CC BY
7
Попов Денис Игоревич
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Электрические машины и общая электротехника», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 31-18-27.
E-mail: PopovDI@omgups.ru
Байсадыков Марсель Фаритович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Заведующий лабораториями кафедры «Электрические машины и общая электротехника», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 31-18-27.
E-mail: baysadykov.marsel@yandex.ru
Супоня Дмитрий Викторович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Аспирант кафедры «Электрические машины и общая электротехника», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 31-18-27.
E-mail: SuponyaDV@omgups.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Popov Denis Igorevich
Omsk State Transport University (OSTU).
35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Ph. D. in Engineering, Associate Professor of the department «Electric machines and electrical engineering», OSTU.
Phone: +7 (3812) 31-18-27. E-mail: PopovDI@omgups.ru
Baysadykov Marsel Faritovich
Omsk State Transport University (OSTU).
35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Head of laboratory of the department «Electric machines and electrical engineering», OSTU. Phone: +7 (3812) 31-18-27. E-mail: baysadykov.marsel@yandex.ru
Suponya Dmitry Viktorovich
Omsk State Transport University (OSTU).
35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Graduate student of the department «Electric machines and electrical engineering», OSTU. Phone: +7 (3812) 31-18-27. E-mail: SuponyaDV@omgups.ru
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Харламов, В. В. Разработка методики предиктив-ного анализа ресурса щеток тяговых электродвигателей подвижного состава по условиям эксплуатации / В. В. Харламов, Д. И. Попов, М. Ф. Байсадыков, Д. В. Супоня. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2021. - № 1 (45). - С. 2 - 11.
Harlamov V. V., Popov D. I., Baysadykov M. F., Suponya D. V. Development of a predictive analysis methodology regarding brush life for rolling stock traction motors according to operating conditions. Journal of Transsib Railway Studies, 2021, no. 1 (45), pp. 2 - 11 (In Russian).
УДК 621.33
12 1 И. О. Лобыцин , И. А. Панков , А. М. Худоногов
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС), г. Иркутск, Российская Федерация; 2Акционерное общество «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (АО «ВНИИЖТ»), г. Москва, Российская Федерация
ИССЛЕДОВАНИЕ ТВЕРДОСТИ ЛАКОВОГО СЛОЯ ИЗОЛЯЦИОННЫХ ПАЛЬЦЕВ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ЛОКОМОТИВА ПРИ КОНВЕКТИВНОМ И ТЕРМОРАДИАЦИОННОМ СПОСОБАХ СУШКИ
Аннотация. В статье описано исследование механической характеристики полимерной изоляции, в частности, твердости электроизоляционного лакового слоя при различных способах ее сушки. Проанализировано влияние твердости и эластичности высушенного пропиточного материала на надежность изоляционных конструкций при эксплуатации электрического оборудования тягового подвижного состава. Создано и представлено устройство, позволяющее осуществить незатруднительное измерение твердости лаковой пленки на заранее выбранном объекте исследования, которым стал изоляционный палец кронштейна щеткодержателя
В
тягового двигателя электровоза. Представлен процесс замера твердости и результаты для трех групп изоляционных пальцев: изоляционные пальцы без покрытия пропиточным составом (пресс-материал); пропиточный материал, запекаемый конвективным способом; пропиточный материал, запекаемый терморадиационным способом. На основании полученных практических результатов объясняется влияние энергоподвода на процесс затвердевания при выполнении сушки конвективным и терморадиационным способами. Представлены также снимки электроизоляционного лакового слоя с электронного микроскопа, позволяющие произвести оценку микроструктуры на наличие газовых включений, негативно влияющих как на механические, так и на электрические показатели полимерной изоляции. Было выполнено исследование зависимости между параметрами электрической и механической прочности. На основании экспериментальных данных была построена зависимость величины пробивного напряжения от величины твердости электроизоляционного лакового слоя.
Ключевые слова: тяговый двигатель, электроизоляционный материал, твердость полимеров, механическая прочность, терморадиационная сушка, электрическая прочность, изоляционные пальцы, тяговый подвижной состав.
12 1 Igor O. Lobytsin , Igor A. Pankov , Anatoliy M. Khudonogov
Irkutsk State Transport University (IrGUPS), Irkutsk, the Russian Federation;
Joint Stock Company «Railway Research Institute» (JSC «VNIIZHT»), Moscow, the Russian Federation
RESEARCH OF THE HARDNESS OF THE VARNISH LAYER OF THE INSULATION FINGERS OF THE LOCOMOTIVE TRACTION ELECTRIC MOTOR WITH THE CONVECTIVE AND THERMO-RADIATION DRYING METHODS
Abstract. The article describes the study of the mechanical characteristics of polymer insulation, in particular the hardness of the insulating lacquer layer with a different methods of drying it. The influence of the hardness and elasticity of the dried impregnating material on the reliability of the insulating structures during the operation of electrical equipment of the traction rolling stock is analyzed. A device has been created and presented that allows for a simple measurement of the hardness of the varnish film on a pre-selected object of study, which was the insulating finger of the bracket of the brush holder of an electric locomotive traction motor. The process of measuring hardness and results for three groups of insulating fingers are presented: insulating fingers without coating by an impregnating compound (press material); impregnating material, sealed by convective method; impregnating material baked by thermoradiation method. On the basis of the obtained practical results, the effect of the energy supply on the curing process when performing drying by the convective and thermoradiation methods is explained. Also presented are photographs of an electrically insulating lacquer layer from an electron microscope, which allow the microstructure to be evaluated for the presence of gas inclusions, which have a negative effect on both mechanical and electrical indicators of polymeric insulation. A study was made of the relationship between the parameter of electrical and mechanical strength. On the basis of experimental data, the dependence of the breakdown voltage on the hardness of the insulating lacquer layer was constructed.
