Электрический подвижной состав - файл n1.docx

Электрический подвижной состав
Скачать все файлы (351.3 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.docx352kb.01.04.2014 06:32скачать

n1.docx







ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО




ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА




МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ




ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МГУПС (МИИТ))




Кафедра «Электрическая тяга»




КУРСОВАЯ РАБОТА




по дисциплине




ПОДВИЖОЙ СОСТАВ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ




раздел




ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ




Выполнил студент группы ТПЭ-212




____________ /********/

подпись

Принял доцент




____________ /*********/

подпись




Москва 2012
СОДЕРЖАНИЕ

стр.

1. ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………...4

1.1. Цель курсовой работы……………………………………………….4

1.2. Теоретические сведения……………………………………………..4

2. ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ……………………………………………..7

2.1. Выбор электровоза – прототипа…………………………………….7

2.2. Расчет и построение электротяговых характеристик……………...7

2.3. Расчет и построение тяговых характеристик……………………..14

2.4. Расчет и построение ограничений тягового режима……………..16

2.5. Расчет напряжения на токоприемнике электровоза с учетом влияния сопротивления контактной сети…………………...........................18

3. ВЫВОДЫ ПО ПРОДЕЛАННОЙ РАБОТЕ………………………………...23

4. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………….............24

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 …………………………………………………………...25

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 …………………………………………………………...26

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 …………………………………………………………...27

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 …………………………………………………………...28

1.ВВЕДЕНИЕ

1.1. 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.

1.2. 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 ВЛ8м, 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.

2.2.1. 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).

12.jpg

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 Fкд0– сила тяги двигателя электровоза – прототипа[1, рис. 4.104], кгс;

Fкд – 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

Продолжение таблицы 2.1

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

12.jpg

Рисунок 2.2 – Упрощенная схема соединения тяговых двигателей при сериесно-параллельном СП соединении.
сериесное.jpg
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;

nc и nсп – 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

Продолжение таблицы 2.2

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).

2.2.2. 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

?пв= 1

?1 = 0,79

?2 = 0,63

?3 = 0,49

?4 = 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

Продолжение таблицы 2.3

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

?1 =0,79

ОП2

?2 =0,63

ОП3

?3 =0,49

ОП4

?4 =0,39

Fк,

кгс

v,

км/ч

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

П

2750

18.2

54.6

109.2

3500

109.2

4350

109.2

5600

109.2

7050

109.2

3950

16.3

48.9

97.7

5000

97.7

6300

97.7

8100

97.7

10150

97.7

5150

14.9

44.8

89.5

6550

89.5

8200

89.5

10550

89.5

13250

89.5

6350

14

42

84.1

8050

84.1

10100

84.1

13000

84.1

16350

84.1

11550

11.5

34.4

68.8

14600

68.8

18300

68.8

23550

68.8

29600

68.8

12950

11.1

33.3

66.5

16400

66.5

20600

66.5

26450

66.5

33250

66.5

16600

10.3

31

61.9

21000

61.9

26350

61.9

33850

61.9

42550

61.9

20200

9.8

29.3

58.6

25600

58.6

32100

58.6

41250

58.6

51850

58.6

21650

9.6

28.8

57.5

27400

57.5

34350

57.5

44200

57.5

55500

57.5

27700

9

27.1

54.2

35050

54.2

43950

54.2

56500

54.2

71000

54.2

35500

8.4

25.3

50.6

44950

50.6

56350

50.6

72450

50.6

91000

50.6

41650

8.1

24.2

48.4

52750

48.4

66100

48.4

85000

48.4

106800

48.4

43500

8.0

24

47.8

55100

47.8

69100

47.8

88800

47.8

111600

47.8

48550

7.8

23.3

46.5

61500

46.5

77100

46.5

99150

46.5

124550

46.5

Продолжение таблицы 2.4

51850

7.6

22.9

45.8

65650

45.8

82350

45.8

105850

45.8

133000

45.8

60350

7.4

22.1

44.1

76350

44.1

95750

44.1

123150

44.1

154700

44.1

68900

7.1

21.3

42.6

87200

42.6

109350

42.6

140600

42.6

176700

42.6

77900

6.9

20.6

41.3

98600

41.3

123700

41.3

159000

41.3

199800

41.3

87250

6.7

20.1

40.2

110450

40.2

138500

40.2

178100

40.2

223750

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 ВЛ8м. 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)]:

, (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

?к

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.





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.



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



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).

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.

4. 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.

Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации