ТЕОРИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

ЛЕКЦИИ 1- 3

ТЕОРИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

ЛЕКЦИЯ 2

Применение уравнения движения для различных режимов движения подвижного состава

Рассмотрим уравне­ние движения применительно к различным видам движе­ния подвижного состава. Чтобы привести подвижной состав в движение, к нему нужно приложить силу тяги. Сила тяги подвижного состава F создается установлен­ными на нем тяговыми двигателями. Однако наличие только силы тяги недостаточно для управления подвиж­ным составом, так как она всегда действует в направ­лении его движения или равна нулю. Для остановки подвижного состава к нему необходимо приложить силу, направленную в сторону, противоположную дви­жению. Она создается тормозными средствами и назы­вается тормозной силой В . Сила тяги F и тормозная сила В являются управляемыми (их может регулиро­вать водитель через аппараты управления). Существуют еще неуправляемые силы. К ним относятся сила тя­жести подвижного состава G = mg и все остальные внешние силы (не поддающиеся регулированию), дей­ствующие на подвижной состав в направлении его движения или в обратном направлении. Они состав­ляют силы сопротивления движению W.

Положительным направлением для силы тяги F является направление движения подвижного состава, а для тормозной силы В и силы сопротивления движению W - направление, противоположное движению. Равно­действующей всех сил, одновременно приложенных к подвижному составу, является действующая сила

F_д = F – W - B

или в удельных величинах

,

где - удельная сила тяги, Н/кН;

- удельное сопротивление движению, Н/кН;

- удельная тормозная сила, Н/кН;

- удельная действующая сила, Н/кН.

Различают три основных режима движения подвижно­го состава: тяга, выбег и торможение.

В режиме тяги к подвижному составу приложены сила тяги F и силы сопротивления движению W:

F_д = F – W.

В режиме выбега на подвижной состав действуют только силы сопротивления движению W:

F_д = – W.

В режиме торможения к подвижному составу при­ложены тормозная сила В и силы сопротивления движению W, тогда действующая сила:

F_д = -(В + W).

Все силы, действующие на подвижной состав, приложены к центру тяжести ПС.

Интегрируя уравнение движения, можно получить за­висимости скорости от пути v(l), скорости от времени v(t) и времени от пути t(l), которые называются кривыми движения подвижного состава.

На рис. 1 приведе­ны кривые движения v(t) и v(l) для перегона с неизмен­ным профилем пути.

Рассмотрим зависимости v(t), рас­положенную слева от оси ординат, и v(l), расположен­ную справа от оси ординат, при движении по харак­терным участкам.

Рис. 1. Кривые движения

Режим тяги. Период тяги разделяется на периоды пуска подвижного состава ОА и ОА' и движения по авто­матической характеристике АБ и А'Б'. При пуске тяговые двигатели развивают наибольшую силу тяги, которую при неавтоматическом пуске регулирует водитель. Ее следует поддерживать в среднем постоянной. Тангенс угла наклона кривой движения v (t) к оси времени определяет ускорение подвижного состава в данный мо­мент. Если угол наклона отрезка ОА' к оси времени неиз­менен, то ускорение подвижного состава в момент пуска будет постоянным, а движение равномерно ускоренным. В момент пуска сила тяги всегда больше сопротивления движению (F > W), а действующая сила F_д = F - W положительна. Точки А и А' на кривой движения соответствуют моменту окончанию пуска и выхода на автома­тическую характеристику со скоростью v_n.

В период движения по автоматической характеристи­ке (участки АБ и А'Б') характер изменения скорости подвижного состава зависит от значения и направления действующей силы. Если действующая сила положи­тельна F_д > 0 (F > W), скорость движения будет воз­растать, но медленнее, чем при пуске, так как сила тяги с увеличением скорости уменьшается, а сопротив­ление движению возрастает. Поэтому на участке АБ (А'Б') скорость возрастает медленнее, чем на участке О А (ОА'). Точки Б и Б' соответствуют моменту выклю­чения двигателей (тока) и началу выбега.

