Расчёт электромагнита путевой машины ВПО 3000

РОСЖЕЛДОР Кафедра: «Электротехника и электротехнология»

Курсовая работа Расчет электромагнита путевой машины ВПО-3000

Пояснительная записка ЭТ. М412. 00. 00. 00. ПЗ

2007 г.

Содержание Введение

1. Расчет параметров электромагнита

1.1. Алгоритм расчета

1.2 Исходные данные

1.3 Расчет магнитного потока электромагнита

1.3.1 Расчет суммарного сопротивления магнитной цепи

1.3.2 Расчет суммарного сопротивления без вставок

1.3.3 Расчет суммарного сопротивления со вставками 20%

1.3.4 Расчет суммарного сопротивления со вставками 40%

1.3.5 Расчет суммарного сопротивления со вставками 60%

1.3.6 Сравнение магнитных потоков

2. Определение силы тяги электромагнита Заключение Список литературы

Ведение Машина ВПО-3000 (рисунок.1), предназначена для выполнения комплекса заключительных работ технологических процессов технического обслуживания пути и нового строительства: дозирования балласта в путь; выправочной подъемки пути в продольном профиле, по уровню и в плане; уплотнения балласта в подшпальной зоне (подбивки), планировки поверхности балластной призмы на откосах и междупутье с одновременным ее уплотнением в этих зонах; очистки поверхностей рельсов и шпал от излишков балласта с выбросом в сторону. Машина применяется при реконструкции пути, капитальном, среднем и подъемочном ремонтах при всех типах верхнего строения пути магистральных и промышленных железных дорог. Все основные технологические операции производятся при непрерывном движении машины отдельным тепловозом.

Экипажная часть машины включает сварную ферму 1 двухбалочной конструкции с поперечными связями, придающими ей необходимую жесткость при восприятии рабочих нагрузок. Ферма опирается на ходовые тележки типа 18−100. На ферме в последовательности выполнения основных технологических операций по её оси смонтированы рабочие органы; дозатор 3, позволяющий дозировать порции балласта выгруженного на обочину пути; ПРУ 13 с электромагнитными-роликавыми захватами; основные уплотнительные виброплиты 5 с механизмами 6 установки в рабочие и транспортное положение; планировщик 7, служащий для засыпания траншей после прохода виброплит с одновременным формированием балластной призмы на откосах и междупутий. В большинстве рабочих органов применен объемный гидропривод, насосная станция смонтирована в кабине 12, в задней части машины.

Рисунок 1. Выправочно-подбивочно-отделочная машина ВПО-3000 1 ферма; 2,8 — тележка; 3 — дозатор; 4— рельсовые щетки; 5 — виброплита; 6 механизм сдвига виброплит; 7 — планировщик откосов; 9. 13, 14 — механизмы: выключения рессор, подъема, сдвига и уровня пути, подъема виброплит; 10 — уплотнитель откосов; 11 — шпальная щетка; 12, 15 — кабина. 16,17, 18- концевые тележки КИС Машина оснащена трехкоординатной трехточечной КИС системы ВНИИЖТа с использованием микропроцессорного управления, а также контрольной системой. Рабочий стрелограф машины включает переднюю 16 и заднюю 17 концевые тележки и измерительную тележку 18. Между концевыми тележками натянут измерительный трос (хорда).

Управление машиной осуществляется из передней кабины 15 и задней 12. Кабины установлены на резино-металических амортизаторах, служащих виброизоляторами.

Подъемно-рихтовочное устройство.

Подъемно-рихтовочное устройство (Рисунок.2) предназначено для выправки пути в продольном профиле, по уровню и в плане в пределы установленных допусков и норм содержания и является исполнительным рабочим органом соответствующей автоматизированной системы управления выправкой. Оно состоит из захватной части, включающей четыре электромагнитно-роликовых захвата 3, подвешенных через шарнирные узлы на траверсах 4, выполняющих одновременно функции балансира компенсации изгиба рельсовых нитей при вывешивании путевой решетки. Механизмы подъема правой и левой рельсовых нитей состоят из гидроцилиндров 2, которые проушинами штоков через сферические шарнирные узлы 5 соединены с траверсами, а проушинами корпусов — через другие шарнирные узлы 1 — с поперечным кронштейном, установленным на ферме машины. Т.к. правый и левый гидроцилиндры подъема работают независимо, то в совокупности они производят также и установку пути по уровню. Механизм сдвига путевой решетки состоит из правой и левой выдвижных трубчатых балок 7, которые вварены в траверсу 4. Эти балки через промежуточные втулки подвижно установлены на центральной трубчатой балке 12. Внутри балок установлены гидроцилиндры 10, соединенные с ними через сферические шарнирные узлы. Этими гидроцилиндрами выдвижные балки могут перемещаться в поперечном оси пути направлении относительно центральной балки. На выдвижных балках внизу установлены на осях рихтующие ролики 6, которые при работе контактируют с внутренними боковыми поверхностями головок рельсов, передавая на них усилия сдвига. Реактивное усилие, связанное со сдвигом путевой решетки, воспринимаются центральной балкой и через шарнирные узлы 11 передается на реактивный кронштейн 8. Этот кронштейн с другой стороны через шарнирные узлы 9 закреплен на кронштейне фермы машины. Гидросистему привода сдвига пути позволяет при работе машины обеспечить постоянный контакт роликов 6 с головками рельсов за счет подачи масла в обе рабочие полости гидроцилиндров 10 при отсутствии сигнала на сдвиг пути.