Keywords: traction motor, electrical insulation material, polymer hardness, mechanical strength, thermal radiation drying, electrical strength, insulating fingers, traction rolling stock.
На протяжении нескольких предшествующих десятилетий тяговое электромашиностроение развивалось в направлении повышения использования машин, увеличения нагрузок активных материалов и снижения массы на единицу мощности. Однако запас прочности и устойчивости к перегрузкам постепенно снижались, в результате чего наметилась тенденция общего снижения надежности электрических машин тягового подвижного состава.
Оценить техническое состояние локомотивов и определить надежность их работы представляется возможным только после проведения углубленного анализа статистики внеплановых ремонтов тягового подвижного состава за последние несколько лет. Учет внеплановых ремонтов электровозов выполняет общество с ограниченной ответственностью «ЛокоТех-Сервис», являющееся передовой организацией по сервисному обслуживанию и ремонту тягового подвижного состава страны. По данным ООО «ЛокоТех-Сервис» за период 2016 -2019 гг. наблюдалось следующее распределение отказов для локомотивов, эксплуатация которых осуществляется в границах Восточно-Сибирской железной дороги: на тяговые электродвигатели приходится порядка 28 %; по электрическому оборудованию - 30 %; по механическому оборудованию - 25 %; по тормозному и пневматическому оборудованию - 7 %; прочие отказы, относящиеся к малым группам, - 10 %.
Анализ силового оборудования электровоза показывает, что одними из наиболее повреждаемых узлов являются тяговые электрические машины, интенсивная эксплуатация которых приводит к старению электрической изоляции, при этом механические, электрические и химические свойства в значительной степени ухудшаются. Если не принять соответствующих мер поддержания и восстановления изоляции, то процесс будет носить необратимый характер и завершится электрическим пробоем [1]. Для предотвращения данного явления необходимо акцентировать пристальное внимание на диэлектрических свойствах полимерного изоляционного материала после его запекания, которые зависят от механических характеристик кристаллизуемого пропиточного изоляционного состава.
Механические свойства полимерных материалов напрямую зависят от их структурной модификации, а также от фазового состояния при изготовлении объекта и его последующей эксплуатации. В связи с этим должное внимание необходимо уделить исследованию зависимости между фазовым состоянием полимерного материала и его механическими свойствами. Определение данной связи позволит достичь оптимальных условий применения полимеров на тяговом подвижном составе с последующим синтезом новых технологий изготовления для улучшения имеющихся свойств изоляции. Основными механическими свойствами изоляционных полимерных материалов являются следующие характеристики: твердость, эластичность, пределы прочности при растяжении и сжатии, при статическом и динамическом изгибе [2]. Для определения числовых значений этих характеристик применяется достаточно большое количество методов, реализуемых исключительно на высокочувствительном и дорогостоящем оборудовании.
В процессе изготовления и восстановления изоляционных конструкций тягового подвижного состава отдельное внимание уделяется электрической прочности электроизоляционного материала. Высокая стойкость к электрическому пробою при разрушении диэлектрика может сохраняться в процессе эксплуатации лишь при наличии многих других взаимосвязанных параметров, одним из таких параметров является механическая прочность изоляции, наибольшая эффективность данного параметра часто достигается путем получения оптимальных величин твердости и эластичности в процессе сушки изоляции [3, 4]. Достижение наилучшего соотношения значений твердости и эластичности позволяет предотвратить образование остаточной деформации электроизоляционного материала, трещин и расслоений поверхности лакового слоя под воздействием механических усилий, которые возникают в процессе работы щеточного аппарата, а также при интенсивных вибрационных процессах от вращения коллектора якоря тягового электродвигателя.
Определить те или иные механические характеристики изоляционных материалов электрооборудования тягового подвижного состава затруднительно. Причиной тому в первую очередь служит малая толщина отвержденного полимера на поверхности изоляционных конструкций после сушки, не позволяющая измерить всех необходимых параметров без применения высокоточных лабораторных комплексов. Во-вторых, проблема определения механических параметров часто связана с неоднородностью материалов изолируемых объектов, что приводит к неизбежным высоким погрешностям при замере менее чувствительными устройствами [5, 6].