Режим выбега. В период выбега подвижной состав движется по инерции, так как тяговые двигатели отключены, следовательно, ток и сила тяги отсутствуют (I = 0 и F = 0). Кинетическая энергия подвижного состава, накопленная в период движения под током, расходуется на преодоление сил сопротивления движе­нию. Скорость подвижного состава при движении на горизонтальном участке, подъеме и малых спусках посте­пенно уменьшается (участки БВ и Б'В'), ускорение при этом становится отрицательным. Действующая сила в период выбега будет определяться силой сопротивления движению F_д = - W. Точки В и В' соответствуют моменту окончания выбега и началу режима торможения.

Режим торможения. В период торможения соз­дается значительная тормозная сила В, направленная против движения подвижного состава. В результате скорость подвижного состава быстро уменьшается, отрицательное ускорение (тормозное замедление а_Т) по абсолютному значению велико. На кривых движения режим торможения определяется отрезками ВГ и ВГ', движение при этом равномерно замедленное, v_T — ско­рость начала торможения. Тормозное замедление харак­теризуется тангенсом наклона отрезка ВГ' к оси времени. Действующая сила при этом будет замедляющей и будет определяться суммой тормозной силы и силы сопротивления движению.

 

ЛЕКЦИЯ 3

Рис. 2. Реализация силы тяги колесом

 

Тогда мо­мент, приложенный к колесу,

,

где ,

здесь R – радиус колеса; - сопротивление движению от трения в подшипниках;

,

здесь J – момент инерции вращающихся частей;

- угловое ускорение.

Направление движения указано стрелкой v. Пред­ставим момент М_к в виде пары сил F_K с плечом, равным радиусу колеса R. Одна из этих сил приложена в точке А от колеса к рельсу и направлена против движения. Она стремится создать скольжение опорной точки колеса относительно рельса в сторону, противопо­ложную поступательному движению. Однако как реакция на эту силу под действием нормального нажатия колеса G_K в опорной точке А возникает благодаря наличию сцепления (трения) с рельсом или дорожным покрытием сила сцепления Т_к. Эта сила Т_к является реактивной, внешней по отношению к колесу и согласно третьему закону Ньютона равна и противоположна силе F_K т. е. Т_К = F_K.

Если сила сцепления Т_к не превысит предельной величины Т_к.пр, то точка А колеса, соприкасающаяся с рельсом или дорогой, окажется как бы неподвижной, т. е. мгновен­ным центром вращения. Вокруг этой точки под действием вращающего момента начнут поворачиваться все осталь­ные точки колеса. Сила сцепления Т_к будет непрерыв­но перемещать мгновенный центр вращения, а вместе с ним и колесо вдоль пути. В последующие моменты в соприкосновение с рельсом или дорогой будут прихо­дить все новые и новые точки окружности колеса, оказывающиеся мгновенным центром его вращения.

Таким образом, в результате возникновения в опорной точке А колеса на рельс или путь внешней силы Т_к, направленной по касательной к окружности колеса, мгновенный центр его вращения непрерывно перемещается вдоль пути, а геометрический центр 0 получает поступательную скорость v. Приложенная к колесу внешняя сила Т_к представляет собой силу сцепления, направленную по касательной к окружности колеса в точке его касания с поверхностью пути, и является силой тяги, вызывающей поступательное движение подвижного состава. Поэтому силу сцепления Т_к называют касательной силой тяги на ободе движущего колеса. Силу F_K, которая обуслов­лена вращающим моментом тягового двигателя, называют силой тяги .

При равномерном движении подвижного состава, чему соответствует равномерное вращение колеса (угловая скорость ω = const), при отсутствии трения в подшипни­ках и передаче можно принять F_K = T_K.

