СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Тяговый электрический привод, как и любая совокупность элементов, взаимодействующая с окружающей средой, подвергается воздействию и внешних, и внутренних силовых факторов - сил (нагрузок) и моментов.

Нагрузки, действующие на тяговый электропривод подвижного состава, главным образом на механическую его часть, подразделяют на статические и динамические. Поскольку назначение тягового привода заключается в создании и передаче крутящего момента с вала тягового двигателя на колесо, основным силовым фактором будет крутящий момент, нагружающий все элементы привода от тягового двигателя до колеса. Развиваемый тяговым двигателем момент реализуется на ведущем колесе в виде тягового усилия, преодолевающего силы сопротивления движению транспортного средства. Силы сопротивления движению W зависят от различных факторов и при прямолинейном горизонтальном движении в удельной форме (отнесенные к единице веса подвижного состава) могут быть определены в соответствии с известными положениями теории электрической тяги по формуле [7]

где а, b к с - эмпирические коэффициенты, имеющие свои значения

для различных видов подвижного состава;

vnc - скорость движения подвижного состава.

При равномерном движении тяговое усилие компенсируется силами сопротивления движению, которые можно считать статическими.

Вместе с тем статические нагрузки зависят от такого фактора, как вес транспортного средства, который определяется наполняемостью кузова подвижного состава. Кроме того, в некоторых случаях эмпирические коэффициенты в формуле для определения величины сопротивления движению также будут функцией веса подвижного состава.

В зависимости от длины перегона период движения по нему транспортного средства разбивается на несколько интервалов, отражающих характер этого движения:

  • • пуск, в процессе которого тяговый электрический двигатель, набирая обороты, разгоняется до скорости выхода на автоматическую характеристику (для машин постоянного тока - это скорость выхода на характеристику максимального ослабления поля, для машин переменного тока - это скорость выхода на характеристику номинальной или максимальной частоты источника питания);
  • • движение под током, в процессе которого происходит дальнейшее увеличение скорости движения до момента равенства сил тяги и сопротивления движению, после чего подвижной состав движется равномерно;
  • • выбег, при котором тяговый двигатель не создает крутящего момента, а движение становится замедленным под действием сил сопротивления движению;
  • • торможение, при котором скорость движения транспортного средства снижается под действием тормозного момента, создаваемого тяговым двигателем, переходящим в режим электрического торможения.

Крутящие моменты во всех этих режимах движения за исключением равномерного характеризуются непостоянством как величины, так и направления и поэтому являются динамическими.

Поскольку движение транспортного средства по горизонтальному прямолинейному участку скорее исключение, чем правило, воздействие на него внешних силовых факторов в виде дополнительных сил сопротивления движению при прохождении кривых, подъемов, уклонов, туннелей, неровностей пути, стрелочных переводов также следует отнести к динамическим. Величина этих сил зависит от скорости движения, веса подвижного состава, радиуса кривой в поворотах и может быть рассчитана по соответствующим формулам.

К динамическим внешним силовым факторам следует отнести и крутящий момент, создаваемый тяговым электродвигателем. Объясняется это тем, что в процессе пуска величина его непостоянна. Требования обеспечивать минимальный комфорт на подвижном составе пассажирского транспорта, а также соблюдать плавность хода и исключать возникновение ударных нагрузок в элементах механической части тягового привода повлекли за собой ограничения по величинам ускорений в режимах пуска и торможения и скорости их нарастания, особенно на начальной стадии пуска. Гак, в частности, при пуске величина ускорения подвижного состава городского электрического транспорта не должна превышать величины [яПУСК] < 1,5 м/с*, а скорость нарастания ускорения [ a'ltyCK ] < 2 м/с3.

Применительно к тяговым электрическим приводам на постоянном токе это можно

проиллюстрировать пусковой диаграммой, рис 2 j Пусковая показанной на рис. 2.7. диаграмма

Пусковой ток тягового двигателя, как правило, выбирается в пределах 1,8...2 от величины тока длительного режима работы /Пуск~ ~ (1,8...2)/оо. При этом по характеристике силы тяги на ободе колеса в функции тока двигателя F,(/) проверяется соблюдение требования по 01раничению величины пускового ускорения:

где /япс - масса подвижного состава;

у - коэффициент вращающихся масс подвижного состава;

- электромагнитная сила двигателя, приведенная к ободу колеса;

AF - потери усилия на ободе колеса, обусловленные наличием в элементах привода элекгрических, магнитных и механических потерь.

Остановимся более подробно на понятии «масса подвижного состава». При разгоне подвижного состава тяговый электропривод потребляет электрическую энергию, расходуемую в том числе и на накопление механической энергии транспортным средством. Последняя в свою очередь определяется физической массой /яф поступательно движущихся элементов поезда и энергией, накапливаемой во вращающихся частях его оборудования (якоре тягового двигателя, соединительных валах и муфтах, зубчатых колесах редуктора и т. д.). Для учета составляющей энергии, расходуемой на приведение во вращение элементов тягового привода, следует воспользоваться известным из теории электрической тяги положением, согласно которому вся механическая энергия накапливается в некой приведенной массе поезда /иПс, совершающей только поступательное движение, а величина ее определяется по выражению

где Щф- физическая масса поезда;

тэкв- эквивалентная масса, обусловленная наличием вращающихся частей в поступательно движущемся поезде.

Величина эквивалентной массы может быть определена на основе закона сохранения энергии при условии поступательного движения ее со скоростью, равной скорости поступательного движения транспортного средства vn

Как показала практика эксплуатации подвижного состава, величина /яЭкв не превышает 12... 14 % от /иф, и поэтому в целях упрощения расчетов ее наличие учитывается коэффициентом вращающихся масс, принимаемым обычно в пределах у = 0,12...0,14.

В случае превышения расчетного значения ускорения над допустимым необходимо уменьшить пусковой ток.

Для электроподвижного состава железных дорог величины ускорений и скорости их нарастания гораздо меньше, что вызвано стремлением к предотвращению возникновения ударных нагрузок в сцепных устройствах и потери сцепления колес локомотива с рельсом.

На начальной стадии пуска в соответствии с диаграммой происходит нарастание пускового тока от некоторого минимального значения /тр, называемого током трогания, до пускового. При определении величины этого тока необходимо руководствоваться следующими соображениями:

  • • нарастание ускорения подвижного состава при броске тока в цепи тягового двигателя от 0 до /тр не должно превысить указанного выше предельного значения;
  • • ударные нагрузки в элементах механической передачи (особенно в зубчатом зацеплении), связанные с выборкой люфтов в момент трогания, не должны превысить значений, вызывающих выход их из строя.

Как правило, на практике значение тока трогания может быть определено из соотношения /тр < (0,2...0,25)/ПЧСк-

Внутренние силовые факторы (как статические, так и динамические) возникают непосредственно в самих элементах привода и характеризуются потерями энергии, передаваемой от двигателя колесу. Определение их численных значений, как правило, не вызывает затруднений, поскольку один из основных параметров каждого из них - это КПД.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >