CC BY
23UDC 629.423.33
DETERMINATION OF THE UNIFORM WEAR OF CONTACT STRIPS OF PANTOGRAPH OF FREIGHT ELECTRIC LOCOMOTIVES OF THE REPUBLIC OF UZBEKISTAN
Bakhodir ABDURAKHMANOV*, 1st category specialist
Ministry of Innovative Development
7, University st., 100174, Tashkent, Uzbekistan
*Tel: +99899 537-78-60
*E-mail: b. [email protected]
Ilya VIKULOV, Associate Professor
St. Petersburg State Transport University
9, Moscow av., St. Petersburg, Russia
Tel: +7 (812) 457-85-36
E-mail: [email protected]
Abstract: The possibility of judging the state of the collector inserts by the vibration manifestations of the collector runner when the electric locomotive moves according to the change in the runner mass, measuring the vibrational acceleration using an accelerometer, which is part of the diagnostic device, has been determined.
Keywords: pantograph, contact strips, reliability, wear, diagnostics UO'K 629.423.33
O'ZBEKISTON RESPUBLIKASINING YUK ELEKTROVOZLARI TOKQABUL QILGICH KIRGIZMALARNING BIR XIL YEYILISHINI ANIQLASH
Baxodir ABDURAXMANOV*, 1-toifali mutaxassis
Innovatsion rivojlanish vazirligi
100174, O'zbekiston, Toshkent, Universitet ko'ch., 7
*Tel: +998(99) 537-78-60
*E-mail: b. [email protected]
Vikulov Ilya Pavlovich, dotsent
Imperatori Aleksandr I nomli S.Peterburg federal davlat transport universiteti Rossiya, S. Peterburg, Moskva shox ko'ch., 9 Tel: +7 (812) 457-85-36 E-mail: [email protected]
Annotatsiya: Elektrovoz yuguruvchi massasining o'zgarishiga qarab harakatlanganda, kollektor qo'shimchalarining holatini joriy kollektor yuguruvchisining tebranish ko'rinishlari bo'yicha baholash imkoniyati, diagnostika moslamasining bir qismi bo'lgan akselerometr yordamida tebranish tezlanishini o'lchash. , aniqlandi.Tagnostika qurilmasining tuzilishi va joriy kollektor qo'shimchalarining holatini aniqlash algoritmi ishlab chiqildi.
Kalit so'zlar: pantograf, kollektor qo'shimchasi, ishlamay qolish, ishonchlilik, eskirish, diagnostika. УДК 629.423.33
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАВНОМЕРНОГО ИЗНОСА ТОКОСЪЕМНЫХ ВСТАВОК ТОКОПРИЕМНИКОВ ГРУЗОВЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
Баходир АБДУРАХМАНОВ*, Специалист 1-категории
Министерство Инновационного развития
100174, Узбекистан, Ташкент, ул. Университетская, 7
*Тел: +99899 537-78-60
*E-mail: b. [email protected]
Илья ВИКУЛОВ, доцент
ФГБОУ ВО «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I» Россия, С.Петербург, Московский пр., 9 Тел: +7(812) 457-85-36 E-mail: [email protected]
Аннотация: Определена возможность суждения о состоянии токосъемных вставок по вибрационным проявлениям полоза токоприемника при движении электровоза по изменению массы полоза, измерением колебательного ускорения с помощью акселерометра, входящего в состав диагностического устройства, Разработана структура диагностического устройства и алгоритм для определения состояния токосъемных вставок.
Ключевые слова: токоприемник, токосъемная вставка, отказ, надежность, износ, диагностика. 1. ВВЕДЕНИЕ
Более 50% от всех порч и неисправностей электрического подвижного состава (ЭПС) составляют электрические аппараты. На токоприемники приходится около 20% отказов [3].
Наиболее характерные неисправности токоприемника, приводящим к его отказу приведены на рис. 1.
35 30 25 20 15 10
_31
16 1/
1 11 11
1 6
■
й- £
<и X о <и
= 9- =1
га га си
О- о.
I о си ^
си о а;
Рис. 1. Основные неисправности токоприемника
На сегодняшний день токоприемники электровозов, эксплуатируемых на железных дорогах Республики Узбекистан, осматриваются визуально. Отсутствие системы диагностики состояния токоприемников является причиной значительного числа отказов электровозов.