При ускоренном или замедленном вращении колеса с учетом трения в подшипниках силы F_K и T_K не будут равны, так как действующий на колесо ре­зультирующий момент М_к, согласно выражению равен алгебраической сумме моментов, действующих на колесную пару. Следовательно, соотношение между силами F_K и T_K будет иметь вид

.

Это соотношение справедливо для одного колеса. Для подвижного состава соотношение между силой тяги F и силой сцепления Т будет иметь вид:

.

Ограничение силы тяги. Сила тяги ограничивается предельно допустимой силой сцепления, имеющей природу сил трения. Если этот предел будет превышен, произой­дет срыв сцепления. Движущие колеса начнут скользить относительно пути в точке касания А. При этом их угло­вая скорость ω ' будет больше угловой скорости ω , соответствующей поступательной скорости v, на значение угловой скорости скольжения ω _ск колес по рельсам ω ' = ω + ω _ск. Начнется боксование колес, при котором происходит повышенный износ бандажей (или шин) и пути.

По мере увеличения скорости скольжения сила сцеп­ления колеса с поверхностью качения резко уменьша­ется, что приводит к чрезмерному увеличению частоты вращения двигателя. Это в свою очередь вызывает дальнейший рост скорости скольжения и соответствен­но снижение силы сцепления. Нормальное качение колеса становится невозможным. Поэтому при боксовании под­вижного состава на тяжелых подъемах или скользкой дороге он останавливается и иногда не может тронуться с места вследствие вновь возникающего боксования. В этом случае нарушение сцепления может вызвать за­держку движения. Восстановить сцепление колес с рель­сами можно, увеличив силу сцепления.

Следовательно, для предельной силы сцепления всего подвижного состава по выражению получим следующее ограничение:

,

откуда наибольшая допустимая по условию сцепления сила тяги

.

Величины и малы по сравнению с величиной Т_пр. Поэтому приближенно можно принять для подвижного состава .

Сила сцепления определяется как произведение силы нажатия G_K колеса на рельс и коэффициента сцепления ψ _к колеса с рельсом, т. е.

Т_к = G_к ψ _к.

Образование тормозной силы. Определим условие нормального качения колеса при торможении. В период торможения к поезду приложена тормозная сила. Рассмотрим процесс образования этой силы на примере одного колеса (рис. 3).

В тормозном режиме на каждую колесную пару вагона, дви­жущегося в направлении, указан­ном стрелкой v, действует тормоз­ной момент М_т, направленный против часовой стрелки. В этом же направлении будет прило­жен момент М_тр, определяемый внутренним сопротивлени­ем в подшипниках. Момент М_j, определяемый инерциями колеса и связанных с ним вращающихся частей, будет направлен по часовой стрелке.

Рис. 3. Реализация тормозной силы

Результирующий момент М будет равен алгебраической сумме моментов, дейст­вующих на колесную пару: .

Представим тормозной момент парой сил В_к, прило­женных соответственно в точках О и А. Если бы колеса вращались свободно, не касаясь рельсов или дороги, т. е. были приподняты над уровнем пути, то под действием тормозного момента они бы остановились. В действительности колеса опираются на рельсы или путь, следовательно, в точке соприкосновения А возникает сила сцепления Т_к. Поэтому колеса не останавливаются, а продолжают катиться по пути, одновременно как бы упи­раясь в него под действием тормозного момента.

Таким образом, под действием тормозной силы В_к в результате сцепления колеса с рельсом в точке А образу­ется внешняя сила Т_к, направленная противоположно силе В_к. Точка А в каждый момент является как бы неподвиж­ной, т. е. мгновенным центром вращения.

В целом на подвижной состав действует сумма тор­мозных сил всех колес, которые можно заменить их равно­действующей. Условно эту равнодействующую можно счи­тать приложенной к центру тяжести подвижного состава. При движении колеса силы В_к и Т_к не будут равны, так как действующий на колеса результирующий момент М равен алгебраической сумме моментов. Следовательно, соотношение между силами В_к и Т_к для одной оси будет иметь вид

и для всего подвижного состава

.

