CC BY
27
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Аблялимов Олег Сергеевич
Ташкентский государственный транспортный университет (ТГТрУ).
Адылходжаева ул., д. 1, г. Ташкент, 100167, Республика Узбекистан.
Кандидат технических наук, профессор, кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство», ТГТрУ.
Тел. +998-90-975-59-43.
Е-тай: o.ablyalimov@gmail.com
Лесов Алтынбек Талгат угли
Ташкентский государственный транспортный университет (ТГТУ).
Адылходжаева ул., д. 1, г. Ташкент, 100167, Республика Узбекистан.
Ассистент кафедры «Электрический подвижной состав» ТГТрУ.
Тел.: +998-95-044-23-09.
Е-тай: altin_goal91@mail.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Ablyalimov Oleg Sergeyevich
Tashkent State Transport University (TSTU).
1, Adilhodjayev st., 100167, Republic of Uzbekistan.
Ph. D. in Engineering, professor of the department «Locomotives and locomotive economy», TSTU. Phone. +998-90-975-59-43. E-mail: o.ablyalimov@gmail.com
Lesov Altinbek Talgat ugli
Tashkent State Transport University (TSTU).
1, Adilhodjayev st., 100167, Republic of Uzbekistan.
Assistent of the department «Electric rolling stock», TSTU.
Phone: +998-95-044-23-09. E-mail: altin_goal91@mail.ru
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Аблялимов, О. С. К исследованию эффективности локомотивов электрической тяги на участке Коканд -Андижан Узбекской железной дороги / О. С. Аблялимов, А. Т. Лесов. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2022. - № 4 (52). - С. 66 - 75.
Ablyalimov O.S., Lesov A.T. To the study of the efficiency of locomotives of electric traction in the Kokand - Andijan section of the Uzbek railway. Journal of Transsib Railway Studies, 2022, no. 4 (52), pp. 66-75 (In Russian).
УДК 621.333.2
В. И. Киселев, А. И. Федянин
Российский университет транспорта (РУТ (МИИТ)), г. Москва, Российская Федерация
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ РЕМОНТА ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ТЕПЛОВОЗОВ
Аннотация. Предметом рассмотрения настоящей статьи является тяговый электродвигатель тепловоза. Тяговый электродвигатель (ТЭД) - основной элемент передачи мощности, следовательно, от его надежности зависит и надежность тепловоза в целом. Рассмотрены основные причины отказов тяговых электродвигателей в эксплуатации. На основании анализа статистических данных можно утверждать, что наиболее повреждаемой частью тягового электродвигателя является его якорь. В условиях введения новых классов нагревостойкости изоляции новым стандартом - ГОСТ 2582-2013 - обеспечение надежности якоря особенно актуально. Установлены причины наиболее распространенных отказов ТЭД в эксплуатации: нарушение целостности изоляции обмотки острыми краями крайних листов пакета железа сердечника якоря при укладке обмотки в пазы сердечника, вибрация крайних листов пакета железа сердечника якоря при воздействии электромагнитных сил с частотой, кратной числу полюсов электродвигателя, несовершенство системы крепления лобовых частей обмотки якоря, несоответствие коэффициентов температурных линейных удлинений меди обмоток, изолирующих ее материалов и стального сердечника якоря. Результатом анализа конструкции серийных ТЭД явились предложения по совершенствованию конструкции узлов, наиболее подверженных отказам. Для устранения пробоев изоляции якорей в эксплуатации предложены новая конструкция нажимных шайб и усовершенствованная технология пропитки якорей серийно выпускаемых тяговых электродвигателей тепловозов. Предлагаемые конструктивные решения могут быть использованы как при создании новых конструкций ТЭД для перспективных тепловозов, так и при модернизации серийных конструкций. Таким образом, применение предложенных конструктивных и технологических решений позволит повысить надежность ТЭД тепловозов.
Ключевые слова: тепловоз, тяговый электродвигатель, отказ ТЭД, коэффициент линейного теплового расширения, изоляция, надежность.
