Расчет передачи мощности тепловоза с электрической передачей

• Название: Расчет передачи мощности тепловоза с электрической передачей
• Дата: 14.03.2022
• Размер: 1.18 Mb.
• Имя файла: EPL0_1.docx
• Тип: Курсовой проект; #396574

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Донецкий институт железнодорожного транспорта»

Кафедра «Подвижной состав железных дорог»

Курсовой проект

по дисциплине: «Электрические передачи локомотивов»

на тему: «Расчет передачи мощности тепловоза с электрической передачей»

Студента: 4 курса, гр. ПСЖД

специальности: 23.05.03 – «ПСЖД»

Шифр: 166821

__________ Корнеев И.И.

(подпись) (фамилия и инициалы)

Руководитель: к.т.н., доцент Рябко Е.В.

(подпись, ученое звание, должность, фамилия и инициалы)
Оценка:

_________ Национальная шкала

_________ Количество баллов

_________ ECTS

Дата: ____________

Члены комиссии:

_________ Рябко Е.В.

(подпись) (фамилия и инициалы)

_________

(подпись) (фамилия и инициалы)

_________ Кочев В.А.

(подпись) (фамилия и инициалы)

г. Донецк – 2020

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ГООВПО «ДОНЕЦКИЙ ИНСТИТУТ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖОГО ТРАНСПОРТА»
Кафедра «Подвижной состав железных дорог»

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект

«РАСЧЕТ ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ ТЕПЛОВОЗА

С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ»
по дисциплине «Электрические передачи локомотивов»

Выдано студенту __________________________________________________

Дата выдачи____________________ Дата защиты проекта______________

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ

КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Наименование исходных данных	Значение
Тип тепловоза	грузовой
Осевая формула	3о – 3о
Эффективная мощность дизеля, Nэ, л.с.	4000
Сцепная масса Pсц, т	134
Количество тяговых электродвигателей, С	6
Диаметр движущих колес, Dк, мм	1250
Максимальная (конструкционная) скорость тепловоза, Vк, км/ч	115

Задание выдал руководитель: к.т.н., доцент Рябко Е.В.

Задание получил студент: Корнеев И.И.
СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Исходные данные………………………………………………………………..…...2

Введение…………………………………………………………………………..........4

1 Определение основных параметров передачи…………………………………..6

2 Внешняя вольт-амперная характеристика тягового генератора……………....8

3 Электрические параметры тягового электродвигателя……………………..…12

4 Определение передаточного числа тягового редуктора………………….…...15

5 Разработка силовой схемы тепловоза и схемы регулирования мощности тягового генератора……………………………………………………………..….20

6 Расчет приведенного объема тягового электродвигателя……………………..22

7 Расчет обмотки якоря и размеров паза……………………………………….....24

8 Выбор количества и размеров щеток, определение рабочей длины коллектора……………………………………………………………………………32

Заключение

Список источников

Приложения

Введение
Передача мощности на локомотиве – это совокупность устройств передающие вращающий момент от вала силовой установки к движущимся колесным парам, то есть, превращает энергию первичного источника в силу тяги и скорость движения локомотива.

Первичным двигателем на тепловозе является дизель. Скорость движения локомотива и сила тяги связаны с частотой вращения коленчатого вала.

Электрическая передача мощности содержит тяговый генератор, полупроводниковые преобразователи и тяговые электродвигатели (ТЭД). Каждый электродвигатель соединен посредством зубчатой передачи с колесной парой (индивидуальный привод) или с двумя-тремя колесными парами (групповой привод). Вал генератора соединяется непосредственно с валом теплового двигателя.

Электрическая передача мощности должна обеспечивать:

- требуемую тяговую характеристику и плавное изменение силы тяги и скорости движения локомотива во всём рабочем диапазоне;

- возможность реверсирования (изменение направления движения локомотива);

- пуск дизеля без нагрузки с последующим её включением;

- высокий коэффициент полезного действия (КПД).

Также она должна обладать высокой надёжностью, иметь минимальную массу и габариты, обеспечивать минимальные эксплуатационные затраты.