Ограничение тормозной силы. Если в режиме тор­можения тормозная сила В превысит предельно допус­тимую силу сцепления Т_пр, произойдет заклинивание колес. Тормозные колеса начнут скользить относитель­но пути в точке А. Это явление называется юзом . При юзе резко уменьшается тормозная сила, так как она определяется коэффициентом трения качения между колесом и рельсом при скольжении их относительно друг друга. А коэффициент скольжения всегда мень­ше коэффициента сцепления, соответствующего нор­мальному торможению. Юз — опасное явление для безопасности движения, так как во время юза увеличиваются время торможения итормозной путь. Кроме того, во время юза при скольжении колес происходит сильное истирание бандажей колесных пар или шин троллейбуса. Таким образом, предельная сила сцепле­ния всего подвижного состава будет иметь следующие ограничения:

,

откуда наибольшая допустимая по условиям сцепления тормозная сила

.

Величины и значительно меньше величины Т_пр, поэтому приближенно можно принять, что .

Движению

Структура расчетных зависимостей основного сопро­тивления движению. На основное сопротивление движе­нию влияют многие разнообразные постоянные и пере­менные факторы, взаимосвязанные и зависящие друг от друга. Поэтому определение основного сопротивления движению аналитическим путем очень сложно и весьма неточно. В результате экспериментальных исследований установлено, что определяющее влияние на основное сопротивление движению рельсового транспорта оказыва­ют два фактора: скорость движения и сила нажатия колесной пары на рельсы. С увеличением скорости основ­ное удельное сопротивление движению растет, с увеличе­нием силы нажатия колесной пары на рельсы оно уменьшается.

При практических расчетах основного удельного соп­ротивления движению применяют эмпирические формулы вида ω = а + вv + сv²,

где а, в и с — постоянные числовые коэффициенты, получаемые опытным путем и отражающие влияние различных факторов на основное сопротивление движению.

Коэффициенты а и в характеризуют силы трения, определяемые конструкцией подвижного состава, коэф­фициент с - сопротивление воздушной среды. Каждому типу подвижного состава соответствуют разные значения коэффициентов а, в и с. Для подвижного состава не­большой длины коэффициент в можно принять равным нулю.

Сопротивление движению в режимах тяги, выбега и торможения. Для моторных вагонов рассматривают за­висимости основного сопротивления движению в режиме тяги или электрического торможения, т. е. движении, когда тяговые двигатели обтекаются током (движение под то­ком) и в режиме выбега.

При движении под током силы сопротивления движе­нию, обусловленные механическими потерями в тяговых двигателях, тяговой передаче, моторно-осевых подшипни­ках, учтены в электромеханических характеристиках тя­говых двигателей. Поэтому при движении под током расчетное сопротивление движению меньше, чем в режиме выбега и механического торможения на значение сил, ко­торые вызываются этими потерями.

В реальных условиях эта разница вызвана тем, что при движении под током потери энергии в тяговых двигателях, тяговой передаче, подшипниках, которые учитываются в характеристиках двигателей, покрываются энергией, потребляемой из контактной сети. При движении в режиме выбега на покрытие этих потерь расходуется кинетическая энергия, накопленная подвижным сос­тавом, и эти потери учитываются увеличением сопротив­ления движению на значе­ние Δ ω ₀.

 

 

Рис. 1. Зависимость основного сопротивления движению под током и без тока от скорости

Рис. 2. Определение сопротивления движению от уклона

Подставляя выражение (2) в выражение (1), по­лучим, ‰

Следовательно, ук­лон, выраженный в ‰, - это число метров высоты, приходящихся на 1 км горизонтальной длины пути. Сопротив­ление движению по­движного состава от уклона, кН,

.

На реальном профиле пути подъемы не превышают 2 – 2.5⁰, поэтому можно принять, что . Тогда сопротивление движению от уклона, кН,

,

или, Н,

.