В рамках исследовательской работы по определению механических свойств изоляции необходимо подобрать наиболее подходящей объект, благодаря которому нахождение хотя бы одного из параметров стало возможным без использования высокотехнологичной аппаратуры. Поэтому объектом исследования был выбран изоляционный палец кронштейна щеткодержателя тягового двигателя локомотива, рабочая поверхность которого позволяет осуществить измерение твердости электроизоляционной лаковой пленки в лабораторных условиях.
В разрезе вид изоляционного пальца тягового электродвигателя постоянного тока типа НБ 514 отображен на рисунке 1. Изоляционный палец состоит из стального стержня 1 с нанесенным на него пресс-материалом 2, покрытым электроизоляционным лаком 3. Для
получения установленной геометрической формы изоляционного пальца в заводских условиях производится опрессовка стальных шпилек термореактивным стеклонаполненным пресс-материалом марки АГ-4В, при этом весь процесс выполняется согласно утвержденной технологии изготовления, благодаря этому твердость сформированного пресс-материала остается максимально одинаковой не только у одного, но и у всех выпущенных объектов. Заключительный этап изготовления изоляционных пальцев ТЭД состоит в нанесении изоляционного пропиточного лака марки ФЛ-98 на поверхность пресс-материала и в последующем отверждении путем теплового воздействия. Стоит отметить, что нанесение и сушка электроизоляционного лака выполняются как при изготовлении объекта, так и при восстановлении его в заводских и деповских условиях [7, 8].
Рисунок 1 - Изоляционный палец тягового электродвигателя постоянного тока типа НБ 514 в разрезе: 1 - стальной стержень (шпилька); 2 - пресс-материал; 3 - электроизоляционный лак
В зависимости от выбора технологии восстановления изоляционных пальцев, в частности способа теплового воздействия на пропиточный изоляционный материал (терморадиационный или конвективный), процесс кристаллизации лака будет различаться, что в итоге отражается на микроструктуре отвержденного лакового слоя. В связи с этим отличаются не только диэлектрические, но и механические свойства полимерного электроизоляционного материала, выраженные показателями эластичности и твердости.
Учитывая фактор неизменяющейся твердости внутреннего слоя, которым является пресс-материал, а также выбор способа энергоподвода и режимов сушки пропиточного состава, влияющих на твердость наружного изоляционного слоя, становится возможным выполнение научно-исследовательской работы по исследованию твердости лакового слоя изоляционных пальцев тягового электродвигателя локомотива.
Исследование твердости лакового слоя изоляционных пальцев ТЭД выполнялось на образцах, полученных в сервисном локомотивном депо по обслуживанию и ремонту тягового подвижного состава. Данные образцы прошли проверку на электрическую прочность на деповских установках высокого напряжения, о чем свидетельствует отметка в протоколе испытаний. В лабораторных условиях образцы подверглись очищению от имеющегося лакового изоляционного слоя, повторной пропитке и сушке при различных режимах, отличающихся не только способами энергоподвода, но и температурой нагрева и временем выдержки.
Полученные изоляционные пальцы с отвержденным лаковым слоем разделяются на три равные группы:
1-я группа - без покрытия пропиточным составом (только пресс-материал);
2-я группа - пропиточный материал, запекаемый конвективным способом;
3-я группа - пропиточный материал, запекаемый терморадиационным способом.
Определение твердости осуществлялось с помощью портативного динамического твердомера ТЭМП-3, принцип работы которого основывается на фиксации параметров импульса при отскоке шарика от изучаемой поверхности. Для получения наиболее точных показателей твердости лакового слоя необходимо выполнить замеры по всей поверхности изоляционного пальца, а именно по торцевой, цилиндрической и конической, при этом расположение датчика твердомера должно сохранять строго вертикальное пространственное расположение и
14 ИЗВЕСТИЯ Транссиба ^
перпендикулярное по отношению к измеряемой поверхности. На рисунке 2 представлены схемы положения датчика динамического твердомера относительно изоляционного пальца ТЭД в процессе определения твердости лакового слоя по различным поверхностям.
