WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Повышение ресурса коллекторно-щеточного узла электрических машин постоянного тока

На правах рукописи

БУБЛИК Владимир Васильевич

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА КОЛЛЕКТОРНО-ЩЕТОЧНОГО УЗЛА

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

Специальность 05.09.01 – «Электромеханика и электрические аппараты»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

ОМСК 2011

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» (ГОУ ВПО «ОмГУПС (ОмИИТ)»).

Научный руководитель:

заслуженный работник транспорта Российской Федерации,

доктор технических наук, профессор

АВИЛОВ Валерий Дмитриевич.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

КОВАЛЕВ Владимир Захарович;

кандидат технических наук, доцент

КОЦАРЕВ Николай Федорович.

Ведущая организация:

ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения».

Защита диссертации состоится 29 июня 2011 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.178.03 при Омском государственном техническом университете по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, корп. 6, ауд. 340.

Тел./факс: (3812) 65-64-92, e-mail: dissov_omgtu@omgtu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.

Автореферат разослан 27 мая 2011 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, Ученый совет.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент Р. Н. Хамитов.

© Омский гос. университет путей сообщения, 2011

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Согласно «Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 г.» одним из главных целевых ориентиров является приведение качества и безопасности перевозочного процесса всех видов транспорта, в том числе и железнодорожного, в соответствие с современными требованиями экономики. Решение указанной задачи невозможно без использования научно обоснованной системы диагностирования и ремонта электроподвижного состава (ЭПC), улучшения показателей надежности агрегатов и узлов эксплуатируемого парка и перехода от системы ремонта ЭПC по пробегу к системе его ремонта по техническому состоянию.

Основными видами повреждений тяговых электродвигателей (ТЭД), таких, например, как ТЛ-2К1, являются пробой изоляции и межвитковое замыкание (МВЗ) обмоток якоря – 28 %, круговой огонь с явно выраженным повреждением коллекторно-щеточного узла (КЩУ) – 16 %, пробой изоляции и МВЗ обмоток главных и дополнительных полюсов (ГП и ДП) и компенсационной обмотки (КО) – 9 %, повреждение якорных подшипников – 8 %, низкое сопротивление изоляции якорных и полюсных обмоток – 5 %.

Результаты исследования данной работы – повышение эксплуатационного ресурса ТЭД, коммутационной устойчивости, безотказности работы КЩУ, увеличение времени пробега до отказа за счет совершенствования существующей системы ремонта с применением новых технических средств и технологий для повышения жизненного цикла ТЭД – весьма актуальны.

Цель диссертационной работы – повышение ресурса КЩУ ТЭД путем совершенствования методов и технологий диагностирования и послеремонтного контроля за счет внедрения в этот процесс новых технических и технологических решений.

Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:

1. Выполнить анализ технического состояния тяговых коллекторных электрических машин ЭПС и на основе результатов анализа отказов их КЩУ определить приоритетные направления исследований.

2. Оценить влияние эксплуатационных факторов на развитие процессов повреждения КЩУ ТЭД электроподвижного состава.

3. Установить корреляционную зависимость между наработкой до отказа и качеством коммутации, обусловленную причинами механической и электромагнитной неидентичности.

4. Получить уравнения регрессии величины динамического удара на различной скорости движения при режимах тяги, выбега и рекуперативного торможения ЭПС и величин зазоров стыка рельсовых звеньев.

5. Предложить методику ремонта КЩУ, включающую в себя дополнительные операции: оптимизированную обточку, упрочнение (накатку) рабочей поверхности коллектора и корректировку магнитной системы ДП ТЭД с целью повышения ресурса КЩУ электрических машин подвижного состава.

6. Оценить экономическую эффективность внедрения предлагаемых технологических решений.

Методы исследования. Основными методами исследования являлись сбор и анализ информации, теоретические и экспериментальные исследования на основе методов корреляционного и регрессионного анализа, статистической теории проверки гипотез и оценивания. Обработка и анализ опытных данных велись с использованием основных положений математической статистики и теории вероятностей.

Научная новизна. В диссертационной работе решен комплекс задач по совершенствованию методов, технологий, методики диагностирования и ремонта КЩУ электрических машин постоянного тока (ЭМ ПТ).



