CC BY
127
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, вип. 3 (45)
ЕКСПЛУАТАЦ1Я ТА РЕМОНТ ЗАСОБ1В ТРАНСПОРТУ
УДК 629.424.3-047.38
Б. е. БОДНАР1, О. Б. ОЧКАСОВ1*, Д. В. ЧЕРНЯСВ1, Я. I. ШЕВЧЕНКО1
1 Каф. «Локомотиви», Днiпропетровський нацюнальний утверситет з^зничного транспорту iменi академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, 49010, Дтпропетровськ, Укра1на, тел. + 38 (067) 745 20 71, +38 (056) 373 15 34, ел. пошта оа1ехаш!ег@таП.ги
Д1АГНОСТУВАННЯ ТЯГОВИХ ЕЛЕКТРОДВИГУН1В ЗА НЕР1ВНОМ1РН1СТЮ ОБЕРТАННЯ ЯКОРЯ
Мета. Запропонувати комплексний дiагностичний параметр (або систему параметрiв), який би дозволяв визначати несправносп тягового електродвигуна як електромагнгтного, так i механiчного характеру. Методика. Останш роки в свгговш практицi найбiльш швидко розвиваються технологи переходу на обслугову-вання i ремонт обладнання ввдповвдно до його фактичного техтчного стану. Основу таких технологш скла-дае контроль обладнання i прогнозування його технiчного стану з використанням методiв неруйнiвного контролю та безрозбiрного дiагностування. В умовах експлуатаци необхiдний рiвень надшносп електричних машин, у тому чи^ й тягових електродвигунiв (ТЕД) пвдтримувати дуже складно. Аналiзуючи несправнос-п рухомого складу, що виникають у процеа експлуатаци, можна переконатися, що ТЕД е найменш надш-ними вузлами. У робот запропоновано дiагностування ТЕД за нерiвномiрнiстю обертання якоря. Розробле-но пристрiй для вимiрювання нерiвномiрностi обертання якоря. Результати. Проведено експериментальне дослiдження з метою визначення нерiвномiрностi обертання вала якоря та зв'язку нерiвномiрностi обертання якоря з пошкодженнями вузлiв ТЕД. Отримаш експериментальнi залежностi форми сигналу нерiвномiр-ностi обертання якоря для двигушв з рiзним технiчним станом. Наукова новизна. Вперше запропоновано метод дiагностування тягових електродвигушв за нерiвномiрнiстю обертання вала якоря. Запропонований метод шсля подальшого удосконалення може бути використаний при проведеннi стендових випробувань двигушв при 1х роботi без навантаження, а також для оцiнки якосп проведеного ремонту. Практична зна-чимкть. Пристрiй для виявлення дефектiв вузлiв тягового електродвигуна як електромагнiтного, так i ме-ханiчного характеру без розбирання двигуна, може використовуватись при проведенш контролю складання двигуна шсля ремонту та при випробуваннях ТЕД без навантаження.
Ключовi слова: тяговий електродвигун; способи дiагностування тягових електродвигушв; нерiвномiр-нiсть частоти обертання якоря
Вступ
локомотив1в, р1вень пошкоджуваност ТЕД в експлуатаци хоча й знижуеться, але залишаеть-Тягов1 електродвигуни (ТЕД) належать до ся досить високим [1, 2]. найбшьш навантаженого устаткування локомо- Останшм часом в свгтовш практищ най-тив1в з погляду комплексного впливу на них бшьш швидко розвиваються технологи перехо-теплових, електричних, мехашчних 1 ктматич- ду на обслуговування { ремонт обладнання вщ-них фактор1в. Тому, незважаючи на постшне повщно до його фактичного техшчного стану. проведення заход1в конструктивно-технолопч- Основу таких технологш складае контроль об-ного характеру тд час виготовлення й ремонту ладнання { прогнозування його техшчного ста-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, вип. 3 (45)
ну з використанням методiв неруйнiвного контролю та безрозбiрного дiагностування. Голо-вним напрямком безрозбiрного дiагностування силового обладнання е функцiональне дiагнос-тування в номшальних режимах роботи. Мiж-народними стандартами ISO за напрямком «Мониторинг стану i дiагностування машин» функцюнальне дiагностування працюючого обладнання рекомендуеться виконувати за робо-чими та непрямими параметрами, а саме: вiб-раци, температурi, струму електродвигуна, ана-лiзу складу змазки [4]. В локомотивному гос-подарствi Укрзалiзницi останнiм часом в про-цес ремонту електричних машин активно впро-ваджуються засоби дiагностування. Завдання засобiв дiагностування - виявляти дефекти на раннш стадп розвитку, спостерiгати та прогно-зувати розвиток дефектiв, планувати обсяги ремонту та мiжремонтнi штервали. А якщо ставиться завдання переходу на обслуговування та ремонт тягових двигунiв за фактичним станом, то завдання дiагностування стае ще бшьш скла-дним - необхiдно виявляти вс дефекти на ран-нш стадп розвитку.
