Тяговые двигатели

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 1. Исходные данные

R м	Dк м	Lдв м	Lнер м	mкп т	mк т	mя т	Jк т•м2	Jя т•м2	u	Pосн кН	Vmax км/ч	ж кН/м	h, м
0.45	1.2	1.18	2.5	3	3.6	1.48	2	0.06	4.45	240	110	2650	0.02

Где R - радиус делительной окружности большого зубчатого колеса, м;

Dк - диаметр круга катания движущего колеса, м;

Lдв - база тягового двигателя, м;

Lнep - длина неровности, м;

mкп, mк, mя - массы неподрессоренных частей колесной пары, т; корпуса тягового двигателя, т; и его якоря т;

Jк, Jя -соответственно, моменты инерции корпуса тягового двигателя и его якоря, при их повороте относительно оси вала якоря, т • м2

u - передаточное число редуктора

P осн - статическое давление колесной пары на путь, кН

Vтax -максимальная скорость движения ЭПС, км/ч

ж - коэффициент жесткости рессорного подвешивания, отнесенный к одной колесной паре; кН/м;

h- глубина неровности, м

тяговый двигатель привод узел электровоз

Рис. 1. Схема тягового привода первого класса

Условные обозначения, указанные на рис. 1:

1 - ось колесной пары;

2 - движущее колесо;

3 - зубчатое колесо;

4 - шестерня редуктора;

5 - кожух редуктора;

6 - тяговый двигатель;

7 - моторно-осевой подшипник;

8 - боковина рамы тележки;

9 - поперечное крепление рамы тележки;

10 - упругий подвесной аппарат тягового двигателя;

11 - кронштейн поперечного крепления рамы тележки;

12 - буксовый узел;

13 - рессорное подвешивание;

14 - вал якоря ТЭД.

Кратко опишем функции каждого узла:

1. Ось колесной пары служит для передачи вращающего момента от зубчатого колеса движущему колесу, а также, в некоторых случаях, для опирания на неё ТЭД;

2. Движущие колёса служат для восприятия давления от веса подвижного состава, передачи его на рельсы и направления движения поезда;

3. Зубчатое колесо непосредственно участвует в передаче вращающего момента;

4. Шестерня редуктора как и зубчатое колесо участвует в передаче вращающего момента от ТЭД к колесу;

5. Кожух редуктора защищает его от внешней среды и является масляной ванной;

6. Тяговый двигатель преобразует электрическую энергию, получаемую из сети, в механическую, передаваемую с вала двигателя на колёсную пару электровоза;

7. Моторно-осевой подшипник предназначен для опирания ТЭД на ось колёсной пары;

8. Боковина рамы тележки обеспечивает передачу всех вертикальных, продольных и поперечных сил между кузовом и колёсными парами, а также передачу сил тяги и торможения;

9. Поперечное крепление рамы тележки обеспечивает жёсткость рамы тележки;

10. Упругий подвесной аппарат тягового двигателя служит для уменьшения ударных воздействий на ТЭД и раму тележки;

11. Кронштейн поперечного крепления рамы тележки предназначен для опирания на него ТЭД;

12. Буксовый узел обеспечивает передачу продольных и поперечных сил от колёсной пары к кузову в условиях их взаимных перемещений;

13. Рессорное подвешивание снижение воздействия вибраций на кузов;

14. Вал якоря ТЭД служит для передачи вращающего момента на ось колёсной пары.

Силы, возникающие в приводе первого класса при работе тягового двигателя

При выбранном направлении движения (рис. 2) в зацеплении на зубцы зубчатого колеса со стороны шестерни будет действовать вертикальная сила Z, направленная вниз (рис. 3). Приведем ее к центру оси колесной пары, приложив здесь две равные и противоположно направленные силы Z.

Рис. 2	Рис. 3

В результате действие силы Z в зацеплении может быть представлено как сумма действий двух силовых факторов: вращающего момента колесной пары Mкп = Z.R и вертикальной силы Z, приложенной к оси колесной пары в плоскости зубчатого колеса. Направление этой силы зависит от направления движения локомотива. В рассматриваемом нами случае двигатель находится перед осью и сила Z направлена вниз. При изменении направления движения двигатель будет расположен за осью и сила Z изменит свое направление на противоположное. В первом случае она увеличивает неподрессоренный вес колесной пары, а во втором - уменьшает, оказывая тем самым влияние на динамические качества локомотива, в частности на использование его сцепного веса.