Valentin I. Kiselev, Alexei I. Fedianin
Russian University of Transport (MIIT), Moscow, the Russian Federation
IMPROVEMENT THE DESIGN AND TECHNOLOGY OF REPAIR THE DIESEL LOCOMOTIVES TRACTION ELECTRIC MOTORS
Abstract. The subject of consideration of this article is the traction electric motor of a diesel locomotive. Traction electric motor (TED) is the main element of power transmission, therefore, the reliability of the locomotive as a whole depends on its reliability. The main causes of failures of traction motors in operation are considered. Based on the analysis of statistical data, it can be argued that the most damaged part of the traction motor is its armature. In the context of the introduction of new classes of insulation heat resistance by the new standard - GOST 2582-2013 - ensuring the reliability of the anchor is especially important. The causes of the most common failures of TED in operation have been established: violation of the integrity of the insulation of the winding by the sharp edges of the extreme sheets of the anchor core iron package when laying the winding in the grooves of the core, vibration of the extreme sheets ofthe anchor core iron package when exposed to electromagnetic forces with a frequency multiple of the number ofpoles of the electric motor, imperfection of the fastening system of the frontal parts of the armature winding, mismatch of the coefficients of temperature linear elongations copper windings, insulating materials and steel core of the armature. The result of the analysis of the design of serial TED were proposals to improve the design of the nodes most prone to failures. To eliminate breaks in the insulation of anchors in operation, a new design of pressure washers and an improved technology for impregnating anchors of commercially produced traction electric motors of locomotives are proposed. The proposed design solutions can be used both when creating new TED designs for promising locomotives and when upgrading serial designs. Thus, the application of the proposed design and technological solutions will increase the reliability of the diesel locomotives.
Keywords: diesel locomotive, traction electric motor, TED failure, coefficient of linear thermal expansion, insulation, reliability.
В процессе эксплуатации тяговые электродвигатели (ТЭД) локомотивов подвергаются механическим (вибрации), электродинамическим (броски тока), электрическим (перенапряжения) и тепловым нагрузкам (при больших токах в силовой цепи). Компенсировать отрицательное воздействие указанных факторов можно обоснованным выбором изоляционных материалов, соблюдением технологии их изготовления, оптимальной работой систем охлаждения электродвигателей.
На долю ТЭД приходится от 20 до 30 % отказов от общего числа неисправностей локомотивов. При этом стоимость устранения последствий отказов превышает аналогичной показатель практически всех видов оборудования (за исключением дизеля и трансформаторов). Нормы пробега электрических машин, заложенные в технических требованиях, не выполняются. ТЭД, особенно их якоря, капитально обновляются через 300 - 500 тыс. км пробега.
По данным статистики наиболее повреждаемой частью ТЭД является якорь по причине снижения сопротивления изоляции с последующим ее пробоем. Среди основных причин такого положения вещей можно выделить следующие:
нарушение целостности изоляции обмотки острыми краями крайних листов пакета железа сердечника якоря при укладке обмотки в пазы сердечника;
вибрация крайних листов пакета железа сердечника якоря при воздействии электромагнитных сил с частотой, кратной числу полюсов электродвигателя;
несовершенство системы крепления лобовых частей обмотки якоря;
несоответствие коэффициентов температурных линейных удлинений меди обмоток, изолирующих ее материалов и стального сердечника якоря.
Повышение ресурса электрических машин может быть достигнуто использованием новых электроизоляционных материалов, имеющих класс нагревостойкости до 220 °С, факт создания которых отражен в новом ГОСТе 2582-2013 (таблица).
Классы нагревостойкости изоляции в соответствии с ГОСТ 2582-2013
Стандарт Узлы электрических машин Класс нагревостойкости изоляции
А Е В Б Н 200 220 250
Электрические машины постоянного тока, допус температуры обмоток яко каемые значения превышения рей, °С
ГОСТ 2582-2013 Обмотки полюсов - 115 130 155 180 200 220 250
Обмотки якорей - 105 120 140 160 180 200 220
Коллекторы - 105 120 120 120 120 120 120
В производстве ТЭД используются две системы изоляции:
система на основе сухих и предварительно пропитанных стеклослюдинитовых лент с пропиткой готовых узлов (изделия) в эпоксидном компаунде («Монолит-2» и «Монолит-4»), соответствующих классу нагревостойкости F;
системы на основе сухих лент и пленок с пропиткой в кремнийорганическом лаке КО-916к, соответствующие классу Н по ГОСТ 2582-2013.
Вторая система (на основе полиамидных пленок с пропиткой в кремнийорганическом лаке) характеризуется более высокой электрической прочностью, но может использоваться только для обмоток, укладываемых в пазах.
Изоляция типа «Монолит» может использоваться как для пазовых, так и для полюсных обмоток.
В перспективе должна быть разработана такая технология нанесения изоляции на токопроводящие части обмоток, которая исключила бы применение ручного труда в данном технологическом процессе.
На качество деповского и заводского ремонтов ТЭД существенное влияние оказывает соблюдение технологии пропитки якорей. Мнение о том, что воздействия во время эксплуатации на изоляцию обмоток ТЭД неблагоприятных эксплуатационных факторов приводят к постепенному старению и, как результат, к пробою, в принципе верно. Однако считать указанные факторы главной причиной возникновения трещин в изоляции обмоток якорей не совсем правильно, так как реальные причины сложившейся ситуации с надежностью изоляции несколько иные.
По нашему мнению, основной причиной возникновения трещин в изоляции обмоток электрических машин является разность температурных удлинений материала проводников (меди) и изолирующих их слюдосодержащих материалов: коэффициент линейного температурного удлинения меди (16,610-6°С-1) по сравнению с изолирующим ее материалом - слюдой (3 10-6°С-1) в пять раз выше. Следовательно, по причине выделения в проводниках при протекании по ним тока тепла (закон Джоуля - Ленца) происходит удлинение меди, а изолирующая ее слюдосодержащая конструкция из-за отставания в удлинении в пять раз трескается. Прочие факторы негативного воздействия нагрузок только усугубляют процесс развития трещин. Эта гипотеза была высказана более 50 лет назад конструктором НЭВЗ [5, с. 13].
В связи с изложенным выше предлагается ряд рекомендаций, которые будут способствовать повышению надежности эксплуатируемых ТЭД.
Анализ состояния изоляции якорей ТЭД, поступающих на капитальный ремонт, показал, что «прогары» изоляции - это сочетание электрического пробоя с тепловым, которые происходят в тех местах, где вентиляционные каналы сердечника якоря забиты продуктами износа коллекторно-щеточного узла и в микротрещинах изоляционной основы обмоток находится графитовая пыль от щеток.
Существовавшая конструкция нажимной шайбы - реберная - в процессе эксплуатации показала недостаточную прочность ребер. С целью устранения отказов по излому ребер была разработана новая конструкция с утолщением ребер в средней части сечения, что привело к
N
частичному перекрытию вентиляционных каналов в сердечнике якоря и, как следствие, уменьшило объем охлаждающего воздуха, проходящего через якорь. Данная конструкция выпускается и в настоящее время.
Существующую конструкцию нажимной шайбы якоря ТЭД (рисунок 1) нельзя признать совершенной, так как ее ребра перекрывают более 10 % вентиляционных каналов сердечника якоря, ухудшая тем самым условия охлаждения якорной обмотки электродвигателя.
Изготовленная в свое время в качестве эксперимента опытная партия ТЭД, оснащенных дисковыми нажимными шайбами (рисунок 2) с отверстиями, соосными с вентиляционными каналами в сердечнике якоря, позволила повысить надежность изоляции в эксплуатации.
Рисунок 1 - Схема перекрытия каналов в сердечнике якоря ребрами нажимной шайбы серийной конструкции: 1 - нажимная шайба; 2 - сердечник якоря; 3 - ребро нажимной шайбы; 4 - вентиляционный канал в сердечнике якоря; 5 - вал якоря
Рисунок 2 — Якорь ТЭД с дисковой нажимной шайбой: 1 - вал якоря; 2 - нажимная шайба; 3 - лобовые части обмотки якоря
Исследования показывают, что наибольшие температуры нагрева в эксплуатации наблюдаются в зоне задних лобовых частей обмотки якоря, охлаждаемых воздухом, поступающим после коллекторно-щеточного узла. В связи с этим предлагается изменить направление движения охлаждающего воздуха, а именно: направить его со стороны задней нажимной шайбы к коллектору. Исследования ученых различных организаций подтверждают необходимость этих изменений.
Для повышения эффективности технологического процесса пропитки якорей в депо и на заводах разработано несколько вариантов данной операции. Схема одного из них представлена на рисунке 3. Однако всем им присущ один и тот же недостаток - после пропитки якоря в автоклаве вводится операция по ожиданию стекания лака, не застывшего в якоре, под действием гравитационных сил.
Предлагаемое повторное вакуумирование якоря после его пропитки в автоклаве без лака преследует цель скорейшего устранения из лака растворителей - ксилола или толуола, за счет чего повышается скорость набора вязкости лака.
Это, как показали наши исследования, позволяет увеличить наполняемость якоря ТЭД ЭД118Б на 1 кг, что даст возможность повысить электрическую прочность изоляции на 8 - 10 % (рисунок 4).
Для повышения надежности крепления лобовых частей обмотки якоря предлагается внедрить стеклометалличиеские бандажи взамен применяющихся в настоящее время конструкций из лент ЛСБ^.
В процессе эксплуатации в якорях электродвигателей, лобовые части которых закреплены стеклобандажами, из-за радиального перемещения лобовых частей под действием центробежных сил происходит их отрыв от наружной поверхности задней нажимной шайбы якоря. В образующийся при этом зазор между задней нажимной шайбой и приподнятыми лобовыми частями проникают пыль, влага, масляные пары, что негативно влияет на срок службы изоляции обмотки.
Радиальные перемещения задних лобовых частей, а также воздействие грязевой массы на обмотку вызывают пробой изоляции в местах выхода обмотки из пазов сердечника. Предотвратить повреждения изоляции можно устранением радиальных перемещений лобовых частей обмотки, что может быть достигнуто путем повышения прочности бандажей и увеличением жесткости проводников обмотки якоря.
Этим целям отвечает конструкция стеклометаллического бандажа (СМБ), объединяющая преимущества проволочных бандажей (прочность на растяжение) и стеклобандажей (технологичность изготовления). СМБ представляет собой бандаж, намотанный из слоев стеклоленты, внутри которого размещена намотанная вперекрышу со стеклолентой металлическая лента размером 0,1 х 20 мм из стали У-10А.
Намотку бандажа якоря производят на серийных бандажировочных станках. Якорь размещают в центрах станка, на каретке которого расположен механизм натяжения стеклоленты. Установленный в центрах якорь вращается приводным двигателем через коробку скоростей и шпиндель.
Натяжение первых слоев стеклоленты на лобовые части якоря производится механизмом натяжения.
Намотку бандажа осуществляют в следующей последовательности. При неполном натяжении стеклоленты наматывают на лобовую часть обмотки якоря 1,5 - 2 витка (для ее закрепления). Последующие витки стеклоленты наматывают с натяжением, соответствующим техническим требованиям. После намотки по всей длине бандажа нескольких слоев стеклоленты на расстоянии 5 - 8 мм от края сердечника устанавливают под стеклоленту металлическую ленту. Конструкция защищена патентом на изобретение и показала надежность в эксплуатации опытной партии двигателей.