Как видно, самым уязвимым элементом токоприемника является токосъемная вставка (ТВ), повышая надежность, которого мы повисим надежность токоприемника в целом. Основной причиной большого количества отказов ТВ связано с износом в результате взаимодействия с контактным проводом. На износ ТВ влияют большое количество факторов, которые зависят не только от качества эксплуатации, но и параметров токоприемников. Износ ТВ можно определить следующим образом (1):
где И - износ ТВ;
Ь - пробег ТВ;
- -. - -: ■--.'.' - факторы, влияющие на износ.
Однако, определить теоретически по какой причине произошел износ ТВ и место его появления является очень сложной задачей. Поэтому для определения состояния ТВ необходимо воспользоваться диагностическими средствами.
В настоящее время существуют несколько видов система контроля и диагностики токосъемных вставок токоприемника. Средства технической диагностики токоприемников по месту расположения можно разделить на стационарные, переносные и бортовые (рис. 2).
Стационарные средства
Диагностические
средства токоприенмиков
Переносные средства
Бортовые средства
Рис. 2. Типы диагностических средств токоприемников
Определение равномерного износа токосъемных..._59
2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Система контроля и диагностики токоприемников PADIS (Италия) и PantoSystem (Дания)
Система Padis (рис. 2) может осуществлять контроль состояния токоприемника при проходе подвижного
Рис. 3. Система Padis
Система PA.DK объединяет двумерные изображения с трехмерной реконструкцией проложенной структуры. Таким образом, получается ряд дополнительных параметров, которые невозможно получить с фотографии, благодаря чему становится возможным анализировать миллиметр на миллиметр каждого критического компонента токоприемника.
Алгоритм системы РАЭШ 3Б позволяет получать трехмерную модель пантографа. Следующие цифровые параметры сравниваются с эталонной моделью:
- материал контактной вставки;
- износ контактных вставок;
- разрушения контактных вставок;
- ортогональность контактных вставок;
- параллельность контактных вставок;
- форма рога.
2.2 PantoInspect
На рисунке 4 показано использование усовершенствованных датчиков и лазерного оборудования для обеспечения детальных цифровых изображений во время поездов. Лазеры освещают контактную вставку токоприемника, обнаруживая трещины и другие повреждения. Фотографии затем передаются в основную компьютерную систему для дальнейшего анализа и соответствующих действий со стороны персонала сетевого наблюдения.
Рис. 4. Схема установки РапЫшрей
Преимущества система контроля и диагностики токоприемников РАЭК (Италия) и PantoSystem (Дания):
- предсказывать, когда следует проводить техническое обслуживание. Такой подход обещает экономию средств по сравнению с обычным или временным профилактическим обслуживанием.
- получить указание на дефект или неправильно скорректированный токоприемник.
Недостатком этих систем является то, что оборудование для осуществления контроля токоприемника необходимо устанавливать в определенном месте. Контроль состояния токоприемника в таком случае невозможен на всем протяжении участка.
Диагностические системы ремонта токоприемника электровозы серии «O'ZEL».
На электровозах, эксплуатируемых на железных дорогах Республики Узбекистан, имеется аэродинамическое диагностическое устройство токоприемника (рис. 5).
Это устройство работает следующим образом через трубку по специальному каналу, сделанным под токосъемными вставками, подается воздух, который при целостности токосъемной вставки циркулирует по системе, трубка вставка трубка. Но как только в токосъемной вставке возникает недопустимый износ или трещина, воздух перестает поступать обратно в трубку, и тем самым токоприемник начинает опускаться.
Рис. 5. Аэродинамическое диагностическое устройство токоприемника
Основными недостатками этого устройства является неспособность заранее предупредить о замене вставки токоприемника, а также затраты на ремонт самого устройства. При установке этого устройства мы получаем дополнительные расходы, связанные с ремонтом токоприемника, при этом визуальная часть осмотра остается необходимым.
Так как на ЭПС, эксплуатируемых на железных дорогах Республики Узбекистан, отсутствует система диагностики, автором предложена диагностическая система определения состояния ТВ. Функциональная схема анализатора состояния токосъемных вставок (АСТВ) включает в себя следующие элементы (рис. 6):
- акселерометр;
- усилитель;
- фильтр;
- пиковый детектор;
- интерфейс канала передачи данных;
- блок индикации.
