Тягово-динамический расчёт сочлененного троллейбуса на 165 пассажиров. Расчет коридора движения сочлененного троллейбуса с идеальной руле

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Теория подвижного состава»

 

по теме:

 «Тягово-динамический расчёт сочлененного троллейбуса на 165 пассажиров. Расчет коридора движения сочлененного троллейбуса с идеальной рулевой трапецией»

 

 

 

 

 

 

Выполнил:  

 

 

 

 

 

Проверил

 

 

 

 

 

Минск 2011 

РЕФЕРАТ

 

36 с., 14 рис., 6 табл., 9 источников

СОЧЛЕНЕННЫЙ ТРОЛЛЕЙБУС, ТЯГОВО-ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ, ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, СНАРЯЖЕННАЯ МАССА, ПОЛНАЯ МАССА, ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО ТРАНСМИССИ, ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, ТЯГОВО-СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, КОРИДОР ДВИЖЕНИЯ 

В данной курсвой работе произведен тягово-динамический расчет сочлененного троллейбуса на 165 пассажиров, включающий в себя расчет снаряженной и полной массы, расчет потребной мощности тягового электродвигателя, подбор тягового двигателя по каталогу, построение естественной механической и электромеханической характеристик, расчет передаточного числа трансмиссии и радиуса ведущих колес. По произведенным расчетам была построена тягово-скоростная характеристика. Также были определены разгонные свойства троллейбуса и величина преодолеваемого подъема.

В ходе работы произведен расчет коридора движения сочлененного троллейбуса с идеальной рулевой трапецией. Для этих целей была написана программа в среде Mathcad.

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 5

1 Условия работы подвижного состава ГЭТ и требования к нему 6

2 Тягово-динамический расчет подвижного состава 9

2.1 Расчет снаряженной и полной массы троллейбуса 9

2.2 Расчет потребной мощности тягового электродвигателя (ТЭД) и выбор его по каталогу 9

2.3 Построение естественной электромеханической и механической характеристик ТЭД 11

2.4 Определение передаточного числа трансмиссии и расчётного радиуса ведущих колёс 15

2.5 Построение тягово-скоростной характеристики 15

2.6 Определение разгонных свойств 19

2.7 Определение величины преодолеваемого подъема 24

3 Индивидуальное задание. Расчет коридора движения сочлененного троллейбуса с идеальной рулевой трапецией 26

3.1 Теоретическое  состояние вопроса 26

3.2 Математическая  модель расчета коридора движения 28

троллейбуса 28

3.3 Исходные  данные для расчета 30

3.4 Результаты  расчета 30

3.5 Анализ  результатов расчета 31

Заключение 33

Предметный  указатель 34

Список использованных источников 35

 

 

Введение

 

Городской электрический  транспорт (ГЭТ) имеет важное значение для экономики каждой технически развитой страны.

В целом Республика Беларусь имеет высокоразвитый городской  электрический транспорт для перевозки пассажиров (метрополитен, троллейбусы и трамваи). В достаточно плотно населенных городах наряду с городским электрическим транспортом пассажироперевозки осуществляются автобусами, маршрутными такси и легковыми автомашинами, которые загрязняют атмосферу выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. В мире борьба за экологическую чистоту многонаселенных городов ведется путем широкого применения экологически чистого транспорта, изменения маршрутов загрязняющего транспорта и его сокращения в городах.

В данной работе выполнен тягово-динамический расчет сочлененного троллейбуса на 165 пассажиров, который является необходимым при проектировании новых транспортных средств. Актуальность данного расчёта заключается в том, что от правильного выбора тягового электродвигателя зависят тягово-динамические характеристики подвижного состава и расход электроэнергии. Выбор двигателя производят по потребной мощности. Данный расчёт производится по стандартным формулам для расчёта подвижного состава ГЭТ.

В результате расчёта выбран тяговый электродвигатель, получена тягово-скоростная характеристика и определена величина преодолеваемого подъёма.

Также в данной работе рассчитан коридор движения сочлененного троллейбуса на базе АКСМ 333 и составлена программа в среде Mathcad.