Внаслiдок зношення локомотивного парку локомотивш депо експлуатують тяговi елек-тродвигуни, що вичерпали свш ресурс та про-йшли декшька капiтальних ремонтiв.
В умовах експлуатацй необхщний рiвень на-дiйностi електричних машин, у тому чист й ТЕД тдтримувати дуже складно. Аналiзуючи неспра-вностi рухомого складу, що виникають у процесi експлуатацп, можна переконатися, що ТЕД е найменш надiйними вузлами, тому на ремонтних заводах i в депо проводиться 1х демонтаж i роз-бирання для визначення ступеня зношування й виконання ремонтно-вщновлю-ваних робiт, а та-кож для виявлення причин несправностей. У ре-зультап ремонтно-вiдновлю-ваних робiт електричних машин у деяких випадках вщбуваетъся зниження 1х надiйностi. Результатом цього е при-пинення руху на перегош, порушення безпеки руху, пiдвищення кшькосп непланових ремонтiв i вiдповiдно економiчних витрат. Внаслiдок цього iснуе проблема забезпечення ефективностi ремо-нтно-вiднов-люваних робгг, заключним етапом яких, як правило, е випробування й дiагностуван-ня. При цьому необхiднi засоби дiагностування не завжди використовуються через складшсть 1х
застосування або !х вiдсутнiсть, хоча однieю з важливих умов дiаraостування технiчних об'екпв е повнота шформацп стосовно !х технiчного стану.
За даними дослiджень пошкодження ТЕД в експлуатацп складають близько 20 % внаслщок псування i 30 % з причини заходу на позапла-новий ремонт за вщповщними видами вiдмов устаткування електровозiв. Усунення вiдмов, а також плановi регламентнi ремонтно-вiдновлюванi роботи й поточне обслуговування щiтково-колекторного вузла, iзоляцiйних конс-трукцiй i пiдшипникових вузлiв складають ос-новну частку витрат з утримання тягових дви-гушв в експлуатацп. Основними причинами вщмов ТЕД е:
• пробiй iзоляцil й мiжвитковi замикання обмотки якоря - 16.. .25 %;
• пробш iзоляцil й мiжвитковi замикання головних i додаткових полюсiв i компенсацш-но! обмотки - 12.16 %;
• порушення комутацп (коловий вогонь) -8.16 %;
• пошкодження якiрних пiдшипникiв -14.16 %;
• порушення розпаювання з'еднань обмотки якоря в петушках колектора - 5.6 %.
Дослiдження [6, 7] проведенi для двигушв змiнного струму дозволили отримати наступш статистичнi данi:
• пошкодження елеменпв статора - 38 %;
• пошкодження елеменпв ротора - 10 %;
• пошкодження елеменпв шдшипниюв - 40 %;
• iншi пошкодження - 12 %.
На основi вище викладеного можемо зроби-ти висновок про актуальшсть удосконалення методiв та засобiв дiагностування електричних машин, зокрема ТЕД локомотивiв.
Питанню дiагностування несправностi та випробування електричних машин присвячена значна кшьюсть публiкацiй та наукових робгт як вiтчизняних, так i закордонних фахiвцiв. В цiлому можуть бути видшеш декiлька напрям-кiв розвитку засобiв дiагностування електричних машин. В роботах [8 - 10] розглянут про-блеми експлуатацшно1 дiагностики тягових електродвигунiв та методи прогнозування стану iзоляцil електричних машин.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, вип. 3 (45)
У роботах [5, 11] розглянут питання, пов'язанi iз забезпеченням надiйноl роботи колекторно-щiткового апарату та нерiвномiрностi розподь лення електромагштно1 енергп в об'eмi ТЕД.