Электрическая передача мощности тепловоза решает две самостоятельные задачи:

1. Поддержание постоянной мощности дизеля при заданных значениях.

2. Создание тяговой характеристики тепловоза.

Скорость локомотива ограничена конструкцией ходовой части и допустимой скоростью движения локомотива на данном участке пути.

Конструкционная скорость локомотива – скорость локомотива, устанавливаемая с учётом допустимого воздействия его на путь, ходовых свойств, безопасности движения (предотвращения схода с рельсов) и прочности его деталей.

По исходным данным курсового проекта, был выбран грузовой локомотив прототип 2ТЭ25КМ.

Тепловоз 2ТЭ25КМ является двухсекционным локомотивом с электрической передачей переменно-постоянного тока с поосным регулированием силы тяги.
Оборудование тепловоза монтируется на раме, а так же крепится к блокам крыши и стенам кузова.

Рама с кузовом тепловоза устанавливается на две унифицированные трёхосные бесчелюстные тележки. Вес верхнего строения тепловоза передается на каждую тележку через четыре резинометаллические опоры.

Тяговые усилия от каждой тележки передаются через буксовые поводки и шкворневые балки рамы тележки.

Кузов секции тепловоза состоит из следующих составных частей:

– кабины управления;

– аппаратного помещения, отделенного от дизельного помещения перегородкой;

– дизельного помещения;

– холодильной камеры;

Система управления оборудованием обеспечивает контроль и управление дизель-генераторной установкой, формирование оптимальных характеристик дизеля, генератора, тяговых электродвигателей в режимах тяги, электрического торможения и холостого хода, программное управление запуском и остановкой дизеля и изменение его частоты вращения, управление температурным режимом теплоносителей, защитными устройствами силового и вспомогательного оборудования тепловоза.

Система диагностики 2ТЭ25КМ обеспечивает автоматический контроль состояния и работы силовой электрической схемы и схемы управления, силового и вспомогательного оборудования тепловоза, оперативный поиск места и определение причин отказов контролируемого оборудования, влияющего на безопасность движения.

Система управления тепловозом, сигнальные и предохранительные устройства обеспечивают дистанционное управление соединенными секциями с одного пульта управления. Непосредственно за кабиной машиниста находится аппаратное помещение.

В дизельном помещении установлен дизель-генератор, состоящий из дизеля, тягового генератора, возбудителя. На тяговом генераторе установлен стартер-генератор постоянного тока, предназначенный для запуска дизеля, питания цепей управления и заряда аккумуляторной батареи. За дизельным помещением размещена холодильная камера, в которой размещены блоки охлаждающих секций, осевые мотор – вентиляторы.

Запас дизельного топлива размещен в топливном баке, прикрепленном к нижним поясам главной рамы в средней части тепловоза.

Над топливным баком размещена аккумуляторная батарея.

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕДАЧИ
Электрическая мощность тягового генератора (ТГ) равна величине эффективности мощности дизеля, за исключением мощности отбираемой на привод вспомогательных агрегатов локомотива с учетом коэффициента полезного действия (КПД) тягового генератора:
, кВт, (1.1)
где – расход мощности на привод вспомогательных агрегатов;

– КПД тягового генератора, .

Принимаем = 0,94.
, кВт (1.2)
кВт,
кВт.
Электрическая мощность тягового генератора равномерно распределяется между тяговыми электродвигателями, то есть:
, кВт (1.3)
где – количество тяговых двигателей на тепловозе.

Как правило, все колесные пары локомотива являются обмоторенными, поэтому их количество определяется по колесной формуле локомотива:
кВт.
Касательная мощность тепловоза определяется из выражения:
, кВт (1.4)
где – КПД тягового двигателя постоянного тока;

– КПД зубчатой передачи.

Принимаем и :
кВт.

Расчетная (длительная) сила тяги тепловоза (сила тяги на расчетном подъеме) определяется из условия реализации коэффициента тяги на расчетном подъеме:
, кН, (1.5)
где – сцепная масса локомотива, т;

– коэффициент сцепления (для грузовых локомотивов в пределах 0,19…0,24);

– ускорение силы тяжести.

Принимаем = 0,22:
кН.
Скорость на расчетном подъеме:
, м/с, (1.6)
м/с.
Переведем м/с в км/ч:
км/ч.
Для грузовых тепловозов значение скорости на расчетном подъеме находится пределах км/ч.

Рассчитанная расчетная скорость входит в данные пределы.
2 ВНЕШНЯЯ ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

ТЯГОВОГО ГЕНЕРАТОРА
Вольт-амперная характеристика определяет зависимость между напряжением и током генератора. Поскольку мощность дизеля на определенной позиции контролера машиниста неизменна, то в первом приближении можно принять, что мощность генератора должна быть постоянной:
. (2.1)
То есть, вольт-амперная характеристика генератора должна иметь гиперболический вид, ее так же называют автоматической.

Максимальное напряжение тяговых генераторов находится в интервале В, принимаем В. Тогда из формулы 2.1 минимальное значение тока, который отвечает максимальному напряжению, определим по формуле:
, А, (2.2)
А.
Номинальное напряжение генератора:
, В, (2.3)
где – максимальный коэффициент регулирования генератора по напряжению (в пределах 1,4…1,6).

Принимаем = 1,4:
В.
Номинальный ток генератора:
, А, (2.4)

А.
Максимальный ток генератора:
, А, (2.5)
где – коэффициент регулирования генератора по току (в пределах 1,8…2,2).

Принимаем = 2:
А.
Минимальное напряжение генератора:
, В, (2.6)
В.
По полученным значениям строим вольт-амперную характеристику ТГ.



Рисунок 2.1 – Внешняя вольт-амперная характеристика генератора:

участок 0-1 – ограничение максимального напряжения;

участок 1-2-3 – рабочая часть характеристики;

участок 3-4 – ограничение максимального тока

Степень регулирования электропередачи по скорости тепловоза характеризуется коэффициентом регулирования, который является отношением максимальной скорости тепловоза к скорости тепловоза длительного режима (расчетной):
. (2.7)

С учетом части диапазона скорости тепловоза, в котором должна реализоваться полная мощность дизеля, для грузовых тепловозов допускается определять расчетный коэффициент регулирования электропередачи по скорости, по формуле:
, (2.8)
.
Для проверки возможности обеспечения диапазона регулирования электропередачи по скорости путем ослабления возбуждения тяговых электродвигателей определим минимальное значение коэффициента ослабления возбуждения ТЭД , который является отношением тока возбуждения (тока главных полюсов) к току якоря, и не должен быть менее 0,25 (по условию обеспечения удовлетворительной коммутации ТЭД при высоких скоростях движения). Величина этого коэффициента определяется по формуле:
, (2.9)
.
Так как – применяем две ступени ослабления возбуждения, т.е. вводим промежуточную ступень возбуждения, коэффициент которой определяется по формуле:
, (2.10)
.

3 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ТЯГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
Электрические параметры тягового электродвигателя зависят от схемы их соединения. Для тепловоза 2ТЭ116УД была выбрана параллельная схема соединения тяговых электродвигателей, мощность более 2000 кВт.
, В (3.1)
В.
, А (3.2)
А.

Рисунок 3.1 – Параллельная схема соединения ТЭД
На тепловозе 2ТЭ25К^М применяется тяговый электродвигатель ЭД-133УХЛ1.
ТУТ БУДЕТ РИСУНОК
Рисунок 3.2 – Тяговый электродвигатель ЭД-133УХЛ1
Электродвигатель предназначен для привода колесных пар тепловоза и представляет собой четырехполюсную реверсивную электрическую машину постоян­ного тока последовательного возбуждения. Электродвигатель выполнен для опорно-осевой подвески и имеет один свободный конусный конец вала для передачи вращающего момента на ось ко­лесной пары через зубчатую передачу.