 

  1. Условия работы подвижного состава ГЭТ и требования к нему

 

Характерной особенностью развития современного общества является высокий темп роста городов и численности городского населения. Развитие городов сопровождается значительным расширением их территории, строительством новых микрорайонов с одновременным увеличением расстояния между жилой территорией, местами приложения труда и культурно-бытовыми центрами, зонами отдыха. В результате растет общая подвижность населения, проявляющаяся в увеличении числа и дальности поездок жителей, и возрастает актуальность проблемы дальнейшего совершенствования системы общественного городского транспорта.

Современный городской электрический  транспорт является массовым общественным для маршрутного обслуживания населения. Он должен обеспечивать:

– высокую надежность и безопасность движения;

– максимум удобств для  пассажиров при минимальной стоимости  перевозок;

– хорошую маневренность  и высокие тягово-динамические свойства при работе в общем транспортном потоке;

– минимальный шум при  работе;

– уровень экологической  безопасности, отвечающей нормативным  требованиям;

– повышение комфортности езды (плавность разгона и торможения);

Троллейбус — это транспортное средство, приводимое в движение электрическим двигателем и предназначенное в первую очередь для перевозки пассажиров по маршрутам. Как вид транспорта троллейбус является безрельсовым городским транспортом. В отличие от автобуса он связан с трассой контактной сетью централизованного электроснабжения, которое в совокупности со свойствами электрической тяги дает троллейбусу ряд неоспоримых преимуществ перед автобусами.

По условиям токосъема  троллейбус эксплуатируется только на улицах с усовершенствованным покрытием, для которых допускаются уклоны и подъемы, не превышающие 9%.

Преимущества троллейбуса перед автобусами:

• взамен дорогого жидкого топлива троллейбусы расходуют электрическую энергию, вырабатываемую на гидроэлектростанциях, тепловых электрических станциях при сжигании низкосортных топлив (низкосортного каменного угля, торфа, сланцев) или на атомных электростанциях;

• троллейбусы не загрязняют воздушный бассейн городов продуктами загазованности;

• отличаются более высокими динамическими характеристиками и удельными весовыми показателями;

• скорость движения троллейбусов и динамика разгона практически не зависят от степени заполнения пассажирского салона;

• троллейбусы могут отбирать от контактной сети практически любую  мощность и не перевозят на себе запас топлива, что, кроме того, обеспечивает высокую пожаробезопасность (так, при возгорании автобуса очень велика опасность взрыва);

• ввиду использования электрического привода троллейбус обладает высокими показателями динамической комфортабельности (в первую очередь плавность хода, разгона и торможения);

• троллейбусы менее шумны, на порядок комфортнее автобусов

• троллейбусы обладают высокими эксплуатационными характеристиками в зимних условиях вследствие отсутствия системы охлаждения и более надежной работы электрического двигателя в широком температурном диапазоне.

К изделиям ГЭТ предъявляют  следующие требования:

  • оптимальное сочетание скоростных и тяговых характеристик;
  • прочность, высокая износостойкость материала, простота и надежность конструкции;
  • низкий уровень звукового давления и вибрации в кабине и салоне изделия;
  • простота технического обслуживания (минимальное число мест для смазывания и регулировки, легкий доступ к ним, безопасность обслуживания) и ремонта;
  • возможность эксплуатации в различных климатических условиях; максимальная скорость движения — до 70-80 км/ч, минимальная скорость движения 4 км/ч; двигатель должен обеспечивать хоршую приемистость;
  • наличие рабочей, запасной и стояночной тормозных систем (стояночная тормозная система должна надежно удерживать изделие на дороге с предельным уклоном не менее 25 %);
  • высокая степень автоматизации управления и диагностирования систем;
  • возможность эксплуатации без дополнительного оборудования при температуре до 30 °С, а с незначительными изменениями в конструкции — до 40 °С.

По сложившейся на настоящее время системе перевозок пассажиров городским транспортом последний состоит из трех основный видов: метрополитен, трамваи, троллейбусы и комбинированные. К каждому из видов ГЭТ с учетом особенности каждого, предъявляются и самостоятельные отдельные технические требования, достаточно широко регламентируемые ГОСТ 7495-70 и ГОСТ 8802-78.

