【正文】 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 課題名稱 ： 脈流 牽引電動(dòng)機(jī)的換向及脈流牽 引電動(dòng)機(jī)的出廠試驗(yàn) 專 業(yè) 系 鐵道牽引與動(dòng)力學(xué)院 班 級(jí) 神華鐵路訂單班 學(xué)生姓名 張 勝 指導(dǎo)老師 趙承荻 完成日期 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 一、課題名稱 脈流牽引電動(dòng)機(jī)的換向及脈流牽引電動(dòng)機(jī)的出廠試驗(yàn) （主要針對(duì)使用 SS型電力機(jī)車的 學(xué)習(xí)者） 二、指導(dǎo)老師 趙承荻 三、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 1．課題概述 牽引電動(dòng)機(jī)被稱為電力機(jī)車的心臓，牽引電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能及運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到整臺(tái)機(jī)車的運(yùn)行性能。由于牽引電動(dòng)機(jī)工作的特殊性（如因安放在機(jī)車車體下部?jī)蓚€(gè)機(jī)車動(dòng)輪之間，因而使毎臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)的體積尺寸受到嚴(yán)格的限制，散熱條件極差，工作環(huán)境惡劣，加上機(jī)車上各臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)共同運(yùn)行時(shí)，各臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)負(fù)荷分配的不均勻，機(jī)車運(yùn)行時(shí)負(fù)載變化大等諸多因素），使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)成為機(jī)車上最為薄弱的環(huán)節(jié)，在機(jī)車運(yùn)行中牽引電動(dòng)機(jī)的故障出現(xiàn)率總體較高，在機(jī)車檢修工作中，對(duì)牽引電動(dòng) 機(jī)的檢修是一項(xiàng)十分重要的項(xiàng)目。 本課題重點(diǎn)研究 脈流牽引電動(dòng)機(jī)的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、脈流牽引電動(dòng)機(jī)的換向理論及改善換向的措施。同時(shí)學(xué)習(xí)與 研究 脈流牽引電動(dòng)機(jī)檢修后的出廠試驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容、試驗(yàn)設(shè)備、線路、試驗(yàn)方法及試驗(yàn)結(jié)果的分析判斷。 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 1）畢業(yè)設(shè)計(jì)論文部分 （ 1）脈流牽引電動(dòng)機(jī)的工作條件 （ 2）脈流牽引電動(dòng)機(jī)的基本工作原理 （ 3） SS4 型機(jī)車用 ZD105 型脈流牽引電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) （ 4）脈流牽引電動(dòng)機(jī)的換向特點(diǎn)及改善換向的措施 （ 5）脈流牽引電動(dòng)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)與檢修 2）畢業(yè)設(shè)計(jì)部分 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 （ 1）脈流牽 引電動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)項(xiàng)目 （ 2）脈流牽引電動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)內(nèi)容 （ 3）脈流牽引電動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)線路及試驗(yàn)方法 （ 4）脈流牽引電動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果分析與判斷 四、設(shè)計(jì)參考書 1．韶山 4型電力機(jī)車 張有松 朱龍駒主編 中國(guó)鐵道出版社 2．電力機(jī)車電機(jī) 周立主編 中國(guó)鐵道出版社 3．電力機(jī)車電機(jī) 張龍主編 中國(guó)鐵道出版社 4．電力機(jī)車檢修 莫堅(jiān)主編 中國(guó)鐵道出版社 5．韶山 4改型電力機(jī)車乘務(wù)員 楊兆昆主編 中國(guó)鐵道出版社 6．韶山 8型電力機(jī)車 趙叔東主編 中國(guó)鐵 道出版社 7．實(shí)用電工手冊(cè) 趙承荻 李乃夫主編 高等教育出版社 8．電工實(shí)用手冊(cè) 劉光源主編 中國(guó)電力出版社 9．電氣技師手冊(cè) 張友漢 趙承荻主編 福建科學(xué)技術(shù)出版社 五、設(shè)計(jì)說(shuō)明書要求 1．封面 2．目錄 3．內(nèi)容摘要（ 200～ 400 字左右，中英文） 4．引言 5．正文（設(shè)計(jì)方案比較與選擇、設(shè)計(jì)方案原理、計(jì)算、分析、論證，設(shè)計(jì)結(jié)果的說(shuō)明及特點(diǎn)） 6．結(jié)束語(yǔ) 7．附錄（參考文獻(xiàn)、圖紙、材料清單等） 六、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程安排 第 1 周（本階段末）： 畢 業(yè)設(shè)計(jì)開題 老師講解。 第 25周（暑假）：學(xué)生收集資料、上網(wǎng)查詢、整體構(gòu)思。 