В останнiй час активно впроваджусться ме-тодологiя дiагностування на початковiй стадп розвитку дефектов, роторних вузлiв, у тому чи-слi i пiдшипникiв. Використання вiбрацiйного дiагностування досить повно розглянуто в роботах фахiвцiв Асощацл ВАСТ [4].
Методики дiагностування електричних машин на основi аналiзу спектра споживаного струму наведена в [6, 7, 13-16]. Методика за-снована на тому, що будь-яю збурення в робот електрично! або мехашчно! частини електро-двигуна i пов'язаного з ним мехашзму призво-дять до змши магнiтного потоку в зазорi елект-рично1 машини ^ як наслiдок, до модуляцп споживаного електродвигуном струму.
О^м розглянутих, використовуються методи дiагностування електричних машин за тепловим (iнфрачервоним) випромiнюванням, дiагносту-вання за сигналами акустично! емси та дiагнос-тування вузлiв тертя за анашзом мастила.
Мета
Проведений анатз показав наявнiсть велико! кшькосп рiзноманiтних методiв дiагносту-вання електричних машин. Бшьшють з розглянутих методiв можуть бути використанi для проведення приймально-здавальних випробу-вань i контролю якостi виконаного ремонту. Але бшьшють методiв дозволяють визначити несправнiсть або електричного, або мехашчно-го характеру. В той самий час юнуе значна час-тина несправностей, що викликана порушення-ми комутацп, неточнiстю встановлення нейтра-лi та iншими причинами як електромагштного, так i механiчного характеру. Тобто необхщно визначити комплексний дiагностичний параметр (або систему параметрiв), який би дозволяв визначати та роздшяти несправностi як електромагштного, так i механiчного характеру.
Методика
Для виявлення дефектiв як електромагштного, так i мехашчного характеру можуть засто-совуватись дiагностичнi комплекси для вiброа-
кустичного дiагностування, а також багатока-нальнi вимiрювальнi комплекси з метою одно-часного вимiрювання струму та вiбро-акустич-ного дiагностування.
Серед дiагностичних параметрiв електричних машин видшяють температуру, вiбрацiю та опiр iзоляцil складових частин електрично1 машини. Для дiагностування дефектiв мехашчно1 та електромехашчно1 природи в якостi дiагнос-тично1 ознаки використовуеться вiбрацiя.
Причинами виникнення вiбрацil е сили ме-ханiчного, електромагштного та аеродинамiч-ного походження. Основною причиною шдви-щено1 вiбрацil електричних машин е дисбаланс. Його наявнють призводить до прискореного зносу шдшипниюв, вала якоря та iнших складових мехашзму, шдвищеному рiвню шуму, зменшенню ККД i т.д. Шквщащя дисбалансу е досить складним завданням, що вимагае квал> фiкованого персоналу i складно1 вимiрювальноl технiки.
Для того, щоб пiдвищити загальну якють стендових випробовувань електричних машин, необхiдно впроваджувати новiтнi методи та технологи дiагностування, удосконалити засо-би вимiрювання. Одним з таких удосконалень може бути впровадження засобiв для визначен-ня нерiвномiрностi обертання вала якоря, осю-льки саме це е першочерговим фактором, який викликае вiбрацiю тягового електродвигуна. Впровадження засобiв вимiрювання нерiвномi-рностi обертання якоря тягового електродвигуна двигуна дозволить бшьш точно визначати якють ремонту мехашчно1 та електромехашчно1 частини тягових двигунiв.
У той же час техшчш засоби для дiагносту-вання за нерiвномiрнiстю обертання вала двигуна значно дешевш^ а при застосуваннi сучас-них вимiрювальних систем дозволяють отрима-ти достатню кiлькiсть дiагностичноl шформа-цп. Крiм того, при дiагностуваннi за нерiвномi-рнiстю частоти обертання на електродвигуш встановлюеться лише один датчик, в той час як при дiагностуваннi вiброакустичними методами необхiдне встановлення велико1 кiлькостi (до декiлькох десяткiв) датчиюв, що пiдвищуе трудомiсткiсть процесу i зменшуе надiйнiсть дiагностичного комплексу.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, вип. 3 (45)
Рис. 1. Структурна схема пристрою для вимiрювання нерiвномiрностi обертання вала якоря тягового електродвигуна
Структурна схема пристрою для вим1рю-вання нер!вном!рност обертання вала якоря тягового електродвигуна наведена на рисунку 1.