Рис. 6. Функциональная схема анализатора состояния токосъемных вставок
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является вибродиагностическое устройство. Данное устройство, эксплуатируемое в Японских железных дорогах, предназначено для диагностики состояния ТВ токоприемников. При прохождении ЭПС контрольного пункта, оснащенными датчиками акселерометрами, происходит замер ускорения и амплитуды перемещения контактного провода в горизонтальной и вертикальной плоскостях в точке контакта контактного провода с токоприемником (рис. 7). При нормальном техническом состоянии токоприемника смещение контактного провода в горизонтальной и вертикальной области происходит незначительно. Но при взаимодействии контактного провода с ТВ токоприемника со ступенчатым износом происходит значительное увеличение амплитуды колебательного ускорения контактного провода и струн контактной сети.
Зиррогг роки
ЗирроП рсМк • АссЫеготодг (ие«1и1 (Ы ЫаяО
У Роб Шопе! шагкег (Р РгЛеп^мпйаг
Рис. 7. Вибродиагностическое устройство
Возможность устройства базируется на программной обработке данных, поступающих с акселерометров, закрепленных на контактном проводе. В случае обнаружения дефекта, а именно ступенчатого износа, на токосъемной вставке токоприемника с помощью программного обеспечения подается сигнал о неисправности токоприемника [6].
Основными недостатками данного устройства являются неспособность оценивать состояние ТВ на всем протяжении участка эксплуатации, а также определение других видов износов, происходящих на токосъемной вставке.
Перечисленных недостатков лишено предлагаемое автоматизированное устройство измерения износа контактных пластин токоприемника.
Целью изобретения является возможность определения износа ТВ при движении ЭПС на всем протяжении участка.
Предлагаемый способ определения состояния ТВ предусматривает последовательное выполнение следующих операций (рисунок 8).
Поднимаются оба токоприемника, электровоз движется с установленной скоростью. Измеряется величина виброускорения полоза токоприемника. Полученная величина виброускорения усиливается и фильтруется. Информация об уровне сигнала поступает на пульт управления локомотивной бригаде [1].
Рис. 8. Порядок способа определения состояния ТВ
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
Для оценки возможного применения в качестве диагностического параметра колебательного ускорения токоприемника была использована специальная экспериментальная установка, общий вид которой представлен на рис. 9[2].
Рис. 9. Экспериментальная установка
Экспериментальная установка включает в себя: электропривод, диск, балку и токоприемник ТЛ-13У.
Установка работает следующим образом: электропривод через вращающийся диск приводит в движение балку, которая другим концом закреплена к неподвижному блоку. Балка в результате движения приводит в действие поднятый токоприемник. Тем самым, экспериментальная установка моделирует колебательное движение токоприемника в процессе движения электровоза.
Диагностическое устройство работает следующим образом. В результате равномерного изнашивания уменьшается масса токосъемной вставки. Следовательно, уменьшается масса токоприемника, что вызовет увеличение колебательного ускорения токоприемника. Колебательное ускорение оценивается с помощью датчика - акселерометра, на выходе которого появляется электрический сигнал пропорциональный величине ускорения токоприемника. Сигнал с выхода акселерометра поступает на вход ПК, который обрабатывает сигнал с помощью специальной программы.
В ходе исследования была использована угольная вставка для токоприемника ТЛ-13У с равномерным износом.
4. ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В результате опытов были отсняты графики изменения колебательного ускорения в трех плоскостях при трех значениях дополнительной массы: 1,8; 1,3; 0,9 кг (рис. 10 а, б, в).
а)
15
а,
ю
*[/с2 1лШ ЬаМлМШШШ АЛлЛДШл/ыЛ
Щ ТО^уЩуЩ
о -I
ьл ОТ ГЛ 1-- ^ч
Т-Н гм ^ 1Л Г".
1/1 СП (ТО Г~-«I ОТ ^ч гм
ьлюозсп^нгмтьпюозспогм т1лА, ю
т—1т—1т—1т—1Г\|Г\|Г\|ГМГ\|Г\|Г\|ПГ1ГТГ1ГТГ1ГТГ1ГТГ1
б)
в)
Рис. 10. Графики ускорений токоприемника с добавленными грузами по вертикальной оси (7) относительно ЭПС (а - 1,8 кг; б - 1,3 кг; в - 0,9 кг)
Изменение колебательного ускорения по продольной оси относительно ЭПС с добавленной массой 1,8 кг представлено на рис. 11.
