CC BY
23
4 = 1,2627-3- 0,0057-5«*, (12)
Т I а
для продуктов сгорания дизельного топлива и биотоплива БТ1
к =1,2627+1- 0,0058-0010^*; (13)
для продуктов сгорания дизельного топлива и биотоплива БТ2 -
к = 1,2627 + 720,0059- М!^* . (14)
Таким образом, полученные уравнения для определения отношения теплоемкостей продуктов сгорания позволяют уточнить расчет процесса сгорания при моделировании рабочего цикла тепловозных дизелей. При этом повышается точность определения работы газов и скорости нарастания давления и температуры рабочего тела в течение рабочего цикла.
Список литературы
1. Совершенствование метода анализа процесса сгорания по индикаторной диаграмме [Текст] / А. С. Анисимов, Е. И. Сковородников и др. // Наука и техника транспорта / Российская открытая акад. транспорта МИИТа. - М. - 2010. - № 4. - С. 57 - 63.
2. Володин, А. И. Комплексный анализ термодинамических, экономических и экологических характеристик тепловозных дизелей в условиях эксплуатации: Монография [Текст]/ А. И. Володин, Е. И. Сковородников, А. С. Анисимов / Омский гос. ун-т путей сообщения. -Омск, 2011. - 166 с.
3. Вибе, И. И. Новое о рабочем цикле двигателей [Текст] / И. И. Вибе. - М.; Свердловск: Машгиз, 1962. - 271 с.
УДК 621.33
Е. Ю. Дульский, Н. С. Доценко, Е. М. Лыткина
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОНВЕКТИВНОГО И ТЕРМОРАДИАЦИОННОГО МЕТОДОВ КАПСУЛИРОВАНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОК ПРИ РЕМОНТЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Статья посвящена исследованию эффективности использования терморадиационного и конвективного методов сушки изоляции обмоток электрических машин тягового подвижного состава, пропитанной различными современными лаками и компаундами, при их деповском и заводском ремонте. Объективными факторами при сравнении методов являются такие параметры, как класс нагревостойкости, электрическая прочность и цементирующая способность. Авторами обосновывается преимущество терморадиационного метода перед конвективным.
Изоляция обмоток электрических машин тягового подвижного состава (ТПС) является наиболее уязвимым и в то же время дорогим звеном машины. В процессе изготовления электрических машин для повышения влаго-, электро- и термостойкости изоляции, а также в процессе ремонта для восстановления ее физико-механических свойств применяют пропитку
14 ИЗВЕСТИЯ Транссиба _№ 1(17) 2014
= _
изоляции в пропиточном материале (лаке, компаунде и др.) с последующей ее сушкой различными способами.
В настоящее время на рынке электроизоляционных материалов ведущие производители в России и за рубежом предлагают новые электроизоляционные материалы и системы изоляции на их основе, в том числе и для изоляции электрических машин тягового подвижного состава (электровозов, электропоездов и тепловозов). В России к таким производителям можно отнести ЗАО «Электроизолит», ОАО «Диэлектрик», «Элинар» и др.
Узнать, какой из пропиточных материалов качественнее, представляется возможным лишь из практики его применения, что влечет за собой большие затраты, а результат не всегда бывает положительным. Помимо этого каждый пропиточный материал требует индивидуального подхода в процессе ремонта, обусловленного в основном температурными условиями при его полимеризации. В связи с этим замена пропиточного материала также приводит к необходимости реорганизации уже отработанной технологии ремонта с вытекающими из этого затратами как времени, так и денежных средств.
Основными параметрами, характеризующими качество изоляционных материалов, являются термостойкость, определяющая максимально допустимую температуру нагрева изоляции; электрическая прочность, характеризующая защищенность изоляции от электрических пробоев и межвитковых замыканий; и цементирующая способность, влияющая на неразрушимость изоляции при воздействии вибрации.
Термостойкость изоляции производители пропиточных материалов указывают в виде класса изоляции (Б, F, H и т. д.), а такие параметры, как электрическая прочность и цементирующая способность, обычно остаются для потребителей не известными, но от их значений во многом зависит надежная работа электрической машины.