К наиболее значимым можно отнести следующие теоретические и практические результаты работы:

предложена методика комплексного использования методов диагностирования и послеремонтного контроля КЩУ электродвигателей и технологии механической обработки рабочей поверхности коллекторов (обточка и упрочнение), корректировки диамагнитных зазоров ДП, позволившая увеличить ресурс КЩУ и ТЭД в целом;

получены уравнения регрессии величины динамического воздействия со стороны пути на колесно-моторный блок (КМБ), развитие повреждений КЩУ ТЭД при различных скоростях и режимах работы электровоза на стыковом пути;

установлены корреляционные связи между основными параметрами поверхности коллектора и качеством коммутации, предложены решения проведения диагностирования с применением современных технических средств, позволяющих рационально обработать рабочую поверхность коллектора и прогнозировать наработку ТЭД до отказа.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретичес­ки и подтверждена положительными результатами апробации комплексной методики диагностирования и послеремонтного контроля коллекторно-щеточного узла ТЭД в структурных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработана и внедрена методика-технология комплексного применения методов диагностирования, восстановления КЩУ ТЭД и послеремонтного контроля, а именно: метода диагностирования и послеремонтного контроля рабочей поверхности коллектора с применением диагностического комплекса на базе бесконтактного профилометра ИПК-3ПМ; метода поверхностной пластической обработки (ППО) для упрочнения и улучшения механического состояния рабочей поверхности коллектора подпружиненным роликом; методики-технологии корректировки магнитной системы ДП ТЭД.

Практическая реализация комплексного использования предложенных технических решений позволила снизить уровень искрения ТЭД по ГОСТ 183-74 с 1 до 1 балла и увеличить пробег ТЭД с 250 тыс. км до 1500 тыс. км, а отдельных двигателей – до 2400 тыс. км, что привело к снижению неплановых ремонтов по отказу ТЭД на 20 %.

Полученные автором результаты работы реализованы в технологии текущего и среднего ремонта при проведении рациональной обточки коллекторов ТЭД, упрочнения их рабочих поверхностей, последующей корректировки магнитной системы ДП и приняты к внедрению в локомотивном ремонтном депо Московка Западно-Сибирской железной дороги – филиала ОАО «РЖД».

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на республиканской научно-технической конференции (Харьков, 1984); на научно-практической конференции кафедры Омского института инженеров железнодорожного транспорта, посвященной 60-летию ОмИИТа (Омск, 1990); на III всесоюзной научно-технической конференции (Калининград, Светлогорск, 1991); на III научно-практической конференции «Энергосбережение на предприятиях Западно-Сибирской железной дороги», посвященной 160-летию отечественной железной дороги (Омск, 1997); на научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на предприятиях Западно-Сибирской железной дороги» (Омск, 1999); на научно-практической конференции «Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте (Омск, 2008 – 2010); на научно-техническом семинаре ОмГУПСа и семинаре кафедр «Подвижной состав электрических железных дорог» и «Электрические машины и общая электротехника» ОмГУПСа (Омск, 2000 – 2011).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 27 научных работ, из них девять – в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка из 152 наименований и четырех приложений и содержит 146 страниц основного текста, 88 рисунков, 25 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проводимой работы, сформулированы цель и задачи исследования. Определены вопросы повышения ресурса КЩУ ЭМ ПТ. Сформулирована научная новизна основных результатов и практическая ценность исследований. Приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан анализ статистических материалов по отказам ЭПС, его важнейших узлов, рассмотрена существующая система их диагностирования и послеремонтного контроля, поставлены задачи исследования.

Несмотря на многократные прогнозы о бесперспективности развития машин постоянного тока (МПТ) в такой ключевой отрасли, как электрифицированный транспорт, все же им принадлежит приоритет, хотя налицо более жесткие требования в отношении их перегрузочной способности и ограничений по условиям коммутации. В связи с этим проблема повышения коммутационной устойчивости МПТ и их ресурса имеет в настоящее время важное значение.

Работы в области коммутации ЭМ ПТ ведутся уже более ста лет. За этот период получены важные теоретические и практические результаты отечественными и зарубежными учеными В. Д. Авиловым, Е. Арнольд, О. Г. Вегнером, З. Г. Гиоевым, С. В. Елисеевым, В. В. Ивашиным, Ш. К. Исмаиловым, С. П. Калиниченко, М. Ф. Карасевым, В. Т. Касьяновым, В. И. Киселевым, В. З. Ковалевым, А. С. Космодамианским, М. П. Костенко, Н. Ф. Коцаревым, А. С. Курбасовым, И. Некийрхеном, О. Л. Рапопортом, Б. В. Сидельниковым, В. Е. Скобелевым, А. И. Скороспешкиным, В. П. Смирновым, Б. Ф Токаревым, В. П. Толкуновым, В. В. Харламовым, В. С. Хвостовым, А. М. Худоноговым, В. В. Фетисовым, К. И. Шенфером, В. А. Яковенко и многими другими.

Исследованию динамики КМБ, тяговых приводов, колебания экипажей в вертикальной и горизонтальной плоскости, взаимодействия подвижного состава и пути посвящено большое количество теоретических и экспериментальных работ ученых В. И. Березовского, И. И. Галиева, М. Д. Глущенко, С. В. Елисеева, И. П. Исаева, В. У. Кобрина, Л. Г. Козлова, Ю. В. Колесина, К. П. Королева, В. А. Николаева, В. А. Нехаева, В. Б. Меделя, М. П. Пахомова, В. Ф. Яковлева и др.

Статистика отказов ТЭД ДК-259ГЗ по видам за 2006 – 2008 гг. городского ТПС (трамваев и троллейбусов), а именно: пробой изоляции и межвитковое замыкание (МВЗ) обмотки якоря (25 %), пробой изоляции и МВЗ обмоток главных (ГП) и дополнительных полюсов (16 %), повреждение якорных подшипников (10 %), биение рабочей поверхности коллектора (20 %), выплавление припоя из петушков (3 %),размотка бандажей (8 %), ослабление крышек подшипниковых щитов (4 %) и железнодорожного транспорта (табл. 1) говорит о том, что наиболее склонен к отказам – якорь ТЭД. Эти отказы составляют почти 40 % от всех отказов, причем половина из них – различные виды повреждений коллекторов.

Т а б л и ц а 1 – Статистика отказов по видам ТЭД ТЛ-2К1, НБ-418-К6 и НБ-514 грузовых электровозов за 2006 – 2008 гг.

Вид отказа Доля отказов, % от общего числа
ТЛ-2К1 НБ-418К6 НБ-514
Пробой изоляции и МВЗ обмотки якоря 28 18 18
Пробой изоляции и МВЗ обмоток ГП 4 5 9
Пробой изоляции и МВЗ обмоток ДП 2 5 12
Пробой изоляции и МВЗ КО 3 1 1
Пониженное сопротивление изоляции якорных и полюсных обмоток 1 6 7
Повреждение выводных кабелей 5 3 2
Выплавление припоя из петушков в коллекторе 6 7 1
Перебросы, оплавления, подгары, затяжки ламелей коллектора 5 14 10
Разрушение неметаллических бандажей 4 2 1
Повреждение якорных подшипников 8 10 6
Повреждение букс МОП 3 3 4
Прочее 31 26 29




Одной из важных задач анализа процесса динамического взаимодействия коллектора со щетками является определение максимально допустимых величин их параметров согласно требованиям стандарта и Правил ремонта ЭМ ЭПС. Для решения проблемы повышения ресурса КЩУ ТЭД предложен системный подход, основанный на комплексном сочетании теоретических исследований, технологических и эксплуатационных приемов.

Во второй главе приведены теоретические аспекты решения проблемы исследования диссертационной работы. Дан анализ методов, приборов и средств диагностирования кол-лекторов ТЭД. Особое внимание уде-лено обоснованию вихретокового бес-контактного метода, реализованного в приборе ИПК-3ПМ (рис. 1), на базе которого разработана предлагаемая система диагностирования коллекторов. Преимущества данной системы: с высокой точностью позволяет определить механическое состояние рабочей поверхности коллектора (биение, износ, конусность, перепады отдельных пластин).

Результаты диагностирования коллектора в про-цессе его обработки на токарном станке представлены на рис. 2. Предварительная оценка состояния коллектора позволяет установить величину обточки, сэкономить дорогостоящую медь и увеличить его ресурс.

Исследования, проводимые за последние 15 лет практики диагностирования и механической обработки коллекторов с применением данного измерительного комплекса в ТЧ Московка, выявили, что 20 – 25 % из поступающих на ремонт якорей не требовали обточки коллектора и отправлялись в эксплуатацию, что в 1,5 раза увеличило их ресурс.

Основное влияние на механику контакта коллекторных пластин оказывает перепад уровней их рабочих поверхностей, а критерием оценки состояния коллектора в целом является ускорение а*, с которым поверхность коллектора перемещается относительно оси своего вращения:

, (1)

где m = 0, 1, 2 … – номера коллекторных пластин; – угловая частота вращения коллектора; g – ускорение свободного падения.