Удельное сопротивление движению от уклона, Н/кН,

. (3)

Как следует из выражения (3), удельное сопротив­ление движению от уклона численно равно уклону в тысячных долях и не зависит ни от скорости, ни от типа подвижного состава. Формула (3) выведена при дви­жении на подъеме. Но она будет справедлива и для дви­жения на спуске. На спуске составляющая силы тяжести направлена по движению подвижного состава и является ускоряющей силой. Это учитывается в формуле (3) тем, что на спусках значение уклона i является отрицатель­ным.

ЛЕКЦИИ 4-5

Рис. 1. Электромеханические характеристики на валу двигателя ДК-254Б

Рис. 2. Построение зависимости магнитного потока от тока якоря

Скорость двигателя v, приведенная к ободу движущего колеса, приблизительно обратно пропорциональна потоку; при токе, близком к нулю, она стремится к бесконечности. С увеличением тока скорость вначале резко падает, что соответствует прямолинейной части характеристики СФ(I).

 

Рис.3. Принципиальная схема включения тягового двигателя по­следовательного возбуждения (а) и его электромеханические харак­теристики на ободе движущего колеса (б)

 

При дальнейшем увеличении тока по мере насыще­ния магнитной цепи машины скорость снижается в мень­шей степени, как это показано на рис. 3.

Электромагнитная сила F_ЭМ = 3, 6СФI при малых на­грузках, когда магнитный поток прямо пропорционален току, растет от нуля приблизительно пропорционально квадрату тока, т. е. по параболической зависимости. При дальнейшем увеличении нагрузки по мере насыщения машины кривая F_ЭM(I) отклоняется от параболы и приближается к прямой, т. е. изменяется прямо пропорцио­нально току.

Характеристика силы тяги F(I) подобна характеристике электромагнитной силы, но ее ординаты меньше на вели­чину Δ F, определяемую магнитными и механическими потерями в двигателе и потерями в передаче. Поэтому кривая F(I) не проходит через начало координат, а пере­секает ось абсцисс при некотором малом токе I_x, соответст­вующем холостому ходу машины. При таком токе и номинальном напряжении работа двигателя недопустима из-за резкого повышения частоты вращения якоря.

Характеристика к. п. д. η (I) при малых нагрузках стремится к нулю при токе I_x и силе тяги, равной нулю. Эта точка соответствует холостому ходу, когда вся подведенная мощность затрачивается в основном на по­крытие механических потерь. С увеличением нагрузки к. п. д. быстро растет по мере снижения механических потерь и достигает своего максимума в области, близкой кноминальным нагрузкам. Точка расположения макси­мума к. п. д. зависит от соотношения механических и электрических потерь.

При дальнейшем увеличении нагрузки к. п. д. постепен­но снижается в результате увеличения электрических потерь, пропорциональных квадрату тока.

При нагрузке, намного превышающей допустимую, при которой падение напряжения в двигателе 1r становится равным напряжению U_Д, скорость , отданная мощность Fv и, следовательно, к. п. д. станут равными нулю. Этот предельный режим соответствует заторможен­ному состоянию двигателя, при котором вся подведенная мощность U_ДI затрачивается на покрытие электрических потерь I²r. Электромеханические характеристики на ободе дви­жущего колеса зависят от диаметра колеса D_K, пере­даточного отношения редуктора μ , и его к. п. д., η _З (рис. 4). Если эти величины изменяются, то изменяется и характер электромеханических характеристик данного двигателя на ободе колеса. Поэтому на электромехани­ческих характеристиках двигателя на ободе колеса обязательно указываются значения D_K, μ и η _З.

