 r r - 2 Задание по курсовому расчету

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ Кафедра электропривода и автоматизации промышленных установок

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТ.

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГИ

Методические указания к курсовой работе (для студентов всех форм обучения специальности

330640 - Электрический транспорт)

Алматы 2002

СОСТАВИТЕЛИ: Р.М. Шидерова, В.С. Новокшенов

Электрический транспорт. Основы электрической тяги. Методические указания к курсовой работе (для студентов всех форм обучения специальности 330640 - Электрический транспорт) - Алматы: АИЭС, 2002 - 32 с.

Методические указания к курсовой работе по курсу Основы электрической тяги содержат методику расчета и построения электромеханических, тяговых и тормозных характеристик подвижного состава, определения пускового тока и справочный материал, необходимый для выполнения курсовой работы. Для приближения к реальным условиям расчет ведется на базе существующего типа подвижного состава.

Методические указания к курсовой работе составлены с учетом специфики подготовки специалистов всех форм обучения специальности 330640 - Электрический транспорт.

Илл. 11, табл. 12 , библ.- 2 назв

Рецензент: д-р техн. наук, проф. П.И. Сагитов

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2002г.



Алматинский институт энергетики и связи, 2002г.

Введение

Главная задача транспорта состоит в полном и своевременном удовлетворении потребностей населения в перевозках, повышении экономичности и качества работы транспортной системы. Электрическая тяга является одним из наиболее эффективных видов транспорта.

Правильный выбор параметров электрической тяги возможен только после проведения тяговых расчетов. И курсовая работа по курсу Основы электрической тяги ставит основной целью научить студентов самостоятельно и грамотно выполнять эти расчеты.

1 Цель и тематика курсовой работы

Курсовая работа по курсу Основы электрической тяги выполняется параллельно с изучением дисциплины на лекциях и практических занятиях и должна способствовать глубокому пониманию материала, излагаемого в курсе, а именно:

а) научить студентов применять полученные ими теоретические знания к решению конкретных инженерных задач;

б) научить студентов пользоваться технической литературой, справочниками, ГОСТами, нормами, программами и разными другими вспомогательными проектными материалами;

в) научить студентов пользоваться компьютером;

г) научить студентов излагать свои мысли по вопросам расчета в виде пояснительной записки и обосновывать принятые решения;

д) подготовить студентов к самостоятельной работе над проектами, а в дальнейшем к работе над дипломным проектом.

2 Задание по курсовому расчету

Рассчитать электромеханические тяговые и тормозные характеристики электродвигателя электрического транспорта.

Расчет тормозных характеристик производится с использованием приложения Мathcad.

Для расчета задаются следующие данные:

- Рн – номинальная мощность двигателя, кВт;

-

Uд - напряжение на зажимах двигателя, B;

- R_а= rя+

r

с.п+

r

д.п - сумма сопротивлений обмотки якоря двигателя, сериесной обмотки возбуждения и обмотки дополнительных полюсов, Ом;

- - коэффициент регулирования возбуждения;

- IН – номинальный ток двигателя, А;

- WС- число витков последовательной обмотки возбуждения;

- W - число витков параллельной обмотки возбуждения.

3 Расчет электромеханических характеристик на валу тягового электродвигателя и на ободе колеса

3.1 Расчет и построение кривых удельного основного сопротивления движению

Точный метод расчета

3.1.1 Скорость на валу двигателя, об/мин:

 

 









 



 Е

U IR

U

_{д a щ}

, (3.1)

где Uщ- среднее падение напряжения под щетками, В;

E/ - измеряется в

рад c B .

Величина U_д может быть постоянной при питании двигателей непосредственно от контактной сети. Тогда

Uд=Uкс/Zc, (3.2) где Uкс- среднее напряжение контактной сети, В;

Zc - число последовательно соединенных двигателей.

При питании двигателей от установленного на подвижном составе преобразователя

U

д

=U

пр

/Z

c, (3.3) где

U

пр – напряжение на выходе преобразователя, В;

U

пр определяется по внешней характеристике и току преобразователя:

I

пр

=IZ

п

,, (3.4) где

Iпр.- ток преобразователя, А;

Zп- число параллельно соединенных двигателей.