Анализ значений указывает на то, что оно определяется в основном высшими гармониками кривой профиля коллектора.

Для оценки степени неустойчивости скользящего контакта «щетка – коллектор» проведен ряд экспериментов в лабораторных условиях ОмГУПС (рис. 3). Установлено, что вторым критерием удовлетворительного механического состояния коллектора является величина напряжения в скользящем контакте, которая должна быть в пределах 4,8 – 5,2 В.

Наиболее достоверную информацию о процессе коммутации дает падение напряжения под сбегающим краем щеток, для выделения этого сигнала широко используется дополнительная щетка-датчик, устанавливаемая у сбегающего края основной. Этот метод был использован при проведении диагностирования состояния коммутации ТЭД перед и после проведения технологических мероприятий по их ремонту.

При работе КЩУ происходит износ обоих элементов. Щетка по мере износа заменяется. Геометрические же параметры коллектора (диаметр, волнистость, шероховатость, биение) восстанавливаются при ремонте якоря. Для повышения надежности, увеличения ресурса и уменьшения количества переточек предусматривается технологическая операция накатки рабочей поверхности коллектора, т. е. его упрочнения, повышения поверхностной твердости.

Схема предложенного способа силовой ППО коллектора качением роликом, в которой усилие обработки создается в результате жесткого взаимодействия последнего с пластинами коллектора, приведена на рис. 4.

Применение предложенных ме-тодов и средств измерения в техно-логическом процессе ремонта ТЭД позволяет дать оценку технического сос-тояния КЩУ, магнитной системы ДП и на этой основе разработать методику их комплексного использования.

В третьей главе представлены статистические исследования влияния комплекса диагностирования и после-ремонтного контроля коллекторов на качество коммутации ТЭД.

Для решения вопроса о диагнос-тировании и контроле за обточкой коллекторов ТЭД в процессе ремонта ТР-3 в депо Московка в технологический цикл их ремонта внедрен предложенный диагностический комплекс, что позволило определить рациональную технологию обточки коллекторов. Проверка эффективности данной операции осуществлялась посредством проведения коммутационных испытаний ТЭД до и после обточки коллектора (рис. 5).

По результатам входного контроля ТЭД на испытательном стенде видно распределение среднего значения качества коммутации по интервалам общего биения коллекторов ТЭД, определяющее их состояние (рис. 6).

Полученный коэффициент корреляции = 0,91 доказывает, что качество коммутации АПК/НК зависит от качества обработанной рабочей поверхности коллектора, при этом уравнение регрессии представлено зависимостью:

АПК/НК = 37,65 Н – 861, (2)

где (АПК/НК) – качество коммутации, усл. ед.; Н – общее биение коллектора, мкм.

Построенное по средним значениям параметра пере-, недокоммутации (АПК/НК)ср дока-зывает, что при снижении общего биения рабочей поверхности коллектора качество коммута-ции улучшается (см. рис. 6). Предложенная технология ре-монта ТЭД оптимизирует процесс обработки коллекторов в зависимости от его начального технического состояния, а мате-матическая модель интенсивности искрения от уровня общего биения коллектора может быть использована для прогнозирования коммутационного состояния ТЭД.

В четвертой главе обоснована необходимость упрочнения рабочей поверхности коллекторов ТЭД как средства для увеличения их ресурса.

При обточке коллектора резцом невозможно получить требуемую шероховатость его поверхности, которая бы обеспечила надежную работу КЩУ. Поэтому на основе анализа существующих методов упрочнения металлических поверхностей применительно к коллектору и ранее проведенных исследований других авторов выбран метод поверхностной пластической обработки (ППО) качением подпружиненным роликом в условиях деповского ремонта.

Конструктивное отличие устройства для ППО от применяемых ранее заключается в креплении упрочняющего элемента в вилке, позволяющей удерживать его в перпендикулярном положении к обрабатываемой поверхности без перекосов, что невозможно получить при консольном креплении.

Применение данного метода ППО коллектора позволяет значительно улучшить его качественное состояние, так как твердость инструмента превосходит твердость обрабатываемой детали в шесть – восемь и более раз, упрочнение имеет место в верхних слоях детали на глубину 1,0 – 1,4 мм.

Приведены результаты коммутационных испытаний ТЭД ТЛ-2К1 после упрочнения поверхностного слоя коллектора (рис. 7). За счет нивелирования шероховатостей и раковин рабочей поверхности коллекторных пластин увеличивается площадь контакта щетки и коллектора, что приводит к снижению фактической плотности тока, уменьшению уровня искрения и повышению коммутационной устойчивости ТЭД.