Электродвигатель выполнен на двух подшипниковых щитах 1 и 22 с подшипни­ками качения 2 и 21. Вентиляция электродвигателя принудительная нагнетательная. Охлаждающий воздух подается в электродвигатель через вентиляционный люк, расположенный в верхней части корпуса магнитной системы над коллектором, и продувается через якорь и магнитную систему двумя параллельными потоками.

Для технического обслуживания и текущего ремонта внутренних составных час­тей электродвигателя предусмотрены смотровые люки (верхний, боковой и нижний), расположенные со стороны коллектора и закрываемые крышками. Расположение люков дает возможность осмотреть все щеткодержатели, а также коллектор по всей окружности.

В нижней части подшипниковых щитов имеются закрытые крышкой и прилегаю­щие к наружным смазочным камерам специальные полости (камеры) для сбора (и уда­ления) отработанной в процессе эксплуатации смазки, которая поступает из наружной смазочной камеры.

Для предотвращения засасывания смазки внутрь электродвигателя из подшип­ника, в подшипниковом щите со стороны, противоположной коллектору, имеется канал (дренажное отверстие), соединяющий внутреннюю полость электродвигателя с внеш­ней средой для выравнивания давления воздуха.

Якорь состоит из следующих основных составных частей: якоря необмотанного, образованного из вала 18, якорных листов, нажимных шайб 11, 17, коллектора 5, об­моткодержателя 8, катушек 16, уравнителей 9, уплотнительных колец.

На втулку вала нашихтованы листы якорные. По внешнему диаметру якорных листов выштампованы пазы для укладки катушек якоря. В якоре применен коллектор арочного типа, состоящий из пакета изолированных друг от друга коллекторных пла­стин, нажимных конусов, коллекторной втулки. Обмоткодержатель 8 предназначен для закрепления уравнителей и увеличения теплоотвода от токоведущих частей якоря. Уравнители 9 расположены над лобовыми частями катушек со стороны коллек­тора 5. Магнитная система 10 состоит из корпуса, щеткодержателей 6, главных 14 и до­бавочных 12 полюсов, шин и проводов.

Корпус имеет со стороны противоположной коллектору окна для выхода охлаж­дающего воздуха. Главные полюсы магнитной системы расположены по горизонтальной и вертикальной осям, а добавочные – под углом 45° к вертикальной и горизонтальной осям.

Сердечник главного полюса набран из штампованных листов низкоуглеродистой стали. Сердечник добавочного полюса изготовлен из толстолистовой стали и имеет со стороны якоря наконечники для поддержания катушки. Катушки полюсов выполнены из медных шин прямоугольного сечения, при этом катушка главного полюса двухслойная, а катушка добавочного полюса - однослойная.

Электродвигатель оборудован датчиком, частоты вращения, подающим сигнал в систему МСУ-ТП. Подсоединение электродвигателя к электрической схеме тепловоза осуществ­ляется при помощи проводов, установленных в клицах.
4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА ТЯГОВОГО РЕДУКТОРА
В данном курсовом проекте принимаем опорно-осевое подвешивание тяговых электродвигателей.

При одной и той же мощности двигателя можно получить на его валу разные значения вращающего момента в зависимости от выбранной частоты вращения якоря.

При опорно-осевом подвешивании двигателя его размеры ограничиваются расстоянием между внутренними гранями бандажей колес колесных пар и наименьшим допустимым расстоянием от корпуса двигателя к головке рельса. Для увеличения этого расстояния (и соответственно увеличения возможных габаритов двигателя), ось двигателя размещают выше оси колесной пары. Для тепловозных двигателей размер выбирают в пределах 20…40 мм.

Рисунок 4.1 – Схема опорно-осевого подвешивания ТЭД

Частота вращения тягового электродвигателя в длительном режиме работы n_н, об/мин, и соответствующая расчетная скорость тепловоза v_p связаны соотношением:
об/мин (4.1)
где   i– передаточное число тягового редуктора;

D_к – диаметр колес колесной пары по кругу катания, мм,

Передаточное число тягового редуктора определяется по формуле:

(4.2)
где D_з , d_з – соответственно диаметры делительных окружностей зубчатого колеса и шестерни;

Z_з , z_з – соответственно их число зубьев.