Внешние характеристики типовых преобразователей приведены на рисунке 3.1, где по осям отложены ток

I

пр

%

и напряжение

U

пр

%

в процентах от их значений в часовом режиме.

Приведение сопротивления к указанной температуре производится по следующему выражению:

R=R0(1+тt), (3.5) где R0- сопротивление при температуре окружающей среды;

т- температурный коэффициент сопротивления, для обмоточной меди, т=0,00385.

Падение напряжения под щетками двигателя может быть принято равным 2В для двигателей напряжением на коллекторе до 750В и 3В для двигателей с напряжением на коллекторе свыше 750В. Е/ определяется по нагрузочным характеристикам в зависимости от ампервитков возбуждения АW и тока якоря I_я.

Для двигателя последовательного возбуждения:

AW=IWС. (3.6) Для двигателя смешанного согласного возбуждения:

AW=IWС+IШWШ . (3.7) В таблице 3.1 приведены универсальные нагрузочные характеристики для тяговых двигателей городского транспорта. Для пользования этими

Uпр% 110

100

90

0

50 100 150 200 Iпр%

Рисунок 3.1

характеристиками необходимо знать ток IЧ и частоту вращения



Ч вала двигателя для часового режима. Тогда

Ч

E



 





 в часовом режиме равна:





Щ Ч

д Ч

U R

I

E U   

 



 





, (3.8)

абсолютное значение:

100

%  1

 

 



 

Ч

E E





. (3.9) Таблица 3.1- Значения Е/ в зависимости от АW и I/IЧ %

I/IЧ %

АW,%

25 50 75 100 150 200

Значения Е/

0 53 78,4 95,5 104,0 118,1 127

50 50,6 74,9 92,5 103,3 116,5 126,8

100 48,1 71,0 89,1 100,0 114,5 125,5

150 44,1 66,0 84,5 97,2 112,5 123,7

200 40,0 60,5 70,4 94,1 110,0 121,5

Задаваясь различными значениями токов, по таблице 3.1 определим Е/, затем по формуле 3.1 определим , которые сводим в таблицу 3.4.

3.1.2 Коэффициент полезного действия двигателя:

a д

a щ C

M a

a

дв

U I

I U P

P R

I      





2

 1

, (3.10)

где Р0 =РМ + РС – механические потери и потери в стали.

Механические потери и потери в стали Р0 =РМ + РС определяются по характеристикам потерь в зависимости от частоты вращения якоря двигателя и магнитного потока, который определяется намагничивающей силой IW в %. В таблице 3.3 даны универсальные зависимости этих потерь от намагничивающей силы обмоток возбуждения и от частоты вращения якоря двигателя. Ими следует пользоваться, когда нет опытных данных. В этом случае:

 

д Ч С

М С

М Р Р I U

Р Р

P   











 100

%

0 . (3.11)

Таблица 3.2 – Универсальные зависимости потерь Р0

IW,%

/ч,%

50 75 100 150 200 250

Р0

0 0,30 0,55 0,95 1,90 3,45 5,85

30 0,70 1,20 1,80 3,60 6,30 10,9

50 1,00 1,65 2,55 5,10 9,05 -

75 1,25 2,10 3,25 6,75 - -

100 1,50 2,75 4,35 10,1 - -

150 1,90 3,65 6,00 - - -

200 2,55 5,05 9,05 - - -

Результаты сводим в таблицу 3.4.

3.1.3 Момент на валу, Нм:





_дв

a дI

M  U . (3.12)

3.2 Расчет электромеханических характеристик на ободе колеса

Характеристики на ободе колеса – это зависимости

суммарного коэффициента полезного действия, силы тяги и линейной скорости, достигаемой подвижным составом, в функции тока якоря:  =f(I), F=f(I), V=f(I).

3.2.1 К

оэффициент полезного действия двигателя, приведенный к ободу колеса, т.е. с учетом потерь в механической передаче:

 = 

дв



з

, (3.13)

где

дв з з

P

 

1 100



 - к.п.д передаточного механизма;

рЗ - относительные потери в механической передаче.