С применением однофакторного дисперсионного анализа проведены исследования состояния рабочей поверхности коллектора до обточки, после обточки и упрочнения (накатки роликом), результатом которых явилось получение значимого различия. Так как наблюдаемое значение критерия Фишера Fнабл = 764,05 > Fкр = 26,7, то нулевая гипотеза о равенстве групповых средних нормальных совокупностей отвергается на уровне 1 % значимости, т. е. технологические операции обточки и накатки рабочей поверхности коллектора ТЭД приводят к существенному улучшению его качества коммутации.

В пятой главе приведены результаты исследования процесса коммутации, как одного из путей повышения ресурса КЩУ.

Многолетние наблюдения за работой ТЭД в условиях эксплуатации подтвердили зависимость числа их полных и частичных отказов от воздействия внешних сил механической природы на весь КМБ и КЩУ в частности. Сопрягаемые участки рельсового полотна железнодорожного и муниципального транспорта (лето, зима) приведены на рис. 8, а гистограммы распределения стыков для того и другого видов транспорта – на рис. 9.

С целью оценки влияния величины стыка на коммутационную устойчивость ТЭД определена зависимость динамического удара на КМБ от скорости движения и фиксированной величины стыка рельсового полотна, представленная уравнением регрессии в виде:

, (3)

где TL – приближенное значение величины динамического удара при фиксированной величине длины стыка, кг·с; V – скорость, км/ч; аiL (i = 0 – 4) – коэф-фициенты уравнения регрессии.

а б

Рис. 8. Фотоснимок зазоров между сопрягаемыми участками железнодорожных (а) и трамвайных (б) рельсов

а б

Рис. 9. Гистограмма распределения относительной частоты попадания размеров стыков в заданный интервал: а – железнодорожный путь;
б – трамвайный

Так как найденные разности
1, 2, 3 и 4-го, за исключением разностей 5-го порядка, возрастают, то степень аппроксимирующего многочлена равна 4. Таким образом, с увеличением скорости локомотива сила динамического удара при данной длине стыка существенно зависит от четвертой степени скорости. График уравнения регрессии для случая L = 30 мм приведен на рис. 10.

Полученная зависимость представлена в виде трехмерной математической модели (рис. 11), согласно которой сделано заключение о том, что с увеличением скорости и величины стыка происходит значительное повышение силы воздействия на КМБ со стороны пути.

Искрение ТЭД, возникающее при проходе электровоза по стыкам рельсов приводит к увеличению износа щеток, поэтому разработанные мероприятия по улучшению механического состояния рабочей поверхности коллектора направлены на нормализацию коммутационного процесса и снижение износа щеток и коллектора.

В работе проведено теоретическое исследование системы массового обслуживания (СМО), адекватно описывающее специфику ре-монта КЩУ. Для этого был составлен бесконечный размеченный граф состояний (рис. 12) и на его основе выписана система дифферен-циальных уравнений Колмогорова. Найдены условия существования стацио-нарных состояний системы и их вероятности. На основании анализа теоретически найдены основные характеристики данной СМО при ремонте КЩУ.

 Бесконечный размеченный граф состояний системы: – простейший поток-13

Рис. 12. Бесконечный размеченный граф состояний системы:

– простейший поток заявок; – коэффициент возврата; – выходящий из СМО поток

При условии, что для депо Московка находится в интервале 0,15 – 0,2, часть выходящего потока ТЭД, покидающего СМО, будет иметь параметр, равный (1 – ), являясь полностью отремонтированной. Та же часть выходящего потока ТЭД, которая возвращается в СМО, будет иметь параметр, равный. Она будет обслуживаться в СМО снова, поскольку не выдержала требований в соответствии с ГОСТ 2582-81.

Процесс ремонта магнитной системы остова ТЭД является последней технологической операцией, которая приводит его в норму (рис. 13).

С целью проверки результатов комплексного использования всех примененных методов ремонта проведены стендовые коммутационные испытания ТЭД. U-образные кривые (рис. 14) убедительно характеризуют эффективность их применения.