В связи с этим сотрудниками кафедры «Электроподвижной состав» (ЭПС) Иркутского государственного университета путей сообщения (ИрГУПСа) предлагается методика по определению эффективности изоляционных конструкций и пропиточных материалов в процессе деповского и заводского ремонта электрических машин ТПС, а именно сравнение различных изоляционных лент, пропитанных и закапсулированных в различных пропиточных материалах, различными методами с целью выявления лучших по таким параметрам, как электрическая прочность и цементирующая способность.
Ранее [1] в наших работах на уровне гипотезы доказывалась эффективность терморадиационного метода сушки пропитанной изоляции обмоток электрических машин ТПС (тепловым излучением) [2, 3] в сравнении с конвективным при их деповском и заводском ремонте. Были проведены экспериментальные исследования по сравнению эффективности данных методов для пропитанной изоляционной ленты типа ЛЭС-0,1-20 (далее - ЛЭС), применяемой в качестве покровной изоляции при изготовлении и ремонте тягового элек-
Рисунок 1 - Общий вид стенда по физическому моделированию процесса капсулирования изоляции обмоток электрических машин ТПС: 1 - инфракрасный (ИК) облучатель; 2 - панель измерений; 3 - прибор для определения терморадиационных свойств изоляции (TermoRad-1); 4 - пирометр (ADA); 5 - выдвижные панели с ИК-излучателями различных типов
№ 1(17)
тродвигателя (ТЭД) типа НБ-514(Б). Капсулирование конвективным методом осуществлялось в печи типа СДО1 локомотивно-ремонтного депо «Нижнеудинское» [4], а терморадиационным - на лабораторном стенде по физическому моделированию процесса капсулирова-ния изоляции обмоток электрических машин ТПС, находящемся в лаборатории кафедры ЭПС ИрГУПСа «Эффективные методы и средства продления ресурса электрических машин ТПС» [5]. Общий вид стенда представлен на рисунке 1.
В качестве пропиточного материала использовались лак ФЛ-98 и компаунды Эпласт 155, ПК-11 и ПК-21, применяемые в настоящее время при деповском и заводском ремонте ТЭД типа НБ-514(Б) в локомотивно-ремонтном депо «Нижнеудинское» и на Улан-Удэнском локомотив-но-ремонтном заводе.
При капсулировании терморадиационным методом пропитанные образцы изоляционной ленты ЛЭС располагались на медной подложке стенда на расстоянии 60 мм до ИК-излучателя, что соответствует расстоянию от сегментов лобовой части обмотки якоря до ИК-излучателей на опытно-производственной установке [1, 2] (рисунок 2).
Процесс капсулирования осуществлялся при непрерывном инфракрасном энергоподводе при излучении сначала некогерентным коротковолновым излучателем типа J118, затем средневолновым им-пульсно-керамическим типа ECS-2.
На начальных этапах выполнения данного эксперимента было замечено, что по завершении процесса капсулирования изоляционной ленты она приклеивалась к медной подложке. Данное явление доказывает, что ИК-излучение, проникая через пропитанную изоляцию, нагревает и саму подложку, тем самым обеспечивая процесс полимеризации пропиточного материала снизу вверх, формируя при этом дополнительный микрослой из пропиточного состава на поверхности проводника обмотки.
Следующим этапом исследований является сравнение под микроскопом Olympus GX 41 микроструктуры изоляционной ленты, закапсулированной при конвективном и терморадиационном методах, для оценки эффективности применения названных методов в процессе ремонта электрических машин ТПС.
На рисунке 3, а представлено десятикратное увеличение ленты типа ЛЭС, пропитанной в лаке ФЛ-98 и закапсулированной конвективным способом в печи СДО1 Нижнеудинского локомотивно-ремонтного депо (ТЧР-22).