Рисунок 2 — Подъемно-рихтовочное устройство машины ВПО-3000.

1, 5- сферические шарнирные узлы; 2, 10- гидроцилиндры подъема и сдвига пути; 3- электромагнитно-роликовые захваты; 4- траверсы; 6-рихтующие ролики; 7- выдвижные балки, неподвижно соединенные с траверсами; 8- реактивный кронштейн; 9- шарнирные узлы; 11- шарнирный узел крепления центральной балки и реактивного кронштейна; 12- центральная балка.

В настоящее время, вследствие значительного износа элементов путевых машин, возникла проблема, заключающаяся в снижении усилия, развиваемого электромагнитным путеподъемным устройством (рисунок. 4). Особенно это проявляется в жаркие летние дни, из-за нагрева катушек электромагнитов. Эта проблема сказывается на снижении производительности ВПО, и как следствие всего комплекса путевых машин. При работе на перегонах в режиме «окна» данная проблема часто приводит к задержке в движении поездов.

Рисунок 3 — Электромагнитное путеподъемное устройство ВПО-3000

Осенью 2007 года на выездном занятии было установлено, что производительность ВПО-3000 при работе на подъемке по перегону Барабаш-Учебный Зап.-Сиб. ж/д составляет около 2 км/ч. Производительность, установленная заводом-изготовителем 5 км/ч.

Снижение производительности связано с частыми срывами рельсошпальной решетки. Это происходит вследствие ряда причин: нагрев катушек электромагнитов, наличие между головкой рельса и электромагнитом посторонних частиц (металлическая стружка, балластная крошка), разность по уровню двух соседних рельсов на стыке, увеличение сопротивлений подъемке при работе в кривых участках пути.

Целью данной курсовой работы является модернизация электромагнитного путеподъемного устройства для увеличения подъемной силы электромагнитов и, как следствие производительности машины. Расчет произведен на примере ВПО-3000, но принципиальное решение может быть применено на всех других машинах с аналогичной конструкцией ПРУ: ЭЛБ 3ТС, ЩОМ-4 и др.

электромагнитный путеподъемный устройство тяга

1. Расчет параметров электромагнита

1.1. Алгоритм расчета Полумагнит представляет собой 8 катушки, надетые на Ш-образный сердечник. Поэтому чтобы добиться более высокого магнитного потока необходимо изменить параметры магнитопровода путем увеличения магнитной проницаемости сердечника. Увеличение магнитной проницаемости достигается путем применением вставок в сердечник полумагнита с большей магнитной проницаемостью. В данном случае применяются вставки из пермаллоя.

Магнитный поток через сечение сердечника ?, Вб

(1)

где l_ср — средняя длина магнитной силовой линии, мм;

?₀ — магнитная постоянная (?₀ = 4· ?·10^-7 Гн/м);

? — относительная проницаемость материала магнитопровода;

s — площадь поперечного сечения магнитопровода;

I — сила тока, А (I=150 A);

W — число витков, (W=330).

Если линии магнитного поля замыкаются через несколько элементов с разной магнитной проницаемостью и площадью поперечного сечения, то общая длина складывается из длин этих участков.

1.2 Исходные данные Таблица 1 — Относительные магнитные проницаемости различных материалов.

Габаритные размеры обмоток представлены на рисунке. 4.

Рисунок 4. Электромагнита

1.3 Расчет магнитного потока электромагнита

1.3.1 Расчет суммарного сопротивления магнитной цепи Расчет суммарного сопротивления магнитной цепи сводится к определению сопротивлений магнитной цепи на участках.