У ТЭД ТЛ-2К1 № 139/830, поступившего в ремонт в объеме ТР-3, интенсивность искрения в КЩУ составила чуть более 3000 усл. ед. по прибору ПКК-2М от недокоммутации и около 1000 усл. ед. – от перекоммутации. При подпитке ДП уровень искрения от недокоммутации несколько снизился, а от перекоммутации – увеличился и при Iподп = 15 А уровни искрения от пере- и недокоммутации сравнялись и составили 2000 усл. ед., или 1 по ГОСТ 183-74.

После обточки коллектора по технологии, приведенной выше, дви-гатель вновь был поставлен на стенд. Результаты испытаний: интенсивность искрения щеток Анк при нуле тока подпитки-отпитки ДП составила 1600 усл. ед., а Апк – 100. Подпитка ДП двигателя привела к снижению искрения от недокоммутации и к его росту от перекоммутации при Iподп 15 А Анк = Апк 800 усл. ед.

Выполнение ППО коллектора и проведение коммутационных испытаний позволили получить U-образную кривую (см. рис. 13) после накатки. Анализируя эту зависимость, можно с определенной уверенностью констатировать положительный эффект от данной операции. В результате при Iотп/подп = 0
Анк 1000 усл. ед., Апк = 0, минимум искрения от пере- и недокоммутации
Анк = Апк = 0 получен при Iподп 15 А.

Улучшение механического состояния КЩУ позволило значительно улучшить качество коммутации ТЭД ТЛ-2К1 № 139/830, однако осталось еще искрение, вызванное фактором электромагнитной природы.

Результатом корректировки зазоров под ДП данного ТЭД является U-образная кривая, обозначенная на рис. 13 штриховой линией, указывающая на значительное снижение интенсивности искрения щеток.

Для количественной оценки эффективности применения в технологическом процессе ремонта ТЭД предложенной комплексная методика-технология рассмотрена на примере использования единичных показателей их коммутационной надежности (рис. 15).

 а б Гамма-процентный ресурс (а) и средняя наработка до отказа-14

а

 б Гамма-процентный ресурс (а) и средняя наработка до отказа (б) ТЭД-15

б

Рис. 15. Гамма-процентный ресурс (а) и средняя наработка до отказа (б) ТЭД ТЛ-2К1 в зависимости от качества коммутации после применения комплексной
методики-технологии их ремонта

Результатом данного комплексного подхода ремонта ТЭД является увеличение пробега ТЭД от 250 тыс. км до 1500 тыс. км, а отдельных двигателей – до 2400 тыс. км.

В шестой главе выполнен расчет экономической эффективности от внедрения предложенной технологии ремонта ТЭД. Годовой эффект от внедрения данных технологических мероприятий составил в среднем 1 млн 200 тыс. р. на одно локомотивное ремонтное депо с приписным парком в 100 электровозов.

В заключении диссертации сформулированы основные результаты и выводы по работе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлены приоритетные направления проведения исследований, направленных на повышение ресурса коллекторно-щеточного узла тяговых электрических машин, на основании анализа работ отечественных и зарубежных ученых по техническому состоянию тяговых коллекторных машин электроподвижного состава.

2. Произведена оценка влияния эксплуатационных факторов на развитие процессов повреждения коллекторно-щеточного узла, коллектора в частности, на основе результатов анализа статистических данных по отказам ТЭД электровозов постоянного тока.

3. Установлена корреляционная зависимость между средней наработкой тяговых электродвигателей до отказа по причинам электромагнитной и механической неидентичности от качества настройки коммутации на основе графоаналитического метода, позволившая дать оценку взаимосвязи данных процессов.

4. Получены уравнения регрессии, позволившие определить величину динамического удара, воспринимаемого коллекторно-щеточным узлом тяговых электродвигателей, и степень влияния зазора стыков рельсовых звеньев на него при различных режимах работы электроподвижного состава (тяга, выбег, рекуперация) и скорости его движения в четвертой степени.

5. Разработана комплексная методика-технология, объединяющая процесс диагностирования и послеремонтного контроля рабочей поверхности коллекторов тяговых электродвигателей, оптимизированный процесс обточки, поверхностную пластическую обработку и корректировку магнитной системы по поперечной оси электрической машины, позволяющая повысить ресурс работы коллекторно-щеточного узла и увеличить межремонтный пробег тяговых электродвигателей электроподвижного состава от 250 тыс. км до 1500 тыс. км, а отдельных двигателей – до 2400 тыс. км.

6. Доказано, что технологические операции обточки и упрочнения (накатки) рабочей поверхности коллектора тягового электродвигателя, согласно результатам проведенных коммутационных испытаний и расчетов с применением однофакторного дисперсионного анализа, приводят к существенному улучшению качества коммутации и к повышению ресурса коллекторно-щеточного узла электрических машин подвижного состава.

