«Расчёт тягового электродвигателя» - Курсовая работа

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

1. РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 8

2. РАСЧЁТ ДИАМЕТРОВ ЯКОРЯ И КОЛЛЕКТОРА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 11

3. РАСЧЁТ ОБМОТКИ ЯКОРЯ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 16

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПАЗОВ И ЗУБЦОВ ЯКОРЯ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 24

5. РАСЧЁТ ДЛИНЫ ПАКЕТА СТАЛИ ЯКОРЯ И ЛОБОВЫХ ЧАСТЕЙ КАТУШКИ ЯКОРЯ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 33

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ КОЛЛЕКТОРА И ЩЁТОК ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 42

7. РАСЧЁТ КОМПЕНСАЦИОННОЙ ОБМОТКИ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 47

7.1. Определение параметров компенсационной обмотки 48

7.2. Расчёт зубцового слоя компенсационной обмотки 51

7.3. Расчёт сопротивления и массы меди компенсационной обмотки 57

8. РАСЧЁТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 58

8.1. Выбор типа магнитной цепи 58

8.2. Сердечник якоря 58

8.3. Сердечник главного полюса 59

8.4. Остов (ярмо) двигателя 63

8.5. Воздушный зазор под главными полюсами ТЭД 67

9. МАГНИТОДВИЖУЩАЯ СИЛА ОБМОТКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЛАВНОГО ПОЛЮСА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 68

9.1. Магнитодвижущая сила на стальных участках магнитной цепи 68

9.2. Магнитодвижущая сила в воздушном зазоре 71

9.3. Магнитодвижущая сила реакции якоря 72

9.4. Параметры катушки главного полюса 73

10. РАСЧЁТ КОММУТАЦИИ И ДОБАВОЧНОГО ПОЛЮСА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 80

10.1. Реактивная электродвижущая сила 81

10.2. Сердечник добавочного полюса 86

10.3. Параметры катушки добавочного полюса 89

11. РАСЧЁТ ПОТЕРЬ И КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 97

11.1. Потери в тяговом электродвигателе 98

11.2. Коэффициент полезного действия тягового электродвигателя 103

12. РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 104

12.1. Характеристика намагничивания тягового электродвигателя 105

12.2. Расчёт электромеханических характеристик тягового электродвигателя 105

13. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 121

14. ПОДВЕСКА И ПРИВОД ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 124

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 125

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 127

Введение

ВВЕДЕНИЕ

Бесперебойность и безопасность следования поездов, а также их рента-бельность являются приоритетными направлениями работы на железных дорогах, которые в основном зависят от конструкции и состояния пути и подвижного состава. В условиях широкой электрификации и высокого грузо- и пассажиропотока железных дорог важную роль играет обеспечение надёжности поездной работы электровозов. Одним из основных элементов электровоза на железных дорогах, электрифицированных на переменном токе и постоянном токе, служит коллекторный тяговый электродвигатель. К достоинствам такого двигателя можно отнести относительную простоту управлением режима работы электродвигателя, а к недостаткам коллекторного тягового электродвигателя относится низкая надёжность работы в связи с наличием коллекторно-щёточного аппарата и высокая стоимость двигателя. На надёжность работы коллекторного тягового электродвигателя большое влияние оказывает система его подвешивания. Опорно-рамное подвешивание тягового электродвигателя, применяемое на пассажирских электровозах, позволяет снизить уровень вибраций, тряски и ударов, воздействующих на элементы конструкции и двигатель, что в свою очередь значительно повышает качество работы двигателя и в целом – работы всего электровоза. Всё выше указанное определяет актуальность изу-чаемой темы.

В ГОСТ 2582-81 в качестве номинальных для электровозных тяговых электродвигателей установлены часовая и продолжительная мощности. В данном курсовом проекте расчёт выполняем для часовой мощности, именуемой в дальнейшем номинальной.