Вращающий момент Mкп = Z.R удобно выразить через касательную силу тяги:

. (1.1)

Вертикальная сила Z, приложенная к оси колесной пары в плоскости зубчатого колеса, рассчитывается по формуле:

кН. (1.2)

Рассчитаем силу Z для трех режимов движения электровоза ВЛ10:

	V=0	V=Vp=46,7 км/ч	V=Vmax=110км/ч
Fкп, кгс	62600	46000	9100
Мкп, Н·м	375600	276000	54600
Z, Н	834667	613333	121333

Рассмотрим силы, действующие на корпус тягового двигателя.

При принятом нами направлении движения на зубцы шестерни, сидящей на валу якоря, со стороны зубцов зубчатого колеса действует вертикальная реакция, равная по величине силе Z, но направленная вверх (рис. 4).

Рис. 4

Приведем ее к центру вала якоря, приложив здесь две равные и противоположно направленные силы Z. Получаем пару сил с моментом и вертикальную силу Z, приложенную к валу якоря и передающуюся на корпус двигателя через якорные подшипники (см. рис. 4).

Силу Z можно представить в виде двух составляющих К и Р, соответственно разгружающих колесную пару и подвесной аппарат, причем

кН, (1.3)

где r - радиус шестерни, м.

 (1.4)

м

м (1.5)

Сила К приложена к оси колесной пары в месте установки моторно-осевых подшипников.

Рассчитаем силу К для трех режимов движения электровоза ВЛ10:

V=0; Н

Vр=46,7км/ч; Н

Vmax=110 км/ч; Н

Определим Р:

, кН. (1.6)

(1,7)

Рассчитаем силу Р для трех режимов движения электровоза ВЛ10:

V=0; Н

Vр=46,7км/ч; Н

Vmax=110 км/ч; Н

Сила Р приложена к поперечному креплению рамы тележки в месте установки подвесного аппарата. Кроме указанных выше вертикальных сил, со стороны корпуса двигателя через моторно-осевые подшипники и подвесной аппарат на ось колесной пары и поперечное крепление рамы тележки передается реактивный вращающий момент

.

Этот момент можно представить в виде пары сил (рис. 5).

Рис. 5

кН. (1.8)

Рассчитаем силу Р1 для трех режимов движения электровоза ВЛ10:

V=0; Н

Vр=46,7 км/ч; Н

Vmax=110 км/ч; Н

В результате на ось колесной пары действует вертикальная сила

кН, (1.9)

где Dк - диаметр круга катания движущего колеса, м;

Lдв - база тягового двигателя, м;

Fкп - сила тяги, реализуемая одной движущей колесной парой, кН.

Рассчитаем силу Р1 для трех режимов движения электровоза

V=0; Н

Vр=46,7 км/ч; Н

Vmax=110 км/ч; Н

Рассмотрим силы, действующие на подрессоренную часть при работе одного двигателя (рис. 6).

Из рис. 6 видно, что на раму тележки действует опрокидывающий момент , равный сумме моментов:

, кН, (1.10)

Н - расстояние от головки рельса до оси автосцепки; Н=1,06 м

 Н·м

Н·м

Н·м

и вертикальная сила Т, расположенная над осью. Эти силовые факторы вызывают поворот рамы тележки и ее вертикальное смещение, что ведет к дополнительному прогибу рессорных комплектов и изменению давлений колесных пар на путь. Этим самым привод I класса оказывает влияние на использование сцепного веса локомотива.

Рис. 6

Результаты расчета по формулам (1.1), (1.2), (1.5), (1.7), (1.8), (1.9), (1.10) сведены в табл. 2.

