CC BY
16
УДК 629.424.4
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ КОЛЛЕКТОРОВ ГЕНЕРАТОРА ТЕПЛОВОЗА
Р.Г. ИДИЯТУЛЛИН, А.М. ВДОВИН, А.В. ПОПОВ, Н.Р. ЗАЙНУЛЛИНА,
Р.Е. МАКСИМОВ
Казанский государственный энергетический университет
В статье рассматривается проблема износа коллектора тяговых генераторов типа ГП-311Б. Проведенные исследования влияния внешних факторов на износ деталей коллекторно-щеточного узла позволили определить их природу. Приводится математическая модель изменения интенсивности износа контактной поверхности коллекторов.
Ключевые слова: Математическое ожидание, надежность, безотказность работы.
Износ коллектора вызывает нарушение коммутационного процесса, ограничивает ресурс элементов электрической машины. Следовательно, можно считать, что состояние деталей коллекторно-щеточного узла влияет на коммутационную надежность электрической машины. Износ является детерминированным процессом, и случайные вариации его протекания обусловлены воздействием некоторых неучтенных факторов.
Исследование природы износа коллекторов вследствие воздействия большого количества факторов представляет довольно сложную задачу. Поэтому с учетом требований нашей задачи ограничимся частью из них, считая при этом, что они подчиняются закону Гаусса Н о = N \к;т,ст} с математическим ожиданием равным нулю и среднеквадратическим отклонением равным ст.
Развиваемая в последние годы усталостная теория износа естественным образом согласуется с представлением об органически случайном характере явления износа, устанавливает связи между износом и воздействующими факторами. Проведенные исследования влияния внешних факторов на износ деталей коллекторнощеточного узла позволяют определить их природу [1]. Однако эти исследования не решают главной задачи - оценки ресурса коллекторов и их надежности.
Для определения интенсивности износа коллекторов проведены исследования на 30 опытных тяговых генераторах типа ГП-311Б в условиях эксплуатации парка тепловозов Казанского отделения РЖД. При этом учитывались геометрия коллекторов и состояние контактной поверхности в зависимости от настройки коммутации. В процессе эксплуатационных исследований было установлено, что интенсивность износа коллектора имеет случайный характер. Исходя из основного свойства несовместных событий сумма вероятностей будет равна единице.
Если разложим по интервалам статистическую информацию, то мы получим их вероятностные характеристики или закон распределения, устанавливающий связь между возможными значениями случайной величины и соответствующими им вероятностями. Определим для заданной плотности
© Р.Г. Идиятуллин, А.М. Вдовин, А.В. Попов, Н.Р. Зайнуллина, Р.Е. Максимов Проблемы энергетики, 2011, № 9-10
173
распределение моментов, когда закон распределения является нормальным. В общем виде формулы для центральных моментов будут иметь следующий вид [2]:
= (Н - т) f (н)н,
где Н - случайная величина; т - математическое ожидание; я - показатель степени. Принятая ранее гипотеза Н проверяется по формуле
-2=»х Н ^^,
Н_1 РН
где » - количество интервалов; Н - статистика измерений; рн - вероятность в интервале; р - математическое ожидание. Р ,%
\
\ ч
\ \
N \
\ \
\
ГП-311Б (2ТЭ10Л) / ГП-311 (ТЭП10) г
1 \
100
95
70 60
40
20
10
50 100 150 200 250 300 350 400
Рис. Вероятность безотказной работы коллекторов
V10
-6 мкм
км
5
© Проблемы энергетики, 2011, № 9-10
174
Проведенные расчеты проверки гипотезы Н0 показали, что в большинстве случаев функция плотности распределения износа коллекторов подчиняется нормальному закону распределения N ~ {Н;тн; стн } [3]. Однако из-за воздействия заводских и эксплуатационных факторов параметры его могут изменяться. На рисунке приведены эмпирические распределения с соответствующими параметрами тн и стн для группы коллекторов ГП-311Б и ГП-311. Для определения безотказной работы коллекторов в функции от наработки сформулируем математическую модель износа, которая позволила бы в условиях случайного изменения интенсивности износа контактной поверхности коллекторов прогнозировать их надежность.
Если принять поведение интенсивности износа коллекторов как сильно дифференцируемый процесс, то после окончания приработочного периода в установившийся период он колеблется относительно какого-то определенного уровня [4]. Определим величину наработки на отказ по формуле: АН
T =
Г
J0
7 (h)dh
где АН - предельно-заданное значение износа < 300 мкм; f (н) - плотность распределения.
Как ранее было показано, если износ имеет Н0 = {к;тн;стн }, тогда будем иметь следующий вид уравнения для наработки:
АН
T=
ст
J2ni00 hexp
(( - h ) 2ст 2
dh
Проведенные расчеты показали, что ресурс коллекторов равен 500 тыс. км при нормальной коммутации и удовлетворительном состоянии контактной поверхности. Приведенная методика и полученные вероятностно-статистические данные позволяют получить характеристики системы планово-предупредительного ремонта генераторов в эксплуатации.
Summary
In article the problem of deterioration of a collector of traction generators of type GP-311B is considered. The conducted researches of influence of external factors on deterioration of details kollektorno-shchetochnogo knot have allowed to define their nature. The mathematical model of change of intensity of deterioration of a contact surface of collectors is resulted.
Keywords: expectation, reliability, uptime.
Литература
1. Бордаченков A.M., Гнездилов Б.В. Коллекторно-щеточный узел тяговых электрических машин локомотивов. М.: Транспорт, 1974. 198 с.
2. Королюк B.C., Портенко Н.И., Скороход А.В., Турбин А.Ф. Справочник по теории вероятностей. М.: Наука, 1985. 639 с.
© Проблемы энергетики, 2011, № 9-10
175
3. Идиятуллин Р.Г. Надежность тяговых электрических машин. Ташкент: «Мехмат» 1987, 150 с.
4. Идиятуллин Р.Г., Распутин Д.В., Майоров О.В., Рюмин Е.В. Формирование аналитических моделей надежности коллектора электрической машины в системах электроснабжения // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2010. №1-2. С.141-145.
Поступила в редакцию 23 июня 2011 г.
Идиятуллин Ринат Гайсович - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Электромеханика энергетических систем и силового оборудования» (ЭСО) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). E-mail: mcelt@rambler.ru.
Вдовин Александр Михайлович - канд. техн. наук, доцент кафедры «Электромеханика энергетических систем и силового оборудования» (ЭСО) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).
Попов Александр Владимирович - аспирант кафедры «Электромеханика энергетических систем и силового оборудования» (ЭСО) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).
Зайнуллина Наиля Рафкатовна - преподаватель кафедры «Электромеханика энергетических систем и силового оборудования» (ЭСО) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).
Максимов Руслан Евгеньевич - аспирант кафедры «Электромеханика энергетических систем и силового оборудования» (ЭСО) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).
© Проблемы энергетики, 2011, № 9-10
176