 

Рис. 4. Электромеханические характеристики на ободе движущего колеса тягового двигателя последовательного возбуждения при D_K = 780 мм, μ = 7, 98, η _З.=0, 97

Характеристики двигателя параллельного возбужде­ния. У двигателя параллельного возбуждения обмотку возбуждения к сети подключают через регулируемый реостат. Ток возбуждения пропорционален приложенному напряжению, следовательно, магнитодвижущая сила (м. д. с.) не зависит от тока якоря. С увеличением тока якоря I магнитный поток СФ незначительно уменьшается
из-за размагничивающего действия реакции якоря (рис.5). Скоростная характеристика v(I) жесткая, т. е. скорость почти не зависит от нагрузки. С увеличением нагрузки скорость только незначительно уменьшается вследствие увеличения падения напряжения в цепи дви­гателя 1r.

Рис. 5. Принципиальная схема включения тягового двигателя параллельного возбуждения (а) и его электромеханические харак­теристики на ободе движущего колеса (б)

Характеристика электромагнитной силы тяги F_ЭM(I) изображается прямой линией, проходящей через начало координат, так как магнитный поток практически постоя­нен. Сила тяги F отличается от электромагнитной силы на значение потерь Δ F и пересекает ось абсцисс при токе холостого хода I_х.

Если приложить к подвижному составу внешнюю силу, направленную по движению (например, при движе­нии на крутом спуске), то скорость подвижного состава v и э. д. с. Е = СФv начнут увеличиваться. При некоторой скорости, равной v₀, э д. с. двигателя станет равной приложенному напряжению U_д. Ток двигателя в соответст­вии с выражением станет равным нулю. При даль­нейшем увеличении скорости э. д. с. станет больше прило­женного напряжения, и ток в двигателе изменит свое направление.

Так как направление магнитного потока при этом не изменится, то сила тяги тоже изменит свой знак и будет направлена против движения, следовательно, станет тормозной силой. Тяговый двигатель при этом автомати­чески перейдет в генераторный режим и будет отдавать энергию в тяговую сеть.

Такой режим называется рекуперативным торможе­нием . При этом двигатели будут тормозить подвижной состав, одновременно возвращая электрическую энергию в питающую сеть.

Скоростная характеристика двигателя параллельного возбуждения (см. рис. 6) в генераторном режиме расположена во втором квадранте, а характеристики электромагнитной силы и силы тяги (в данном режиме тормозные силы) расположены в третьем квадранте и являются продолжением соответствующих характерис­тик двигательного режима.

Кривая к. п. д. η (I) двигателя параллельного возбужде­ния в тяговом режиме имеет такой же вид, как у двигателя последовательного возбуждения. В генераторном режиме к. п. д. представляет отношение отданной электрической мощности к подведенной механической мощности. Он ра­вен нулю при токе якоря, равном току параллельных цепей I_П затем, увеличиваясь, достигает максимума при отрицательных нагрузках, близких к номинальным, и вновь начинает уменьшаться по мере дальнейшего увеличения нагрузки.

Характеристики двигателя согласно-смешанного воз­буждения. Двигатели смешанного возбуждения имеют две обмотки возбуждения: последовательную и параллельную. У двигателя согласно-смешанного возбуждения м. д. с. обеих обмоток складывается. Следовательно, суммарная магнитодвижущая сила

,

где I и ω _c - соответственно ток якоря и числовитков последователь­ной обмотки возбуждения;

I_Шиω _Ш - соответственно токи число витков параллельной обмотки
возбуждения.

Если величину обозначить через I₀, то м. д. с. машины согласно-смешанного возбуждения будет равна . Таким образом, двигатель согласно-смешанного возбуждения можно пред­ставить как машину с одной последовательной обмоткой возбуждения, по которой протекает ток якоря I и некото­рый дополнительный ток I₀. Зависимость СФ(I) двигателя согласно-смешанного возбуждения имеет такой же вид, как и у двигателя последовательного возбуждения, с той лишь разницей, что кривая СФ сдвинута влево от начала координат на значение тока I₀, как это показано на рис. 7.

Таким образом, при токе якоря, равном нулю, м. д. с. и поток не равны нулю, а создаются током Iо, т. е. м. д. с. параллельной обмотки.