Таблица 3.3 - Относительные потери рЗ в механической передаче для разных типов редукторов

Типы

редукторов

I/IЧ %

200 150 125 100 75 60 50 40 30 25

рЗ Осевая

трамвайная одноступен- чатая

3,5 3,0 2,7 2,5 2,5 2,7 3,2 4,4 6,7 8,5

Осевая с карданной муфтой или валом

4,2 3,6 3,2 3,0 3,0 3,2 3,8 5,3 8,0 10,1

Двухступен- чатая зубча- тая с кардан- ным валом или муфтой

6,5 6,3 6,1 6,0 6,1 6,4 6,9 7,5 10,0 11,5

3.2.2 Скорость на ободе колеса, км/ч:



^k



V  1 , 8 D

, (3.14)

где - передаточное число редуктора;

Dк - диаметр ведущих колес.

3.2.3 Сила тяги:

V I

F  3 . 6 U

^д



. (3.15)

Для удобства построения характеристик, рассчитанные значения

 ,  , М

сводим в таблицу 3.4 и строим зависимости

 =f(I), 

дв

=f(I), М=f(I),



=

f(I), V

=

f(I), F

=

f(I).

При этом задаются значениями тока, напряжения на зажимах двигателя и степенью ослабления поля - в случае двигателя последовательного возбуждения, или величиной тока в параллельной обмотке – в случае двигателя смешанного возбуждения. Так как все расчетные величины в дальнейшем будут построены в зависимости от тока двигателя, целесообразно задаваться круглыми значениями тока, например:25,50,75,100,150,200,250,300,400 А.

Таблица 3.4

Iа,А Е/,

рад c B

,рад/с

дв

М, Нм



V,

км/ч

F,

Н

Значения М и



д необходимы для построения электромеханических характеристик на валу двигателя, поэтому их рассчитывают только для номинального режима.

Приближенные методы расчета электромеханических характеристик

Методы основаны на пересчете скорости, силы тяги и к.п.д с одного напряжения на другое и с одного магнитного потока на другой.

3.3 Характеристики тяговых двигателей при изменении напряжения 3.3.1 Скоростная характеристика при другом напряжении Uд1

рассчитывается по выражению:

rI U

rI V U

V

д д





¹



1 , (3.16)

где V – скорость, которая определяется по известной характеристике V(I) при напряжении Uд и токе I;

V1 –скорость, которую необходимо найти при другом напряжении Uд1 и том же токе I.

В случае регулирования скорости изменением напряжения на двигателе с помощью включенного последовательно с якорем резистора R скорость VR определяется по выражению:

Ir U

IR Ir V U

V

д

R 



  , (3.17)

где V-скорость при отсутствии резистора R и при токе I.

3.3.2 Характеристика электромагнитной силы тяги FЭМ(I) двигателя последовательного возбуждения не меняется при изменении напряжения.

Сила тяги на ободе колеса для одного двигателя:

FК = FЭМ -F (3.18) несколько повышается при понижении напряжения вследствие уменьшения

F. Учитывая, что это изменение F незначительно, по сравнению с электромагнитной силой, характеристику FК (I) можно принимать при новом напряжении той же, что и при напряжении UД .

3.3.3 Характеристика КПД 1=f(I) при напряжении UД1 определяется по выражению

 

 



 









²₂¹

1 1

1

1 ( 1 ) 1

д д д

д д

U U U

Ir U

 U



, (3.19)

где  - КПД при напряжении UД и токе I;

1 –КПД при напряжении UД1 и том же токе I.

Или то же выражение, но в другом виде:

 

 





 



   



 



 





  

 1 1 1

) 1

(

1 1

1

д д

д д

U Ir U

U

U

. (3.20)

3.3.4 Характеристика Fк=f(I) практически не зависит от напряжения, подведенного к электродвигателю, но эта характеристика не изменяется и при введении в цепь двигателя резистора.

3.4 Характеристики при регулировании магнитного потока

Рассчитываются приближенным способом только для двигателей последовательного возбуждения.

Степень изменения МДС в тяговом двигателе характеризуется

коэффициентом регулирования возбуждения , представляющего отношение МДС при измененном поле к МДС при номинальном поле при одинаковом токе якоря.