7. Внедрение предложенной методики-технологии позволит систематически снижать поток полных и частичных отказов ТЭД, а следовательно, получить экономический эффект от повышения надежности работы тяговых электродвигателей, так как с момента начала их эксплуатации после ремонта происходит экономия финансовых и материальных средств от несостоявшихся убытков, что составляет 1 млн 200 тыс. р. на 100 электровозов одного локомотивного ремонтного депо в год.

Автор выражает глубокую признательность доктору техн. наук Ш. К. Исмаилову за помощь в подготовке диссертационной работы в качестве научного консультанта.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Методика получения количественной оценки времени производственных операций в процессе деповского ремонта двигателей электровозов / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2008. № 2. С. 281 – 283.

2. Ремонт тяговой электрической машины электровоза как система массового обслуживания / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Научные пролемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2009. № 1. С. 398 – 402.

3. Статистическое исследование зависимости частоты отказов от качества коммутации тяговых электродвигателей / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2009. № 1.
С. 402 – 404.

4. Энергосберегающие режимы регулирования мощности электровозов переменного тока с непрерывным контролем температуры электрооборудования / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Вестник машиностроения. 2009. С. 26 – 29.

5. Определение влияния качества обработки рабочей поверхности коллекторов на качество коммутации тяговых электродвигателей с помощью однофакторного дисперсионного анализа / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2009. № 2.
С. 398 – 401.

6. Применение метода ПЕРТ для математического моделирования
ремонта тяговых электродвигателей и колесных пар электровозов ВЛ10 / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Научные проблемы транспорта Сибири и дальнего Востока. 2009. № 2. С. 401 – 404.

7. Применение метода имитационного моделирования для изучения усовершенствованной системы диагностирования и ремонта тяговых электродвигателей электровозов ВЛ10 / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2010. № 1. С. 31 – 34.

8. К вопросу влияния биения коллектора на качество коммутации и ресурс тяговых электродвигателей / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2010. № 2.
С. 332 – 336.

9. Математическая модель ремонта тяговых электрических машин тягового подвижного состава / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. Ростов-на-Дону. 2011. № 1(41). С. 58 – 62.

10. Авилов В. Д. Разработка устройства для оценки состояния профиля коллекторов / В. Д. Авилов, В. В. Бублик // Тезисы докл. республик. науч.-техн. конф./ Харьков, 1984. Ч. IV. С. 107 – 108.

11. Авилов В. Д. Экспериментальные исследования профилей коллекторов крупных машин постоянного тока / В. Д. Авилов, В. В. Бублик // Материалы науч.-техн. конф. Омский ин-т инж. ж.- д. трансп. Омск,1984. С. 81, 82.

12. Авилов В. Д. Препарирование и некоторые результаты коммутационных испытаний машины 4ПП450280М2-2 / В. Д. Авилов, В. В. Бублик, В. Г. Гартман // Материалы науч.-техн. конф. каф. Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск. 1986. С. 88, 89.

13. Авилов В. Д. Влияние механических факторов на коммутационную устойчивость предельных машин постоянного тока / В. Д. Авилов, В. В. Бублик, А. М. Корпачев //Материалы науч.-практ. конф. посвящ. 60-летию Омского ин-та инж. ж.- д. трансп. Омск. 1990. С. 98, 99.

14. Авилов В. Д. Диагностирование и настройка коммутации машин постоянного тока инструментальным методом / В. Д. Авилов, В. В. Бублик, Ю. Я. Безбородов // Материалы III всесоюзн. науч.- техн. конф. Калининград, Светлогорск. 1991. С. 110.

15. Авилов В. Д. Повышение коммутационной устойчивости крупных машин постоянного тока в условиях эксплуатации / В. Д. Авилов, В. В. Бублик, Е. Н. Савельева // Материалы науч.-техн. конф. Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск. 1993. С. 102 – 103.

16. Авилов В. Д. Особенности условий работы коллекторно-щеточного узла крупных машин постоянного тока / В. Д. Авилов, В. В. Бублик // Материалы науч.-техн. конф. Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск. 1993. С. 61, 62.

17. Внедрение ресурсосберегающей технологии при ремонте коллекторов и магнитной системы ТЭД / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Ресурсосберегающие технологии на Западно-Сибирской железной дороге: Материалы науч.-практ. конф. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск. 2010. С. 93 – 97.