Рис. 11. График изменения ускорения по продольной оси относительно ЭПС
Изменение колебательного ускорения по поперечной оси относительно ЭПС с добавленной массой 1,8 кг представлено на рис. 12.
Рис. 12. График изменения ускорения по поперечной оси относительно ЭПС Средние значения ускорений а определялись по выражению (2):
_ j t a = — J a(t )dt
0 (2)
где a(t) - мгновенное значение ускорения токоприемника; T - период измерения ускорения.
Изменения ускорений a по вертикальной, продольной и поперечной оси (у) при изменении массы ТВ представлены в таблице 1.
Табл. 1
Средние значения колебательного ускорений по вертикальной,
п юдольной и поперечной оси (y) при изменении массы ТВ
масса полоза, кг m+1800 m+1300 m+900
a, м/с2 9,75 9,98 10,17
a, м/с2 -0,069 0,036 0,135
a, м/с2 0,06 0,234 0,377
Как видно из таблицы 1 среднее значения ускорений по трем плоскостям изменяется при изменении массы токоприемника, которое можно засечь с помощью акселерометра.
5. ВЫВОДЫ
1. Снижение числа дефектов токосъемных вставок позволит повысить надежность электровоза в целом.
2. Отсутствие системы диагностики состояния токоприемников является причиной значительного числа отказов электровозов ВЛ80С парка Республики Узбекистан.
3. Сформулирован алгоритм способа определения состояния ТВ в процессе движения электровоза и разработана функциональная схема устройства для определения состояния ТВ при движении электровоза.
4. Выполненные экспериментальные исследования доказали возможность определения состояния ТВ на основании исследования колебаний полоза токоприемника.
6. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Абдурахманов Б.Б. Контроль состояния токопроводящих вставок электровозов ВЛ80С / Б.Б. Абдурахманов, А.П. Зеленченко // Транспорт: проблемы, идеи, перспективы: сборник трудов LXXVI Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - СПб.: ФГБОУ ВО ПГУПС, 2016. С. 9 - 12. [In Russian: Abdurakhmanov, B. B. Monitoring the status of conductive inserts of electric locomotives VL80S / B.B. Abdurakhmanov, A.P. Zelenchenko // Transport: problems, ideas, prospects: proceedings of the LXXVI All-Russian Scientific and Technical Conference of students, graduate students and young scientists. St. Petersburg. 2016].
2. Абдурахманов Б.Б. Метод диагностики токопроводящих вставок токоприемников электровозов / Б.Б. Абдурахманов, А.П. Зеленченко // Транспорт: проблемы, идеи, перспективы: сборник трудов LXXVII Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - СПб. : ФГБОУ ВО ПГУПС, 2017. С. 13 - 18. [In Russian: Abdurakhmanov, B.B. Method for the diagnosis of conductive inserts of current collectors of electric locomotives / B.B. Abdurakhmanov, A.P. Zelenchenko // Transport: problems, ideas, prospects: proceedings of the LXXVII All-Russian Scientific and Technical Conference of students, graduate students and young scientists. St. Petersburg. 2017].
3. Смирнов В. А. Повышение качества контроля технического состояния токоприемников электрического подвижного состава магистральных железных дорог: дис. Канд. Тех. Наук: 05.22.07 / В. А. Смирнов. -Омск: ОмГУПС, 2007. 128 с. [In Russian: Smirnov V. A. Improving the quality of control of the technical condition of current collectors of electric rolling stock of main railways: dis.: 05.22.07 / V.A. Smirnov. Omsk: OmGUPS, 2007].
4. Bucca, G. A Procedure for the Wear Prediction of Collector Strip and Contact Wire in Pantograph-Catenary System
/ G. Bucca, A. Collina. Wear, 266(1-2), 2009. pp 46-59.
5. Klapas D. Simulation of wear in overhead current collection systems / D. Klapas, F.A. Benson, R. Hackam, Review
of Scientific Instruments 56, 1985. pp 1820-1828.
6. Usuda T. Method for detecting step-shaped wear on contact strips by measuring catenary vibration / T. Usuda, M.
Ikeda, Y. Yamashita // Quarterly report of RTRI, 2011 volume 52 issue 4 pages 237-243.