В случае изменения поля по способу шунтирования обмотки возбуждения:

ОП(1) ОП()

I I

V

FK

FK1= FK/

FK

I

I

I HП()

Рисунок 3.3

Рисунок 3.2

HП(1)

V I

Рисунок 3.4

F=F/

F V

НП ОП

B BH

I

 I

 , (3.20) где IBH и IB – токи возбуждения при нормальном и измененном поле соответственно.

Если известна скоростная характеристика при =1, пересчет ее на коэффициент регулирования  может быть произведен графически на основании следующего: скорость V1 при токе якоря I и коэффициенте регулирования возбуждения  приблизительно равна скорости V при  и токе I.

Таким образом, для построения скоростной характеристики при ослабленном магнитном потоке (ОП) нужно при любых токах якоря I относить к этим токам скорости, соответствующие при нормальном поле ( токам ,I, как это показано для одной точки на рисунке 3.2.

Характеристику КПД 1 при ослаблении магнитного потока приближенным способом можно определить по следующим выражениям:



 

   3( )

2 /

1

100

1 ) 1 (

1

_I

д

I

P

U r r

I







 



        

(3.21)

или

   

) ( 3 2

) ( )

( ) (

1

100

) 1 1 ( )

1 ) (

1 )(

1

(

_I

д в B я

I I

I

P

U r r

I







 



 





  

 



 









_{, (3.22)}

где



1(I)– КПД при токе I и ослабленном потоке;



(- КПД при нормальном поле и токе ; r^/=rя+rB –сопротивление силовой цепи при ОП;

r=rя+rB - сопротивление силовой цепи при НП;

р3() – относительные потери в процентах, соответствующие нагрузке  и определяемые по кривым, полученным на основании таблицы 3.3.

После того, как найдены скорость и КПД при токе I и коэффициенте регулирования магнитного потока , можно рассчитать силу тяги для этого режима по следующей формуле:

1 1 3.6 1

V I F U^д 

 . (3.23) Электромеханическую характеристику силы тяги F1=f(I) можно также приближенно построить, используя условие



F₁  F . Порядок построения характеристики силы тяги при ослабленном магнитном потоке по заданному

коэффициенту ослабления  и характеристики силы тяги при нормальном поле приведен на рисунке 3.3, где стрелками показан порядок построения.

Тяговую характеристику при ослаблении поля F1(V) можно построить путем переноса тяговой характеристики при нормальном поле, как показано на рисунке 3.4.

Для построения кривых удельного основного сопротивления движению поезда при езде под током и без тока необходимо пользоваться выражениями, приведенными в таблице 3.5.

Таблица 3.5 - Удельное основное сопротивление движению поезда при езде под током 0Т и без тока 0б

Тип подвижного состава

Основное удельное сопротивление движению, Н/кН или кгс/тс (при V в км/ч)

Одновагонный поезд трамвая а) при езде под током

б) при езде без тока 0Т=2,5+(30+0,04V²)m

0б =3,0+(40+0,05V²)m Поезд трамвая из двух моторных

вагонов

а) при езде под током

б) при езде без тока 0Т=2,5+(30+0,03V²)m

0б =3,0+(40+0,04V²)m Поезд трамвая из одного моторного и

одного прицепного вагонов а) при езде под током

б) при езде без тока 0Т=2,0+(20+0,03V²)m

0б =2,25+(30+0,035V²)m Троллейбус

а) при езде под током

б) при езде без тока 0Т=12+0,04V²)m

0б =16+0,04V²)m

Примечания:

- m – масса поезда, т

- 0Т- основное удельное сопротивление движения поезда при езде под током, Н/кН или кгс/тс;

- 0б- основное удельное сопротивление движения поезда при езде без тока, Н/кН или кгс/тс.

В случае отсутствия данных об эквивалентной поверхности состава поезда метрополитена, основное сопротивление можно определять по следующим формулам:

а) при езде под током ^T₀ 2,0(200,03V²)m.

