CC BY
50
УДК 629.423.31
А. Ю. ПОПОВ Д. Ю. БЕЛАН В. В. ДЮНДИН
Омский государственный технический университет Омский государственный университет путей сообщения
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА РЕМОНТА КОЛЛЕКТОРОВ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ГЕОМЕТРИИ
РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА_
В статье рассматривается совершенствование технологии ремонта коллекторов тяговых электродвигателей. Для повышения качества обработки и производительности ремонта коллекторов предлагается заменить отделочные операции (шлифование и полирование) чистовым точением резцом с заточкой режущей кромки по технологии «суперлезвие».
Ключевые слова: коллекторно-щеточный узел, отделочные операции, режущий инструмент, технология заточки «суперлезвие», шероховатость.
Работоспособность и эксплуатационные качества тяговых электрических машин зависят от соответствия их параметров и конструкции условиям эксплуатации [1]. Увеличение ресурса агрегатов и узлов локомотивов требуют совершенствования технического обслуживания и ремонта. Особое место в системе ремонта занимают капитальный ремонт и часть деповского ремонта, на долю которых расходуются значительные средства. При ремонте тягового двигателя локомотива (рис. 1), кроме ремонта механической части, подвергается ремонту и электрическая часть, которая в процессе эксплуатации изнашивается, особенно в поверхностных слоях коллекторно-щеточного узла (КЩУ).
КЩУ тяговых двигателей может работать устойчиво лишь при наличии хорошего контакта электрографитизированных щеток с коллектором. Скорость скольжения электрографитизированных щеток по коллектору в эксплуатации в рабочих режимах достигает 50 — 55 м/с. Чем «чище» шероховатость поверхности коллектора, тем меньше будет выделяться тепла от трения электрографитизиро-ванных щеток, тем благоприятнее будут условия работы скользящего контакта и меньше износы коллектора и электрографитизированных щеток. Такой контакт может быть обеспечен только тогда, когда рабочая поверхность коллектора имеет низкую шероховатость, правильную цилиндрическую форму и концентрична с валом двигателя.
Качество обработки поверхности коллектора влияет на электрические и эксплуатационные характеристики тягового двигателя [2]. Наличие неровностей на коллекторе приводит к возникновению радиальных колебаний электрографитизированных щеток, вызывающих пульсацию контактного давле-
ния, в результате чего происходит изменение падения напряжения под электрографитизированной щеткой, и, следовательно, нарушения оптимальных условий коммутации, что вызывает искрение электрографитизированных щеток, нарушая работу скользящего контакта и приводящий к повреждениям тяговых электродвигателей (ТЭД).
Критерием, характеризующим качество рабочей поверхности коллектора, является шероховатость контактной поверхности, регламентированное значение данного параметра должно составлять Ra = 0,5 мкм после шлифовальной операции применяемой в технологическом процессе ремонта коллекторов ТЭД.
Рабочая поверхность коллектора в эксплуатации изнашивается, и в деповской ремонт двигатель, как правило, поступает с выработкой на поверхности коллектора и повышенным биением, с подгаром пластин, «затягиванием» меди в межламельное пространство. Базовый технологический процесс ремонта коллектора включает в себя следующие виды механической обработки: продорожка межламель-ного пространства, обтачивание поверхностного слоя коллекторных пластин, снятие фасок, шлифование и полирование коллекторных пластин.
Для выведения следов износа и восстановления правильной геометрической формы коллектор обтачивают в условиях депо резцами, оснащенными пластинами из твердого сплава марок ВК6, ВК8 на специализированном станке (рис. 2).
Резцом с твердосплавной пластиной обрабатывают около четырех коллекторов, после чего необходимо производить переточку резца, поскольку он не обеспечивает необходимое качество обработки. Из-за конструктивной особенности коллектора
Рис. 1. Тяговый электродвигатель ТЛ-2К1
Рис. 2. Токарно-винторезный станок 1Н65
ТЭД, механическая обработка представляет собой точение прерывистой поверхности, при которой режущий инструмент испытывает ударную нагрузку. Обточка коллектора является одной из самых главных операций в технологическом процессе ремонта коллекторов. В условиях депо при выполнении этой операции возникают следующие трудности: низкая стойкость режущего инструмента и соответственно большие затраты на вспомогательные операции. В процессе обработки коллектор проходит через ряд состояний, характеризуемых параметрами качества. Каждая операция технологического процесса приводит к изменению этих параметров [3]. При обточке поверхности коллектора базовым резцом невозможно получить требуемую шероховатость поверхности коллектора. По этой причине в качестве отделочной обработки коллектора применяются операции шлифование и полирование.
Отделочные операции отрицательно сказываются на работе КЩУ, так как частицы абразивных материалов остаются в поверхностном слое меди и в дальнейшем царапают зеркальную поверхность
электрографитизированной щетки [4]. Длительное полирование приводит к возникновению завалов на краях пластин, из-за чего уменьшается площадь контакта щетки с пластиной, и ухудшаются условия коммутации.
Замена базовых отделочных операций на чистовое точение, новым режущим инструментом, позволит сократить технологический процесс ремонта ТЭД и улучшить качество поверхности.