18. Авилов В. Д. Особенности механических условий контактирования щетки на коллекторе в крупных машинах постоянного тока / В. Д. Авилов,
В. В. Бублик // Коммутация в тяговых электродвигателях и других коллекторных машинах: Межвуз. темат. сб. науч. тр. Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск. 1985. С. 47 – 53.

19. Авилов В. Д. Анализ условий коммутации машин постоянного тока и их настройка в условиях эксплуатации / В. Д. Авилов, В. В. Бублик, Е. Н. Савельева // Промышленная энергетика. 1987. № 12. С. 18 – 20.

20. Контроль качества обработки коллекторов тяговых машин в условиях депо с применением профилометра / В. Д. Авилов, В. В. Бублик и др. // Электрические машины общего и специального назначения: Межвуз. темат. сб. науч. тр. Омская гос. акад. путей сообщения. Омск. 1996. С.76 – 80.

21. Контроль качества обработки коллекторов тяговых машин в условиях депо с применением профилометра / В. Д. Авилов, В. В. Бублик и др. // Электрические машины общего и специального назначения: Межвуз. темат. сб. науч. тр. Омская гос. акад. путей сообщения. Омск. 1996. С. 76 – 80.

22. Исмаилов Ш. К. Технология диагностирования и контроля параметров коллекторов МПТ в процессе деповского ремонта / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик, А. Н. Стражников // Новые технологии – железнодорожному транспорту: подготовка специалистов, организация перевозочного процесса, эксплуатация технических средств: Сб. науч. ст. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск. 2000. Ч. 3. 211 с.

23. Технология диагностирования ремонта и наладки коммутации тяговых электродвигателей / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Новые технологии – железнодорожному транспорту: подготовка специалистов, организация перевозочного процесса, эксплуатация технических средств: Сб. науч. ст. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск. 2000. Ч. 3. С. 341, 342.

24. Применение методов сетевого планирования в условиях неопределенности к изучению эффективности ремонта тяговых электродвигателей электровоза / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Повышение тягово-энергетической эффективности и надежности электроподвижного состава: Сб. науч. статей. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск. 2009. С. 11 – 18.

25. Математическая модель усовершенствованной технологии ремонта ТЭМ на основе методов теории СМО / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Повышение динамических качеств подвижного состава и поезда в условиях Сибирского региона; Межвуз. темат. сб. науч. тр. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск. 2009. С. 21 – 25.

26. Использование методов СПУ (МКП) при ремонте электрических машин подвижного состава / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Совершенствование технологии ремонта и технического обслуживания вагонов; Межвуз. темат. сб. науч. тр. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск. 2009.
С. 64 – 68.

27. Оценка влияния уровня искрения в КЩУ на интенсивность отказов ТЭД ТЛ-2К1 / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Инновации для транспорта: Сб. науч. ст. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск. 2010. Ч. 2. С. 180 – 185.

Личный вклад автора заключается в том, что им исследована оценка времени производственных операций деповского ремонта КЩУ двигателей электровозов [1 – 3]; разработаны и изготовлены датчики температуры для экспериментальных исследований [4]; с помощью однофакторного дисперсионного анализа определено влияние качества механической обработки коллекторов на качество коммутации ТЭД и повышение их ресурса [5, 8]; применен метод оценки и пересмотра проектов (ПЕРТ) к диагностированию КЩУ в условиях ремонтного депо [6]; применен метод имитационного моделирования для изучения системы диагностирования и ремонта коллекторов ТЭД [7]; изучен процесс текущего ремонта ТР3 ТЭД с точки зрения СМО с возвратом и определены варианты его изменения [9]; описан опыт проектирования и изготовления приборов и устройств для исследования коммутационного процесса в ЭМ различного типоразмера и промышленного назначения [10 – 16]; разработана и внедрена ресурсосберегающая технология ремонта коллекторов [17]; определены особенности механических условий контактирования щетки на коллекторе в крупных МПТ [18 – 20]; опробирована технология диагностирования и контроля параметров коллекторов ТЭД в процессе деповского ремонта [21 – 23]; проведена оценка применения методов сетевого планирования и управления в условиях неопределенности к изучению эффективности ремонта КЩУ ТЭД электровоза [24 – 27].

Типография ОмГУПСа. 2011. Тираж 100 экз. Заказ___.

644046, г. Омск, пр. Маркса, 35



 





<


 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.