Рисунок 2 - Моделирование непрерывного ИК-энергоподвода на лабораторном стенде: 1 - ИК-облучатель; 2 - образцы изоляционной ленты; 3 - медная подложка
б
Рисунок 3 - Десятикратное увеличение закапсулированной конвективным (а) и терморадиационным (б) методами ленты типа ЛЭС в лаке ФЛ-98: 1 - полости (микротрещины)
16 ИЗВЕСТИ Я Транссиба №.1(!7)
Из рисунка 3 видно, что при капсулировании конвективным методом на поверхности полимерной пленки образуются полости (микротрещины) 1 , о природе возникновения которых говорилось ранее [1]. При капсулировании терморадиационным методом (рисунок 3, б) данные полости отсутствуют, что подтверждает выдвинутую ранее гипотезу о большей эффективности применения терморадиационного метода по сравнению с конвективным.
Аналогичные результаты были получены и при капсулировании ленты типа ЛЭС, пропитанной в компаундах Эпласт 155, ПК-11 и ПК-21.
Далее у закапсулированных различными методами образцов изоляционной ленты ЛЭС проверялись электрическая прочность и твердость.
Для определения электрической прочности образцов изоляции использовали аппарат АИИ-70 (рисунок 4, а). Пробой образца производится в специальном разряднике - сосуде (рисунок 4, б) емкостью 300 - 500 см2, в стенки которого вмонтированы латунные электроды, имеющие шарообразную поверхность с целью создания точечного контакта.
б
Рисунок 4 - Вид аппарата АИИ-70 (а) и сосуда с шарообразными электродами (б): 1 - закапсулированная изоляционная лента типа ЛЭС
Гистограмма средних арифметических значений пробивного напряжения йпр в зависимости от типа изоляции и пропиточного материала представлена на рисунке 5.
3,5
о ю о а с
<а
К
%
«
а с
ев
X
Конвективный энергоподвод
ИК-энергоподвод средневолновым излучением
Л Л
ОЧ
'
С с
ИК-энергоподвод коротковолновым излучением
Рисунок 5 - Результаты экспериментальных исследований по определению электрической прочности
закапсулированной изоляционной ленты типа ЛЭС
ИЗВЕСТИЯ Транссиба 17
Результаты данных исследований показывают, что электрическая прочность изоляционной ленты типа ЛЭС-0,1-20, закапсулированной терморадиационным методом при непрерывном режиме ИК-энергоподвода, на 30 - 35 % выше, чем при использовании конвективного метода. Причиной пониженных показателей пробивного напряжения при использовании конвективного метода капсулирования является наличие полостей (см. рисунок 3, а), которые являются зонами возникновения частичных разрядов и приводят впоследствии к элек-электрическому пробою.
Объективным показателем цементирующей способности закапсулированной изоляции является ее твердость. Для определения твердости в процессе исследований использовался твердомер лакокрасочных покрытий Константа-ТК, предназначенный для определения твердости покрытия при царапании по нему грифелем карандаша (рисунок 6).
В ходе выполнения исследований карандаш варьируемого типа твердости перемещался под углом 45° по изоляционной ленте типа ЛЭС-0,1-20, пропитанной в лаке ФЛ-98 и компаундах Эпласт 155, ПК-11 и ПК-21, с фиксированным нажимом 9,81 Н.
При повреждении поверхности изоляции карандашом его твердость принималась за измеренное значение твердости изоляционной ленты. В работе применялось восемь типов карандашей с твердостью 4Т, 3Т, 2Т, Т, ТМ, М, 2М и 3М. Результаты эксперимента представлены на рисунке 7.
По результатам исследований можно сделать вывод о том, что наибольшую твердость, равную 6 баллам, имеет образец закапсулированной изоляционной ленты, пропитанной в компаунде Эпласт 155.
6
Рисунок 6 - Вид твердомера Константа-ТК
«
н о
о
д
р
е в т
ё В
о
а
РЧ
; - ФЛ-98; ;— Эпласт 155; - ПК-11; I- ПК-21
Конвективный энергоподвод
Непрерывный с коротковолновыми ИК-излучателями
Непрерывный со средневолновыми ИК-излучателями
Рисунок 7 - Твердость закапсулированной при разных методах энергоподвода изоляционной ленты типа ЛЭС
Авторами планируется проведение исследований по эффективности капсулирования изоляции обмоток электрических машин ТПС непосредственно на опытно-производственной установке при осциллирующем режиме ИК-энергоподвода.