4 Определение пускового тока

Величина пускового тока определяется с одной стороны ограничениями пускового режима по сцеплению и по максимально допустимой нагрузке двигателя, а с другой стороны, колебаниями пускового тока, характеризуемыми коэффициентом КI. Указанные ограничения относятся к максимальному значению пускового тока IПМАХ и к соответствующей этому току максимальной пусковой силе тяги Fn max

4.1 Средний пусковой ток двигателя IП выбирается из условия

IП =IП МАХ/(1+КI)KЗ , (4.1) где KI - относительное значение пульсации пускового тока;

КЗ- коэффициент запаса,

IП MAX - меньшее значение тока, определяемое из коммутации из условия сцепления:

IПMAXIКОМ;

IП MAXIС,. (4.2)

IКОМ =2IЧ - в соответствии с ГОСТ на тяговые электродвигатели.

4.2 Максимальный ток Iсц определяется по Fn max и электромеханическим характеристикам для полного поля или максимального значения тока в параллельной обмотке возбуждения двигателя:

Fn max=1000Gсц, (4.3)

где

^Gсц- давление, приходящееся на обмоторенную ось подвижного состава, кН или тс;

- расчетные значения коэффициента сцепления.

Для пассажирского электроподвижного состава выбранное значение среднего пускового тока проверяется по допускаемому максимальному ускорению адоп . Значения адоп приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.1 - Расчетные значения коэффициента сцепления 

Тип подвижного состава 

Электропоезда 0,22

Метрополитен 0,20

Трамвай с индивидуальным полотном 0,18

Трамвай с общим полотном 0,16

Троллейбус 0,35

Рудничный транспорт 0,15

Таблица 4.2- Значения коэффициентов КI и К3

№ Система пуска КI К3 Тип ЭПС

1 Ручная,

малоступенчатая

0,15-0,2 1,15 Трамвай КМ, КТМI,

МТВ

Троллейбус МТБ

Рудничный электровоз 2 Автоматическая,

многоступенчатая

0,05-0,07 1,05 Трамвай РВЗ, КТМ-5

Метро Г, Е, И Электропоезда ЭРI, ЭР22 3 Автоматическая,

многоступенчатая

0,15-0,20 1,1 Троллейбус ЗИУ-5

ЗИУ-7, ЗИУ-9 Метро А и Б 4 Автоматическая,

плавная

0,00 1,0 Импульсное

регулирование.

Трамвай «Татра»

Таблица 4.3 - Допускаемое максимальное ускорение адоп

Система пуска адоп, ₂

с

м Тип ЭПС

С малым числом ступеней До1,0 Электропоезда ЭР1, ЭР2 Трамвай КМ, КТМ-1 С большим числом ступеней До 1,6 Трамвай РВЗ, КТМ-5М

Вагоны метро Г, Е, И Автоматическая плавная До 2,0 Трамвай «Татра»

Импульсное регулирование 4.3 Проверку ведут в следующем порядке. По IN - среднему пусковому току двигателя по электромеханическим характеристикам определяется FП. По кривым удельного сопротивления движению определяем 0 для скорости, соответствующей моменту выхода на автоматическую характеристику полного поля при пуске. Тогда величина среднего пускового ускорения будет равна:

G G Z

а F

^{n M}

) 1 ( 102

0







 

, (4.4)

где a - ускорение подвижного состава, м/с²;



кгс/тс;

адоп.- допускаемое максимальное ускорение подвижного состава, м/с²; (1+)- коэффициент инерции вращающихся частей;

(1+)м- то же для моторных вагонов.

Если

а  а

_доп, то оставляем выбранное значение пускового тока. Если

а

доп

а 

, то уменьшаем FП и соответственно IП. Значения коэффициентов (1+) для различных типов подвижного состава приведены в таблице 4.4.

Средневзвешенный коэффициент инерции вращающихся частей для поезда, состоящего из локомотива и прицепных вагонов, определяется по формуле:

G

G

G_{л В B}

л (1 )

) 1

1  ( ^ ^{ } . (4.5)

Таблица 4.4 - Значения коэффициентов (1+) для различных типов подвижного состава

Тип подвижного состава Коэффициент

(1+) 1 Электропоезда

а) моторные вагоны б) прицепные вагоны

1,08-1,12 1,04-1,05 2 Трамвай

а) моторные вагоны б) прицепные вагоны

1,1-1,14 1,04-1,06

Троллейбусы 1,12-1,15

4.4 Режим пуска на электромеханические характеристики двигателя на ободе колеса наносится, исходя из следующих положений. При мотор- вагонной тяге пусковой ток до выхода на автоматическую характеристику принимается постоянным. Так как число позиций ослабленного поля бывает ограничено, то для режима ослабления поля строят ступени изменения поля.

