Тяговый расчет троллейбуса

 

 

 

 

                                                   1 – режим полного поля (β=1); 2 – режим ослабления поля (β=0,5);

                                                                  3 – режим ослабления поля (β=0,31)

 

Рисунок 4 – Характеристика КПД электродвигателя, отнесенная  к ободу колеса

                 

 

Рисунок 5 – Электромеханические  характеристики двигателя, отнесенные к ободу колеса 

3 Определение  среднего пускового тока тягового  двигателя

 

Значение максимального  пускового тока определяется из условий:

– надежной коммутации двигателя 

 

,

– надежного сцепления колес с дорогой или рельсами

,

где   F_{n max cц} – сила тяги при максимальном пусковом токе, Н;

G_сц – сцепной вес поезда при номинальном наполнении, кН;

ψ – расчетный коэффициент сцепления; для троллейбуса равен 0,3...0,35; принимаем ψ = 0,3;

z – количество ТЭД на ПС; для троллейбуса АКСМ-20101 z = 1.

Сцепной вес поезда –  вес приходящийся на обмоторенные оси, который  определяется по формуле

 – для троллейбуса с одним приводным мостом

 

G_сц = ;

 

G_сц = 

кН.

 

Для определения максимального  пускового тока рассчитываем F_{n max cц} при равенстве левой и правой части выражения.

 

Н

 

По электромеханической характеристике двигателя F(I) при полном поле (рисунок 8) I_{п max cц} = 440 А .

Максимальный пусковой ток двигателя I_{п max} , А,

                            I_{п maх} = I_{п maх сц}, если  I_{п maх сц} ≤  I_{п maх к} = 2I_ч,

                            I_{п maх} = I_{п maх к}, если  I_{п maх сц} >  I_{п maх к} = 2I_ч,

Максимальный ток по надежной коммутации двигателя

 

I_{п max к} = 2 · 300 = 600 А.

Максимальный  пусковой ток I_{n max} = 440 А по условию надёжного сцепления, т.к. этот ток равен току сцепления I_{п max сц} = 440 А.

Средний пусковой ток  двигателя I_пс, А, определяется по формуле

 

 

 

где  k₁ – коэффициент неравномерности пускового тока;

k₃ – коэффициент запаса.

Коэффициенты k₁ и k₃ равны соответственно k₁ = 0,06 и k₃ =1,05.

 

А.

 

Проверяем значение пускового  тока по допустимому ускорению подвижного состава в режиме пуска.

По электромеханическим  характеристикам двигателя F(I_пс) и v(I_пс) при полном поле F_пc = 30063 Н и v_пс = 17 км/ч.

Для ПС городского электротранспорта средний пусковой ток необходимо проверить по допустимому максимальному ускорению, равному 2,0 м/с² для автоматических плавных системы пуска. Проверка проводится по следующему алгоритму:

1. для значения I_пс по характеристике F(I) при полном поле, определяется значение F_пc;
2. для значения I_пс по характеристике v(I) при полном поле, определяется значение v_пc;
3. рассчитывается удельное основное сопротивление движению w_от по формулам таблицы 1 при подстановки значения ν_пс

 

w_oт = 12 + 0,004· 17² = 13,2 Н/кН.

 

4.  рассчитывается среднее ускорение в режиме пуска а, м/с², по формуле

 

,

 

где (1 + γ) – коэффициент  инерции вращающихся частей ПС; равный 1,15...1,2 для троллейбуса; (1 + γ) = 1,15;

 

 а

м/с².

Расчетное ускорение а = 1,3 м/с² меньше допустимого значения 2 м/с², поэтому значение среднего пускового тока может быть принято равным 440 А.

 

4 Расчет  и построение тяговой характеристики  подвижного состава

 

Тяговая характеристика ПС – это зависимость силы тяги на ободе колес от скорости движения. Сила тяги на ободе колес всех обмоторенных осей F_∑, H, определяется по формуле

 

F_Σ = Fz

 

Задаемся рядом скоростей ν графически по характеристикам F(I) определяем соответствующие значения F и по ним рассчитываем значения F_Σ.

На тяговую характеристику ПС необходимо нанести зависимость F_Σпс(ν), которая представляет собой прямую параллельную оси абсцисс ограниченную в диапазоне скоростей от 0 до ν_пс включительно. Кроме этого проводиться линия ограничивающего условия силы тяги по надежному сцеплению F_{Σ п max сц}(ν). Значения F_Σпс, H, и F_{Σ п max сц}, Н, определяются по формулам

 

F_Σпс  = F_пс z,

 

F_{Σп max сц}  = F _{п max сц} z.

 

Включение ослабления поля (переход между тяговыми характеристиками) на тяговой характеристике ПС показывается  вертикальной линией. При определении скоростей перехода на ослабленное поле необходимо стремиться к удовлетворению двух противоположных условий:

1. скачок силы тяги при включении ослабления должен стремиться к минимуму, что возможно при больших скоростях;
2. максимально использовать характеристики при ослабленном поле, т.е. включать ослабление при низких скоростях.

Рассчитываем F_Σ по данным таблицы 4, принимая z = 1.

Результаты расчетов сводим в таблицу 5.