Рисунок 2 - Схемы положения датчика динамического твердомера ТЭМП-3 относительно изоляционного пальца ТЭД в процессе определения твердости лакового слоя на торцевой (а), конической (б) и
цилиндрической (в) поверхностях
Высокочувствительный датчик фиксирует параметры скорости шара при отскоке его от исследуемой поверхности, после чего передает их на блок обработки данных, где происходят обработка сигнала и последующий вывод показания на цифровой дисплей в условных единицах HLD (по шкале Либа), которые можно перевести в единицы НВ (по шкале Бринелля) либо HR (по шкале Роквелла) при помощи специальных переводных таблиц. Для более точного определения твердости необходимо провести не менее пяти измерений на одной поверхности, результаты которых затем усредняются. Результаты определения твердости пресс-материала, электроизоляционного лакового слоя при терморадиационном и конвективном способах сушки представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Результаты определения твердости полимерной изоляции динамическим твердомером
Номер Твердость определяется в единицах измерения шкалы Либа (HLD)
опыта пресс-материал терморадиационный способ сушки конвективный способ сушки
1 810 600,8 635,5
2 809,3 514,5 681,4
3 811 554,0 681,5
4 808 560,1 625,8
5 813 554,8 619,4
6 810 541,3 660,4
7 812,4 573,5 670,5
8 810 526,1 677,8
9 809,5 556,3 674,3
10 807,9 574,7 626,0
в
а
Изоляционные пальцы при конвективном способе сушки являются достаточно твердыми и более хрупкими. В хрупком материале при вдавливании в него предмета возникают местные пластические деформации, сопровождающиеся при дальнейшем увеличении сил местным разрушением, - нарушается целостность, что в конечном счете приводит к пробою изоляции. В свою очередь при терморадиационном способе сушки твердость пальца ниже, следовательно, изоляция обладает большей пластичностью и способностью выдерживать большие остаточные деформации, не разрушаясь, что повышает устойчивость пальца к пробою [9].
Значительные изменения показателя твердости объясняются способом энергоподвода в процессе нагрева пропиточного материала. При конвективном энергоподводе происходит образование твердой лаковой корки, которая не позволяет осуществить выход паров растворителя из пропиточного материала, тем самым образовывая воздушные полости, создающие благоприятные условия для электрического пробоя. При механическом воздействии на такую изоляцию происходят отколы лакового слоя, снижая ее электрическую прочность.
В свою очередь при инфракрасном энергоподводе в процессе терморадиационной сушки образование лаковой корки начинается на границе пропиточного материала и пресс-материала, позволяя обеспечить выход паров растворителя из изоляционного полимерного слоя. Этот фактор позволяет получить качественный изоляционный материал с меньшим количеством газовых включений, что дает положительную оценку механической прочности при ударных или вибрационных воздействиях на изоляцию, которая имеет возможность сминаться без нарушения ее целостности [10].
Во время сушки лакокрасочное покрытие переходит из жидкого состояния в твердое за счет удаления из него растворителя. Известно, что эти два состояния отличаются друг от друга тем, что молекулы жидкости легко перемещаются друг относительно друга, в то время как в твердом веществе молекулы лишь слегка колеблются относительно своего постоянного положения. Снимки, полученные с электронного микроскопа (рисунок 3), позволяют произвести оценку влияния высушенного изоляционного лакового слоя на качество удаления растворителя из внутренних изоляционных слоев.
Снимок микроструктуры изоляционного пальца показывает, как воздушные включения преобладают почти на всей поверхности и даже в малом количестве могут оказывать существенное влияние на разрушение изоляционного слоя при различного рода механических воздействиях. В свою очередь микроструктура пальца после терморадиационной сушки значительно отличается по количеству воздушных включений, наблюдается связанная структура, позволяющая судить о повышенной сопротивляемости возникновению разрывов изоляционной лаковой пленки [11, 12].
а б
Рисунок 3 - Микроструктура изоляции после сушки конвективным (а) и терморадиационным (б) способами
Величина электрической прочности изоляции пальца уменьшается с увеличением содержания воздушных включений во внутренних слоях диэлектрического материала, количество которых зависят от технологии нагрева объекта, что оказывает влияние на твердость. В связи с этим возникает вопрос о взаимосвязи показателя электрической прочности с показателями твердости электроизоляционного лакового слоя [13].
Для определения электрической прочности изоляционных пальцев использовалась испытательная высоковольтная установка WPT-4.4/100-GPT6/120, которая позволяет получить до 100 кВ действующего переменного напряжения и до 120 кВ выпрямленного напряжения со скоростью подъема 2 % в секунду. Данная установка оснащена устройством автоматического отключения при пробоях и перекрытиях изоляции, поэтому при достижении величины пробивного напряжения или напряжения перекрытия изоляции происходят отключение сетевого контактора и фиксация значений напряжения на измерительных приборах, что позволяет максимально точно оценить электрическую прочность изоляционного пальца ТЭД.
Размещение зажимов подвода напряжения на изоляционном пальце выполняется в месте нахождения резьбового соединения с одной стороны и месте установки щеткодержателя тягового электродвигателя с другой, как показано на рисунке 4.