Список литературы
1. Худоногов, А. М. Анализ эффективности существующих способов сушки изоляции обмоток тяговых электрических машин [Текст] // А. М. Худоногов, Е. Ю. Дульский / Транспортная инфраструктура Сибирского региона: Материалы всерос. науч.-практ. конф. с меж-дунар. участием / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. - Иркутск, 2013. - С. 422 - 425.
18 ИЗВЕСТИЯ Транссиба
№ 1(17) 2014
2. Худоногов, А. М. Инновационная технология повышения и продления ресурса тягового подвижного состава / А. М. Худоногов, Е. М. Лыткина, Е. Ю. Дульский // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. -Иркутск, 2012. - № 4 (36). - С. 102 - 108.
3. Лыткина, Е. М. Селективный метод сушки увлажненной или пропитанной изоляции обмоток якорей тяговых двигателей электровозов и устройство для его реализации [Текст] / Е. М. Лыткина, Е. Ю. Дульский // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование/ Иркутский гос. ун-т путей сообщения. - Иркутск, 2013. - № 1 (37). - С. 176 - 180.
4. Дульский, Е. Ю. Энергоаудит безразборной технологии ремонта магнитной системы тяговых двигателей электровозов [Текст] / Е. Ю. Дульский // Мир транспорта / МКЖТ МПС России. М. 2012. - № 3 (41). - С. 168 - 171.
5. Лыткина, Е. М. Разработка и изготовление стенда по макетированию процесса капсу-лирования изоляции тяговых электрических машин [Текст] / Е. М. Лыткина, Е. Ю. Дульский // Проблемы транспорта Восточной Сибири: Сб. тр. четвертой всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых факультетов «Транспортные системы» и «Системы обеспечения транспорта» / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. - Иркутск, 2013. - Ч. 1. -С. 24 - 30.
УДК 531.1
В. Ф. Кузнецов, М. Ф. Капустьян, Л. В. Ярышева
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАГРЕВА МАТЕРИАЛА КОЛЕСА В РЕЖИМЕ ТОРМОЖЕНИЯ ЛОКОМОТИВА
В статье представлены результаты математического моделирования процесса нагрева материала колеса в режиме торможения локомотива. Полученные результаты могут быть использованы при расчете изменения температуры для любой точки колеса в процессе всего режима торможения.
Как показывает статистика, процент проворота бандажей колес локомотива происходит в режиме торможения. Очевидно, что этот факт вызван ослаблением сил сцепления бандажа с колесным центром в результате температурного изменения физико-механических параметров материала колеса. Для детального исследования процесса нагрева колеса необходимо создание математических моделей, описывающих тепловые процессы в области контакта колеса с тормозными колодками и формирования нестационарного температурного поля по объему колеса в течение всего времени торможения.
1. Определение мощности тепловой энергии трения тормозной колодки и колеса колесной пары локомотива.
При прижатии тормозной колодки к бандажу движущегося колеса в области их контакта возникает источник тепловой энергии. Интенсивность тепловыделения задается формулой:
= ЫГскУА, (1)
где N - сила прижатия колодки; /ск - коэффициент трения скольжения материалов колодки и бандажа; и - окружная скорость точек круга катания колеса; А - тепловой эквивалент механической энергии.
Так как при движении колеса по рельсу без проскальзывания имеет место соотношение гкшк = ил, то окружная скорость и будет равна скорости локомотива ил. Здесь гк и - радиус круга катания и скорость вращения колеса.
В режиме торможения скорость локомотива меняется от некоторого начального значения илн до заданного значения илк в конечный момент тормозного режима. Для определения
№.1!1.7) ИЗВЕСТИЯ Транссиба 19
