Электрический подвижной состав

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

-

Курсовая работа

По дисциплине Подвижной состав железных дорог

Электрический подвижной состав



СОДЕРЖАНИЕ

1. ЦЕЛЬ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

1.1 Теоретические сведения

2. ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

2.1 Выбор электровоза - прототипа

2.2 Расчет и построение электротяговых характеристик

2.3 Расчет и построение тяговых характеристик

2.4 Расчет и построение ограничений тягового режима

2.5 Расчет напряжения на токоприемнике электровоза с учетом влияния сопротивления контактной сети

ВЫВОДЫ ПО ПРОДЕЛАННОЙ РАБОТЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ



1. ЦЕЛЬ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Углубление и закрепление теоретических знаний по расчету характеристик и параметров электроподвижного состава постоянного тока в режиме тяги и влияния на них системы тягового электроснабжения. Необходимо рассчитать электротяговые и тяговые характеристики выбранного в качестве прототипа электровоза, рассчитать и построить ограничения тягового режима, а так же выполнить исследование и анализ изменения величины напряжения в контактной сети при перемещении электровоза от одной тяговой подстанции до другой.

1.1 Теоретические сведения

Выбор электровоза-прототипа выполняется в соответствии с заданным типом тягового электродвигателя. Для этого необходимо на основании [1, таблица 15] определить серию электровоза. Электротяговые характеристики для заданного типа тягового электродвигателя выбранного электровоза-прототипа определяются в соответствии с [1, рисунки 4.104 -4.106]. Диаметр бандажа электровоза-прототипа определяют в соответствии с [1, рисунки 4.1 - 4.3], а передаточное отношение -в соответствии с [1, таблица 16]. Расчет электротяговых характеристик для заданных диаметра бандажа и передаточного отношения зубчатой передачи производят на основании выбранных электротяговых характеристик тягового электродвигателя электровоза - прототипа. В начале проектирования расчет характеристик выполняют для полного возбуждения при параллельном соединении тяговых электродвигателей. На тяговые характеристики наносят ограничения режимов работы тяговых электродвигателей по конструкционной скорости, силе тяги по сцеплению колес с рельсами и максимально допустимому току тяговых электродвигателей.

Ограничение характеристик по конструкционной скорости наносят в виде горизонтальной прямой. Величину ограничения принимают на основании технических характеристик электровоза-прототипа в соответствии с [1, таблица 15]. Ограничение по току наносят на характеристики параллельного соединения (высшей ступени регулирования напряжения) тяговых электродвигателей. При этом максимальный ток не должен превышать полуторакратный часовой ток тяговых электродвигателей. Часовой ток тяговых электродвигателей определяется в соответствии с [1, рисунки 4.104 - 4.106].

Систему электроснабжения электрических железных дорог выполняют так, чтобы максимально снизить потери напряжения в контактной сети и, следовательно, обеспечить максимум реализации мощности электровоза. Уровень напряжения в тяговой сети в значительной степени зависит от схемы питания и секционирования контактной сети.

Для анализа величины падения напряжения в контактной сети при различных структурных схемах питания принимаются следующие допущения:

-внутреннее электрическое сопротивление электровоза мало и им пренебрегают, то есть суммарная электродвижущая сила тяговых электродвигателей равна напряжению на токоприемнике электровоза;

-сопротивление рельсовой цепи, а так же питающих линий, ввиду их малой величины, равно нулю;

-удельное сопротивление одного километра контактной сети известно;

-напряжение на выходах обоих тяговых подстанций одинаково и составляет для электроподвижного состава магистральных железных дорог 3300 В.

Контактная сеть электрических железных дорог состоит из опорных и поддерживающих конструкций. К последним подвешены несущий трос, контактные, вспомогательные и несущие провода. Несущий трос в контактной сети применяют либо медный марки М-120 или М-95, либо биметаллический (сталемедный или сталеалюминевый) марки ПБСМ-1-70, ПБСМ-2-70, ПБСМ-1-95 и ПБСМ-2-95. У проводов ПБСМ-1 толщина медной оболочки составляет 10% от радиуса, а у проводов ПБСМ-2 только 7 % от радиуса. Поэтому электрическое сопротивление у проводов ПБСМ-2 несколько больше, чем у ПБСМ-1. Контактные провода используют марки МФ (медь фасонная) с различной площадью поперечного сечения. По условиям токосъёма, на линиях постоянного тока, подвешивают два контактных провода. При двойной цепной подвеске подвешивают вспомогательный провод чех же марок, что и контактный провод. В тех случаях, когда необходимая проводимость недостаточна, подвешивают усиливающие провода марок А-120, А-150 или А-185.



2. ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

2.1 Выбор электровоза - прототипа

По указанному типу тягового электродвигателя (НБ-406) выбираем электровоз постоянного тока ВЛ8^м, у которого диаметр бандажа D₀=1200 мм, передаточное соотношение зубчатой передачи µ=3.9, нагрузка на ось колесной пары p₀= 22.5 т.

2.2. Расчет и построение электротяговых характеристик.

Расчет электротяговых характеристик по заданным значениям диаметра бандажа колесных пар и передаточного отношения зубчатой передачи проводим для полного возбуждения при параллельном П соединении тяговых электродвигателей (см. рис. 2.1).

Рисунок 2.1 - Упрощенная схема соединения тяговых двигателей при параллельном соединении.

Рассчитываем скорость движения электровоза при П соединении тяговых двигателей, по формуле[2, (3.1)]:

, (2.1)

где - скорость движения электровоза при П соединении тяговых двигателей, км/ч;

=1270 мм - заданный диаметр бандажа, мм;

µ=3,78- заданное передаточное соотношение зубчатой передачи;

- скорость электровоза-прототипа на параллельном соединении тяговых двигателей[1, рис. 4.104], км/ч;

Рассчитываем силу тяги двигателя для заданных D и µ, по формуле [2, (3.2)]:

, (2.2)

где F_кд0- сила тяги двигателя электровоза - прототипа[1, рис. 4.104], кгс;

F_кд - сила тяги двигателя расчетного электровоза, кгс;

Таблица 2.1 - Результаты расчета электротяговых характеристик.

Iд, А	Vп0, км/ч	Vп, км/ч	Fкд 0, кгс	Fкд, кгс
68	100,0	109.2	250	250
80	89,5	97.7	360	350
90	82,0	89.5	470	450
100	77,0	84.1	580	550
140	63,0	68.8	1050	950
150	60,9	66.5	1180	1100
175	56,7	61.9	1510	1400
200	53,7	58.6	1840	1700
210	52,7	57.5	1970	1800
Iд, А	Vп0, км/ч	Vп, км/ч	Fкд 0, кгс	Fкд, кгс
250	49,6	54.2	2520	2300
300	46,3	50.6	3230	2950
340	44,3	48.4	3790	3500
350	43,8	47.8	3960	3650
380	42,6	46.5	4420	4048
400	41,9	45.8	4720	4300
450	40,4	44.1	5490	5050
500	39,0	42.6	6270	5750
550	37,8	41.3	7090	6500
600	36,8	40.2	7940	7250

Рисунок 2.2 - Упрощенная схема соединения тяговых двигателей при сериесно-параллельном СП соединении.



Рисунок 2.3 - Упрощенная схема соединения тяговых двигателей при сериесном С соединении.

Рассчитываем значения скоростей при сериесном и сериесно-параллельном соединении тяговых электродвигателей (см. рис. 2.2 и рис. 2.3), для этого используем приближенные формулы [2, (3.3),(3.4)]:

, (2.3)

,(2.4)

где - значение скорости на параллельном соединении тяговых двигателей, км/ч;

= 1500 В - номинальное напряжение на тяговом двигателе при параллельном соединении, В;

Значения напряжения на С и СП соединениях, и соответственно, рассчитываются по следующим формулам [2, (3.5),(3.6)]:

(2.5)

(2.6)

где = 3000 В - номинальное напряжение в контактной сети;

n_c и n_сп - количество двигателей включенных последовательно на С и СП соединениях соответственно.

Таблица 2.2 - Результаты расчета электротяговых характеристик для С и СП соединений.

