UТГн = 750/1,4 = 535,71 В .
Определяем длительную силу тока генератора, А :
IТГн = (103·PТГн)/ UТГн , (2.4)
IТГн=(103·1724,89)/535,71 =3219,82 А .
Определяем длительную мощность ТЭД , кВт :
РТЭДн= PТГн/m, (2.5)
где m – количество тяговых электродвигателей .
РТЭДн = 1724,89/6 = 287,48 кВт.
Определяем угловую скорость ωр вала ТЭД в длительном режиме , когда Vmax=Vк (максимальная скорость тепловоза равна конструкционной ) , рад/с :
ωmax /ωр = Vmax/Vр , (2.6)
тогда имеем :
ωр= (ωmax· Vр)/ Vк , (2.7)
ωр= (228·24,6)/100 = 56,09 рад/с.
Определяем длительный вращающий момент ТЭД , кН·м :
Мвр= (РТЭДн· ηТЭД)/ ωр , (2.8)
где РТЭДн - длительная мощность тягового электродвигателя ;
ηТЭД - КПД тягового электордвигателя .
Мвр= (287,48·0,94)/56,09 = 4,82 кН·м .
Определяем силу тока ТЭД в длительном режиме, А:
IТЭДн = IТГн/m`, (2.9)
где m` - число параллельных ветвей силовой цепи .
IТЭДн = 3219.82 /6 = 536,64 А .
Для того чтобы иметь представление о передаче крутящего момента от вала электродвигателя к колесной паре, определим передаточное число тягового редуктора:
μр = 1,8·Dк· ωmax/Vк , (2.10)
где Vк – конструкционная скорость , км/ч ;
Dк – диметр ведущих колёс локомотива , м .
μр = (1,8·1,05·228)/100 = 4,31 .
Подвешивание тяговых электродвигателей бывает двух типов: опорно–осевое и опорнорамное.
Опорно-осевое подвешивание тяговых электродвигателей.
Этот тип подвешивания тяговых электродвигателей применяется на тепловозе 2ТЭ10М, который рассматривается в имеющемся курсовом проекте.
На грузовых и маневровых тепловозах применяется подвешивание, при котором двигатель одним концом через моторно-осевые подшипники опирается на ось колёсной пары , а другим через пружинный комплект – на раму тележки . Передача тягового момента колёсной паре осуществляется зубчатым редуктором, состоящим из зубчатого колеса , напрессованного на оси колёсной пары , ведущей шестерни на консоли вала двигателя и кожуха редуктора , прикреплённого болтами к корпусу двигателя .
Моторно-осевые подшипники представляют собой разъемные подшипники скольжения, состоящих из двух бронзовых вкладышей и охватывающие по всему периметру шейки оси колесной пары.
Опорно-рамное подвешивание тяговых электродвигателей.
Несмотря на свою сложность, этот тип подвешивания обладает значительными преимуществами перед опорно-осевым подвешиванием. Тяговый двигатель, закреплённый в раме тележки, оказывается полностью подрессоренным, и поэтому на него в меньшей степени передаются толчки и вибрации от пути. При таком способе подвешивания неподрессоренная масса уменьшается почти в два раза, и значит, колёсно-моторный блок оказывает меньшее воздействие на путь.
На отечественных тепловозах получили распространение в основном две системы опорнорамного привода: с двусторонней передачей момента на колесную пару полым валом, центрированным подшипником скольжения двигателя, и односторонней с помощью карданного вала, связанного с зубчатым колесом упругими муфтами.
При первой системе подвешивания тяговый двигатель жестко и через резиновые прокладки закреплён в раме тележки в трёх точках: одна спереди и две сзади. Передняя часть двигателя закреплена в раме с помощью стального литого кронштейна, присоединённого к двигателю, а задняя – с помощью двух литых лап остова двигателя.
Передача тягового момента от двигателя к колёсной паре осуществляется полым валом, на концах которого закреплены фланцы с цапфами. На диске одного из приводных фланцев закреплён призонными болтами зубчатый венец, приводимый во вращение шестерней двигателя. На выступающее из отверстий в колёсных центрах два ведущих пальца привода, запрессованных в его цапфы, и два ведомых пальца, укреплённых в колёсных центрах, надеты с каждой стороны шарнирно-рычажные эластичные муфты, которыми колёсная пара приводится во вращение.
