ВИЗНАЧЕННЯ ДИНАМІЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ В ЕЛЕМЕНТАХ ТЯГОВОЇ ПЕРЕДАЧІ

ВСТУП

Створити пристрій (конструкцію), надійно і просто передаючий обертаючий момент від валу двигуна до осі колісної пари, непросто. Основна складність полягає в тому, що передавальний механізм повинен зв'язати колісну пару з тяговим двигуном, закріпленим повністю або частково на підресореній конструкції, яка при русі електровозу робить коливання щодо колісних пар. Вперше така передача була розроблена для трамваїв, внаслідок чого і одержала назву трамвайної підвіски, або, як її тепер називають, опорно-осьовою.

Дякуючи простоті конструкції і компактності приводи першого класу широко використовуються на залізничному транспорті. Ними оснащені практично всі вантажні електровози і тепловози з електричною передачею. Проте опорно-осьове підвішування тягового двигуна має і багато недоліків. Найбільш істотний з них полягає в тому, що приблизно половина ваги тягового двигуна передається безпосередньо на колісну пару. В результаті посилюються жорсткі удари колісної пари об рейки при проходженні нею стиків і інших нерівностей колії, при вході електровозу в криву. Це виводить із ладу колію і викликає сильну вібрацію двигуна, особливо при швидкостях руху більше 100 км/год .

Тому під час розрахунку тягової передачі слід враховувати найістотніші причини виникнення динамічних навантажень в елементах тягових передач, а саме коливання тягових електродвигунів і візків, які викликані вертикальними переміщеннями колісних пар під час руху по нерівностях рейок.

В даній курсовій роботі з метою набуття досвіду проведемо визначення основних параметрів тягових передач та оцінимо їх вплив на динамічні навантаження у зубчатому зачепленні на прикладі тягової передачі першого класу.

ВИХІДНІ ДАНІ

Тривала потужність на валу ТЕД – кВт.

Тривала швидкість електровоза – км/год.

Діаметр бандажа колісної пари – м.

Амплітуда нерівності рейки – м.

Довжина хвилі нерівності рейки – м.

Маса тягового двигуна – кг.

Осьовий момент інерції ротора тягового двигуна – кг·м².

Осьовий момент інерції остова тягового двигуна - кг·м².

Параметр демпфування амортизатора механізму підвішування тягового двигуна – кНс/м.

Жорсткість амортизатора механізму підвішування тягового двигуна - Н/м.

РОЗРАХУНОК ОСНОВНИХ КОНСТРУКТИВНИХ ПАРАМЕТРІВ ТЯГОВОЇ ПЕРЕДАЧІ

1.1 Визначення номінальної частоти обертання валу тягового двигуна

Частота обертання валу тягового електродвигуна у режимі номінального навантаження, визначається за формулою

(1)

де – швидкість руху електровозу у режимі номінального навантаження, км/год;

– діаметр бандажу колісної пари по колу кочення, м;

– передатне число тягового редуктора.

1.2 Попередня оцінка передатного числа

Приблизне значення передатного числа можна оцінити за допомогою емпіричної формули

(2)

де – коефіцієнт, що залежить від схеми компонування тягової передачі першого класу (так як кВт, то приймаємо до розрахунку двосторонню передачу при ) ;

– діаметр ділильного кола зубчатого колеса, м;

(3)

де – потужність тягового двигуна у тривалому режимі віднесена до одного зубчатого зачеплення, кВт;

кВт

1.3 Визначення діаметра ділильного кола зубчатого колеса

Діаметр ділильного кола зубчатого колеса

(4)

де – кліренс, мм. Приймаємо м;

– товщина стінки кожуха редуктора, м. Приймаємо м;

– висота головки зуба, м. Приймаємо м;

– відстань від дна кожуха редуктора до вершини головки зуба зубчатого колеса, м. Приймаємо м.

Після визначення всіх необхідних величин розрахуємо приблизне значення передаточного числа згідно формули (2):

Знайшовши всі складові необхідні для розрахунку номінальної частоти обертання валу тягового двигуна, розрахуємо її :

об/хв.

1.4 Визначення крутильного моменту на валу тягового двигуна

Крутильний момент на валу тягового двигуна, визначається за формулою:

(5)

Н∙м.

1.5 Визначення нормального модуля зубчатих коліс

Значення модулів та визначити за допомогою емпіричних формул:

, (6)

, (7)

мм,

мм.

Величину модуля зачеплення зубчатих коліс приймаємо згідно ряду стандартних модулів:

мм.