Для д1агностування за нер!вном!ртстю час-тоти обертання пропонусться застосовувати ви-сокоточний шкрементальний оптичний датчик кутового перемщення (енкодер). 1нкремента-льт енкодери призначет для визначення кута повороту об'екпв, що обертаються. При змш кутового положення вала щодо його початко-вого положення, шкрементальт енкодери фор-мують вихщний сигнал, що е послщовшстю ¿мпульшв прямокутно! форми. За цими ¿мпуль-сами приймаючий пристрш визначае поточний кут повороту вала шляхом шдрахунку кшькосп ¿мпульшв за допомогою л1чильника.
Датчик встановлюеться на технолопчну кришку тдшипникового щита з1 сторони коле-ктора. За допомогою перехщника вал енкодера жорстко з'еднуеться з валом якоря. Кшьюсть ¿мпульшв (роздшьна здатшсть) тд час вим1рю-вань складае 625 ¿мпульшв на один повний оберт вала.
Шляхом обробки сигналу вщ шкременталь-ного датчика можна отримати шформащю про поточне значення кута повороту валу щодо опорно! ¿ндексно! вщмггки (методом послщов-них додавань), а також про його кутову швид-юсть.
Д1агностування за нер!вном!ртстю обертання якоря проводиться тд час роботи електродвигуна на холостому ходу. Така система д> агностування доступна 1 не потребуе значних катталовкладень на И впровадження.
Нер!вном!ртсть частоти обертання тягового електродвигуна може бути викликана р1зними типами несправностей, але !х можна розподши-ти на дв1 групи: несправносп мехатчного характеру (шдшипниюв, колекторно-щггкового апарата та ш.) { несправносп електричного характеру (замикання в обмотках якоря { полюшв, порушення комутаци та ш.). _
Нер1вном1рност1 мехатчного характеру ви-никають через постшну циктчну зм1ну опору обертанню якоря, викликану змшою сили тертя в тдшипниках або м1ж щеками та колектором.
Нер1вном1рност1 електромагттного характеру можуть бути викликаш пульсащями маг-ттного потоку, нер!вном!ртстю повггряного зазору м1ж полюсами { якорем, м1жвитковими замиканнями обмотки якоря та деякими шши-ми менш розповсюдженими причинами.
Деяю дефекти (наприклад, несправносп щь тково-колекторного апарата) одночасно спри-чиняють нер!вном!рносн як електричного, так { мехатчного характеру. Так, виступаюч! колек-торт пластини або мшатт спричиняють появу пульсацш напруги м1ж щеками { струму якоря при проходжент кожного щпкотримача, що призводить до нер!вном!рносн обертання вала двигуна. При цьому значення сили тертя м1ж щпками { колектором поснйно змшюеться !, вщповщно, змшюеться отр обертанню якоря, що посилюе нер!вном!ртсть його обертання.
Несправносп мехатчного характеру вияв-ляють як тд час стало! роботи двигуна тд на-пругою, так { при вщсутносн напруги на затис-качах (в режим! виб!гу). Несправност! ж електричного характеру проявляються лише тд час роботи двигуна тд напругою. Таким чином д> агностування механ!чного характеру доцшьно проводити в режим! виб!гу, а для д!агностуван-ня електрично! частини двигуна можна керува-тись результатом вщшмання сигналу нер!вно-м!рност! обертання якоря при пронкант струму по обмотках ! обертання якоря двигуна в режим! вибиу.
Результати
Для шдтвердження можливост! використан-ня запропонованого способу д!агностування тя-гових двигутв проведен! експериментальн! до-слщження з метою визначення нер!вном!рност!
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, вип. 3 (45)
обертання вала якоря та зв'язку нерiвномiрнос-тi обертання якоря з пошкодженнями вузлiв ТЕД. Експериментальнi дослiдження проведет на ТЕД типу ТЕ-006 в умовах локомотивного депо. Для випробувань вщбрано чотири ТЕД, причому один з ТЕД шсля проведення ремонту в обсязi ПР-3, а iншi двигуни до проведення ремонту.