Скоростная характеристика двигателя v(I) имеет при­мерно такой же вид, как и у двигателя последовательного возбуждения, но сдвинута влево на ток I₀. В действитель­ности скоростные характеристики двигателя согласно-смешанного и последовательного возбуждения несколько отличаются по форме, так как при одинаковых м. д. с. токи якоря, а следовательно, и падение напряжения в силовой цепи двигателя будут различны.

Рис. 7. Принципиальная схема включения тягового двигателя со­гласно-смешанного возбуждения (а) и его электромеханические характеристики на ободе движущего колеса (б)

При токе якоря, равном нулю, в двигателе согласно-смешанного возбуждения остается м. д. с. параллельной обмотки ω _Ш. Это обеспечивает автоматический переход в генераторный режим (режим рекуперативного торможе­ния). При этом ток якоря изменяет свое направление, а ток в параллельной обмотке протекает в том же направлении, что и в двигательном режиме, поэтому в режиме рекуперативного торможения машина работает, как гене­ратор встречно-смешанного возбуждения. При этом м. д. с. последовательной обмотки вычитается из м. д. с. параллельной обмотки. Поэтому с увеличением тока рекуперации магнитный поток в машине будет уменьшать­ся, скорость сильно возрастет и будет стремиться к бесконечности при токе рекуперации, равном Iо.

Характеристика электромагнитной силы тяги F_ЭМ(I) в двигательном режиме практически прямолинейна, вследствие того, что машина работает в насыщенной области магнитной характеристики. При переходе в гене­раторный режим электромагнитная сила тяги меняет знак и становится тормозной силой, препятствующей движению подвижного состава. По мере увеличения тока рекуперации электромагнитная сила F_ЭМ = 3, 6СФI сначала возрастает по абсолютному значению. При больших токах рекуперации абсолютное значение F_ЭМ уменьшается и при токе рекуперации Iо падает до нуля, так как намагничивающая сила становится равной нулю.

Сила тяги F меньше электромагнитной силы на значе­ние потерь Δ F. При этом в двигательном режиме сила тяги F по абсолютному значению меньше, а в генераторном режиме больше электромагнитной силы F_ЭМ.

Характеристики η (I) как в двигательном, так и тор­мозном режиме имеют такой же вид, как и у двигателя параллельного возбуждения. К. п. д. равен нулю в тяговом режиме при токе холостого хода I_х, а в генераторном режиме - при токе якоря I_ш.

Характеристики двигателя встречно-смешанного воз­буждения. У двигателя встречно-смешанного возбужде­ния м. д. с. обеих обмоток не складывается, а вычитается при двигательном режиме. Двигатель встречно-смешанно­го возбуждения, у которого м. д. с. параллельной обмотки больше м. д. с. последовательной обмотки, непригоден для электрической тяги из-за его электрической неустойчи­вости. Двигатель встречно-смешанного возбуждения, у кото­рого м. д. с. последовательной обмотки больше м. д. с. параллельной обмотки, обладает практически такими же характеристиками, как и двигатель последовательного возбуждения. Отличие заключается в том, что начало кривой СФ(/) сдвигается от начала координат вправо на значение тока . Поэтому на это же значение тока сдвигаются вправо все электромеханические характе­ристики (рис. 8).

 

 

Рис. 8. Принципиальная схема включения тягового двигателя встреч­но-смешанного возбуждения (а) и его электромеханические харак­теристики на ободе движущего колеса (б)

Рис. 9. Тяговая характеристика подвижного состава

В боль­шинстве случаев для целей тяги наиболее благоприят­ными являются мягкие тяго­вые характеристики.

Наибольшая допустимая нагрузка тягового двигателя ограничивается его механи­ческой прочностью, устойчи­вой коммутацией и опроки­дывающим моментом. Для каждого двигателя при опре­деленной схеме его включения установлен наибольший допустимый ток I_{п max,} вышекоторого двигатель нагру­жать нельзя. Этому току соответствует максимальная сила тяги F _{л max}. Ограничение тяговой характеристики по условию максимальной на­грузки двигателя представлено на рис. 9 линией 1.

