7.1. Определение диаметра якоря ТЭД

7. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Техническое задание на проектирование ТЭД
Задание на проектирование ТЭД содержит следующие основные величины:
мощность номинального (часового) режима, кВт; номинальное напряжение
контактной сети, В; номинальное напряжение на двигателе, В; номинальная
скорость экипажа, км/ч; максимальная скорость экипажа, км/ч;  диаметр колеса
транспортного средства, м; способ возбуждения ТЭД; кратность МДС обмотки
последовательного возбуждения; система подвески двигателя; класс
нагревостойкости изоляции; конструктивное исполнение по защите вот
окружающей среды (IP) и способа охлаждения (IC).
7.1. Определение диаметра якоря ТЭД
7.1.1. Расчет параметров редуктора
Передаточным числом (m) - отношение числа зубьев ведомого зубчатого колеса к
числу зубьев ведущей шестерни [4, 14]
J a max  Dк
,
(7.1)
J к max  Da
где Dк , Dа - диаметр колеса и якоря, мм; J к max - максимальная скорость экипажа,
км/ч; J a max - допустимая скорость на поверхности якоря тягового двигателя, м/с;
J a max  70 м/с.
m  3,6
При опорно-осевой подвеске:
m = 3,5...4,6 - для электровозов, тепловозов, моторных вагонов;
m = 11…15 - для шахтных электровозов с двухстепенным редуктором.
При опорно-рамной (поперечно-независимой) подвеске:
m = 3,5…5 - для двигателей пригородных поездов и метрополитена;
m = 5...7 - для двигателей городского транспорта.
При опорно-рамной (продольно- независимой) подвеске:
m = 7…8 - для двигателей трамваев;
m  10...12 - для двигателей троллейбусов при двухстепенном редукторе.
Номинальная скорость экипажа, км/ч
Jк н
p  Dк  103
p  Dк nн
 3,6
 nк  3,6
 103 ,
60
60
m
(7.2)
откуда номинальная частота вращения двигателя, об/мин
60 103 m
m
nн 

 J кн  5300 
 J кн .
3,6  p Dк
Dк
(7.3)
Диаметр колеса транспортного средства можно принять:
для двигателей троллейбусов Dк  850 мм; вагонов трамваев Dк  710 мм;
Dк  900 мм; пригородных электропоездов, промышленных
электровозов и тепловозов Dк  1050 мм; магистральных электровозов с Dк  1250
метрополитена
мм.
Номинальный момент на вале электродвигателя, Нм
M н  9,55 
Диаметр зубчатого колеса (рис. 1.4), мм
Рн
103 .
nн
(7.4)
D2  Dк  2(b  ) ,
(7.5)
где b - расстояние от нижней точки кожуха редуктора к головке рельса (рис. 1.3).
b  120 мм - для магистрального транспорта; b  110 мм - для трамваев; b  95 мм для метро; b  50…100 мм - для шахтных электровозов.
  17  25 мм - расстояние между делительной окружностью колеса и нижней
точкой кожуха редуктора.
Число зубьев колеса
Zк 
D2
cos y ,
m
(7.6)
где m - модуль зубчатой ( мм) определяется по зависимости m  f ( M н ) на рис.7.1.
y - угол спирали зубчатых колес. Для прямозубых колес y  0 , для косозубых,
что обеспечивают более плавное зацепление, y  8...20 .
Диаметр делительной окружности шестерни ( d 2 , мм) определяется по графику
0
d 2  f ( M н ) на рис. 7.2.
Число зубьев шестерни
zш 
d2
.
m
(7.7)
Z к и zш должны быть взаимно простыми числами.
Централь передачи при прямых зубьях, мм
Ц
при спиральных зубьях
Ц
m
1  Zк  zш  ,
2
m
1  ( Zк  zш ) / cos y 
2
(7.8)
(7.9)
Рис. 7.1. Зависимость m  f ( M н )
Рис. 7.2. Зависимость d 2  f ( M н )
После расчета параметров редуктора уточняются значения:
- передаточного отношения
  Zк zш
7.10)
- номинальной частоты вращения двигателя, об/мин
nн  5300 
m
 J кн .
Dк
(7.11)
-номинального момента на вале электродвигателя, Нм
M н  9,55 
Рн
103 .
nн
(7.12)
7.1.2. Расчет диаметра якоря ТЭД
Диаметр якоря тягового электродвигателя, мм
P
Da  ka  3 н ,
nн
(7.13)
где ka  650  750 для ТЭД с изоляцией класса нагревостойкости “В” и
ka  600  670 для ТЭД с изоляцией класса нагревостойкости “Н”.
Значение диаметра якоря выбирается из ряда стандартных значений: Dа = 167, 182,
195, 210, 218, 245, 280, 293, 327, 368, 423, 493, 560, 660, 740, 850, 990 мм.
Величина диаметра якоря ТЭД находится в таких пределах:
- для двигателей троллейбусов, вагонов трамваев и метрополитена диаметр
якоря тягового электродвигателя Dа  220÷330 мм;
- для пригородных электропоездов, промышленных электровозов и тепловозов –
Dа  420÷520 мм;
- для магистральных электровозов – Dа  620÷740 мм.
При поперечном расположении ТЭД относительно оси транспортного средства диаметр
якоря ограничивается централью редуктора. Рассчитанное по (7.13) значение диаметра
якоря ТЭД для вагонов городского электротранспорта при независимой подвеске и
поперечном расположении ТЭД должно удовлетворять условию
Da  (0,9...1,15) Ц .
(7.14)
Для мощных ТЭД с осевой подвеской пригородных электропоездов
при 2 p  4
при 2 p  6
Da  (1,05...1,16) Ц ;
(7.15)
Da  (1,16...1,2) Ц
(7.16)
Наружный диаметр тягового двигателя, мм
Dн  kд  Dа  1,5  1,8  Dа .
(7.17)
Максимальная частота вращения двигателя, об/мин
nmax  nн 
к max
кн
.
(7.18)
Максимальная линейная скорость на поверхности якоря ТЭД, м/с
  Da
a max  nmax 
 103 .
60
(7.19)
Значение a
не должно превышать допустимого значения линейной скорости на
max
поверхности якоря по условию коммутации и механической прочности коллектора
а
 70 м с .
max
Кратность регулирования частоты вращения двигателя вверх от номинальной
уменьшением магнитного потока
n*  nmax nн .
(7.20)
Далее выполняется электромагнитный расчет ТЭД по разд. 5.