Iд, А	Vп, км/ч	Vс, км/ч	Vсп, км/ч
68	109.2	18.2	54.6
80	97.7	16.3	48.9
90	89.5	14.9	44.8
100	84.1	14	42
140	68.8	11.5	34.4
150	66.5	11.1	33.3
175	61.9	10.3	31
200	58.6	9.8	29.3
210	57.5	9.6	28.8
250	54.2	9	27.1
300	50.6	8.4	25.3
340	48.4	8.1	24.2
350	47.8	8.0	24
380	46.5	7.8	23.3
400	45.8	7.6	22.9
450	44.1	7.4	22.1
500	42.6	7.1	21.3
550	41.3	6.9	20.6
600	40.2	6.7	20.1

По данным таблицы 2.1 и таблицы 2.2 строим графики зависимостейи для С, СП, П соединений двигателей (см. ПРИЛОЖЕНИЕ 1).

Для расчета электротяговых характеристик в режимах ослабления возбуждения необходимо рассчитать коэффициент ослабления возбуждения на каждой из четырех принятых ступеней регулирования, для этого пользуемся формулой [2, (3.7)]:

, (2.7)

где - коэффициент ослабления возбуждения n-ой ступени;

=0,79 - коэффициент ослабления возбуждения для первой ступени.

Далее,по полученным значениям , производим расчет электротяговых характеристик для П соединения тяговых двигателей при движении в режимах ослабления возбуждения, по формулам:

, (2.8)

где -ток тягового двигателя при ослаблении возбуждения, А;

- ток тягового двигателя при полном возбуждении, А;

При этом скорость движения электровоза с полным возбуждением тяговых двигателей должна равняться скорости электровоза с ослабленным возбуждением тяговых двигателей.

, (2.9)

где - сила тяги двигателя при ослаблении возбуждения, кгс;

- сила тяги двигателя при полном возбуждении, кгс;

Таблица 2.3 - Результаты расчета электротяговых характеристик для режимов ослабления возбуждения.

v, км/ч	впв= 1	в1 = 0,79	в2 = 0,63	в3 = 0,49	в4 = 0,39
	Iпв, А	Fкд пв, кгс	Iов1, А	Fкд ов1, кгс	Iов2, А	Fкд ов2, кгс	Iов3, А	Fкд ов3, кгс	Iов4, А	Fкд ов4, кгс
109.2	68	250	85	300	110	350	140	450	175	600
97.7	80	350	100	400	125	500	165	650	205	850
89.5	90	450	115	550	145	700	185	900	230	1100
84.1	100	550	125	650	160	850	205	1100	255	1350
68.8	140	950	175	1200	220	1500	285	1950	360	2450
66.5	150	1100	190	1350	240	1700	305	2200	385	2800
61.9	175	1400	220	1750	280	2200	360	2800	450	3550
58.6	200	1700	255	2150	315	2700	410	3450	515	4300
57.5	210	1800	265	2300	330	2850	430	3700	540	4650
54.2	250	2300	315	2900	400	3650	510	4700	640	5900
50.6	300	2950	380	3750	475	4700	610	6050	770	7600
48.4	340	3500	430	4400	540	5500	695	7100	870	8900
47.8	350	3650	445	4600	555	5750	715	7400	900	9300
46.5	380	4048	480	5100	600	6400	775	8250	975	10400
45.8	400	4300	505	5450	635	6850	815	8800	1025	11100
44.1	450	5050	570	6350	715	8000	920	10250	1155	12900
42.6	500	5750	635	7250	795	9100	1020	11700	1280	14700
41.3	550	6500	695	8200	870	10300	1120	13250	1410	16650
40.2	600	7250	760	9200	950	11550	1225	14850	1540	18650

По данным таблицы 2.3 строим графики зависимостей и в одних координатных осях вместеи (см. ПРИЛОЖЕНИЕ 1).

2.3 Расчет и построение тяговых характеристик.

Тяговые характеристики электровоза рассчитываем для С и СП соединений тяговых двигателей на полном возбуждении, и всех степеней регулирования ослабления возбуждения на П соединении тяговых двигателей, по формуле [2, (3.8)]:

, (2.10)

где-заданное количество осей на электровозе;



Таблица 2.4 - Результаты расчета тяговых характеристик электровоза 2Э7К.

ПП	ОП1 в1 =0,79	ОП2 в2 =0,63	ОП3 в3 =0,49
Fк, кгс	v, км/ч	Fк, кгс	v, км/ч	Fк, кгс	v, км/ч	Fк, кгс	v, км/ч
	С	СП	П		П		П		П
2750	18.2	54.6	109.2	3500	109.2	4350	109.2	5600	109.2
3950	16.3	48.9	97.7	5000	97.7	6300	97.7	8100	97.7
5150	14.9	44.8	89.5	6550	89.5	8200	89.5	10550	89.5
6350	14	42	84.1	8050	84.1	10100	84.1	13000	84.1
11550	11.5	34.4	68.8	14600	68.8	18300	68.8	23550	68.8
12950	11.1	33.3	66.5	16400	66.5	20600	66.5	26450	66.5
16600	10.3	31	61.9	21000	61.9	26350	61.9	33850	61.9
20200	9.8	29.3	58.6	25600	58.6	32100	58.6	41250	58.6
21650	9.6	28.8	57.5	27400	57.5	34350	57.5	44200	57.5
27700	9	27.1	54.2	35050	54.2	43950	54.2	56500	54.2
35500	8.4	25.3	50.6	44950	50.6	56350	50.6	72450	50.6
41650	8.1	24.2	48.4	52750	48.4	66100	48.4	85000	48.4
43500	8.0	24	47.8	55100	47.8	69100	47.8	88800	47.8
48550	7.8	23.3	46.5	61500	46.5	77100	46.5	99150	46.5
51850	7.6	22.9	45.8	65650	45.8	82350	45.8	105850	45.8
60350	7.4	22.1	44.1	76350	44.1	95750	44.1	123150	44.1
68900	7.1	21.3	42.6	87200	42.6	109350	42.6	140600	42.6
77900	6.9	20.6	41.3	98600	41.3	123700	41.3	159000	41.3
87250	6.7	20.1	40.2	110450	40.2	138500	40.2	178100	40.2

По данным таблицы 2.4 строим графики зависимости (см. ПРИЛОЖЕНИЕ 2).

2.4 Расчет и построение ограничений тягового режима

Ограничение по максимальной скорости 100 км/ч, это ограничение по конструкционной скорости электровоза-прототипа ВЛ8^м. Откладываем горизонтальную прямую, соответствующую 100 км/ч, на оси скорости (см. ПРИЛОЖЕНИЕ 1).

Для построения ограничения режимов работы тяговых двигателей по сцеплению колес с рельсами определяем силу сцепления , по формуле [2, (3.9)]: электротяговой подстанция тяговой подвижной

, (2.11)

где =25 т. - заданная нагрузка на ось, т;

- расчетный коэффициент сцепления колеса с рельсами.

Расчетный коэффициент сцепления с рельсами колес является функцией скорости. Расчет осуществляют на основании формулы [1, (94)]:

, (2.12)

Таблица 2.5 - Результаты расчета ограничения по сцеплению.

vп, км/ч	шк	Fксц, кгс
0	0.33	99000
5	0.29	87000
10	0.277	83000
20	0.266	79800
30	0.26	78429
40	0.259	77667
50	0.257	77182
60	0.256	76846
70	0.255	76600

Для определения величины тока, соответствующей ограничению по току,воспользуемся формулой:

, (2.13)

где =380А- ток часового режима работы тягового электродвигателя НБ-406, А;

Далее, строим ограничение по сцеплению по данным таблицы 2.5, зависимость , и ограничение по максимальному току (см. ПРИЛОЖЕНИЕ 2). Чтобы построить ограничение по току на тяговых характеристиках, отмечаем точки пересечения ограничения по току на электротяговых характеристиках с зависимостью на П соединении тяговых двигателей и всех ее ступенях ослабления возбуждения на том же соединении, сопоставляем точки пересечения со скоростью, затем откладываем полученные скорости на тяговых характеристиках и отмечаем точки пересечения на соответствующих графиках.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.1 - Пояснение к построению ограничений тягового режима.

2.5 Расчет напряжения на токоприемнике электровоза с учетом влияния сопротивления контактной сети

Определяем удельное сопротивление 1 км контактной сети, по формуле [2, (3.11)]:

, (2.14)

где ,,,- удельные сопротивления соответственно контактного, вспомогательного проводов, несущего троса, усиливающего провода, Ом/км;

В контактной сети постоянного тока используют два контактных провода и вспомогательный провод той же марки, что и контактный.

Таблица 2.6 - Удельное сопротивление заданных проводов.

Марка провода и вид	, Ом/км
МФ-85 контактный	0,210
ПБСМ--2--95 несущий трос	0,678
А--150 усиливающий	0,21

= 0,049 Ом/км

Рассчитываем ток электровоза , по формуле:

(2.15)

где=340 А- ток длительного режима работы одного тягового двигателя электровоза-прототипа;

= 6 - число параллельных ветвей тяговых двигателей на параллельном соединении;

Составляем эквивалентные электрические схемы замещения двухпутных участков пути для составления формул расчета эквивалентного сопротивления контактной сети, при следовании электровоза от первой тяговой подстанции ТП1до второй тяговой подстанции ТП2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.2 - Эквивалентная схема замещения для случая двухстороннего питания контактной сети на двухпутном участке пути при движении электровоза от ТП1 к ПС.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.3 - Эквивалентная схема замещения для случая двухстороннего питания контактной сети при следовании электровоза по двухпутному участку пути от ПС до ТП2.

На основании схем рис. 2.2 и рис. 2.3 составляем формулы для расчета эквивалентного сопротивления контактной сети, при следовании электровоза по участку от ТП1 до ТП2:

, (2.16)

, (2.17)

где ,- расстояния, соответственно от ТП1 до ПС и от ПС до ТП2, км;

- расстояние от ТП1 до электровоза, км;

,-сопротивление контактной сети при следовании электровоза, соответственно по первому и по второму участкам, Ом;

Таблица 2.7 - Результаты расчета эквивалентного сопротивления контактной сети.

, км	, Ом	, км	, Ом
0	0	13	0.121
1	0.046	14	0.136
2	0.086	15	0.142
3	0.12	16	0.139
4	0.147	17	0.128
5	0.169	18	0.109
6	0.184	19	0.081
7	0.193	20	0.045
8	0.197	21	0
9	0.194	-	-
10	0.185	-	-
11	0.17	-	-
12	0.149	-	-
13	0.121	-	-

Рассчитываем падение напряжения на токоприемнике электровозаU, по формуле [2, (3.10)]:

, (2.18)

где=3300В - напряжение на выходе из тяговой подстанции;

Таблица 2.8 - Результаты расчетаизменения напряжения на токоприемнике электровоза при движении его от ТП1 до ТП2.

, км	, В	, км	, В
0	3209	13	3052
1	3206	14	3023
2	3125	15	3011
3	3056	16	3016
4	3000	17	3038
5	2956	18	3078
6	2924	19	3135
7	2905	20	3206
8	2899	21	3209
9	2905	-	-
10	2923	-	-
11	2954	-	-
12	2997	-	-
13	3052	-	-

По данным табл. 2.7 и табл. 2.8 строим график падения напряжения на токоприемнике электровоза (см. ПРИЛОЖЕНИЕ 4) и график изменения эквивалентного сопротивления контактной сети, в зависимости от расстояния до тяговых подстанций и ПС (см. ПРИЛОЖЕНИЕ 3).



ВЫВОДЫ ПО ПРОДЕЛАННОЙ РАБОТЕ

Произвели расчет и построение электротяговых характеристик тягового двигателя НБ-406, тяговых характеристик расчетного электровоза 2Э7К, ограничений тяговых характеристик по максимальному току двигателей, по конструкционной скорости и по силе сцепления колеса с рельсом. Причем, ограничение тягового режима по сцеплению и по максимальному току получили комбинированным, т.е. максимальная сила тяги электровоза определяется и силой сцепления и максимальным током.

Произвели расчет и построение графика падения напряжения на токоприемнике электровоза, в зависимости от сопротивления контактной сети, при следовании электровоза от одной тяговой подстанции до другой по двухпутному участку пути. По итогам расчетов получили следующие данные: минимальное напряжение на токоприемнике электровоза 2899 В достигается при следовании его по первому участку от ТП1 до ПС, напряжение падает ниже номинального равного 3000 В.



СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Правила тяговых расчетов для поездной работы. -- М.: Транспорт, 1985.-- 287 с.

2. Скребков А.В., Чуверин Ю.Ю. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Подвижной состав железных дорог» раздел «Электрический подвижной состав». -- М.: МИИТ, 2012.-- 18 с.

Размещено на Allbest.ru