Експериментальш дослiдження проводились в наступних режимах:
■8
Ё.
• режим розгону - частота обертання вала якоря вщ 0 до 700 оберт1в за хвилину;
• режим холостого ходу - частота обертання валу якоря приблизно 700 оберт1в за хвили-
ну;
• режим вибну - зменшення частоти обертання до 0 оберт1в за хвилину.
Результати експериментальних дослщжень зображено на рис. 2-4.
I
3DÜ Ш
Углове перем цен ня [rpi дуси ]
-niGifl ремонту
Рис. 2. Граф1к коливання частоти обертання вала якоря в режим1 холостого ходу
В результат експериментальних дослщжень виявлено зв'язок нерiвномiрностi обертання вала якоря ТЕД з пошкодженнями вузлiв ТЕД. Пюля проведення вишрювання нерiвномiрностi обертання ТЕД розбирались з метою визначен-ня дефектiв.
При розбиранш двигунiв були виявленi наступш дефекти i несправностi: ослаблення в посадщ i, як наслiдок, розшатування на валу передньо! нажимно! шайби, мiкротрiщини в зварному з'eднаннi передньо! нажимно! шайби з валом якоря (двигун № 3), корозiя поверхш тш кочення якiрних роликових шдшипниюв, перевищення допустимого радiального зазору яюрних роликових пiдшипникiв (двигун № 2), зниження опору iзоляцi!' обмотки якоря.
Наукова новизна та практична значимкть
Вперше запропоновано метод дiагностуван-ня тягових електродвигунiв за нерiвномiрнiстю обертання вала якоря. В результат проведених експериментальних дослiджень пiдтверджено можливiсть використання сигналу нерiвномiр-ностi обертання вала якоря iз пошкодженнями вузлiв тягового двигуна. Практична щншсть впровадження полягае в розробцi пристрою для виявлення дефектов вузлiв тягового електро-двигуна як електромагштного, так i мехашчно-го характеру без розбирання двигуна. Пристрш може використовуватись при проведенш контролю складання двигуна шсля ремонту та тд час випробувань ТЕД без навантаження._
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, вип. 3 (45)
Рис. 3. Графж коливання частоти обертання вала якоря в режим1 пуску
Рис. 4. Графж коливання частоти обертання вала якоря в режим1 вибиу
Висновки
ТЕД необхщно проводити додатков1 досл> дження. Запропонований метод може бути ви-
... користаний п1д час проведення стендових ви-Найб1льший вплив на нершномтшсть ма- .......
^ ^ пробувань двигун1в при ix робот1 без наванта-ють несправност1 мехашчного характеру. Для
* . ження, а також для оцшки якост проведеного
б1льш точного д1агностування пошкоджень ремонту_
Наука та прогрес транспорту. Вюннк Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, вип. 3 (45)
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Афанасов, А. М. Энергетические показатели механического способа компенсации электрических потерь в тяговых двигателях при их взаимной нагрузке / А. М. Афанасов // Вкник Дш-пропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад.
B. Лазаряна. - 2010. - Вып. 35. - С. 69-74.
2. Барков, А. В. Современные возможности вибродиагностики машин и оборудования. [Электронный ресурс] / А. В. Барков, В. С. Никитин -Режим доступа: http://www.vibrotek.ru/russian/ ЫЬ1^ека/Ьоок21. - Загл. с экрана.
3. Боднар, Б. £. Визначення методу фттрацп сигналу нерiвномiрностi частоти обертання колшчастого вала дизеля / Б. £. Боднар, О. Б. Очкасов, Д. В. Черняев // Наука та прогрес транспорту. - 2013. - № 1 (43). - С.113-118.
4. Боднар, Б. £. Ддагностування тягових елек-тродвигушв за нерiвномiрнiстю обертання якоря / Б. £. Боднар, О. Б. Очкасов, Д. В. Черняев,
C. М. Чернишов // Проблемы и перспективы развития ж.-д. трансп. : тез. 72 Международ. науч.-практической конф. - Д. : Дшпропетр. нац. ун-т. залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна, 2012. - С. 16-17.