第 68 周（下階段 13 教學(xué)周）： 老師講解輔導(dǎo)，學(xué)生在老師講解輔導(dǎo)的基礎(chǔ)上通過(guò)參閱相關(guān)資料、上網(wǎng)查詢初步完成脈流牽引電動(dòng)機(jī)的工作原理、基本湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 結(jié)構(gòu)、脈流牽引電動(dòng)機(jī)的換向理論及改善換向的措施等內(nèi)容畢業(yè)設(shè)計(jì)論文工作。 第 9～ 11 周（下階段 4～ 6 教學(xué)周）： 老師講解輔導(dǎo)，學(xué)生在老師講解輔導(dǎo)的基礎(chǔ)上通過(guò)參閱相關(guān)資料、上網(wǎng)查詢初步完成脈流牽引電動(dòng)機(jī)檢修后的出廠試驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容、試驗(yàn)設(shè)備、線路、試驗(yàn)方法及試驗(yàn)結(jié)果的分析判斷等內(nèi)容畢業(yè)設(shè)計(jì)工作 。 第 12 周（下階段 7教學(xué)周）：答辯準(zhǔn)備。 第 1314 周（下階段 89教學(xué)周）：答辯 七、畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯與論文要求 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯要求 答辯前三天，每個(gè)學(xué)生應(yīng)按時(shí)將畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書或畢業(yè)論文、專題報(bào)告等必要資料交指導(dǎo)老師審閱，由指導(dǎo)老師寫出審閱意見。 學(xué)生答辯對(duì)自述部分應(yīng)寫出書面提綱，內(nèi)容包括課題的任務(wù)、目的和意義，采用的原始資料或參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論和評(píng)價(jià)。 答辯小組質(zhì)詢課題的關(guān)鍵問(wèn)題、質(zhì)詢與課題密切相關(guān)的基礎(chǔ)理論、知識(shí)、設(shè)計(jì)與計(jì)算方法、實(shí)驗(yàn)方法、測(cè)試方法、鑒別學(xué)生獨(dú)立工作能力、創(chuàng) 新能力。 2．畢業(yè)設(shè)計(jì)論文要求 文字要求：說(shuō)明書要求打?。ǔ龍D紙外），不能手寫。文字通順，語(yǔ)言流暢，排版合理，無(wú)錯(cuò)別字，不允許抄襲。 圖紙要求：按工程制圖標(biāo)準(zhǔn)制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細(xì)均勻，圓弧連接光滑，尺寸標(biāo)注規(guī)范，文字注釋必須使用工程字書寫。 曲線圖表要求：所有曲線、圖表、線路圖。程序框圖、示意圖等不準(zhǔn)用徒手畫，必須按國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)或工程要求繪制。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 摘 要 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 Abstract 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 目錄 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 引言 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第一章 直流電動(dòng)機(jī)的基本知識(shí) 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 直流電動(dòng)機(jī)是依據(jù)載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力而旋 轉(zhuǎn)的原理制造的。通常將磁場(chǎng)固定不動(dòng)（該磁場(chǎng)可以由永久磁鐵產(chǎn)生，也可由帶鐵心的通電線圈產(chǎn)生），而導(dǎo)體做成可以在磁場(chǎng)內(nèi)繞中心軸ＯＯ′旋轉(zhuǎn)，如圖 41 中的線圈 abcd（稱為電樞繞組）所示。為了能把直流電源引入到旋轉(zhuǎn)的線圈中去，采用了電刷與換向器的結(jié)構(gòu)，即線圈的 ab 邊和 cd 邊分別與兩個(gè)互相絕緣的半圓形銅環(huán)相連，而電刷Ａ和Ｂ用彈簧壓在銅環(huán)上。電刷Ａ、Ｂ固定不動(dòng)，并分別與外電源的正極和負(fù)極相接。對(duì)應(yīng)于圖 41（ a），導(dǎo)體 cd 通過(guò)銅環(huán)與電刷Ｂ（－）接觸，而導(dǎo)體 ab 則通過(guò)銅環(huán)與電刷Ａ（＋）接觸。導(dǎo)體中的電流方向如圖中的箭頭 所示，根據(jù)左手定則，可以判斷出導(dǎo)體將受力的作用，而使整個(gè)線圈 abcd 繞軸ＯＯ′以逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)竭_(dá)圖 41（ b）位置時(shí)，電刷與兩個(gè)換向片之間的絕緣墊片相接。在這個(gè)中性線位置上，線圈中沒有電流流過(guò)，也沒有力的作用，但是前 1/4 轉(zhuǎn)動(dòng)周期的慣性使線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，越過(guò)中性線位置。當(dāng)?shù)竭_(dá)圖 41（ c）位置時(shí)，導(dǎo)體 ab 處于 S 極下，而導(dǎo)體 cd 處于 N 極下（正好與 41（ a）相反），與導(dǎo)體 ab相接的銅環(huán)與電刷Ｂ（－）接觸，與導(dǎo)體 cd 相連的銅環(huán)與電刷Ａ（＋）接觸。