Вращающий момент от двигателя передаётся шестерней зубчатому венцу, укреплённому болтами на ступице. Ступица зубчатого колеса вращается на двух роликовых подшипниках на неподвижной опоре, прифланцованной шестью болтами к корпусу двигателя. Наружные и внутренние кольца роликовых подшипников зафиксированы от смещения дистанционными кольцами и крышками. Крышки подшипников, укреплённые на опоре и в ступице, образуют лабиринтные уплотнения, предотвращающие попадание пыли и грязи в полость подшипников, заполненную смазкой. Зубчатый редуктор закрыт кожухом , прикреплённым к двигателю четырьмя болтами. Половинки кожуха по разъёму уплотнены резиновым жгутом, а по ступице зубчатого колеса – промасленным войлочным уплотнением. Ступица зубчатого колеса имеет четыре прилива в виде проушин, в которых на валиках укреплены поводки с резинометаллическими шарнирами. Вторые головки поводков соединены с проушинами фланца, полого карданного вала, на противоположном конце которого укреплён на болтах приводной фланец с четырьмя цапфами. В отверстия цапф посажены с натягом 0,09-0,12 мм пальцы, на которые надеваются головки поводков с резинометаллическими шарнирами. Вторые головки соединены с пальцами, укреплёнными в приливах колёсного центра. От осевого смещения поводки удерживаются ограничительными шайбами и головками болтов, ввёрнутых в отверстия пальцев с резьбой и зафиксированных стопорными пластинами. Поводки, объединяющие пальцы приводного фланца и колёсного центра, образуют шарнирно-рычажную муфту, приводящую в движение колёсную пару. Благодаря карданной системе передачи тягового момента компенсация взаимных вертикальных перемещений двигателя и колёсной пары осуществляется за счет угловых колебаний полого вала, что освобождает резинометаллические шарниры от работы на скручивание. Это обстоятельство должно значительно повысить надежность шарниров, так как именно деформация скручивания резиновых втулок приводит к интенсивному износу и повреждению шарниров.
Положение двигателя в вертикальном направлении регулируется гайками подвески, а в продольном направлении – регулировочными пластинами, подкладываемые под привалочные фланцы кронштейнов.
Вращающий момент от двигателя передаётся шестерне зубчатому венцу, укреплённому болтами на ступице. Ступица зубчатого колеса вращается на двух роликовых подшипниках на неподвижной опоре, прифланцованной шестью болтами к корпусу двигателя. Наружные и внутренние кольца роликовых подшипников зафиксированы от смещения дистанционными кольцами и крышками. Крышки подшипников, укреплённые на опоре и в ступице, образуют лабиринтные уплотнения, предотвращающие попадание пыли и грязи в полость подшипников, заполненную смазкой. Зубчатый редуктор закрыт кожухом, прикреплённым к двигателю четырьмя болтами . Половинки кожуха по разъёму уплотнены резиновым жгутом, а по ступице зубчатого колеса – промасленным войлочным уплотнением. Ступица зубчатого колеса имеет четыре прилива в виде проушин, в которых на валиках укреплены поводки с резинометаллическими шарнирами. Вторые головки поводков соединены с проушинами фланца, полого карданного вала, на противоположном конце которого укреплён на болтах приводной фланец с четырьмя цапфами. В отверстия цапф посажены с натягом 0,09-0,12 мм пальцы на которые надеваются головки поводков с резинометаллическими шарнирами. Вторые головки соединены с пальцами, укреплёнными в приливах колёсного центра. От осевого смещения поводки удерживаются ограничительными шайбами и головками болтов, ввёрнутых в отверстия пальцев с резьбой и зафиксированных стопорными пластинами. Поводки, объединяющие пальцы приводного фланца и колёсного центра, образуют шарнирно-рычажную муфту, приводящую в движение колёсную пару. Благодаря карданной системе передачи тягового момента компенсация взаимных вертикальных перемещений двигателя и колёсной пары осуществляется за счет угловых колебаний полого вала, что освобождает резинометаллические шарниры от работы на скручивание. Это обстоятельство должно значительно повысить надежность шарниров, так как именно деформация скручивания резиновых втулок приводит к интенсивному износу и повреждению шарниров.
Тепловоз 2ТЭ10М входит в группу тепловозов с электрической передачей постоянного тока. В тяговую электрическую передачу тепловоза 2ТЭ10М входят такие электрические машины, как тяговый генератор ГП-311Б (постоянного тока), тяговый электродвигатель ЭД-118 (постоянного тока), двухмашинный агрегат Ф-706Б , синхронный подвозбудитель ВС-652.
Тяговый генератор
Электрическая машина преобразует механическую энергию дизеля в электрическую, поступающую к шести тяговым электродвигателям. Также генератор используется для пуска дизеля от аккумуляторной батареи, работая в режиме электродвигателя последовательного возбуждения с использованием пусковой обмотки.
Тяговый электродвигатель
Электрическая машина постоянного тока последовательного возбуждения. Имеет две ступени ослабления возбуждения обмотки возбуждения. Колесные пары тепловоза получают вращение от тяговых электродвигателей через одноступенчатый прямозубый редуктор. На тепловозе установлено шесть тяговых электродвигателей – по одному на каждую ось.
Двухмашинный агрегат
Электрическая машина имеющая однокорпусное горизонтальное исполнение с одним свободным концом вала и состоит из вспомогательного генератора ВГТ 275/120 и возбудителя В-600 . Эта машина предназначена для питания цепей собственных нужд тепловоза и подзаряда аккумуляторной батареи.
Синхронный подвозбудитель
Электрическая машина предназначенная для питания переменным напряжением рабочих цепей магнитного усилителя и трансформаторов в системе возбуждения возбудителя тягового генератора. Подвозбудителя является однофазной четырехполюсной электрической машиной переменного тока защищенного исполнения с одним свободным концом вала.
Рис.2.1. Силовая схема тепловоза 2ТЭ10М
Силовая схема тепловоза состоит из синхронного тягового генератора и шести тяговых электродвигателей соединённых параллельно.