Наибольшая допустимая сила тяги по условиям сцепления

Ограничение силы тяги по сцеплению изображено линией 2 на рис. 9.

Наивысшая точка тяговой характеристики (точка 0') будет соответствовать тому из рассмотренных ограниче­ний, которое дает меньшую силу тяги. Для рельсового транспорта в большинстве случаев наибольшая допусти­мая сила тяги определяется условиями сцепления. При этом боксование колес является как бы своеобразной защитой тяговых двигателей, не допускающей их пере­грузки.

Тяговые характеристики имеют ограничение также по наибольшей допустимой скорости движения, которая явля­ется конструкционной скоростью V_констр. Эта скорость определяется прочностью тягового двигателя и конструк­тивными качествами всего подвижного состава. На рис. 9 ограничение по наибольшей допустимой скорости представлено линией 3.

Тяговые характеристики двигателей различных систем возбуждения. Тяговые характеристики двигателей различ­ных систем возбуждения представлены на рис. 10.

Как видно из тяговой характеристики двигателя последо­вательного возбуждения (кривая 1) в зоне малых скоростей сила тяги при увеличении скорости резко падает. При дальнейшем увеличении скорости сила тяги изменяется незначительно, т. е. тяговая характеристика становится мягкой.

Тяговая характеристика двигателя параллельного воз­буждения (кривая 2) жесткая и близка к прямой линии. При некоторой скорости она пересекает ось абсцисс и продолжается в область отрицательных (тормозных) сил. Кривая 3 изображает тяговую характеристику двигателя согласно-смешанного возбуждения.

 

Рис. 10. Тяговые характеристики двигателей

Распределение нагрузок

Разница электромеханиче­ских характеристик двигателей одного и того же типа приводит к тому, что скорости двигателей при одном и том же значении момента неодинаковы. Действующий стандарт на тяговые двигатели допускает отклонение частот вращения отдельных двигателей до ±4% от типовой характеристики в номинальном режиме.

Различие характеристик двигателей, установленных на одном и том же подвижном составе, приводит к неравно­мерному распределению нагрузок между ними и, как следствие этого, неодинаковому потреблению токов.

Рассмотрим тяговые характеристики двух двигателей последовательного (рис. 3, а) и параллельного (рис. 3, 6) возбуждения. Оба двигателя каждого типа установлены на одном и том же подвижном составе и работают параллельно, поэтому скорости на ободах их колес должны быть одинаковы. Пусть они равны v'.

Рис. 3. определение расхождения сил тяги при двигателях последовательного (а) и параллельного (б) возбуждения

Как следует из рис. неравномерность в распределе­нии нагрузок у двигателей последовательного возбуждения меньше, чем у двигателей параллельного возбужде­ния. Следовательно, чем мягче характеристики, тем меньше расхождение нагрузок параллельно работающих двигателей.

Из рис. (а) видно, что расхождение в силах тяги двух отличающихся тяговых характеристик при скорос­ти v' можно принять

,

где - угол наклона спрямленной части тяговой характеристики.

Разделив обе части выражения на F, получим

,

где величина - коэффициент относительной жесткости.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. MODULE 1 - Теория и практика
2. А. ТЕОРИЯ ЗАЩИТНЫХ МЕХАНИЗМОВ
3. Амантадин улучшает движения из-за его антихолинергического эффекта
4. Анализ движения денежных средств
5. Анализ движения и технического состояния основных средств.
6. Анализ движения уставного, добавочного, резервного капитала и нераспределенной прибыли.
7. Анализ наличия, движения и структуры оборотного капитала
8. Анализ наличия, движения и структуры основных средств
9. Анализ общественного движения.
10. Анализ остатков движения денежной наличности
11. Анализ остатков и движения денежной наличности
12. Аналитическая теория личности