Общие требования, предъявляемые  к троллейбусам:

  • конструкция троллейбусов должна обеспечивать возможность их эксплуатации на дорогах с усовершенствованным капитальным покрытием I и II категорий;
  • дорожный просвет троллейбусов, укомплектованных шинами основного размера – не менее 150 мм при нагрузке из расчета нормы площади на одного стоящего пассажира 0,125 м2 и заполнении всех мест для сидения (норма веса одного человека 75 кг). Передний и задний углы свеса не должны быть менее 6°, кроме зоны подножек;
  • минимальный радиус поворота троллейбусов – не более 12 м;
  • весовые параметры троллейбуса при номинальной (из расчета нормы площади на одного стоящего пассажира – 0,2 м2) нагрузке и габариты принимаются по ГОСТ 9314-59;
  • нагрузка, приходящаяся на переднюю ось, не должна быть более 36 % общего веса троллейбуса;
  • троллейбус при номинальной нагрузке и напряжении контактной сети должен развивать скорость не менее:

60 км/ч – на горизонтальном участке дороги;

43 км/ч – на подъеме с уклоном 3 %.

–время разгона троллейбуса с места на горизонтальном участке дороги до скорости 50 км/ч – не более 26 с.

Оценку качества троллейбуса  необходимо производить по определенным показателям, зависящим от условий эксплуатации. К основным его показателям относятся: массовая характеристика; габариты; полезная площадь; вместимость; проходимость и маневренность; динамические показатели и плавность хода; удельный расход электрической энергии.

 

  1. Тягово-динамический расчет подвижного состава

    1. Расчет снаряженной и полной массы троллейбуса

 

Снаряженная масса – масса троллейбуса или трамвая в снаряженном состоянии, но без водителя, кондуктора и пассажиров.

Обработав данные по снаряженным  массам троллейбусов и трамваев в  зависимости от номинального числа  перевозимых пассажиров (все места  для сидения заполнены, а на один квадратный метр полезной площади пола салона приходится 5 пассажиров), на кафедре «Тракторы» БНТУ была получена следующая эмпирическая формула для расчета снаряженной массы сочлененного троллейбуса в зависимости от номинального числа пассажиров:


 

 

где  Zпас – номинальное число перевозимых пассажиров.

Снаряженная масса сочлененного троллейбуса на 165 пассажиров:

 

 

 

Полная  масса – масса снаряженного подвижного состава с водителем, кондуктором и пассажирами, которая определяется по формуле:


 

 

где mсн, mпас, mб – массы соответственно снаряженного троллейбуса, пассажира, багажа. (mпас =75 кг), багажа (mб = 5кг).

 

 

    1. Расчет потребной мощности тягового электродвигателя (ТЭД) и выбор его по каталогу

Потребную мощность , кВт тягового электродвигателя определяем по формуле [1, стр. 99]:

 

 

 

где максимальная скорость движения,


 КПД трансмиссии,

число тяговых  двигателей,

ускорение свободного падения,

 площадь лобового  сопротивления,

 коэффициент сопротивления воздуха,

 коэффициент  дорожного сопротивления.

Исходными данными для  расчета троллейбуса являются:

75 км/ч [2, с.345],

,

9,81м/с2,

7,0 м2 ,

0,4 кг/м3 [2, с.345],

0,04 [1, с.99].

Коэффициент полезного  действия трансмиссии характеризует потери мощности в трансмиссии и равен произведению коэффициентов полезного действия ее механизмов (карданная передача, механизмы ведущего моста) [1, cтр. 100]:

 

                                     (2.2.2)

 

где – КПД механизмов ведущего моста,

 – КПД карданной передачи,

 – КПД главной передач,

 – КПД карданного шарнира.

Для проектных  расчетов рекомендуются следующие  значения КПД отдельных механизмов трансмиссии: карданного шарнира ; главной передачи ; колесной передачи (редуктора)

 

 

Потребная мощность по формуле (2.2.1) равна:

 

.

 

Далее по каталогу [3, стр. 360–361] выбираем двигатель с соответствующей мощностью:

Двигатель ДК-211А:

– Возбуждение: последовательное;

– Мощность номинальная ;

– Номинальное напряжение ;

– Частота вращения, об/мин:

– номинальная:    1750,

– максимальная:   3900,

  • Ток якоря в режиме:

– 60 мин: 300А,

– продолжительном: 250А,

  • Сопротивление обмотки якоря ;
  • Сопротивление последовательной обмотки возбуждения

;

  • Сопротивление обмотки добавочных полюсов .

