Расчёт основних параметров передачи мощности тепловоза в длительном режиме

3. Расчёт основних параметров передачи мощности тепловоза в длительном режиме

 

В начале произведем выбор основных параметров тепловоза в расчётном (длительном) режиме. Расчёт тягово-энергетических характеристик тепловоза поизводится на ПЭВМ, по программе разработанной на кафедре ж/д транспорта, с использованием математического пакета Math Cad [1].

Длительная сила тяги локомотива F_к.р. определяется при принятом значении коэффициента тяги j_к.р.= 0,166 и движении тепловоза с расчётной массой M_сц = 120 т на расчётном подъёме (i = 9 %) по формуле:

F_к.р = 9.81* M_сц*j_к.р., кН (3.1)

F_к.р = 9.81*147*0,208 = 299,9 кН

Эффективная мощность дизеля

P_e = P_н *s ,кВт (3.2)

P_e = 2941*1,0 = 2941 кВт

где s = 1,0 – коэффициент полноты загрузки дизеля на последней позиции контроллера машиниста для электрической передачи мощности.

Мощность, расходуемая на привод вспомогательных механизмов тепловоза P_всп, равна:

P_всп = P_e * (Pвсп, % / 100), кВт (3.3)

P_всп= 2941 *12/100 = 353 кВт

Свободная мощность дизеля (или мощность идущая на тягу) равна:

P_д= P_e - P_всп, кВт (3.4)

P_д= 2941 – 353 = 2588 кВт

Коэффициент, учитывающий долю отбора мощности дизеля на привод вспомогательных механизмов:

b= (P_e - P_всп) / P_e, (3.5)

b= (2941 -353)/2941 = 0,88

КПД передачи мощности проектного тепловоза:

h= h_сг.р*h_ву.р*h_ТЭД.р*h_зр (3.6)

h_п.р.= 0,96*0,991*0,915*0,975 = 0,849

где h_сг.р,h_ву.р,h_ТЭД.р,h_зр – значения КПД берутся для длительного режима работы по соответствующим техническим данным электрических машин [1.2].

Расчётная скорость движения тепловоза вычисляется по формуле:

V_кр.= (3,6* P_д*h_п.р) / F_к.р, км/ч (3.7)

V_кр.= 3,6*2588*0,849/299,9 = 26,4 км/ч

Мощность на выходе выпрямительной установки(ВУ):

P_d.p.= P_ву.р.= P_д*h_сг.р*h_ву.р (3.8)

P_d.p.= P_ву.р.= 2588*0,96*0,991= 2462 кВт

Входная мощность P_1ТЭД.р и мощность на валу P_2p.= P_ТЭД.р тягового электродвигателя равны:

P_1ТЭД.р= P_d.p./m ,кВт P_1ТЭД.р= 2462 /6 = 410,3 кВт (3.9.)

P_ТЭД.р= P_1ТЭД.р*h_ТЭД.р.,кВт P_ТЭД.р= 410,3*0,915 = 375,4 кВт

где m = 6 – число ТЭД

Номинальная частота вращения якоря ТЭД:

n_ном = µ_З* V_кр / (0,1885*D_k), об/мин (3.10)

n_ном = 4,318*26,4/(0,1885*1,25) = 484 об/мин

где µ_З – передаточное отношение тягового редуктора.

Максимальная частота вращения якоря ТЭД:

n_макс= n_ном * V_k / V_кр, об/мин (3.11)

n_макс= 484 * 100/ 26,4 = 1833 об/мин

где V_k = 100 км/ч – конструкционная скорость движения тепловоза.

Касательная мощность локомотива в длительном режиме:

P_к.р.= (F_к.р.* V_к.р.)/ 3,6, кВт (3.12)

P_к.р.= (299,9*26,4)/ 3,6 = 2200 кВт

КПД тепловоза в расчетном режиме равен:

h_т.р.= 3600* P_к.р / B_ч*H_и , о.е. (3.13)

h_т.р.= 3600*2200/614,6*42496 = 0,303

где B_ч – часовой расход топлива дизелем, кг

B_ч = g_e*P_e, кг (3.14)

B_ч = 0,209*2941 = 614,6 кг

где g_e = 0,209 кг/(кВт*ч) – удельный расход дизельного топлива [1].

КПД дизеля можно определить как:

h_диз.=3600/ g_e* H_и, о.е. (3.15)

h_диз.= 3600/ 0,209 *42496 = 0,405

Для проверки КПД тепловоза можно вычислить по формуле:

h_т.р1 = h_диз*h_п.р*b (3.16)

h_т.р1 = 0,405*0,88*0,849 = 0,303

Коэффициент передачи мощности тепловоза:

f_p = P_k.p./ P_e (3.17)

f_p = 2200 / 2941 = 0.748

Удельная номинальная мощность тепловоза вычисляется:

P_н= P_k.p / M_сц ,кВт/т (3.18)

P_н= 2200 / 147 = 14, 97 кВт/т

4. Расчёт и построение тяговой характеристики тепловоза и его КПД

 

Расчёт производится по имеющимся электромеханическим характеристикам ТЭД заданных в табличной форме (табл.2), снятых при напряжении на ТЭД U_ТЭД при полном a_пп = 1,0 и двух ослабленных магнитных полях ТЭД a₁ = 0,66 и a₂ = 0,44.При этом необходимо стремиться, чтобы мощность на валу была равна мощности ТЭД проектного тепловоза.

Степень ослабления магнитного поля ТЭД выражается:

a = I_в/ I_я (4.1)

где I_в – ток обмотки последовательного возбуждения, I_я – ток якоря.

Задаемся произвольно шестью значениями токов якоря из электромеханических характеристик ТЭД от I_{ТЭД.мин} = 600 А до I_{ТЭД.макс.}= 1200 А.

Значения токов заносим в сводную таблицу 3 расчёта тяговой характеристики тепловоза. Сюда же в колонку для полного поля a = 1,0 вводим с таблицы 2 значения подводимого напряжения U_ТЭД, а с соответствующих графиков [1] зависимость КПД генератора h_сг от тока I_d на выходе выпрямительной установки.

Ток на выходе ВУ равен:

I_d = I_ТЭД*m (4.2)

где m = 6 число параллельно соединенных ТЭД.