Целью данного курсового проекта является расчёт и проектирование коллекторного тягового электродвигателя пульсирующего тока опорно-рамного подвешивания.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач: во-первых, произвести расчёт основных параметров зубчатой передачи, диамет-ров якоря и коллектора проектируемого тягового электродвигателя, во-вторых, произвести расчёт обмотки якоря и определить размеры пазов и зубцов якоря, а также рассчитать длину пакета стали якоря и лобовых частей катушки якоря электродвигателя, в-третьих, определить размеры коллектора и щёток электродвигателя, в-четвёртых, произвести расчёт компенсационной обмотки и расчёт магнитной цепи проектируемого тягового электродвигателя, в-пятых, произвести расчёт магнитодвижущей силы обмотки возбуждения главного полюса, расчёт коммутации и добавочного полюса электродвигателя, в-шестых, произвести расчёт потерь и коэффициента полезного действия проектируемого тягового электродвигателя, а также расчёт и построение электромеханических ха-рактеристик и расчёт технико-экономических показателей проектируемого тягового электродвигателя, в-седьмых, вычертить эскиз зубчатой передачи двигателя, магнитной цепи двигателя, а также эскизы паза и зубца якоря и паза и зубца компенсационной обмотки на листах формата А4. По результатам проведённых расчётов в ходе выполнения курсового проекта необходимо на листах формата А1 вычертить продольный и поперечный разрезы проектируемого тягового электродвигателя.

Знания и навыки, приобретённые в ходе выполнения курсового проекта, послужат базой для проектирования более сложных по конструкции и усовершенствованных тяговых электродвигателей, используемых на современных электровоз

Выдержка из текста работы

1. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

Передаточное отношение тяговой зубчатой передачи

, (1.1)

где: и - диаметры делительных окружностей зубчатого колеса и шестерни, мм; Z и z - числа их зубьев соответственно.

Желательно иметь  возможно большим, так как при этом будет наиболь-шая частота вращения якоря, наименьший вращающий момент и, следовательно, оптимальные размеры и минимальная масса двигателя.

1.1 Расчёт диаметра делительной окружности зубчатого колеса

Диаметр делительной окружности зубчатого колеса, мм:

, (1.2)

где: Dб - диаметр бандажа колеса электровоза по кругу катания, мм; b > 120 мм - зазор между кожухом зубчатой передачи и головкой рельса (клиренс) [2, рис. 2.2; 3, рис. 2.5]; ∆ = 20.25 мм - расстояние от делительной окружности зубчатого колеса до наружной поверхности кожуха редуктора. Принимаем b=150мм, ∆=20мм тогда

1.2 Расчёт максимально возможного передаточного отношения зубча-той передачи

Максимально возможное передаточное отношение передачи из условий прочности конца вала и тела шестерни [7]

, (1.3)

где: - номинальная мощность ТД, отнесенная к концу вала (при двусторонней передаче = Рн/2, кВт; Vн - номинальная скорость движения электровоза, км/ч; ξ = 15 – при двусторонней передаче. В выражении (1.3) Dz и Dб - в метрах.

1.3 Расчёт номинальной частоты вращения якоря ТЭД

Номинальную частоту вращения якоря тягового электродвигателя , об/мин. определяем по формуле

, (1.4)

.

1.4 Расчёт номинального вращающего момента ТЭД

(1.4)

где: Рн - номинальная мощность двигателя, кВт;

При номинальном вращающем моменте обычно используют двустороннюю зубчатую передачу, при которой зубчатые колёса выполняют косозубыми. Так как в выше изложенном расчёте номинальный вращающий момент получился больше , следовательно, в данном курсовом проекте используем двустороннюю косозубую зубчатую передачу.

1.5 Определение нормального модуля зацепления зубчатой передачи

Нормальный модуль зацепления зубчатой передачи , мм определяем из графика, представленного на рисунке 1.1. В соответствии с ГОСТ 9563–60 модуль передачи выражается только в целых числах. На рисунке 1.1 область 1 – для зубчатой передачи с прямыми, а 2 – с косыми зубьями, коэффициент момента при двусторонней передаче: К=2, тогда получаем

Нормальный модуль зубчатой передачи mн определяется из графика, приведенного на рис.1.1 [2]. На рис. 1.1 область 1 - для передачи с прямыми, а 2 - с косыми зубьями (коэффициент момента К = 1 при односторонней, а К = 2 при двусторонней передаче). В соответствии с ГОСТ 9563-60 модуль передачи вы-ражается только в целых числах, мм. Для отечественных электровозов m =10,11,12,13. Принимаем mn=12

Рис. 1.1 Рекомендуемые модули зацепления тягового редуктора

1.6 Расчёт торцового модуля зацепления зубчатой передачи

Торцевой модуль передачи определяется как:

, (1.6)

где: φ= 2437'12" - угол наклона зубьев тяговых передач современных электро-возов отечественного производства (cosφ = 0,9101). mn=12

1.7 Расчёт числа зубьев зубчатого колеса

Число зубьев зубчатого колеса рассчитывается по формуле:

, (1.7)

При получении дробного числа зубьев его округляем до ближайшего меньшего целого числа Zпр=70.

