CC BY
11
УДК 629.423: 62-83
Мирошниченко Е.Е.
к.т.н., ФГБОУ ВО РГУПС г. Ростов-на-Дону
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ТЯГОВОГО ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Аннотация
Вследствие невозможности абсолютно точно изготовить детали, из которых состоит вентильно-индукторный двигатель (ВИД), и исключить микронеточности сборки, возникают силы одностороннего магнитного притяжения (ОМП). Они порождают шум, вибрации, приводят к износу подшипниковых узлов. Актуальной является задача выработки технических предложений по их снижению, что даст возможность повысить надежность ВИД и использовать его в качестве тягового на перспективном подвижном составе.
Ключевые слова
Вентильно-индукторный двигатель, силы одностороннего магнитного притяжения, износ,
подшипниковый узел, надежность
Создание качественно нового подвижного состава с использованием современных достижений мирового локомотивостроения должно обеспечивать высокие потребительские качества, универсальность - возможность его использования в изменяющихся условиях перевозок, а также, сокращение эксплуатационных расходов [1, с.1]. Важнейшим элементом подвижного состава является тяговый электропривод. Среди электрических двигателей, способных работать в системе тягового привода хорошие перспективы имеет ВИД.
ВИД может обеспечить работу подвижного состава в любой точке тяговой характеристики. Линия ограничения по мощности проходит несколько выше, чем у асинхронного электродвигателя (АД). Это преимущество ВИД объясняется его конструктивными особенностями.
ВИД обладает рядом явных преимуществ по сравнению с АД, одним из которых является его высокая энергоэффективность, обусловленная минимальным воздушным зазором.
Когда воздушные зазоры достаточно малы и соизмеримы с допусками в конструкторской документации на изготовление ВИД, магнитные проводимости значительно различаются по своей величине. Следовательно, в процессе работы ВИД возникает результирующая неуравновешенная сила ОМП между статором и ротором, направленная в сторону меньшего воздушного зазора. Эти силы значительно влияют на износ подшипниковых узлов, тем самым снижая надежность ВИД.
Неравномерность воздушного зазора ВИД имеет сложную геометрическую форму. Из всех видов несимметричного расположения рассмотрим сдвиг ротора параллельно своей оси в радиальном направлении. Возможны два идеализированных варианта расположения оси вращения ротора. Первый вариант - ось вращения совмещена с осью симметрии статора. Здесь, на смещение влияет зазор в подшипнике, который растет с увеличением износа деталей подшипника. Второй - ось вращения смещается вместе с осью симметрии ротора. В этом случае, на смещение оказывают влияние допуски на выполнение проточки в корпусе ВИД под подшипниковые щиты и допуски на посадочные места под подшипники в подшипниковых щитах.
Проведены расчеты сил ОМП (рис. 1) при несимметричном расположении ротора для магнитной системы ВИД помещенной в корпус тягового двигателя ДТА-1200А. Внешний диаметр статора ВИД - 770 мм, длина пакета магнитопровода - 400 мм, величина воздушного зазора - 1,6 мм, количество витков катушки - 30. Выбран номинальный одноимпульсный режим работы при вертикальном сдвиге по оси Y с шагом 0, 4 мм.
На рис. 1 даны следующие обозначения: 1 - ток в активной фазе; 2 - электромагнитный
момент при сдвиге ротора на 0,4 мм; 3 - силы ОМП при сдвиге ротора на 0,4 мм; 4 - силы ОМП при сдвиге ротора на 0,8 мм; 5 - силы ОМП при сдвиге ротора на 1,2 мм.
Как следует из графиков, силы имеют импульсный характер и достигают значительных величин [2, с.89]. Причем, при втором варианте смещения, когда ось вращения перемещается вместе с осью симметрии ротора, силы ОМП значительно выше. Это приводит к существенным вибрационным нагрузкам, генерации шума и интенсивному износу деталей подшипниковых узлов.
а)
о 20 JS £0 30 100 120 140 >[iFÜ 130
О---
Рис\ нок 1 - Расчетные значения параметров ВИМ 12/8: а) ось вращения совмещена с осью симметрии статора; б) ось вращения смещается вместе с осью симметрии ротора
Представленная выше магнитная система ВИД конфигурацией 12/8 при работе фазы содержит несколько контуров с магнитным потоком, расположенных в активной части электрической машины и слабо связанных друг с другом. Поэтому, данная магнитная система ВИД обладает расширенными функциональными возможностями, а именно, возможностью управлять током в катушке независимо от других катушек возбужденной фазы и влиять на величину силы ОМП с перспективой ее полного
~ 45 ~
исключения средствами управления. С этой целью в ВИД необходимо осуществить активный магнитный подвес вращающегося ротора. Для этого в замкнутой системе управления используется векторный датчик радиального перемещения ротора. Система управления, в этом случае, будет двухканальной. По первому каналу создается необходимый вращающий момент путем регулировки тока по амплитуде, а по второму каналу создается требуемая разность токов в диаметрально расположенных катушках для обеспечения активного магнитного подвеса. Данное решение повысит надежность работы ВИД, дав возможность разгрузить подшипники, оставив им только страховочные функции.
С целью достижения более высокой точности установки центров в подшипниках, рекомендуется, производить проточку в корпусе под подшипниковые щиты с одной установки.
В комплексе предложенные меры позволят повысить надежность ВИД, тем самым дав возможность широко применять его в системе тягового электропривода для перспективного подвижного состава. Список использованной литературы:
1. Назаров, О.Н. Перспективный подвижной состав: проблемы и решения/ О.Н. Назаров//Локомотив. -2005. - №5. - С.5-9.
2. Петрушин, А.Д. Оценка влияния неравномерности воздушного зазора на величину сил одностороннего притяжения ротора к статору вентильно-индукторной электрической машины/А.Д. Петрушин, Е.Е. Илясова// Вестник ВЭлНИИ. - Новочеркасск, 2011. - 2(62) . - С.84-93.
© Мирошниченко Е.Е., 2020
УДК 614.89
Курикалова А.А.
студент,
Санкт- Петербургский Горный университет, Россия.
Никулин А.Н., Доцент кафедры безопасности производств, Санкт-Петербургский Горный университет, Россия.
ИССЛЕДОВАНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ РАБОТНИКОВ В УСЛОВИЯХ ТЕПЛОВОГО ДИСКОМФОРТА
Аннотация
Переохлаждение на рабочем месте является частой проблемой для строителей, военных, работников горной, газовой, нефтяной и транспортной промышленности. Постоянно ведутся исследования в области эффективных средств защиты в условиях пониженных температур, однако до сих пор чаще всего рабочие трудятся в несоответствующих средствах индивидуальной защиты для суровых условий зимнего периода. В научном проекте рассмотрены проблемы теплового дискомфорта работников. Обобщен практический опыт причин переохлаждения рук. Целью данного исследования стал анализ инновационных свойств средств индивидуальной защиты работников в условиях теплового дискомфорта, оценка их эффективности и комфортности.
На основе проведенного исследования выявлена главная проблемы - не комфортность защитных средств при выполнении физических нагрузок, а это ведет не только к опасности для жизни рабочего, но и понижает его работоспособность. После детальной оценки существующих на данный момент средств индивидуальной защиты, стало ясно что работники нуждаются в улучшении СИЗ в условиях пониженных температур. Рассмотрены варианты разработки комфортных средств защиты, оснащенных дополнительными источниками тепла, с помощью которых защита станет легче и эффективнее для
~ 46 ~
