Содержание материала

5. Выбор конструкции, сопряжение с механической частью, требования к системе управления
Конструкция тягового двигателя должна быть выбрана таким образом, чтобы при всех возможных эксплуатационных режимах напряжения во всех элементах его конструкции не превосходили допустимых, а срок службы подшипников, коллекторов и щеток соответствовал бы современным техническим требованиям.
При проектировании и выборе двигателя необходимо в первую очередь, исходя из предельно допустимой скорости вращения якоря пмакс, максимальной скорости подвижного состава у макс И диаметра колеса Dк, определить предельное максимальное передаточное число редуктора μ.
Эти значения связываются уравнением

Следует подчеркнуть, что максимальные скорости и максимальные передаточные числа нельзя превышать, чтобы избежать появления недопустимых напряжений в крепящих деталях якоря тягового двигателя. Превышение предельных напряжений даже на небольшую величину может привести к разрушению обмотки якоря и коллектора.
Приведенные выше значения номинальной и максимальной скорости вращения и предельных передаточных чисел соответствуют выпускаемым в настоящее время конструкциям тяговых двигателей и могут изменяться в зависимости от конкретных особенностей конструкции и дальнейшего совершенствования технологии.
По заданным скоростям вращения, величине крутящих моментов и аксиальных усилий должны быть выбраны подшипники тягового двигателя. Выбор подшипников обычно производится исходя из срока их службы, равного не менее 10 000 ч. Расчет подшипников предусматривает их работу при номинальной скорости вращения в течение 85—90% общего времени и при максимальной скорости вращения в течение 10—15% времени.
Для троллейбусов необходимо также учесть осевое усилие, возникающее при перемещении кузова и тягового двигателя относительно редуктора, а следовательно, при осевом перемещении частей кардана.
При трамвайной подвеске ускорения, которым подвергалась механическая часть тягового двигателя, достигали при максимальных скоростях 5—7 g.
При опорно-рамной подвеске не зарегистрированы ускорения более 1 g. Тем не менее детали механической части, как указывалось выше, должны быть выполнены из высокопрочных материалов (сталь и равные ей по прочности материалы) с надлежащими посадками и надежным креплением деталей и узлов. Посадка несущих деталей на вал должна выполняться с посадками, обеспечивающими натяг при предельных значениях допусков.
Коллектор двигателя выбирают исходя из срока его службы не менее 10 лет при допустимом уменьшении радиального размера коллектора в процессе ремонтов не менее чем на 10 мм.
Система вентиляции также должна быть выбрана с учетом обеспечения надежной эксплуатации двигателя. Наилучшая система как независимой, так и самовентиляции предусматривает всасывание чистого воздуха из салона пассажирского помещения. При этом необходимо, чтобы перепад аэродинамического давления в подводящей вентиляционной системе был минимальным. Для этого желательно, чтобы скорость воздуха в этой системе не превышала 12 м/сек, а перепад давления в трубах не превышал 5—7 мм вод. ст.
Если воздух поступает в двигатель непосредственно из-под кузова, необходимо всемерно защитить входное вентиляционное отверстие от чрезмерного попадания пыли, грязи и снега.
В городах с обильными снегопадами может оказаться целесообразным несколько уменьшить сечение входного отверстия в течение зимнего периода с тем, чтобы температура обмоток двигателя в эксплуатационном режиме не опускалась ниже 50— 60° С.
При монтаже двигателей на подвижном составе должен быть обеспечен свободный выход из двигателя охлаждающего воздуха. Нежелательно также заслонять остов двигателя от потока встречного воздуха, который (в небольшой, правда, степени) охлаждает корпус двигателя и несколько уменьшает нагрев обмоток. Необходимо всемерно удалять из-под кузова горячий воздух, выходящий из двигателя и пускотормозных сопротивлений. Перегрев воздуха у входного вентиляционного отверстия двигателя над окружающим воздухом более чем на 5—7° следует считать недопустимым.
При монтаже двигателя на подвижном составе должен быть обеспечен удобный доступ ко всем щеткодержателям, подшипникам и отверстиям для входа и выхода вентилирующего воздуха.
Тяговый двигатель должен быть правильно спроектирован и правильно выбран с точки зрения электрической прочности изоляции. При этом система управления должна исключать появление чрезмерных коммутационных перенапряжений, могущих повредить изоляцию двигателя.
Индуктивное сопротивление главной цепи двигателя при быстропротекающих процессах (главным образом индуктивность рассеяния) составляет 5—10 мгн, а при двух последовательно соединенных двигателях— 10—20 мгн.
Трудно достаточно точно регламентировать предельные коммутационные перенапряжения. Тем не менее следует считать безусловно опасным для электрической прочности изоляции всплеск напряжения, равный двойному номинальному. Если коммутационные перенапряжения складываются с напряжением сети, их предельная величина не должна превосходить номинального напряжения сети.
На основе этих ограничений может быть определено минимально допустимое время отключения предельных токов (400 а) при прямолинейном изменении тока по времени:

В связи с тем что процесс отключения протекает при неравномерном изменении тока по времени, следует несколько повысить минимально допустимое время отключения до 0,04± ±0,05 сек.
Возможность применения коммутационной аппаратуры с высоким быстродействием и, в частности, с лабиринтными дугогасящими камерами должна быть тщательно проверена подробными исследованиями на подвижном составе. Применение подобной аппаратуры для моторных вагонов привело, в частности, к появлению чрезмерных коммутационных перенапряжений и повреждению изоляции двигателей. Отключение катушек параллельного возбуждения допустимо лишь при наличии разрядного сопротивления. Необходимо осциллографировать процесс отключения с целью контроля предельных напряжений.
Правильный выбор двигателя по тепломощности, тяговым и тормозным характеристикам, коммутационной устойчивости и конструктивному исполнению, а также надлежащий выбор коммутационной аппаратуры является таким образом важнейшим элементом проектирования современного подвижного состава.
При выборе двигателя должны быть также учтены возможные колебания напряжения, изменение уставок в системе управления, отклонения величины сопротивления движению и т. д.
Выбор двигателя при предельном его использовании крайне нежелателен.
С другой стороны, чрезмерное увеличение мощности и габаритов двигателя приводит к увеличению веса как самого двигателя, так и сопряженных элементов механической части, а также к повышению коэффициента вращающихся масс. Например, повышение мощности двигателя ДК-207 со 105—110 кВт до 130 кВт приводит к необходимости повышения диаметра якоря. При этом имеет место повышение веса двигателя (при тех же тяговых характеристиках) примерно на 200 кг и увеличение коэффициента вращающихся масс на 5%, что эквивалентно повышению веса троллейбуса еще на 500 кг. Кроме того, увеличивается наружный диаметр корпуса с 515 до 560 мм, что создает трудности при размещении двигателя.
В связи с этим нежелательно существенно превышать потребную мощность двигателя. Выбор двигателя для создания современного подвижного состава должен быть максимально точным.
Было бы весьма желательным, чтобы приведенные выше рекомендации способствовали точному выбору, при котором двигатель без чрезмерного теплового резерва имел бы надлежащую термическую, коммутационную, электрическую и механическую прочность в тяжелых условиях эксплуатации. Система последующей эксплуатации двигателей, особенно на тяжелых маршрутах и при повышенном наполнении подвижного состава, должна надлежащим образом учитывать параметры применяемых тяговых двигателей. Перегрев обмоток двигателей с изоляцией класса В в условиях эксплуатации должен находиться в пределах 50—120° С, а при изоляции класса F и Н может быть повышен до 140—150° С. Коммутационные ограничения должны быть учтены при проектировании системы управления и последующей эксплуатации подвижного состава.
Должно быть обеспечено надлежащее сопряжение общей конструкции двигателя с механической частью троллейбусов, трамваев и вагонов метрополитена.