1.8 Уточнение диаметра делительной окружности зубчатого колеса

Принятый диаметр делительной окружности зубчатого колеса, мм:

(1.8)

где: Z - принятое (округленное) число зубьев зубчатого колеса.

1.9 Расчёт числа зубьев шестерни

Число зубьев шестерни:

, (1.9)

При получении дробного числа зубьев его округляем до ближайшего большего целого числа zпр.

1.10 Расчёт диаметра делительной окружности шестерни

Диаметр делительной окружности шестерни, мм:

, (1.10)

1.11 Расчёт передаточного отношения зубчатой передачи

Принятое передаточное отношение зубчатой передачи

, (1.11)

1.10 Расчёт централи зубчатой передачи

Централь зубчатой передачи , мм при опорно-рамном подвешивании

тягового электродвигателя определяем по формуле

, (1.12)

.

По результатам расчётов зубчатой передачи вычерчиваем эскиз зубчатой передачи ТЭД, представленный на рисунке 1.2.

Заключение

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении данного курсового проекта необходимо сделать ряд вы-водов.

Во-первых, в рамках проекта рассчитаны основные параметры зубчатой пере-дачи, диаметры якоря и коллектора проектируемого тягового электродвигателя, произведён расчёт обмотки якоря и определены размеры пазов и зубцов якоря, а также рассчитана длина пакета стали якоря и лобовых частей катушки якоря электродвигателя, определены размеры коллектора и щёток электродвигателя, произведён расчёт компенсационной обмотки и расчёт магнитной цепи проектируемого тягового электродвигателя, произведён расчёт магнитодвижущей силы обмотки возбуждения главного полюса, расчёт коммутации и добавочного полюса электродвигателя, произведён расчёт потерь и коэффициента полезного действия проектируемого тягового электродвигателя, а также рассчитаны и построены электромеханические характеристики и рассчитаны технико-экономические показатели проектируемого тягового электродвигателя пульсирующего тока опорно-рамного подвешивания.

Во-вторых, по результатам проведённых расчётов в ходе выполнения курсового проекта на листах формата А4 вычерчены эскиз зубчатой передачи двигателя, магнитной цепи двигателя, а также эскизы паза и зубца якоря и паза и зубца компенсационной обмотки проектируемого тягового электродвигателя, на листах формата А1 вычерчены продольный и поперечный разрезы проектируемого двигателя.

Таким образом, поставленные задачи курсового проекта выполнены, соответственно цель проекта достигнута.

Список литературы

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Васько Н. М. Электровоз ВЛ80: Руководство по эксплуатации. / Н. М. Васько, А. С. Девятков, А. Ф. Кучеров и др. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1990. – 454 с.: 315 ил., 26 табл.

2. Гольдберг О. Д. Проектирование электрических машин [Текст]: учебник для вузов / О. Д. Гольдберг, И. С. Свириденко; Под ред. О. Д. Гольдберга. – 3-е изд., перераб. – М.: Высш. шк., 2006. – 430 с.: ил.

3. Захарченко Д. Д. Тяговые электрические машины [Текст]: учебник для вузов ж.-д. трансп. / Д. Д. Захарченко, Н. А. Ротанов. – М.: Транспорт, 1991. – 343 с.

4. Кацман М. М. Электрические машины [Текст]: учебник для студентов сред. проф. учебных заведений / М. М. Кацман; Под ред. Е. П. Рудобаба. – 3-е изд., испр. – М.: Высш. шк.; Издательский центр «Академия», 2001. – 463 с.: ил.

5. Находкин М. Д. Проектирование тяговых электрических машин [Текст]: учебное пособие для вузов ж.-д. трансп. / М. Д. Находкин, Г. В. Василенко, В. И. Бочаров, М. А. Козорезов; Под ред. М. Д. Находкина. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1976. – 624 с.

Примечания

6 эскизов на формате А4, 2 на формате А1, выполнены в программе компас.