    1. Построение естественной электромеханической и механической характеристик ТЭД

 

Уравнение электромеханической  характеристики двигателя для номинального режима работы [5, с.134]:

 

(2.3.1)

 

где — номинальная частота вращения двигателя, рад/с.

Для построения естественной электромеханической и механической характеристик ТЭД определим следующие параметры.

Сопротивление обмоток двигателя:

 

(2.3.2)

 

 Ом.

 

Номинальная частота вращения якоря ТЭД:

 

(2.3.3)

 

 

 

Далее определим произведение магнитного потока в номинальном  режиме работы на конструктивную постоянную С двигателя из уравнения электромеханической характеристики двигателя:

 

(2.3.4)

 

 

 

Для построения электромеханической характеристики используем зависимость (2.3.1).Представим силу тока в виде а произведение конструктивной постоянной на магнитный поток – в виде Коэффициент показывает, во сколько раз сила тока отличается от номинально силы тока, коэффициент показывает, во сколько раз отличается от. Значения и определяем по графику кривой намагниченности (рисунок 2.3.1).

Рисунок 2.3.1 – Кривая намагниченности

 

Тогда уравнение электромеханической  характеристики примет вид:

 

(2.3.5)

 

Естественную механическую характеристику можно представить  такой зависимостью:

(2.3.6)

 

Определяем номинальный  момент двигателя:

 

(2.3.7)

 

 

Для построения естественной механической характеристики тягового электродвигателя момент представим в  виде , где показывает, во сколько раз отличается от .

Значение коэффициента определяется по формуле:

 

(2.3.8)

 

Произведём расчёт по формулам , , [6, с. 55] и найдём значения параметров . Полученные результаты занесём в таблицу 2.3.1.

 

Таблица 2.3.1 – Расчёт параметров ТЭД

     

, А

, В·с

, рад/с

, Н·м

1

2

3

4

5

6

7

0,08

0,2

0,016

24

0,574

746,4223

13,86768

0,16

0,4

0,064

48

1,148

426,1526

55,47072

0,32

0,6

0,192

96

1,722

295,8665

166,4122

0,4

0,7

0,28

120

2,009

256,481

242,6844

0,52

0,8

0,416

156

2,296

226,3117

360,5597

0,6

0,88

0,528

180

2,5256

206,8317

457,6334

0,8

0,92

0,736

240

2,6404

198,2939

637,9133

1

1

1

300

2,87

183,167

866,73

1,2

1,08

1,296

360

3,0996

170,18

1123,282

1,4

1,1

1,54

420

3,157

167,2155

1334,764

1,6

1,12

1,792

480

3,2144

164,3523

1553,18

1,8

1,16

2,088

540

3,3292

158,9098

1809,732

1

2

3

4

5

6

7

2

1,19

2,38

600

3,4153

155,0584

2062,817

2,2

1,2

2,64

660

3,444

153,8156

2288,167

2,6

1,24

3,224

780

3,5588

149,0375

2794,338

2,8

1,265

3,542

840

3,63055

146,1988

3069,958

3,2

1,28

4,096

960

3,6736

144,5468

3550,126


 

По данным таблицы 2.3.1 строим график естественной электромеханической характеристики двигателя и график естественной механической характеристики (рисунок 2.3.2 и 2.3.3).

 

 

Рисунок 2.3.2 – График естественной электромеханической

характеристики 

 

 

Рисунок  2.3.3 – График естественной механической

характеристики 

    1. Определение передаточного числа трансмиссии и расчётного радиуса ведущих колёс

Передаточное число трансмиссии определяется по следующей формуле [1, стр.100]:

 

                                                     (2.4.1)

где rк – радиус качения ведущего колеса транспортного средства, м;

 nдв – максимальная частота вращения якоря двигателя, об/мин;

 νmax – максимальная скорость движения транспортного средства, км/ч.

Радиус качения  ведущего колеса транспортного средства определяем по формуле [1, стр.70]:

                                                 (2.4.2)

 

где — статический радиус транспортного средства, м;

– буксование, для троллейбуса принимаем [1, стр.70]:

 

.