Рисунок 4 - Размещение зажимов подвода напряжения на изоляционном пальце тягового электродвигателя локомотива в процессе исследования электрической прочности изоляции
Технология выполнения лабораторных исследований на пробой изоляции заключается в плавном повышении подводимого напряжения и последующей тридцатисекундной выдержки на каждые 10 кВ нарастающим итогом. Испытание считается завершенным после достижения электрического пробоя изоляционного пальца и регистрации величины пробивного напряжения. Результаты проведенных экспериментов по определению электрической прочности пальцев ТЭД без изоляционного покрытия, а также с нанесением пропиточного состава с последующей конвективной и терморадиационной сушкой представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Результаты определения пробивного напряжения изоляционных пальцев ТЭД
Наименование характеризующего показателя Способ сушки
№ опыта конвективный терморадиационный пресс-материал
1 20 27,2 3,5
2 14,3 5 4
3 16 41 3,5
4 23,4 36,4 6,5
Пробивное напряжение ипр ^ кВ 5 26 39,5 6,5
6 21 49 6,0
7 20,8 32,1 5,5
8 18,4 55,4 6,5
9 16,7 38 4
10 19,6 29 4,5
Среднее арифметическое значение п напряжения ипр, кВ робивного 19,6 40,4 5,05
Среднеквадратическое отклонение а, кВ 3,49 10,21 1,21
Коэффициент вариации V, % 17,80 25,27 23,96
№ 1(45) 2021
Выбор в качестве объекта исследования полноценного конструктивного элемента тягового электродвигателя, которым является изоляционный палец, позволяет получить результаты экспериментальных значений контролируемых параметров состояния электрической изоляции с максимальной приближенностью к результатам, достигаемым в реальных условиях эксплуатации. В связи с этим возникает вопрос практического применения результатов проведенного исследования, которые будут полезны при выполнении восстановления изоляционного лакового слоя при заводском и деповском ремонте. Поэтому предлагается выявить характеристику, определяющую надежность работы изоляционных пальцев. Такой характеристикой может служить зависимость величины пробивного напряжения от параметра твердости поверхности изоляционного пальца, представленная на рисунке 5, которая позволяет связать параметры механической и электрической прочности.
1 ] 1 Е 1 iiii lili 1 r 1 1.. ...1 J ...... ' I 1 1
i i —i—H-- ¡ _
¡ Г 1
. ! ! i i 1 i
e
... г
® * _
; & ® o i í г n -
"l '~W ¡ ¡ : |
Г i' 'í i i
—i—»— ,- - ~ % 0 ; t. \ í i jv; ' -
____L_I -
____L ¡тц 3 1 . 1 _ 1 : ! -
_ ; ____ Y i
! 1 1 1 1 1 —I—--Í—-i
т 1 , ¡ ; r ... 1 i J
! .....| ] Y, 1
* X ♦ -
0 : ■ г i 1
__i___[___i___ „4--U1 _
¡ гЧ^. l*. e i 1 -
! \ ! 1 1 l l I -
r j ¡ . í í i 5" • л o o -
^j* o M
i ' j • * Л
i ~
0 -
_____.:_____i____i____i____1____ -
i 1 i г i 1 i 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1 i r i - i í i
60
ш 50 *
40
30
20
10
400
450
500
550
600
650
700
Твердость поверхности изоляционного пальца ТЭД, Н1_
Рисунок 5 - Эмпирическая зависимость напряжения пробоя от твердости поверхности изоляционного пальца
Описать характер изменения контролируемых параметров пробивного напряжения и твердости можно путем аппроксимации экспериментальных данных. С применением программного обеспечения QtiPlot, позволяющего произвести углубленный анализ и визуализацию данных, выполнялась полиномиальная аппроксимация массива данных. Для повышения степени достоверности аппроксимации было принято решение о представлении эмпирической зависимости напряжения пробоя от твердости поверхности изоляционного пальца в виде кусочно-непрерывной функции:
иип ШЬ)= (-5,076 10-5 ^3+0,0741 ^2-36,07 ^+5912,16, 450<НЬ<560; пр ( 1 -2,248 10-5 НЬ3+0,0426НЬ2-26,979НЬ+5733,18, 560<НЬ<680,
где ипп - пробивное напряжение изоляционного пальца ТЭД, кВ;
НЬ - твердость поверхности изоляционного пальца ТЭД, определяемая динамическим твердомером, HLD.
Полученная кусочно-непрерывная функция может найти свое применение при создании математической модели по определению оптимального режима сушки диэлектрического лакового слоя изоляционных пальцев ТЭД. Подобного рода эмпирические зависимости можно определить и для других изоляционных конструкций тягового подвижного состава, что
45)
позволит пересмотреть существующие технологии ремонта данных элементов и осуществить оптимизацию технологических процессов.
Проведенные исследования твердости электроизоляционного материала при различных способах сушки показали, насколько отличается качество изоляционного слоя в зависимости от энергоподвода при выполнении нагрева. При этом существующая технология ремонта с использованием конвективного нагрева представляет невысокие показатели электрической прочности. Повышенная твердость кристаллизуемого пропиточного состава дает отрицательные результаты по показаниям электрической прочности по причине появления необратимых структурных изменений в виде трещин, разрывов, расслоений при эксплуатации объекта [14]. Поэтому необходимо искать решение проблемы снижения величины твердости при восстановлении лакового слоя современными способами сушки, одним из которых является терморадиационное воздействие инфракрасным излучением.