Рисунок 4.2 – Эскиз к определению размеров зубчатой передачи тягового редуктора


В соответствии с обозначениями на рис. 4.2:

, мм (4.3)
Необходимо, чтобы h' ≥ 120 мм, h'' = 20…25 мм.

Принимаем h' = 130 мм, h'' = 24 мм:
мм.
Величину d_з можно получить, оценив предварительно передаточное число тягового редуктора, для тепловоза 2ТЭ25К^М i= 4,7…5,3:
, мм (4.4)
Принимаем i = 5:
мм.

Номинальный момент определяют по расчетному значению силы тяги и предварительно найденному передаточному числу тягового редуктора:

, Н·м (4.5)

где с – количество тяговых электродвигателей,
Н·м.
Выбираем значение модуля зацепления m по полученному значению номинального момента, значению М_н = 6100 Н·м соответствует значение

m = 10…12 мм.

Число зубьев Z_з и z_з :
(4.6)
(4.7)


Принимаем m = 10 мм:
,
.
Уточненное передаточное отношение i:
,
.
Централь при обычно применяемой коррекции зубьев (для колеса

ε_к = 0, а для шестерни ε_к = +0,5) определяется из выражения:
, мм (4.8)
мм.
Централь при опорно-осевом подвешивании должна быть привязана к диаметру якоря двигателя (в миллиметрах), который предварительно определяют по формуле:
, мм (4.9)
где к_я = 600…675 для двигателей с изоляцией класса нагревостойкости F.

Принимаем к_я = 650:
мм.
В определенном выше диапазоне возможных значений диаметров якоря двигателя необходимо выбрать нормализованную величину, которая обеспечивает штамповку листов железа якоря с минимальными отходами, а также вписывание двигателя в определенные габариты. Нормализованный ряд диаметров якорей: 245, 280, 327, 368, 423, 493, 560, 660, 740, 850, 990 мм.

Принимаем D_я = 560 мм.

Вписывание тягового двигателя в определенные для него габариты под тепловозом проверяется условием:

, мм (4.10)
мм.
Правильность принятого значения D_я проверяют по допустимым максимальным значением окружной скорости якоря , которая достигается при максимальной (конструкционной) скорости движения локомотива:

м/с, (4.11)
где ;
м/с.
Значение входит в заданные пределы.

Определим высоту (ширину) корпуса двигателя:
, мм (4.12)
мм.
Расстояние от корпуса двигателя до головки рельса определяется по формуле:
, мм (4.13)
где x– разница высот оси колесной пары и ТЭД, х = 20…40 мм.

Принимаем x = 30 мм:
мм,
об/мин.
5 РАЗРАБОТКА СИЛОВОЙ СХЕМЫ ТЕПЛОВОЗА И СХЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ТЯГОВОГО ГЕНЕРАТОРА
Работа электрооборудования тепловоза 2ТЭ25К^М в основных режимах объясняется и иллюстрируется схемой электрической принципиальной (3ТЭ25К^М).

На тепловозе 2ТЭ25К^М применяется комплект электрооборудования, характерными отличиями которого от электрооборудования серийных тепловозов с электрической передачей переменно-постоянного тока являются:

– использование в качестве тяговых электродвигателей двигателей постоянного тока ЭД133 (ЭДУ-133УХЛ1, ДТК-417Ц) с последовательным возбуждением;

– использование комплексной микропроцессорной системы управления с функцией поосного регулирования силы тяги (МПСУ-ТП), в которой реализованы функции регулирования работы тягового и вспомогательного оборудования, управления тепловозом в зависимости от условий движения поезда, работы по системе многих единиц, бортовой диагностики узлов и агрегатов локомотива;

– применение на тепловозе электрического тормоза;

– применение на тепловозе электронного регулятора частоты вращения коленчатого вала дизеля;

– применение на тепловозе унифицированного комплекса тормозного пневматического и электропневматического оборудования.