5. Зеленченко, А. П. Устройства диагностики тяговых двигателей электрического подвижного состава : учебное пособие / А. П. Зеленченко. -М. : РГОТУПС, 2002. - 39 с.
6. Катца, М. I. Розвиток наукових основ удоско-налення систем утримування тягового рухомого складу : дис. ... д-ра. техн. наук : 05.22.07 / Катца Михайло 1ванович. - Дншропетр. нац. ун-т залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна. - Д., 2010. - 359 с.
7. Ларченко, А. В. Методы идентификации дефектов щеточно-коллекторного узла и магнитной системы электрических машин : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.09.01 / Ларченко Алексей Владимирович ; Московский гос. ун-т путей сообщ.- М., 2011. - 25 с.
8. Петухов, В. С. Диагностика состояния электродвигателей. Метод спектрального анализа по-
требляемого тока / В. С. Петухов, В. А. Соколов // Новости Электротехники. - 2005. - № 1 (31). -С. 50-52.
9. Петухов, В. С. Диагностика электродвигателей. Спектральный анализ модулей векторов парка тока и напряжения / В. С. Петухов // Новости Электротехники. - 2008. - № 1 (49) - С. 45-49.
10. Правила ремонта электрических машин электроподвижного состава / Под ред. Е. М. Зубковича. - М. : Транспорт, 1992. - 295 с.
11. Серебряков, А. С. Оценка состояния корпусной изоляции тяговых двигателей / А. С. Серебряков // Локомотив. - 1999. - № 12. - С. 25-27.
12. Тычков, А. С. Диагностирование тяговых электродвигателей грузовых электровозов по параметрам магнитного поля : автореф. дис.... канд. техн. наук : 05.22.07 / Тычков Александр Сергеевич ; Самарский гос. ун-т путей сообщ. -Самара, 2009. - 20 с.
13. Щербатов, В. В. Моделирование теплового состояния тягового электродвигателя для прогнозирования ресурса [Электронный ресурс] / В. В. Щербатов, О. Л. Рапопорт, А. Б. Цукублин // Известия ТПУ. - 2005. - № 7. - Режим доступа: http://cyberleninka.ru/article/n/ modelirovanie-teplovogo-sostoyaniya-tyagovogo-elektrodvigatelya-dlya-prognozirovaniya-resursa. -Загл. с экрана.
14. Szymanski, Z. Diagnostic model of the wheel vehicle drive system based on FEM, BEM, and random system / Z. Szymanski // Proceedings of ISEF'09 (10 September - 12 September 2009). - Arras, 2009. - P. 183-193.
15. Szymanski, Z. Application of the magnetic field distribution in diagnostic method of the special construction wheel traction motors / Z. Szymanski // Proceedings of ISEF'07 (13 September - 15 September, 2007). - Prague : Institute of Electrical Engineering and Automation, 2007. - P. 449-456.
16. Szymanski, Z. Modern Predictive Diagnostic Method of Induction Traction Motor Based on FEM, BEM / Z. Szymanski // Computer Technology and Application. - 2012. - № 3. - P. 678-684.
Б. Е. БОДНАРЬ1, А. Б. ОЧКАСОВ1*, Д. В. ЧЕРНЯЕВ1, Я. И. ШЕВЧЕНКО1
1 Каф. «Локомотивы», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, 49010, Днепропетровск, Украина, тел. +38 (067) 745 20 71, +38 (056) 373 15 34, эл. почта оа1ехаш!ег@таП.т
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПО НЕРАВНОМЕРНОСТИ ВРАЩЕНИЯ ЯКОРЯ
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, вип. 3 (45)
Цель. Предложить комплексный диагностический параметр (или систему параметров), позволяющих определять неисправности тягового электродвигателя как электромагнитного, так и механического характера. Методика. Последние годы в мировой практике наиболее быстро развиваются технологии перехода на обслуживание и ремонт оборудования в соответствии с его фактическим техническим состоянием. Основу таких технологий составляет контроль оборудования и прогнозирования его технического состояния с использованием методов неразрушающего контроля и безразборного диагностирования. В условиях эксплуатации необходимый уровень надежности электрических машин, в том числе и тяговых электродвигателей (ТЭД) поддерживать очень сложно. Анализируя неисправности подвижного состава, возникающие в процессе эксплуатации, можно убедиться, что ТЭД являются наименее надежными узлами. В работе предложено диагностирование ТЭД по неравномерности вращения якоря. Разработано устройство для измерения неравномерности вращения якоря. Результаты. Проведено экспериментальное исследование с целью определения неравномерности вращения вала якоря и связи неравномерности вращения якоря с повреждениями узлов ТЭД. Получены экспериментальные зависимости формы сигнала неравномерности вращения якоря для двигателей с различным техническим состоянием. Научная новизна. Впервые предложен метод диагностирования тяговых электродвигателей по неравномерности вращения вала якоря. Предложенный метод после дальнейшего усовершенствования может быть использован при проведении стендовых испытаний двигателей при их работе без нагрузки, а также для оценки качества проведенного ремонта. Практическая значимость. Устройство для обнаружения дефектов узлов тягового электродвигателя как электромагнитного, так и механического характера без разборки двигателя, может использоваться при проведении контроля сборки двигателя после ремонта, и при испытаниях ТЭД без загрузки.