Таблица 2

	формула	V=0	V=Vp=46,7 км/ч	V=Vmax=110км/ч
Fкп, кгс		62600	46000	9100
Мкп, Н·м	(1.1)	375600	276000	54600
Z, Н	(1.2)	834667	613333	121333
К, Н	(1.5)	444832	326873	64664
Р, Н	(1.7)	389834	286460	56669
Р1, Н	(1.8)	71529	52561	10398
Т, Н	(1.9)	318305	233900	46271
Мопр, Н·м	(1.10)	663560	487600	96460

Динамика привода I класса

Рассмотрим случай набегания колесной пары на неровность, текущая координата которой может быть описана выражением

(2.1)

где h - глубина неровности, м;

щ=2•р•V/Lнер (2.2)

- угловая частота вертикальных перемещений колесной пары при прохождении неровности длиной Lн (м) с поступательной скоростью V (м/с)

щ0 =2рVo/Lнep =2•3,14•0/(4•3.6)= 0 с-1

щр = 2рVр / Lнep = 2•3,14•46,7 /(2,5•3,6) = 32,6 с-1

щmах =2рVmах /Lнep = 2•3,14•110/(2,5•3,6)= 76,8 с-1

3,6 - коэффициент перевода км/ч>м/с

(2.3)

- ускорение вертикального перемещения; м/с2.

Ускорение имеет максимальное положительное значение при t=0, и минимальное отрицательное значение при



Рис. 7

I. Рассмотрим поворот корпуса двигателя на угол бдв относительно оси подвесного аппарата (т.А). Нетрудно видеть, что

, рад. (2.4)

Этот поворот можно рассматривать как результат двух движений:

вертикального поступательного перемещения центра тяжести двигателя на величину

, м; (2.5)

м;

с ускорением:

, (2.6)

 (2.7)

где , м/с2; (2.8)

угол поворота корпуса двигателя относительно центра его вала на угол

с ускорением , м/с2.

В результате первого (поступательного) перемещения корпуса двигателя возникает вертикальная сила инерции , которая распределится между осью колесной пары и подвесным аппаратом (рис. 8) в виде сил Р?1 и Р?2 , соответственно равных:

кН; (2.9)

, кН. (2.10)

Рис. 8

Эти силы соответственно догружают колесную пару в местах установки моторно-осевых подшипников и раму тележки через подвесной аппарат.

Рис. 9

В результате второго (вращательного) движения корпуса двигателя относительно оси вала якоря тяговый двигатель будет испытывать действие момента сил инерции (рис. 9), в результате которого к оси колесной пары и раме тележки будут приложены две равные по величине, но противоположные по направлению вертикальные силы:

кН. (2.11)

При этом сила «догружает» колесную пару через моторно-осевые подшипники, а «разгружает» раму тележки через подвесной аппарат.

Рис. 10

II. При вертикальном перемещении колесной пары на величину Zнер на такую же величину перемещается центр зубчатого колеса, а вместе с ним и точка зацепления (рис. 10).

Центр шестерни (вала якоря) при этом перемещается вертикально на величину Zдв.

В результате центр колеса перемещается относительно центра шестерни (вала якоря) на величину

Z = Zнер - Zдв.

Это ведет к перекатыванию шестерни по зубчатому колесу и повороту якоря на угол бя.

А так как точка зацепления является общей для шестерни и зубчатого колеса, то

(2.12)

Отсюда следует, что

(2.13)

где - передаточное число редуктора.

Следовательно,

. (2.14)

Поворот якоря на угол бя с угловым ускорением возможен лишь под действием вертикальной динамической силы Zд, действующей на зубцы шестерни со стороны зубцов зубчатого колеса в направлении «вверх» (рис. 11). Приведя силу к центру вала якоря, получаем динамический момент с парой сил и вертикальную силу , действующую на корпус двигателя в направлении «вверх».

Рис. 11

Найденная сила , приложенная к корпусу двигателя через якорные подшипники, распределяется между колесной парой и подвесным аппаратом (рис. 12) в виде сил и .

Рис. 12

Эти силы соответственно равны:

, кН. (2.15)

передается от корпуса двигателя через моторно-осевые подшипники на ось колесной пары, разгружая ее.

кН. (2.16)

передается от корпуса двигателя через подвесной аппарат на раму тележки, разгружая ее.

III. При вертикальном перемещении колесной пары вверх на величину Zнер на зубцы зубчатого колеса действует динамическая сила как реакция со стороны шестерни.

