3. 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 = 2040 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 = 1012 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
	40	60	80	100	120	140	160
	197	296	394	493	592	690	789
	60	78	90	100	105	110	115
	14	18	21	24	25	26	27

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	750	600	450	350
	12	16	25	37
	17	24	37	54

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
,	750	600	450	350
	75	54	35	24
	51	36	24	16

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
	750	600	450	350
	0,79	0,84	0,89	0,92

По результатам расчетов строим графические зависимости: ; ;;.