Система МПСУ-ТП выполняет следующие основные функции:

– управление запуском и остановом дизеля;

– сборка схемы тепловоза в режимах тяги, электродинамического торможения и реостатном режиме;

– задание частоты вращения вала дизеля;

– автоматическая остановка дизеля при появлении давления в картере;

– блокировка пуска дизеля при включенном валоповоротном механизме, при снижении уровня охлаждающей жидкости, отсутствии давления масла и до окончания времени предпусковой прокачки дизеля маслом;

– снятие или уменьшение нагрузки дизеля при превышении температуры воды и масла в соответствии с техническими условиями на дизель-генератор;

– снижение мощности дизеля при отключении части тяговых электродвигателей;

– управление вентилем отключения группы топливных насосов;

– формирование внешних и нагрузочных характеристик тягового генератора, в зависимости от частоты вращения вала дизеля в соответствии с техническими условиями на дизель-генератор и тяговые двигатели;

– защита силовой выпрямительной установки от внешних и внутренних коротких замыканий;

– контроль изоляции низковольтных цепей;

– сброс нагрузки при нарушении изоляции силовых цепей;

– управление контакторами ослабления возбуждения ТЭД;

– ограничение напряжения и тока тягового генератора в соответствии с техническими условиями на тяговый генератор и тяговые электродвигатели;

– формирование характеристик электрического тормоза с учетом ограничений по току якоря, току выпрямителя и по коммутации тяговых электродвигателей;

– регулирование температуры теплоносителей дизеля в автоматическом и ручном режимах;

– управление замещением электрического тормоза пневматическим;

– обеспечение защиты от боксования и юза;

– управление автопрогревом дизеля в холодное время года;

– диагностика основного и вспомогательного оборудования тепловоза;

– отображение на дисплейном модуле сообщений о неисправностях оборудования и отклонении параметров от нормы;

– отображение на дисплейном модуле параметров основного и вспомогательного оборудования.
ТУТ БУДЕТ ЧЕРТЕЖ
Рисунок 5.1 – Силовая схема тепловоза 2ТЭ25К^М

6 РАСЧЕТ ПРИВЕДЕННОГО ОБЪЕМА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Приведенный объем якоря, см³:
, (6.1)
где L_я ­– длина сердечника якоря, см;

P_ТД – мощность ТЭД, кВт;

n_н – номинальная частота вращения якоря ТЭД, мин^-1;

α – коэффициент полюсного перекрытия;

А – линейная нагрузка якоря током, А/см;

В_δ – расчетная магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл.

Для тепловозных тяговых электродвигателей:

α = 0,67…0,72; А = 450…550 А/см; В_δ = 0,95…1,05 Тл.

Принимаем α = 0,67; А = 450 А/см; В_δ = 0,95 Тл:
см³.
Длина сердечника якоря, см:
, (6.2)
см.
Полюсное деление якоря, см:
, (6.3)
см.
Зазор под центром полюса, мм:
, (6.4)
мм.
Зазор под краем полюса, мм:
, (6.5)
мм.

7 РАСЧЕТ ОБМОТКИ ЯКОРЯ И РАЗМЕРОВ ПАЗА
Ток параллельной ветви определяется по формуле:
А , (7.1)
А.
Предварительное количество проводников обмотки якоря:
, (7.2)
.
Количество коллекторных пластин определяется из соотношения:
, (7.3)
.
Найденное количество коллекторных пластин проверяется по допустимому среднему напряжению между ними при максимальном значении напряжения на зажимах электродвигателя:
В, (7.4)
В.
Предварительный диаметр коллектора, мм:
, (7.5)
мм.
Коллекторное деление, мм:
, (7.6)
мм.
Количество пазов якоря Z выбирают по кривой (рисунок 7.1). Из условия симметрии отношение должно быть целым числом, а для уменьшения амплитуды пульсаций магнитного потока в воздушном зазоре электродвигателя – нечетным.

Рисунок 7.1 – Зависимость количества пазов якоря от его диаметра
Принимаем Z = 50.