對(duì)照 41（ a）及 41（ c）可以看出，位于相同磁極下的導(dǎo)體雖 然發(fā)生了變化，但由于電刷及銅環(huán)（通稱換向器）的作用使磁極下導(dǎo)體中的電流方向保持不變，即作用力的方向不變，因此線圈將繼續(xù)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，故電動(dòng)機(jī)能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。由此可以歸納出直流電動(dòng)機(jī)的工作原理：直流電動(dòng)機(jī)在外加直流電源的作用下，在可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)體中形成電流，載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中將受到電磁力的作用而旋轉(zhuǎn)，借助于電刷和換向器的作用，使電動(dòng)機(jī)能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。 由上分析可見，當(dāng)線圈在水平位置時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)力最大；在垂直位置時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)力最小。單線圈電樞在一個(gè)周期內(nèi)的轉(zhuǎn)矩曲線如圖 42所示，單線圈電樞的電動(dòng)機(jī)實(shí)用價(jià)值很小，雙線圈電樞的轉(zhuǎn)矩曲線如圖 43所示，雖然該轉(zhuǎn)矩仍是脈動(dòng)的，但在最大值與最小值之間的波動(dòng)已明顯削弱。 直流電動(dòng)機(jī)典型的電樞結(jié)構(gòu)可參看圖 45 所示，它有許多個(gè)線圈及換向片組成。 41 42 43 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 直流電機(jī)工作的可逆性 根據(jù)物理學(xué)中的電磁感應(yīng)原理，若用外力使圖 41中的導(dǎo)體 abcd 繞軸 OO’旋轉(zhuǎn)，則導(dǎo) 體 abcd 將切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，可通過(guò)電刷 A、 B 向外電路提供直流電能，這就是直 流發(fā)電 機(jī)的工作原理。 由以上分析可見，直流電機(jī)的運(yùn)行是可逆的，即一臺(tái)直流電機(jī)既可作直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可作直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。當(dāng)輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)，即是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔茌敵?，作直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行。反之，當(dāng)輸入直流電能，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而使電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，則是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能輸出，此時(shí)即作直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。 直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 圖 44分別為 Z2及 Z4系列直流電動(dòng)機(jī)外形圖，其中 Z4 系列直流電動(dòng)機(jī)上部為給電動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷卻用的騎式鼓風(fēng)機(jī)。就直流電動(dòng)機(jī)而言，它也是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機(jī)各主要 部件的結(jié)構(gòu)與作用如下： 定子 電動(dòng)機(jī)中靜止不動(dòng)的部分稱為定子。包括有機(jī)座、前端蓋、后端蓋、主磁極、換向磁極和電刷裝置等部分，如圖 45所示。 44 機(jī)座 機(jī)座是作為電動(dòng)機(jī)的磁路，另外用來(lái)安裝主磁極、換向磁極和前、后端蓋等部件。機(jī)座一般為鑄鋼件，小功率的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)座也可用無(wú)縫鋼管加工而成。 2. 主磁極 其作用是產(chǎn)生主磁場(chǎng)。永磁電動(dòng)機(jī)的主磁極直接由不同極性的永久磁體組成。勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)的主磁極則由主磁極鐵心和主磁極繞組兩部分組成。 （ 1） 主磁極鐵 心 作為電動(dòng)機(jī)磁路的一部分。由于電樞在旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞鐵心上的槽與齒相對(duì)于主磁極鐵心在不斷地變化，即磁路的磁阻在不斷變化，從而在主磁極鐵心中將引起渦流損耗，為減小此損耗，主磁極鐵心一般用 1～ 薄鋼板沖制成型后，再用鉚釘鉚緊成一個(gè)整體，最后用螺釘固定在機(jī)座上（參看圖 36）。 （ 2） 主磁極繞組 用來(lái)通入直流電流，產(chǎn)生勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。小型電動(dòng)機(jī)用絕緣銅線繞制而成；大、中型電動(dòng)機(jī)則用扁銅線制造。繞組在專用設(shè)備上繞好后，湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 經(jīng)絕緣處理，安裝于主磁極鐵心上。 45 3． 換向極 用來(lái)產(chǎn)生換向磁場(chǎng)以 改善直