В случае ручного пуска водитель переводит контроллер таким образом, чтобы скачок тока не превышал величины Iп max - максимального тока двигателя. В случае автоматического пуска переход с одной позиции ослабления поля на другую происходит, когда ток упадет до величины

I n

n

K

I I

 

max

1

, при этом необходимо следить, чтобы скачок тока при переходе не превосходил Inmax, которое определяется по Fпmax - максимального значения пусковой силы тяги двигателя, определяемого из условий

сцепления, кН или тс, для данной степени ослабления поля. В случае плавного пуска (или импульсного) система автоматически поддерживает один и тот же пусковой ток как до выхода на автоматическую характеристику, так и при переходе на ослабленное поле.

5 Построение тяговых характеристик и кривой потребляемого поездом тока

Тяговые характеристики поезда Fл=f(V) строятся на основании электромеханических характеристик двигателя на ободе колеса. Скорость переносится без изменения.

5.1 Сила тяги моторного вагона определяется по следующему выражению

F=FкZм , (5.1) где - Zм-число обмоторенных осей в поезде.

Режим пуска на тяговые характеристики наносится путем переноса режима пуска с электромеханических характеристик. При постоянном пусковом токе соответственно получается постоянная сила тяги:

Fп=FкпZм . (5.2) Нанесение ограничений производится в соответствии с выражением (2.27-2.29)

а) по скорости :

Vmax  Vконстр., (5.3) где Vконстр- максимально допустимая скорость движения, определяемая конструкцией подвижного состава, км/ч;

б) по сцеплению:

Fn max  1000Gсц , (5.4) где



берется в соответствии с данными таблицы 4.1;

в) по мощности:

FV  3,6Pпр. max10³, (5.5) где Рпр.max- максимальная мощность, которую может реализовать

преобразователь или силовой агрегат подвижного состава, кВт.

5.2 Построение кривой определяемого тока Ic=(V) для ЭПС постоянного тока с реостатным пуком и переключением двигателей

проводится на основании электромеханических характеристик на ободе колеса с учетом нанесенного режима пуска:

Ic=I двZn, (5.6) где Iком- допустимый по коммутации ток двигателя, А,

Iсц- допустимый по сцеплению ток двигателя, А.

5.3 При переходе с одного соединения двигателей на другое (например, с последовательного на параллельное соединение) ток поезда изменяется скачком (в нашем случае удваивается). Скорость движения, при котрой происходит это изменение, определяется точкой пересечения кривой пускового тока и скоростной характеристики, соответствующей данному напряжению на двигателе.

5.4 При установке на ЭПС системы плавного пуска (например, импульсного преобразователя) кривая потребляемого тока в период пуска может быть найдена по выражению:





_пр

c c n

U V I F

6 ,

 3

, (5.7) где КПД преобразователя пр принимается равным 0,95 и при V0. В той части тяговой характеристики, где пуск закончен, кривая потребляемого поездом тока строится на основании электромеханических характеристик.

5.5 При установке на ЭПС постоянного включенного импульсного преобразователя кривая потребляемого поездом тока находится по выражению:

ПР C

c U

I I FV





6 ,

 3 . (5.8) Здесь величины F и V берутся с тяговой характеристики поезда, а пр на основании зависимости пр=(Р2) (рисунок 3.5), где

3

2 10

6 , 3

 FV 

P , кВт. (5.9)

На этих графиках под величиной Р2, соответствующей 100%, следует

10 3

6 , 3

Ч  ЧV

F , кВт, т.е. мощность часового режима поезда. Нижние кривые

соответствуют режиму пуска, верхние- режиму тяги при полном напряжении на тяговых двигателях.

6 Расчет тормозных характеристик

Расчет тормозных характеристик производится с использованием приложения Мathcad.