Список литературы
1. Сутягин, В. М. Основные свойства полимеров : учебное пособие / В. М. Сутягин, О. С. Кукурина, В. Г. Бондалетов. - Томск : Томский политехнический университет, 2010. -96 с. - Текст : непосредственный.
2. Основной критерий эксплуатационной надежности полимерной изоляции электрических машин тягового подвижного состава / А. М. Худоногов, Е. М. Лыткина, А. А. Васильев, Е. Ю. Дульский. - Текст : непосредственный // Транспортная инфраструктура Сибирского региона : материалы всероссийской научно-практической конференции с международным участием. - Иркутск : Иркутский гос. ун-т путей сообщения, 2012. - Т. 2. - С. 524 - 528.
3. Барэмбо, К. Н. Сушка, пропитка и компаундирование обмоток электрических машин / К. Н. Барэмбо, Л. М. Бернштейн. - Москва : Государственное энергетическое издательство, 1961. - 368 с. - Текст : непосредственный.
4. Лобыцин, И. О. Управление микрошероховатостью в технологии восстановления изоляционных пальцев коллекторных тяговых электродвигателей / И. О. Лобыцин, И. А. Худо-ногов, А. М. Худоногов. - Текст : непосредственный // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2018. - № 4 (60). - С. 15 - 23.
5. Лобыцин, И. О. Повышение надежности изоляционных пальцев кронштейнов щеткодержателей электрических машин тягового подвижного состава / И. О. Лобыцин, Е. Ю. Дульский, А. А. Васильев. - Текст : непосредственный // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2017. - № 4 (56). - С. 218 - 224.
6. Алексеев, А. Е. Конструкция электрических машин / А. Е. Алексеев. - Москва : Государственное энергетическое издательство, 1958. - 425 с. - Текст : непосредственный.
7. Анализ конструктивных особенностей элементов электромагнитной системы тяговых электродвигателей локомотивов / А. М. Худоногов, Е. Ю. Дульский, В. Н. Иванов, И. О. Ло-быцин. - Текст : непосредственный // Транспортная инфраструктура Сибирского региона. -2018. - Т. 2. - С. 351 - 355.
8. Борхерт, Р. Техника инфракрасного нагрева : пер. с нем.; под ред. И. Б. Левитина / Р. Борхерт, В. Юбиц. - Москва : Государственное энергетическое издательство, 1963. - 278 с. -Текст : непосредственный.
9. Исмаилов, Ш. К. Тепловое состояние тяговых и вспомогательных электрических машин электровозов постоянного и переменного тока / Ш. К. Исмаилов. - Омск : Омский гос. ун-т путей сообщения, 2001. - 76 с. - Текст : непосредственный.
10. Филиппов, И. Ф. Теплообмен в электрических машинах : учебное пособие / И. Ф. Филиппов. - Ленинград : Энергоатомиздат, 1986. - 256 с. - Текст : непосредственный.
11. Ваксер, Н. М. Изоляция электрических машин : учебное пособие / Н. М. Ваксер. -Ленинград : Ленинградский политехнический институт, 1985. - 83 с. - Текст : непосредственный.
12. Юренков, М. Г. Анализ влияния условий эксплуатации на надежность тяговых электродвигателей / М. Г. Юренков. - Текст : непосредственный // Исследование работы электрооборудования и вопросы прочности электроподвижного состава : науч. тр. - Омск : Омский институт инженеров железнодорожного транспорта, 1974. - С. 57 - 60.
13. Дульский, Е. Ю. Влияние химических свойств полимеров и режимов инфракрасного энергоподвода на прочность и пластичность изоляции в локальных технологиях продления ресурса электрических машин тягового подвижного состава / Е. Ю. Дульский, А. М. Худоногов, Е. М. Лыткина. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2015. - № 1 (21). -С. 6 - 11.
14. Лобыцин, И. О. Совершенствование процесса восстановления изоляционных пальцев тяговых электродвигателей / Е. Ю. Дульский, А. М. Худоногов. - Текст : непосредственный // Политранспортные системы : материалы международной научно-технической конференции. -Новосибирск : Сибирский гос. ун-т путей сообщения, 2019. - С. 312 - 317.
References
1. Sutyagin V. M. Osnovnyye svoystva polimerov (Basic properties of polymers). Tomsk : Tomsk Polytechnic University Publ., 2010, 96 p.
2. Khudonogov A. M. The main criterion for the operational reliability of polymer insulation of electric machines for traction rolling stock [Osnovnoy kriteriy ekspluatatsionnoy nadozhnosti po-limernoy izolyatsii elektricheskikh mashin tyagovogo podvizhnogo sostava]. Transportnaya infra-struktura Sibirskogo regiona: Materialy Tret'yey Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiyem (Transport infrastructure of the Siberian region: Materials of the Third All-Russian Scientific and Practical Conference with International Participation). - Irkutsk, 2012, pp. 524 - 528.
3. Barembo K. N. Sushka, propitka i kompaundirovaniye obmotok elektricheskikh mashin (Drying, impregnation and compounding windings of electrical machines). Moscow: State Energy Publishing House, 1961, 368 p.