1.6 Визначення кількості зубів зубчатого колеса

Кількість зубів зубчатого колеса визначається за формулою:

, (8)

де – кут нахилу зуба. Приймаємо ;

Приймаю

1.7 Визначення кількості зубів шестерні

Кількість зубів шестерні визначається за формулою:

, (9)

Приймаємо

1.8 Визначення діаметрів ділильних кіл шестерні та зубчатого колеса

Ділильний діаметр шестерні визначається за формулою:

, (10)

Ділильний діаметр зубчатого колеса визначається за формулою:

, (11)

1.9 Уточнення передатного числа

Передатне число зубчатої передачі визначається за формулою

(12)

1.10 Визначення централі

За конструктивними параметрами тягового редуктора централь визначається як:

, (13)

За умови розміщення конструктивних елементів у між вісному просторі в тягових передачах першого класу централь може бути визначена з виразу:

, (14)

де – товщина стінки остова тягового електродвигуна в місці підрізу, мм;

– відстань від вісі колісної пари до зовнішньої стінки остова в місці підрізу, мм;

– діаметр розточки остова тягового електродвигуна, мм.

Приймаємо мм, мм, кількість пар полюсів тягового електродвигуна

визначається з наступного співвідношення:

, (15)

де – діаметр якоря тягового двигуна, мм.

Величину діаметра якоря можна приблизно оцінити за емпіричною формулою:

, (16)

де – коефіцієнт, що залежить від класу ізоляції обмотки якоря. Для тягових двигунів з класом ізоляції F, . Приймаємо .

Отримані дані підставимо у формули (15) (14):

, отже розрахунок зроблений вірно.

1.11 Визначення бази двигуна

Визначаємо базу тягового двигуна за формулою:

(17)

ВИЗНАЧЕННЯ ДИНАМІЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ В ЕЛЕМЕНТАХ ТЯГОВОЇ ПЕРЕДАЧІ

2.1 Розрахунок динамічних показників тягової передачі приводу першого класу в зубчатому зачепленні

Профіль рейок є безперервним рядом гармонічних нерівностей з амплітудою . Поточне значення відхилення рівня головок рейок від середньої лінії описується рівнянням

(18)

де l – довжина хвилі нерівності, м;

– швидкість руху, м/с;

t – час руху, с;

– кругова частота кінематичних збурень від колії.

2.1.1 Визначення частоти власних коливань остова тягового електродвигуна

Розрахунок частоти власних коливань остова тягового електродвигуна можна провести за наступною формулою:

, (19)

де –жорсткість амортизатора механізму підвішування тягового двигуна;

– приведений момент інерції двигуна, що визначається за формулою:

, (20)

де – осьовий момент інерції остова двигуна;

– маса тягового двигуна;

– осьовий момент інерції ротора.

2.1.2 Розрахунок точки резонансу

Умовою для виникнення резонансу справедливою буде наступна рівність:

, (21)

На основі цієї умови запишу формулу за якою буду визначати швидкість, при якій настане резонанс:

, (22)

2.1.3 Визначення найбільшого кута повороту остова тягового електродвигуна

Найбільше значення кута повороту остова тягового двигуна при можна визначити за наступною формулою:

, (23)

де – амплітуда нерівності рейки

2.1.4 Визначення коефіцієнта динамічного підсилення амплітуди коливань остова тягового електродвигуна

Розрахунок коефіцієнта динамічного підсилення амплітуди коливань остова тягового електродвигуна виконаємо за наступною формулою:

(24)

де – коефіцієнт, що враховує конструктивні параметри привода;

– відносна частота коливань, визначається за формулою:

, (25)

де – частота вимушених коливань тягового електродвигуна, . Її можна визначити за формулою

(26)

Коефіцієнт, що враховує конструктивні параметри приводу В визначаємо за формулою:

, (27)

де – параметр демпфування амортизатора механізму підвішування тягового двигуна.

2.1.5 Розрахунок амплітудних значень кута повороту остова тягового електродвигуна

Для амплітудних значень кута повороту остова можна записати:

, (28)

2.1.6 Розрахунок динамічного зусилля в зубчатому зачепленні

Розрахунок динамічного зусилля в зубчатому зачепленні будемо здійснювати за наступною формулою

, (29)

де – динамічний момент, визначається за формулою

, (30)

Приведені вище розрахунки були виконані для тривалої швидкості руху локомотива. На основі цих розрахунків необхідно розрахувати та побудувати залежності та . Для цього, задаючись швидкостями з рівним інтервалом від 0 до конструкційної, яку приймаємо 100 км/год, проведемо розрахунок за формулами (21) – (29).