Ключевые слова: тяговый электродвигатель; способы диагностирования тяговых электродвигателей; неравномерность частоты вращения якоря
B. Ye. BODNAR1, A. B. OCHKASOV1*, D. V. CHERNYAYEV1, Ya. I. SHEVCHENKO1
1 Dep. «Locomotives», Dnipropetrovsk National University named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan Str., 2, 49010, Dnipropetrovsk, Ukraine, tel. +38 (067) 745 20 71, +38 (056) 373 15 34, e-mail оalexander@mail.ru
DIAGNOSIS OF TRACTION ELECTRIC MOTOR AT IRREGULARITY IN SPEED OF ANCHOR ROTATION
Purpose. To offer a complex diagnostic parameter (or system of parameters) that would allow determining the fault of electric traction motor as well as electromagnetic and mechanical nature. Methodology. Technology transition to maintenance and repair of equipment in accordance with its actual condition are developed rapidly in the world practice in recent years. Control of equipment and forecasting of its technical condition with the use of nondestructive testing and diagnosis in-place methods is the basis of such technologies. In operation the reliability level of electrical machines including traction electric motor is very difficult to maintain. Analyzing failures of rolling stock, which arise from the operation, we can see that traction electric motors are the least reliable nodes. Diagnostics of traction electric motor at irregularity in speed of anchor rotation is proposed. A measurement device for irregularity in speed of anchor rotation was developed. Findings. An experimental research in order to determine the irregularity in speed of anchor armature shaft rotation and coupling of irregularity in speed of anchor rotation with traction electric motors nodes failures was executed. The experimental dependence of the waveform uneven rotation anchor for engines with different technical conditions. Originality. A method for diagnosis of traction electric motors at irregularity in speed of anchor armature shaft rotation was first proposed. This method after further improvement can be used at bench test of engines in their work without load and for the quality of the repair. Practical value. The device for detecting defects of the traction electric motor nodes as well as electromagnetic and mechanical nature without engine disassembly may be used for control of engine assembly after repair, and at testing of traction electric motor without load.
Keywords: traction motor; techniques of traction motors diagnosing; irregularity in rotation frequency of anchor
REFERENCES
1. Afanasov A.M. Energeticheskiye pokazateli mekhanicheskogo sposoba kompensatsii elektricheskikh poter v
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2013, вип. 3 (45)
tyagovykh dvigatelyakh pri ikh vzaimnoy nagruzke [Energy indicators of mechanical method of electric loss compensation in traction motors at their mutual load]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2010, issue 35, pp. 69-74.
2. Barkov A.V., Nikitin V.S. Sovremennyye vozmozhnosti vibrodiagnostiki mashin i oborudovaniya (Modern possibilities of vibration monitoring of the cars and equipment). Available at: http://www.vibrotek.ru/ russian/biblioteka/book21 (Accessed 27 November 2012).
3. Bodnar B.Ye., Ochkasov O.B., Cherniaiev D.V. Vyznachennia metodu filtratsii syhnalu nerivnomirnosti chastoty obertannia kolinchastoho vala dyzelia [Determination of the filtration method of the irregularity signal of the diesel crankshaft rotation]. Nauka ta prohres transportu - Science and Transport Progress, 2013, no. 1 (43), pp. 113-118.