4. Lobytsin I. O., Khudonogov I. A., Hudonogov A. M. Management of microroughness in the technology of restoration of insulating fingers of collector traction motors [Upravleniye mikrosher-okhovatost'yu v tekhnologii vosstanovleniya izolyatsionnykh pal'tsev kollektornykh tyagovykh el-ektrodvigateley]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie - Modern technologies. System analysis. Modeling, 2018, no. 4 (60), pp. 15 - 23.
5. Lobytsin I. O., Dulsky E. Yu., Vasiliev A. A. Improving the reliability of the insulating fingers of the brackets of the brush holders of electric machines of the traction rolling stock [Pov-ysheniye nadozhnosti izolyatsionnykh pal'tsev kronshteynov shchotkoderzhateley elektriche-skikh mashin tyagovogo podvizhnogo sostava]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie - Modern technologies. System analysis. Modeling, 2017, no. 4 (56), pp. 218 - 224.
6. Alekseev A. E. Konstruktsiya elektricheskikh mashin (The design of electric cars). Moscow: State Energy Publishing House, 1958, 425 p.
7. Khudonogov A. M. Analysis of the design features of the elements of the electromagnetic system of locomotive traction motors [Analiz konstruktivnykh osobennostey elementov elektro-magnitnoy sistemy tyagovykh elek-trodvigateley lokomotivov]. Transportnaya infrastruktura Sibirskogo regiona: Materialy devyatoy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii (Transport Infrastructure of the Siberian Region: Proceedings of the Ninth International Scientific and Practical Conference). - Irkutsk, 2018, pp. 351 - 355.
8. Borchert R. Tekhnika infrakrasnogo nagreva (Technique of infrared heating). Moscow: State Energy Publishing House, 1963, 278 p.
9. Ismailov Sh. K. Teplovoye sostoyaniye tyagovykh i vspomogatel'nykh elektricheskikh mashin elektrovozov postoyannogo i peremennogo toka (Thermal condition of traction and auxiliary electric machines of direct and alternating current electric locomotives). Omsk: Omsk Stste Transport University Publ., 2001, 76 p.
(45)
10. Filipov I. F. Teploobmen v elektricheskikh mashinakh (Heat transfer in electric machines). Leningrad: Energoatomizdat Publ., 1986, 256 p.
11. Vakser N. M. Izolyatsiya elektricheskikh mashin (Insulation of electrical machines). Leningrad: LPI Publ., 1985, 83 p.
12. Yurenkov M. G. Analysis of the influence of operating conditions on the reliability of traction motors [Analiz vliyaniya usloviy ekspluatatsii na nadezhnost' tyagovykh elektrodvi-gateley]. Issledo-vanie raboty elektrooborudovaniia i voprosy prochnosti elektropodvizhnogo sostava: nauchnye trudy (Research of work of electrical equipment and questions of strength of electric rolling stock: scientific works). - Omsk: Omsk Institute of Railway Transport Engineers Publ., 1974, pp. 57 - 60.
13. Dulskiy E. Yu., Khudonogov A. M. The influence of the chemical properties of polymers and infrared energy supply modes on the strength and ductility of insulation in local technologies for extending the life of electric vehicles of traction rolling stock [Vliyaniye khimicheskikh svoystv polimerov i rezhimov infrakrasnogo energopodvoda na prochnost' i plastichnost' izolyatsii v loka-l'nykh tekhnologiyakh prodleniya resursa elektricheskikh mashin tyagovogo podvizhnogo sostava]. Izvestiia Transsiba - The Journal of Transsib Railway Studies, 2015, no. 4 (21), pp. 6 - 11.
14. Lobytsin I. O., Dulskiy E. Yu., Khudonogov A. M. Improving the recovery process of insulating fingers of traction electric motors [Sovershenstvovaniye protsessa vosstanovleniya izolyatsionnykh pal'tsev tyagovykh elektrodvigateley]. Politransportnyye sistemy: materialy X Mezhdu-narodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii (Political Transport Systems: Proceedings of the X International Scientific and Technical Conference). - Novosibirsk: Siberian Transport University Publ., 2019, pp. 312 - 317.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Лобыцин Игорь Олегович
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
Чернышевского ул., д. 15, г. Иркутск, 664074, Российская Федерация.
Аспирант кафедры «Электроподвижной состав», ИрГУПС.
Тел.: +7 (950) 066-11-87.
E-mail: Lobycin@mail.ru
Панков Игорь Александрович
Акционерное общество «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (АО «ВНИИЖТ»).
3-я Мытищинская ул., д. 10, г. Москва, 129626, Российская Федерация.
Заместитель директора научного центра «Цифровые модели перевозок и технологии энергосбережения», начальник отдела управления проектами и технологиями, АО «ВНИИЖТ».
Тел.: +7 (914) 497-64-83.
E-mail: pankov.igor@vniizht.ru
Худоногов Анатолий Михайлович
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
Чернышевского ул., д. 15, г. Иркутск, 664074, Российская Федерация.
Доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Электроподвижной состав», ИрГУПС.
Тел.: +7 (914) 881-46-75.
E-mail: a.hudonogov@yandex.ru
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Lobytsin Igor Olegovich
Irkutsk State Transport University (ISTU).
15, Chernyshevsky st., Irkutsk, 664074, the Russiаn Federation.
Ph. D. student department of «Electric rolling stock», ISTU.
Phone: +7 (950) 066-11-87.
E-mail: Lobycin@mail.ru
Pankov Igor Aleksandrovich
Joint Stock Company «Railway Research Institute» (JSC «VNIIZHT»).
10, 3rd Mytischinskaya st., Moscow, 129626, the Russiаn Federation.
Deputy Director of the Scientific Center «Digital Transportation Models and Energy Saving Technologies», Head of Project and Technology Management Department, JSC «VNIIZHT».
Phone: +7 (914) 497-64-83.
E-mail: pankov.igor@vniizht.ru
Khudonogov Anatoly Mikhailovich
Irkutsk State Transport University (ISTU).
15, Chernyshevsky st., Irkutsk, 664074, the Russiаn Federation.
Doctor of Sciences in Engineering, professor, professor of the department «Electric rolling stock», ISTU.
Phone: +7 (914) 881-46-75.
E-mail: a.hudonogov@yandex.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Лобыцин, И. О. Исследование твердости лакового слоя изоляционных пальцев тягового электродвигателя локомотива при конвективном и терморадиационном способах сушки / И. О. Лобыцин, И. А. Панков, А. М. Худоногов. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2021. - № 1 (45). - С. 11 - 22.
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Lobytsin I. O., Pankov I. A., Khudonogov A. M. Study of the hardness of the varnish layer of the insulating fingers of the traction electric motor of a locomotive with a convective and thermo-radiation drying methods. Journal of Transsib Railway Studies, 2021, no. 1 (45), pp. 11 - 22 (In Russian).
УДК 621.423.1
А. В. Плаксин
Западно-Сибирская железная дорога - филиал ОАО «РЖД», г. Новосибирск, Российская Федерация
О ВЫБОРЕ ОПТИМАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОВОЗА ПО МИНИМУМУ РАСХОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Аннотация. Анализ эксплуатации электровозов на отдельных участках железных дорог показывает, что их мощность используется нерационально и электровозы эксплуатируются с заниженными энергетическими показателями, в особенности на равнинных перегонах большой протяженности, что указывает на имеющиеся резервы снижения расхода электрической энергии.
Цель работы - определить оптимальное значение номинальной мощности электровозов по минимуму расхода электроэнергии на участке и оценить потери электрической энергии от неоптимального использования мощности электровозов.
Для достижения указанной цели было составлено уравнение зависимости расхода электроэнергии на тягу электровоза от величины его номинальной мощности. Для нахождения оптимального значения данное уравнение было продифференцировано по величине номинальной мощности электровоза и решено с использованием метода Кардано. Найденное выражение позволило определить оптимальное по минимуму расхода электрической энергии значение номинальной мощности электровоза в зависимости от требуемой для заданных условий движения и оценить значения изменения расхода электроэнергии от неоптимального использования его конструкционной мощности.
Полученные уравнения позволили решить задачи по выбору оптимального значения номинальной мощности электровозов и оценке нерационального расхода электрической энергии от неоптимального использования их мощности и могут быть использованы при определении оптимальных параметров электровозов.
Сделан вывод о важности выбора оптимальных значений мощности электровозов с целью получения наивысших технико-экономических показателей при их эксплуатации.
Ключевые слова: оптимальное значение мощности, расход электроэнергии, энергетическая эффективность, коэффициент полезного действия, электровоз.
Alexey V. Plaksin
The West Siberian railway - branch of JSC «Russian Railways», Novosibirsk, the Russian Federation
ON CHOOSING THE OPTIMAL POWER VALUE OF AN ELECTRIC LOCOMOTIVE TO MINIMIZE THE CONSUMPTION OF ELECTRIC ENERGY
Abstract. An analysis of the operation of electric locomotives on certain sections of railways shows that their power is used irrationally and electric locomotives are operated with low energy indicators, especially on long-distance flat stretches, which indicates that there are reserves for reducing the consumption of electric energy.
The purpose of the work is to determine the optimal value of the rated power of electric locomotives by minimizing the electricity consumption on the site and to estimate the loss of electric energy from the non-optimal use of electric locomotives' power.
To achieve this goal, an equation was drawn up for the dependence of the electric power consumption on the traction of an electric locomotive on the value of its rated power. To find the optimal value, this equation was differentiated by the value of the rated power of the electric locomotive and solved using the Cardano method. The expression allowed us to determine the minimum consumption of electric power is the rated power of the electric locomotive, depending on the required for a given traffic conditions and to evaluate the variation of energy consumption from nonoptimal use of its structural capacity.
