Приведение электромеханических характеристик тяговых двигателей к колесным парам локомотива.

Электромеханические характеристики, отнесенные к ободам колесных пар локомотивов, получают пересчетом характеристик на валах тяговых электродвигателей. Как видно из рисунка 5 вал якоря тягового двигателя связан с колесной парой через зубчатую передачу (редуктор), причем шестерня 4, связанная с валом якоря тягового электродвигателя 3, имеет меньше число зубьев, чем зубчатое колесо 2, насаженное на ось колесной пары или на удлиненную ступицу колесного центра 1. Отношение числа зубьев зубчатого колеса 2 к числу зубьев шестерни 4 называется передаточным отношением редуктора .

Рисунок 5. Схема передачи вращающего момента от тягового двигателя к колесной паре.

1 – колесо, 2 – зубчатое колесо редуктора; 3 – якорь тягового электродвигателя; 4 – шестерня редуктора.

Зависимость между частотой вращения вала тягового электродвигателя находится следующим образом.

Линейная скорость на ободах колесных пар локомотива в м/с, равна:

; (10)

где D – диаметр колеса (м); n_КП – частота вращения колесной пары (об/мин).

Частота вращения колесной пары в раз меньше частоты вращения вала якоря тягового электродвигателя:

.

С учетом этого, формула (10) примет следующий вид:

. (11)

На практике скорость движения чаще всего представляют не в м/с, в км/ч. С учетом того, того, что 1м/с=3,6км/ч, для скорости выраженной в км/ч получим:

. (12)

Касательную силу тяги, приложенную к ободам одной колесной пары (Н) можно определить по формуле:

; (13)

где – вращающий момент на валу колесной пары (Нм); D – диаметр колесной пары (м).

С учетом к.п.д. осевого редуктора и его передаточного отношения выражение (13) примет вид:

. (14)

Касательная сила тяги локомотива определяется по формуле:

; (15)

где m – число тяговых колесных пар.

При помощи формул (12) и (15) по заданным электромеханическим характеристикам тяговых двигателей можно рассчитать тяговые характеристики э.п.с.

Для этого задаются 8-10 значениями тока тягового электродвигателя в диапазоне от 0 до максимального тока, по электромеханической характеристике определяют частоту вращения и вращающий момент тягового электродвигателя, а по формулам (12) и (15) силу тяги э.п.с. и скорость движения. При этом результаты расчета удобно представить в виде таблицы 1.

Таблица 1. Расчет тяговой характеристики э.п.с.

На рисунке 6 показаны тяговые характеристики э.п.с. при различных системах возбуждения и ограничения, накладываемые на тяговую характеристику.

Рисунок 6. Тяговые характеристики э.п.с. при различных системах возбуждения.

1 – ограничение по максимальной скорости движения; 2 – ограничение по максимальному току тягового электродвигателя; 3 – ограничение по сцеплению колесных пар с рельсами; 4 – тяговая характеристика э.п.с. с двигателями с независимого и параллельного возбуждения; 5 – тяговая характеристика э.п.с. с двигателями согласно-смешанного возбуждения; 6 – тяговая характеристика э.п.с. с двигателями сериесного возбуждения.

Как видно из рисунка 6, тяговая характеристика э.п.с. ограничивается тремя основными параметрами: максимальным током тягового двигателя и сцеплением колесных пар с рельсами при низких скоростях движения и больших значениях вращающего момента и максимальной скоростью движения, которая в свою очередь, как правило, определяется конструктивными особенностями экипажа, максимально допустимой частотой вращения вала электродвигателя или максимально допустимым подводимым напряжением.