6.1 Расчет тормозных характеристик при механическом торможении 6.1.1 Расчет характеристик удельных тормозных сил при механическом торможении В(V) производится по выражению:

В=1000к., (6.1) где к - расчетный коэффициент трения;

 - тормозной коэффициент поезда Н/кН или кгс/тс.

Таблица 6.1 - Значения расчетных коэффициентов трения



к ^для различных типов тормозов

Колесно-колодочный тормоз с чугунными,

стандартными колодками 5 100

27 100 ,

0 

 

V V

к

Колесно-колодочный тормоз с

композиционными колодками 2 150

36 150 ,

0 

 

V V

к

Дисковые и барабанные тормоза

к V

02 , 0 1

25 , 0

 

 Рельсовые электромагнитные тормоза

к V

02 , 0 1

18 , 0

 



6.1.2 Тормозной коэффициент поезда

G



K

  , (6.2) где К – суммарное нажатие тормозных колодок, кН или кгс/тс;

G – вес поезда, кН или тс.

6.1.3 Наибольшее суммарное нажатие колодок Кmax ограничено условиями сцепления колеса и рельса и характеризуется коэффициентом нажатия тормозных колодок

G K_MAX

 

 . (6.3) При условии, что все оси поезда тормозные,

G= G ,

где GТ – тормозной вес поезда, кН или тс

и тогда max, т.е. наибольший тормозной коэффициент поезда равен коэффициенту нажатия. Такое значение тормозного коэффициента следует выбирать при торможении с максимальным нажатием колодок (при экстренном торможении). Значения коэффициента нажатия для различных типов подвижного состава приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2- Значения коэффициента нажатия для различных типов подвижного состава

Тип подвижного состава 

Трамвайные вагоны (моторные) 0,85-1,2 Вагоны с дисковыми тормозами 0,6-0,7 Вагоны метрополитена 0,5-0,6

Троллейбус 1,5-2,0

При рабочем нажатии колодок тормозной коэффициент принимается равным 0,7max для подвижного состава городского транспорта.

6.1.4 Для поезда, состоящего из моторного и прицепных вагонов, средневзвешенное значение удельной тормозной силы определяется по выражению:

G G b G

B b^{м м} ^{в в}

 . (6.4) 6.1.5 Для экстренного торможения некоторых типов подвижного состава (трамвай) применяется рельсовое электромагнитное торможение.

Удельная тормозная сила рельсового электромагнитного тормоза определяется выражением:

G B _к к^р

1000 . (6.5) Значение к берется в соответствии с данными таблицы 6.1.

6.1.6 Суммарное нажатие всех башмаков КР в расчетах может быть принято равным двойному весу поезда, т.е.

2

 G

K_P . (6.6)

6.2 Расчет тормозных характеристик при реостатном торможении

В зависимости от типа подвижного состава и типа двигателя возможны разные системы реостатного торможения.

6.2.1 Расчет тормозных характеристик при реостатном торможении ЭПС постоянного тока с двигателями последовательного возбуждения и регулируемым сопротивлением (рисунок 6.1а)

Тормозные характеристики строятся на основании следующих выражений:

6.2.1.1 Скорость движения, [км/ч]

Г T

CФ r R V I (  )

 , (6.7) где СФг – магнитный поток двигателя в генераторном режиме,

приведенный к скорости на ободе колеса, В ч/км;

R – величина тормозного сопротивления на один двигатель, Ом;

r-сопротивление обмоток двигателя, Ом.

6.2.1.2 Тормозная сила на ободе колеса, Н или кгс:

+

Рисунок 6.1



   



 V

Р Р

СФ Р I

В_К 3,6 _{T Г} ^{С М З} . (6.8) 6.2.1.3 Суммарная тормозная сила, Н или кгс:

В=BKZM. (6.9) 6.2.1.4 Магнитный поток двигателя в генераторном режиме, приведенный к скорости на ободе колеса, В ч/км:

К Г

Г Д

CФ Е

8 , 1



^_

 



 . (6.10)

Значение

Г

Е



 





 находят по нагрузочным характеристикам для генераторного режима работы двигателя. Если на нагрузочные характеристики не нанесен генераторный режим, то для всех токов двигателя используют кривую для тока якоря, равного нулю в двигательном режиме. В этом случае потери в стали и механические потери Рс+м берутся аналогично тяговому режиму по характеристикам потерь на основании МДС обмоток возбуждения и частоты вращения двигателя

DK

M V



  8 ,

 1 .