Базовый резец с твёрдосплавной пластиной ВК8, применяемый в депо для обточки коллектора, имеет следующую геометрию, которая влияет на качество обработанной поверхности: радиус скругления режущей кромки Яскр = 1,2 мм; радиус округления кромки резца р = 0,9 мм; главный передний угол у = 10°, главный задний угол а = 7—11°; главный угол в плане ф = 90°. Качество лезвия режущей кромки характеризуется шероховатостью поверхности и остротой лезвия, определяемой радиусом округления р. Шероховатость шлифованных поверхностей режущей части лучших образцов импортного инструмента составляет
Рис. 4. Проходной упорный резец STGPL2525R22
б
а
Яа = 0,32 — 0,16 мкм, а радиус округления лезвия р = 5 — 8 мкм [5].
Усовершенствованный режущий инструмент для чистовой обточки коллекторов представляет собой резец со сменными твердосплавными пластинами, имеющими специальную заточку «суперлезвие» (рис. 3).
При проектировании проходного упорного резца 8ТСРЬ2525Я22 (рис. 4а) геометрия режущей части существенно не изменилась, за исключением радиуса скругления режущей кромки, выполненного в 1 мкм (рис. 4б).
Затачивание твердосплавного инструмента технологией «суперлезвие» производится при скорости абразивного круга Ук = 200 мм/мин; частота вращения пк = 17000 об/мин; глубины шлифования 1 = 3 — 5 мкм. Выбранные режимы шлифования обеспечивают требуемую точность и качество поверхностного слоя режущего инструмента.
Экспериментальная обработка коллектора ТЭД проводится с использованием усовершенствованного резца с заточкой режущей кромки по технологии «суперлезвие». Технологические режимы резания выбираются с учетом параметров режущего инструмента и обрабатываемого материала. При чистовой обработке поверхности коллектора глубина резания 1 = 0,17 — 0,35 мм; частота вращения шпинделя п = 250 об/мин; подача 8 = 0,06 мм/об.
Расчет построения зависимости максимальной шероховатости от подачи, при различных значени-
ях радиуса скругления режущей кромки, осуществляется по формуле:
100052
8Л„
где К.шах — максимальная шероховатость обрабатываемой поверхности, 5 — подача при точении, Яср — радиус скругления режущей кромки.
График зависимости максимальной шероховатости от подачи, радиуса скругления режущей кромки представлен на (рис. 5).
Оценка шероховатости, в первую очередь, осуществляется путем сравнения эталонов шероховатости ОШС-Т-М с полученной поверхностью после чистового точения. На (рис. 6а, б) представлены эталоны с шероховатостью = 80 мкм и Яа = 0,4 мкм соответственно.
После чистовой обработки резцом, с заточкой режущей кромки по технологии «суперлезвие», шероховатость уменьшилась до Яа = 0,2 мкм (рис. 6в). Для уточнения значений шероховатости, измерение проводится индикаторным профилометром ПКИ-150.
Усовершенствованный резец с заточкой режущей кромки по технологии «суперлезвие» позволяет получить шероховатость при чистовом точении Яа = 0,2 мкм. При глубине резания, не превышающей 0,3 мм, затягивание ламелей при обработке не наблюдается, что соответствует требовани-
Рис. 5. График зависимости максимальной шероховатости поверхности от подачи при различных значениях радиуса скругления режущей кромки резца
Рис. 6. Сравнение шероховатости после чистовой обточки коллектора
ям, предъявляемым к чистоте обработки рабочей поверхности коллекторов ТЭД.
Спроектированный режущий инструмент по технологии заточки «суперлезвие» позволяет сократить базовые отделочные операции в технологическом процессе ремонта, что сокращает количество затрат энергоресурсов и времени на ремонт ТЭД и тем самым повышает производительность, качество его ремонта и технического обслуживания.
Библиографический список
1. Захарченко. Д. Д. Тяговые электрические машины : учеб. для вузов ж.-д. транспорта / Д. Д. Захарченко, Н. А. Ро-танов. — М. : Транспорт,1991. — 343 с.
2. Солдаткин, А. В. Повышение коммутационной устойчивости тяговых электрических машин за счет совершенствования технологии ремонта коллекторов : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.22.07 / А. В. Солдаткин. - Омск, 2013. - 22 с.
3. Дуюн, Т. А. Обеспечение виброустойчивости при точении контактной поверхности коллектора электродвигателя / Т. А. Дуюн // Известия ТулГУ. Технические науки. — 2009. — № 4. — С. 43 — 48.
4. Белан, Д. Ю. Повышение надежности работы коллек-торно-щеточного узла тяговых электродвигателей / Д. Ю. Бе-
лан, В. М. Лузин // Известия Транссиба. — 2010. — № 4 (4). — С. 6 — 11.
5. Попов, А. Ю. Технология алмазного шлифования твердосплавных изделий / А. Ю. Попов, Д. С. Реченко, Е. В. Васильев, В. С. Сергеев, А. Г. Кольцов // Вестник УГАТУ. — 2012. — Т. 16, № 4 (49) — С. 24 — 29.
ПОПОВ Андрей Юрьевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой металлорежущих станков и инструментов Омского государственного технического университета (ОмГТУ).
БЕЛАН Дмитрий Юрьевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), магистрант гр. ТМ-514 факультета элитного образования ОмГТУ. ДЮНДИН Вадим Владимирович, аспирант кафедры «Технология транспортного машиностроения и ремонта подвижного состава» Омского государственного университета путей сообщения. Адрес для переписки: baltazar.13@mail.ru
Статья поступила в редакцию 29.06.2015 г. © А. Ю. Попов, Д. Ю. Белан, В. В. Дюндин