Для прикладу проведемо розрахунок при швидкості руху локомотива км/год, в результаті отримаємо:

1) кутову частоту за формулою (26)

2) відносну частоту коливань за формулою (25)

3) коефіцієнт динамічного підсилення за формулою (24)

4) амплітудне значення кута повороту остова ТЕД за формулою(28)

5) зусилля в зубчатому зачепленні за формулою (29)

Після виконання розрахунків для швидкостей км/год, отриманні значення зводимо в таблицю 2.1.

Таблиця 2.1 – Динамічні показники тягової передачі

Швидкість	Кутова частота	Відносна частота коливань	Коефіцієнт динамічного підсилення	Амплітудне значення кута повороту остова ТЕД	Динамічне зусилля в зубчатому зачепленні
, км/год	, рад/с			, рад	, Н
0	0	0	1	0,00065	0
10	11,64	0,27	1,08	0,00070	261,1
20	23,27	0,55	1,413	0,00092	1365,84
30	34,91	0,82	2,652	0,00172	5770,03
36,612	42,60	1,00	4,227	0,00275	13694,0
40	46,54	1,09	3,145	0,00204	12162,98
50	58,18	1,37	1,137	0,00074	6871,79
60	69,81	1,64	0,622	0,00040	5408,74
70	81,45	1,91	0,409	0,00027	4846,12
80	93,08	2,19	0,297	0,00019	4597,18
90	104,72	2,46	0,230	0,00015	4493,57
100	116,36	2,73	0,185	0,00012	4470,08

Згідно даних таблиці 2.1 будую залежності , та (рисунок 1,2,3).

Рисунок 1- Залежність коефіцієнта динамічного підсилення амплітуди

коливань остова тягового двигуна від відносної частоти коливань

Рисунок 2 - Залежність коефіцієнта динамічного підсилення амплітуди

коливань остова тягового двигуна від швидкості

2.1.7 Визначення граничних тягових зусиль в точці зачеплення

Сила тяги в точці зачеплення визначається за формулою:

, (31)

де – сила зчеплення колеса з рейкою, визначається за формулою:

, (32)

де – маса, що припадає на вісь колісної пари, величину приймаємо керуючись наступним правилом:

якщо кВт (33)

так як кВт то приймаємо

– розрахунковий коефіцієнт зчеплення, визначається за формулою:

, (34)

Підставляємо отримані дані у формулу (31):

Виконавши аналогічно розрахунок для швидкостей км/год, отриманні значення зводимо в таблицю 2.2.

Таблиця 2.2 – Значення граничних тягових зусиль в точці зачеплення

, км/год		, Н	, Н
0	0,34	76714,2	100636
10	0,285	64304,6	87847,7
20	0,273	61521,8	84046,1
30	0,264	59479,5	81256,2
36,612	0,258	58259,2	79589,1
40	0,255	57655,1	78763,8
50	0,248	55924	76398,9
60	0,24	54241,5	74100,3
70	0,233	52587,4	71840,6
80	0,226	50951,4	69605,7
90	0,219	49327,6	67387,4
100	0,212	47712,5	65181

Згідно даних таблиці 2.2 будуємо залежності та (рисунок 3).

Рисунок 3 - Залежність амплітудних значень сили інерції якоря та граничної сили тяги у зубчатому зачеплені від швидкості

ВИСНОВОК

В першій частині завдання був виконаний розрахунок основних параметрів тягової передачі. В результаті проведених розрахунків були отримані наступні результати:

а) централь, м;

б) передаточне відношення, ;

в) параметри зубчатих коліс, м, м;

г) діаметр якоря, м;

д) база двигуна, м.

При розрахунках динамічних навантажень елементів тягової передачі у другій частині були розраховані і побудовані наступні залежності:

а) залежності , показують, що коефіцієнт динамічного підсилення коливань остова в залежності відвідносної частоти коливань і швидкості відповідно, досягає максимального значення при резонансі, а потім зменшується;

б) залежність показує, що на ділянці кривої, не обмеженої , тобто в діапазоні до перетину кривих і буде безвідривне зачеплення зубчатих коліс, а в зоні після перетину кривих і буде відривне зачеплення. Але в нашому прикладі зі швидкістю до 100 км/год буде постійно безвідривне зачеплення.

Перелік використаної літератури

1 Бирюков И. В., Беляев А. И., Рыбников Е. К. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог. М.: Транспорт, 1986. –255 с.

2 Тягові передачі електрорухомого складу. Методичні вказівки до виконання курсової роботи. Розрахунок основних параметрів та амплітудно-частотних характеристик тягової передачі першого класу. Укладачі: Гетьман Г.К., Михайленко Ю.В., Голік С.М., для студентів спеціальності «Електричний транспорт», Дніпропетровськ, 2011.

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 467; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!