 

По формуле (2.4.1) передаточное число трансмиссии равно:

 

    1. Построение тягово-скоростной характеристики

Cила тяги на ведущем колесе [1, с.92]:

 

     (2.5.1)

 

 

Мощность, подводимая к ведущим колёсам:

 

 (2.5.2)

 

 

Нормальная реакция дороги [1, с. 87]:

 

                                                      (2.5.3)

 

где f=0,015 – коэффициент сопротивления качению [1, с.76];

α – угол уклона дороги, α = 30°.

 

 

Сила сопротивления при движении на подъём [1, с.87]:

 

                                           (2.5.4)

 

 

Силу сопротивления  движению определим суммой сил сопротивления дороги и сопротивления воздуха:

 

                                              (2.5.5)

 

Сила сопротивления  воздуха определяется по формуле [1, с.90]:

                                                (2.5.6)

 

 

Сила сопротивления дороги определяется суммой сил сопротивления качению и сопротивления подъёму :

 

                                          (2.5.7)

 

 

Силу сопротивления  движению определим по формуле (2.5.5):

Динамический фактор рассчитаем по формуле [1, с.92]:

 

                                             (2.5.8)

 

 

Рассчитаем скорость движения транспортного средства без  учёта буксования по формуле:

                                                  (2.5.9)

Результаты расчёта по формулам приведём в таблице 2.5.1.

Таблица 2.5.1 – Характеристики троллейбуса

Fк, Н

Pк, Квт

ν, м/с

ν, км/ч

Ff, Н

D

1

2

3

4

5

6

960,386

21747,87

21,7534

78,31223

146103,1

0,002111

2881,158

45296,92

15,10281

54,37011

145416,8

0,018155

4201,689

57264,43

13,09234

47,13241

145258

0,028075

6242,509

75070,96

11,55231

41,58832

145151,8

0,042914

7923,184

87080,86

10,55794

38,00857

145090,2

0,055042

11044,44

116374,8

10,12212

36,43962

145065

0,077251

1

2

3

4

5

6

15006,03

146055,8

9,349947

33,65981

145022,9

0,105474

19447,82

175867,4

8,687015

31,27325

144989,4

0,13707

23109,29

205337,8

8,535687

30,72847

144982,1

0,163043

26890,81

234847,2

8,389531

30,20231

144975,2

0,189865

31332,59

264577,4

8,111713

29,20217

144962,3

0,221388

35714,35

294268,5

7,915113

28,49441

144953,5

0,252471

39615,92

323799,4

7,851677

28,26604

144950,7

0,280129

48379,44

383144,1

7,607771

27,38798

144940,2

0,34227

53151,36

412918,2

7,462867

26,86632

144934

0,376108

61464,7

472106,7

7,378541

26,56275

144930,5

0,435034


 

По данным таблицы 2.5.1 построим график зависимости силы тяги на ведущем  колесе от скорости движения (рисунок 2.5.1) и график зависимости динамического фактора от скорости (рисунок 2.5.2).  График ограничен: максимальной скоростью транспортного средства, и минимальной скоростью транспортного средства при естественной характеристики двигателя.

 

 

Рисунок 2.5.1 – Тягово-скоростная характеристика троллейбуса

 

 

Рисунок 2.5.2 – График зависимости динамического фактора

от скорости D=f(v)

    1. Определение разгонных свойств

 

Ускорение при разгоне  определяется для случая движения троллейбуса  по горизонтальному участку дороги. Расчёт ведётся с использованием динамической характеристики троллейбуса  по формуле:

 

     (2.6.1)

где - коэффициент приведенной массы,

Таблица 2.6.1 – Зависимость ускорения троллейбуса от скорости движения

D

ν, км/ч

a,м/с2

0,45

0

4,051167

0,45

5

4,051167

0,45

10

4,051167

0,45

15

4,051167

0,45

20

4,051167

0,43

25

3,8695

0,18

30

1,598667

0,08

35

0,690333

0,045

40

0,372417

0,032

45

0,254333

0,027

50

0,208917

0,019

55

0,13625

0,008

60

0,036333


 

По данным таблицы 2.6.1 строим график зависимости ускорения троллейбуса  от его скорости движения.