Число коллекторных пластин на паз n_k:
, (7.7)
.
Линейная нагрузка окончательно:
А/см, (7.8)
А/см.
Для определения сечения проводника обмотки якоря следует задаться величиной фактора нагрева, который является произведением линейной нагрузки на плотность тока в проводнике (А·Δ_я):
А²/см·мм² , (7.9)
Откуда:
А/мм² (7.10)
Для тяговых двигателей тепловозов А/мм².

Принимаем Δ_я = 6 А/мм².

Площадь сечения проводника обмотки якоря, мм²:
, (7.11)
мм².
Площадь сечения проводника может быть получена комбинацией любых двух размеров: высоты h_м и ширины b_м обмоточной прямоугольной меди (мм) в соответствии с рядом линейных размеров проводников [1]. Принимаем h_м = 10 мм и b_м = 2,26 мм.

Обмотка якоря выполняется из провода 1 (рисунок 7.2) типа ПЭТВСД с эмалеволокнистой витковой изоляцией 2 двухсторонней толщины 0,45 мм.

Рисунок 7.2 – Размещение проводников и их изоляция в пазу якоря
Корпусная изоляция 3 является основной, и её толщина зависит от напряжения по отношению к корпусу машины, т.е. от максимального напряжения тягового генератора. Эта изоляция изготавливается из стеклослюдяной ленты ЛСФЧ толщиной 0,09 мм. При напряжении относительно корпуса до 750 В наматывается три слоя изоляции в полуперекрытие, и в этом случае полная двухсторонняя толщина корпусной изоляции составляет:
0,1 · 3 · 2 · 2 = 1,2 мм

Покровная изоляция 4 предназначена для защиты основной корпусной изоляции от механических повреждений. Независимо от уровня напряжения ее выполняют из стеклоленты толщиной 0,15 мм – встык.

При определении места, которое будет занято изоляцией по высоте паза, учитывается еще прокладка 6 из миканита толщиной 0,5 мм, которая укладывается на дно паза, между верхней и нижней катушками, а также между верхней катушкой и клином.

Кроме того предусматривается место для установки клина 6 по высоте 8 мм. Зазор на укладку по высоте паза принимается равным 0,18 мм, по ширине – 0,26 мм.

Таким образом, зная размеры проводников якорной обмотки и их количество, с учетом электрической изоляции одного от другого и от сердечника якоря, определяется высота h_n и ширина b_n паза:
мм;
мм.
Высота зубца принимается равной высоте паза, то есть:

h_z = h_n= 23,58 мм.
Ширина зубца якорного сердечника в основании:
, мм (7.12)
мм.
Ширина зубца на высоте 1/3h_z от его основания:
мм (7.13)
мм.

Полученные размеры указываются на эскизе:

Рисунок 7.2 – Зубчатый слой якоря и его размеры
Зубчатые шаги, мм:

а) по внешнему диаметру якоря:
(7.14)
мм;
б) по дну паза:
(7.15)
мм;
в) на 1/3 высоты паза от основания:
(7.16)
мм;
Для окончательного суждения о правильности выбранных размеров проводника и паза якоря следует определить магнитную индукцию в сечении зубца, взятом на 1/3 высоты зубца от основания. Расчетное сечение зубцов для прохождения магнитного потока, м²:
(7.17)
где k_с = 0,97 – коэффициент, учитывающий изоляцию листов пакета якоря из электрических сталей марок Э11, Э12, Э1300, Э1300А;

α – коэффициент полюсного перекрытия.
м².
Основной магнитный поток машины, Вб:
, (7.18)
где     – напряжение тягового двигателя в длительном режиме (определяется в соответствии со схемой соединения двигателей и тягового генератора), В;

= Е – электродвижущая сила (ЭДС) машины в длительном режиме, В;

n_н – частота вращения якоря в длительном режиме, об/мин.
Вб.
Магнитная индукция в сечении зубца на 1/3 высоты паза, Тл:
, (7.19)
Тл.