4. Bodnar B.Ye., Ochkasov O.B., Cherniaiev D.V., Chernyshov S. M Diahnostuvannia tiahovykh elektrodvyhuniv za nerivnomirnistiu obertannia yakoria [Diagnosing of the traction motors for uneven rotation of anchor]. Tezisy 72 Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Problemy i perspektivy razvitiya zheleznodo-rozhnogo transporta» [Theses of International Scientific and Practical Conference «Problems and prospects of railway transport development»]. Dnipropetrovsk, 2012, pp. 16-17.
5. Zelenchenko A.P. Ustroystva diagnostiki tyagovykh dvigateley elektricheskogo podvizhnogo sostava [Diagnostics devices of traction engines of electric rolling stock]. Moscow, RGOTUPS Publ., 2002. 39 p.
6. Kapitsa M.I. Rozvytok naukovykh osnov udoskonalennia system utrymuvannia tiahovoho rukhomoho skladu. Dokt. Diss. [Development of scientific foundations of the improvement of traction rolling stock system maintenance. Doct. Diss.]. Dnipropetrovsk, 2010. 359 p.
7. Larchenko A.V. Metody identifikatsii defektov shchetochno-kollektornogo uzla i magnitnoy sistemy elektricheskikh mashin. Avtoreferat Diss. [Methods of identification of defects of brush-collector unit and the magnetic system of electric cars. Author's abstract]. Moscow, 2011. 25 p.
8. Petukhov V.S., Sokolov V.A. Diagnostika sostoyaniya elektrodvigateley. Metod spektralnogo analiza potreblyayemogo toka [Diagnosis of electric engines condition. Spectral analysis method of draw current]. Novosti Elektrotekhniki - News of Electric Engineering, 2005, no. 1 (31), pp. 50-52.
9. Petukhov V.S. Diagnostika elektrodvigateley. Spektralnyy analiz moduley vektorov parka toka i napryazheniya [Diagnosis of electric engines. Spectral analysis of modules of current and voltage park vectors]. Novosti Elektrotekhniki - News of Electric Engineering, 2008, no.1 (49), pp. 45-49.
10. Zubkovich Ye.M. Pravila remonta elektricheskikh mashin elektropodvizhnogo sostava [Rules of repair of electric cars of electric rolling stock]. Moscow, Transport Publ., 1992. 295 p.
11. Serebryakov A.S. Otsenka sostoyaniya korpusnoy izolyatsii tyagovykh dvigateley [Assessment of the main insulation of traction motors]. Lokomotiv - Locomotive, 1999, no. 12, pp. 25-27.
12. Tychkov A.S. Diagnostirovaniye tyagovykh elektrodvigateley gruzovykh elektrovozov po parametram magnitnogo polya. Kand. Diss. [Diagnosis of freight electric traction motors on the parameters of the magnetic field. Cand. Diss.]. Samara, 2009. 20 p.
13. Shcherbatov V.V., Rapoport O. L., Tsukublin A. B. Modelirovaniye teplovogo sostoyaniya tyagovogo elektrodvigatelya dlya prognozirovaniya resursa (Modeling of the thermal state of the drive motor to predict resource). Izvestiya TPU - Proceedings of the TPU, 2005, no. 7. Available at: http://cyberleninka.ru/ article/n/modelirovanie-teplovogo-sostoyaniya-tyagovogo-elektrodvigatelya-dlya-prognozirovaniya-resursa (Accessed 27 November 2012).
14. Szymanski Z. Diagnostic model of the wheel vehicle drive system based on FEM, BEM, and random system. Proc. of ISEF'09. Arras, 2009. pp. 183-193.
15. Szymanski Z. Application of the magnetic field distribution in diagnostic method of the special construction wheel traction motors. Proc. of ISEF'07. Prague, 2007, pp. 449-456.
16. Szymanski Z. Modern Predictive Diagnostic Method of Induction Traction Motor Based on FEM, BEM. Computer Technology and Application, 2012, no. 3. pp. 678-684.
Стаття рекомендована до публ^кацИ д.т.н., проф. А. М. Мухою (Украгна); д.т.н., проф.
О. Б. Бабашним (Украгна)
Поступила в редколлегию 28.03.2013 Принята к печати 04.06.2013