 

Таблица 5 – Результаты расчета силы тяги на ободе колес

Ток I, A	Скорость движения ПС v, км/ч			Сила тяги F, Н			Сила тяги FΣ, Н при z = 1
	β = 1,0	β = 0,5	β = 0,31	β = 1,0	β = 0,5	β = 0,31	β = 1,0	β = 0,5	β = 0,31
120	26,26	32,17	69,55	4739,82	3329,59	1951,40	4977	3537	1388
160	24,34	29,56	59,99	7336,32	5697,31	2913,54	7387	5748	2988
200	22,60	27,82	52,16	10992,41	8768,71	4811,28	10775	8596	4669
240	21,21	26,08	45,38	14420,85	12067,20	6801,00	13894	11630	6398
280	20,34	24,86	41,38	17841,25	14952,19	9130,42	17111	14345	8478
320	19,30	23,82	38,25	21080,56	17950,33	11312,57	20130	17157	10467
360	18,26	22,78	35,64	23900,05	20803,39	13623,83	22763	19850	12581
400	17,74	21,91	33,21	26936,36	23571,18	15813,29	25572	22421	14563
440	17,21	21,04	31,30	30063,45	26213,68	18147,68	28424	24831	16658

Средняя сила тяги на ободе  колес всех обмоторенных осей в режиме пуска

 

F_∑пс  = 30063 · 1 = 30063 Н.

 

Средняя сила тяги на ободе  колес всех обмоторенных осей по условиям надёжного сцепления

 

F_{∑п max сц}  = 35738 · 1 = 35738 Н.

 

Тяговая характеристика троллейбуса со всеми ограничивающими условиями предоставлена рисунке 6.

 

1 – F_∑ (υ) режим полного поля (β=1); 2 – F_∑ (υ) режим ослабления поля (β=0,5); 3 – F_∑ (υ) режим ослабления поля (β=0,31); 4 – F_{∑П max сц} (υ); 5 – F_∑ПС (υ);

 

Рисунок 6 – Тяговая характеристика троллейбуса

 

5 Расчёт и построение характеристики потребляемого подвижным

составом тока

 

Потребляемый ток I_∑, A, определяется по формуле

I_∑ = I z_п,

где z_п – число параллельных групп в схеме присоединения тяговых двигателей к контактной сети, для данного вида троллейбуса z_п = 1.

Параллельные группы ТЭД обычно применяются в трамвайных вагонах, где параллельно подключаются двигатели разных тележек.

Построение характеристики I_∑(v) аналогично тяговой характеристике. Значения среднего потребляемого тока в режиме пуска I_∑пс , А, и допустимого тока по надежности сцепления I_{∑п max сц}, А, определяется по формулам:

 

I_∑пс  = I_пс   z_n,

 

I _{∑п max сц}  = I_{п max сц}   z_n.

 

Результаты расчетов сводим в таблицу 6.

 

Таблица 6 – Результаты расчёта потребляемого тока

Ток I, А двигателя	Ток I, А троллейбуса IΣ при zп = 1	Скорость движения ПС V км/ч
		β = 1,0, Iш=1,95А	β = 0,5, Iш =1,95А	β = 0,31, Iш =0 А
120	120	26,26	32,17	69,55
160	160	24,34	29,56	59,99
200	200	22,60	27,82	52,16
240	240	21,21	26,08	45,38
280	280	20,34	24,86	41,38
320	320	19,30	23,82	38,25
360	360	18,26	22,78	35,64
400	400	17,74	21,91	33,21
440	440	17,21	21,04	31,30

 

 

Средний потребляемый ток  в режиме пуска 

 

I_∑пс  = 440 · 1 = 440 А.

 

 

 

Максимальный потребляемый ток  по условию надёжного сцепления

 

I _{∑п max сц}  = 440 · 1 = 440 А.

Зависимость потребляемого троллейбусом тока от скорости движения со всеми ограничивающими условиями представлена на рисунке 7.

1 – I_∑ (υ) режим полного поля (β=1); 2 – I _∑ (υ) режим ослабления поля (β=0,5);

3 – I _∑ (υ) режим ослабления поля (β=0,31); 4 – I _{∑П max сц} (υ); 5 – I _∑ПС (υ);

 

Рисунок 7 – Зависимость потребляемого троллейбусом тока ,от скорости движения

 

6 Расчёт тормозной характеристики подвижного состава

 

Эффективное торможение подвижного состава городского электрического транспорта является одним из главных условий безопасности движения. Критерием эффективности в этом случае является минимальный тормозной путь, что обеспечивается при максимально допустимой тормозной силе. При использовании одновременно электрического и механических тормозов, т. е. при экстренном торможении, ограничение максимальной тормозной силы обусловлено сцеплением колеса и рельса. Следовательно, максимальную тормозную силу B_{т.max сц} , Н, подвижного состава при экстренном торможении определяют по формуле

 

B_{т.max сц}   = 0,8 · 1000G_{сц т} ψ,

 

где  G_{сц т} – вес подвижного состава, приходящийся на оси (колёса), оборудованные тормозами, при номинальном заполнении, кН.

 

Сцепной вес трамвая при механическом торможении

 

G_{сц т} =  ,

 

G_{сц т}= 

кН,

G_{сц мех}= 

кН

 

Максимальная тормозная  сила

 

B_{т.max сц эл}   = 0,8 · 1000 · 119 · 0,3 = 28591 Н;

B_{т.max сц мех}   = 0,8 · 1000 · 179 · 0,3 = 42886 Н;

 

Значение удельного основного сопротивления движению w_от, определяется при скорости начала торможения ориентировочно равной 18…20 км/ч; ν = 18 км/ч.

 

w_oт = 12 + 0,004 · 17² = 13,2 Н/кН.

 

Значение наибольшего замедления подвижного состава a_{т max}, не должно превышать допустимого замедления 5 м/с², иначе необходимо ограничить тормозную силу B_т.max по наибольшему допустимому замедлению.

 

,

 

где G_к – вес подвижного состава при номинальном заполнении, кН,

 

,

  кН.