Результатом этого воздействия является динамический момент (рис. 13), приложенный к оси колесной пары в плоскости зубчатого колеса и направленный встречно тяговому моменту .

Таким образом, результирующий момент на оси колесной пары будет иметь переменную составляющую, определяемую формой неровности («бугор», «яма»).



Рис. 13

Кроме того, на ось колесной пары в плоскости зубчатого колеса действует вертикальная динамическая переменная сила , влияющая на суммарную динамическую нагрузку колесной пары на путь, при прохождении ею неровности Zнер (рис. 14).

В результате движения колесной пары с опорно-осевым приводом по вертикальной неровности пути Zнер со стороны колесной пары на путь будет действовать динамическая нагрузка (рис. 14):

кН. (2.17)

Рис. 14

После подстановки и соответствующих преобразований получим:

.

так как , то динамическая составляющая полного вертикального давления опорно-осевого тягового привода на путь определяется следующим выражением:

, (2.18)

Полное давление на путь колесной пары с опорно-осевым тяговым приводом:

Pполн = (Рдин + Рст), (2.19)

где Pст - статическое давление колесной пары на путь, кН.

Со стороны двигателя на поперечное крепление рамы тележки через подвесной аппарат передается динамическая вертикальная сила:

 (2.20)

Расчеты по формулам (2.2), (2.3), (2.18), (2.19), (2.20) оформим таблицей 3.

Таблица 3

формула	V=0	V=Vp=46,7 км/ч	V=Vmax=110км/ч
Fкп, кгс	тяг. характ.	62600	46000	9100
щ=2•р•V/Lнер	(2.2)	6.98	32.6	76.79
	(2.3)	0.487	10.628	58.967
Рдин, Н	(2.18)	57.1	142.53	549.74
Pполн = (Рдин + Рст)	(2.19)	297.1	382.53	789.74
Р?2, кН		0.616	13.444	74.593
Р??2, кН	(2.11)	0.700	15.266	84.700
Р???2, кН	(2.16)	0.623	13.603	75.472
	(2.20)

Причины появления и развития

При движении подвижного состава вследствие ряда причин (главным образом из-за разности в диаметрах кругов катания колесной пары) возникает периодическое проскальзывание колес, что вызывает сдвиги или повышенное истирание верхних слоев металла в местах проскальзывания и образование коротких неровностей.

Способ выявления

Внешний осмотр, проверка измерительными приборами.

Указания по эксплуатации

Рельсы с глубиной рифлей более 1 мм при измерении на базе 1 м являются дефектными. Для устранения рифлей производится профилактическая шлифовка поверхности головки рельсов рельсошлифовальным поездом с периодичностью по утвержденному графику. До проведения шлифовки или замены рельсов в плановом порядке при глубине рифлей от 1 до 1,5 мм скорость движения не должна превышать 140 км/ч, от 1,5 до 2 мм - 100 км/ч, от 2 до 3 мм - 70 км/ч.

Рельсы с глубиной волны более 3 мм подлежат замене в первоочередном порядке. До их замены скорость движения не должна быть более 40 км/ч.

Причины появления и развития

Волнообразная деформация головки (длиной 25-150 см), как правило, возникает при прокатке и правке рельсов на комбинатах вследствие вибрации прокатной клети, биения валков и других причин, а в эксплуатации происходит дальнейшее развитие первоначальных дефектов и образование волнообразных неровностей.

Способ выявления

Внешний осмотр, измерение рельсоизмерительными тележками.

Указания по эксплуатации рельса

Рельсы с глубиной волны более 1 мм при измерении на базе 1 м являются дефектными и подлежат шлифовке рельсошлифовальным поездом с периодичностью по утвержденному графику.

До проведения шлифовальных работ или плановой замены по рельсам с глубиной волны от 1 до 1,5 мм скорость движения не должна превышать 140 км/ч, от 1,5 до 2 мм - 100 км/ч, от 2 до 3 мм - 70 км/ч.

Рельсы с глубиной волны более 3 мм подлежат замене в первоочередном порядке. До их замены скорость движения не должна превышать 40 км/ч.

Размещено на Allbest.ru