Нами были рассмотрены два случая: работа электромагнита без вставок и работа электромагнита со вставками из пермаллоя

(2)

где, -суммарное сопротивление магнитной цепи:

= (3)

где,-сопротивление участка магнитной цепи.

= (4)

гдеотносительная магнитная проницаемость ,

— магнитная постоянная (=),

— средняя длина участка,

s-площадь поперечного сечения. [м²]

Площадь головки рельса; S1=3,75*10^-3 м²

Площадь сердечника; S2 =13.8*10^-3 м²

Площадь рамы; S3 =1.15*10^-3 м²

Площадь воздушного зазора; S4 =3.6*10^-3 м²

1.3.2 Расчет суммарного сопротивления без вставок:

Сопротивление головки рельса, 1/Гн;

Сопротивление сердечника, 1/Гн;

Сопротивление рамы, 1/Гн;

Сопротивление воздушного зазора, 1/Гн;

Магнитный поток

1.3.3 Расчет суммарного сопротивления со вставками 20%

При расчете магнитное сопротивление на участке со вставкой рассчитывается как при двух параллельных ветвях.

Сердечник;

Площадь вставки пермаллоя, м²;

Площадь электротехнической стали, м²;

Сопротивление пермаллоя, 1/Гн;

Сопротивление электротехнической стали, 1/Гн;

Общее сопротивление параллено соединенных проводников, 1/Гн;

Рама;

Площадь вставки пермаллоя, м²;

Площадь электротехнической стали, м²;

Сопротивление пермаллоя, 1/Гн;

Сопротивление электротехнической стали, 1/Гн;

Общее сопротивление параллено соединенных проводников, 1/Гн;

Магнитный поток;

1.3.4 Расчет суммарного сопротивления со вставками 40%

Сердечник;

Площадь вставки пермаллоя, м²;

Площадь электротехнической стали, м²;

Сопротивление пермаллоя, 1/Гн;

Сопротивление электротехнической стали, 1/Гн;

Общее сопротивление параллено соединенных проводников, 1/Гн;

Рама;

Площадь вставки пермаллоя, м²;

Площадь электротехнической стали, м²;

Сопротивление пермаллоя, 1/Гн;

Сопротивление электротехнической стали, 1/Гн;

Общее сопротивление параллено соединенных проводников, 1/Гн;

Магнитный поток;

1.3.5 Расчет суммарного сопротивления со вставками 60%

Сердечник;

Площадь вставки пермаллоя, м²;

Площадь электротехнической стали, м²;

Сопротивление пермаллоя, 1/Гн;

Сопротивление электротехнической стали, 1/Гн;

Общее сопротивление параллено соединенных проводников, 1/Гн;

Рама;

Площадь вставки пермаллоя, м²;

Площадь электротехнической стали, м²;

Сопротивление пермаллоя, 1/Гн;

Сопротивление электротехнической стали, 1/Гн;

Общее сопротивление параллено соединенных проводников, 1/Гн;

Магнитный поток;

1.3.6 Сравнение магнитных потоков Таблица 2. Зависимости магнитного потока от пермаллоя

2. Определение силы тяги электромагнита Сила тяги F направлена таким образом, что рельс стремится приблизиться к электромагниту. При этом энергия, запасенная в магнитном поле воздушного зазора, переходит в механическую работу, затрачиваемую на перемещение рельса. Сила тяги равна частной производной энергии:

(6)

Если принять, что вектор магнитной индукции В одинаков во всех точках поперечного сечения S неразветвленной магнитной цепи и направлен перпендикулярно этому сечению, то его поток можно записать как: (7)

Подставим (7) в (6)

(8)

Заключение

Пермаллой значительно увеличивает магнитный поток, следовательно и силу подъема пути. Но, увеличивая объем пермаллоя, мы уменьшаем жесткость конструкции. Также при дальнейшем увеличении объема пермаллоя магнитный поток изменяется незначительно это видно на графике 1.

График 1-Зависимость магнитного потока от пермаллоя

1. Чиликин М. Г., Сандлер А. С. Общий курс электропривода; Учебник.М.1981г., 548с.

2. Атабеков Г. И., Тимофеев А. Б. Теоретические основы электротехники. Ч.2,Нелинейные цепи, М., «Энергия» 1970 г., 232 с.

3. Талмазов К. А. Электробаластер. М., «Техника» 1956., 150с.

4. Путевые машины: Учебник/Соломонов С. А. Попович В.М. М., «Желдориздат» 2000 г., 756с.