Сопротивление обмотки якоря при 20ºС, в Ом:
, (7.20)
где 1/57 – удельное сопротивление обмоточной меди при +20ºС;

l– длина проводника, м (l = L_я + 1/3τ);
Ом.

Сопротивление обмотки якоря при 100℃, в Ом:
, (7.21)
Ом.

8 ВЫБОР ЧИСЛА И РАЗМЕРОВ ЩЕТОК И ОПРЕДЕЛЕНИЕ

РАБОЧЕЙ ДЛИНЫ КОЛЛЕКТОРА
Число щеткодержателей принимается равным числу главных полюсов (2p_щ = 2р).

Плотность тока под щеткой в современных тепловозных двигателях выбирается в пределах Δ_щ = 11…15 А/см², принимаем Δ_щ = 13 А/см².

Площадь соприкосновения щеток одного щеткодержателя с коллектором в cм²:
(8.1)
см².
Задаваясь величиной щеточного перекрытия принимаем γ = 5 , определяем ширину щетки в см: b_щ = γ · t_k.
см.
Длина щетки в сантиметрах:
, (8.2)
где п_щ – количество щеток в одном щеткодержателе.

Обычно щетки тяговых электродвигателей имеют ширину 10; 12,5; 16; 20; 25 мм и длину 32; 40; 50 мм. Количество щеток в одном щеткодержателе выбирают в пределах п_щ = 2…4, принимаем п_щ = 3.
см = 47,5 мм
Принимаем стандартную длину щетки l_щ = 50 мм.

Полная длина коллектора в сантиметрах, см:
(8.3)
см.
Окончательно площадь соприкосновения щеток одного щеткодержателя с коллектором:
см², (8.4)
см².
А/см², (8.5)
А/см².
По условиям прочности коллектор проверяется на максимальную окружную скорость:
м/с, (8.6)
где п_max – частота вращения якоря двигателя при максимальной (конструкционной) скорости тепловоза, об/мин.
м/с.
Значение входит в заданный предел.


Заключение
В ходе выполнения курсового проекта рассчитана электрическая передача тепловоза 2ТЭ116УД. В ходе выполнения работы получены навыки расчёта передачи мощности локомотива.

В курсовом проекте определили основные параметры электрической передачи, такие как мощность генератора и расчётную скорость км/ч.

Была рассчитана и построена вольт-амперная характеристика тягового генератора. Затем определена схема подключения тяговых электродвигателей – параллельная, а также определены основные параметры тягового двигателя: его напряжение и ток. Рассчитано и определено передаточное число тягового редуктора с учётом всех ограничений по размерам и максимальной окружной скорости на шестерне редуктора. Описана и приведена силовая схема тепловоза 2ТЭ116УД. Рассчитан приведенный объём тягового электродвигателя тепловоза, см³. Рассчитана обмотка якоря ТЭД и основные размеры паза якоря.

Определена рабочая длина коллектора и выбрали необходимое число щеток,

п_щ = 3.


Список использованных источников:
1. Расчёт передачи мощности тепловоза с электрической передачей: учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта / К.А. Рябко, Н.В. Паламарчук, А.Н. Горобченко, Ю.В. Кривошея, Е.В. Рябко. – Донецк: ДОНИЖТ, 2016. – 31 с.

2. Колесник И.К. Электропередачи тепловозов на переменно-постоянном токе / И.К. Колесник, Т.Ф. Кузнецов, В.И. Липовка и др. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. – 156 с

3. Стрекопытов В.В. Электрические передачи локомотивов: Учебник для вузов ж.-д. транспорта / В.В. Стрекопытов, А.В. Грищенко, В.А. Кручек. – М.: Маршрут, 2003. – 310 с..

4. Грузовой тепловоз 2ТЭ116УД. Руководство по эксплуатации. Техническое описание. – 2012. – Ч. 1. – 154 с.

5.  Новые электрические машины локомотивов / А.В. Грищенко, Е.В. Козаченко. – М.: ГОУ «УМЦ ЖДТ», 2008. – 271 c.