6.2.1.5 Потери в механической передаче Рз определяются по выражению:

) 100 (

2 R r

Р I

P_З  ^З _T 



 . (6.11) Здесь значение Р3 берется по величине тока Iт из таблицы 3.3.

На тормозные характеристики наносятся ограничения:

а) по максимальной скорости (5.3);

б) по допустимому напряжению на коллекторе

Г T доп

H CФ

r I

V U ^. , (6.12) где Uдоп=1,3Uд. ном - для тяговых двигателей общего применения;

Uдоп=2,0Uд.ном - для тяговых двигателей, предназначенных для реостатного торможения, причем номинальное напряжение двигателя в этом случае не должно превышать 550 В;

в) по максимальному току двигателя или максимальному тормозному усилию:

Вmax  Bmax I., (6.13)

Если при построении тяговых характеристик имело место ограничение по току, то IT =IП, и соответственно выражение (2.41) имеет следующий вид:

:



   

 V

Р Р

СФ Р I

B_MAX.I 3,6 _{T Г} ^{С М З} .

Если при построении тяговых характеристик имело место ограничение по сцеплению, то

Bmax =0,8 1000 Gсц. (6.14) По Вmax  определяют IT max и по нему в соответствии с выражением (6.15) определяют IT

З I T

T

I K K

I I

) (

max

 

. (6.15) Значения КI и КЗ принимаются, как и для тягового режима, по таблице 4.2.

Для увеличения эффективности реостатного торможения поезда в зоне высоких скоростей применяют ослабление поля двигателей, но не выше, чем в тяговом режиме. В этом случае значения СФГ определяют с учетом ослабления поля.

Ниже приведен пример таблицы (таблица 6.3.), по которой удобно вести расчет. Сначала рассчитывают ограничения по напряжению отдельно для каждой степени ослабления поля, а далее отдельно характеристики для каждого значения тормозного сопротивления. В курсовой работе достаточно провести расчет тормозных характеристик для двух значений тормозного сопротивления:

T Д

I

R

_max

 ( 3  4 ) U

, (6.16)

Rmin=0.

Значения токов целесообразно брать таким же, как при расчете тяговых характеристик. На рисунке 6.2 показаны типичные тормозные характеристики для этого случая.

Таблица 6.3

Режим

Величины

Примечания IT

AW (E/W)Г CФГ IT(R+r) V 

PC+PМ P3 I2 (R+r) P3 B BМ

Vдоп=

=

Ограничение по

напряжению

=

R=

Тормозная характерис- тика

6.2.2 Расчет тормозных характеристик ЭПС постоянного тока с двигателями последовательного возбуждения, регулируемым сопротивлением и небольшой дополнительной обмоткой для подвозбуждения, включенной согласно с основной (рисунок 6.1б) Тормозные характеристики строятся аналогично предыдущему случаю по выражениям (6.7)-(6.11). Величина

Г

E



 





 определяется на основании суммарных ампервитков намагничивающей силы обеих обмоток:

AW=IТWс+IШWШ. (6.17)

Если значение тока подвозбуждения IШ неизвестно, то можно принять в расчетах, что IшWш=(0,1-0,15)IчWс. В процессе реостатного торможения эта величина постоянна и не изменяется. На рисунке 6.3 показаны типичные тормозные характеристики для этого случая.

6.2.3 Расчет тормозных характеристик ЭПС постоянного тока с

двигателями смешанного возбуждения и нерегулируемым тормозным сопротивлением (рисунок 6.1в)

Тормозные характеристики строятся в соответствии с выражениями (6.7 - 6.11), но величина

Г

E



 





 определяется на основании разности ампервитков обеих обмоток:

AW=IШWШ -IТWС . (6.18) Так как в этом случае получаем малые значения

Г

E



 





 , то ограничения

по Uдоп и по Вmax не наступают и их не нужно рассчитывать. Тормозные характеристики целесообразно строить только для двух значений токов в обмотке параллельного возбуждени