Сушка в печи
Сушка в печи
1
Рисунок 3 - Существующая технология пропитки Рисунок 4 - Предлагаемая технология пропитки
Внедрение предлагаемых конструкций:
- нажимной шайбы якоря ТЭД;
- стеклометаллического бандажа;
- изменения направления движения потока охлаждающего воздуха;
- и технологического решения - пропитки якорей с двойным вакуумированием - позволит повысить надежность ТЭД за счет снижения числа их отказов в эксплуатации.
4(52)
Список литературы
1. Рахматуллин, М. Д. Технология ремонта тепловозов : учебник / М. Д. Рахматуллин. -Москва : Транспорт, 1983. - 447 с. - Текст : непосредственный.
2. Винокуров, В. А. Электрические машины железнодорожного транспорта : учебник / В. А. Винокуров, Д. А. Попов. - Москва : Транспорт, 1986. - 511 с. - Текст : непосредственный.
3. Курбасов, А. С. Проектирование тяговых электрических машин : учебное пособие /
A. С. Курбасов, В. И. Седов, Л. Н. Сорин. - Москва : Транспорт, 1987. - 536 с. - Текст : непосредственный.
4. Тяговые электрические машины : учебник / В. Г. Щербаков, А. Д Петрушин [и др.]. -Москва : Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2016. - 641 с. - Текст : непосредственный.
5. Исследование высоковольтных электрических машин постоянного и пульсирующего тока / А. Л. Курочка, А. А. Суровиков [и др.]. - Москва : Энергия, 1975. - 192 с. - Текст : непосредственный.
6. Данковцев, В. Т. Техническое обслуживание и ремонт локомотивов : учебник /
B. Т. Данковцев, В. И. Киселев, В. А. Четвергов. - Москва : Маршрут, 2007. - 570 с. - Текст : непосредственный.
7. Алексеев, Б. А. Определение состояния (диагностика) крупных гидрогенераторов / Б. А. Алексеев. - Москва : Энас, 2002. - 139 с. - Текст : непосредственный.
References
1. Rakhmatullin M.D. Tehnologija remonta teplovozov: uchebnik [Technology of repair of locomotives: Textbook]. Moscow, Transport Publ., 1983, 447 p. (In Russian).
2. Vinokurov V.A., Popov D.A. Jelektricheskie mashiny zheleznodorozhnogo transporta: uchebnik [Electric machines of railway transport: textbook]. Moscow, Transport Publ., 1986, 511 p. (In Russian).
3. Kurbasov A.S., Sedov V.I., Sorin L.N. Proektirovanie tjagovyh jelektricheskih mashin: uchebnoeposobie [Design of traction electric machines: textbook]. Moscow, Transport Publ., 1987, 536 p. (In Russian).
4. Shcherbakov V.G., Petrushin A.D. et al. Tjagovye jelektricheskie mashiny: uchebnik [Traction electric machines: textbook. Moscow, Educational and Methodological Center for education in railway transport Publ., 2016, 641 p. (In Russian).
5. Kurochka A.L. et al. Issledovanie vysokovol'tnyh jelektricheskih mashin postojannogo i pul'sirujushhego toka [Research of high-voltage electric machines of direct and pulsating current]. Moscow, Energiia Publ., 1975, 192 p. (In Russian).
6. Dankovtsev V.T., Kiselev V.I., Chetvergov V.A. Tehnicheskoe obsluzhivanie i remont lokomotivov: uchebnik [Maintenance and repair of locomotives: textbook]. Moscow, Marchrut Publ., 2007, 570 p. (In Russian).
7. Alekseev B. A. Opredelenie sostoyaniya (diagnostika) krupnyh gidrogeneratorov [Determination of the condition (diagnostics) of large hydro generators]. Moscow, Enas Publ., 2002, 139 p. (In Russian).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Киселев Валентин Иванович
Российский университет транспорта (РУТ (МИИТ)).
Образцова ул., д. 9, стр. 9, г. Москва, 127994, Российская Федерация.
Доктор технических наук, профессор кафедры «Электропоезда и локомотивы», РУТ (МИИТ).
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Kiselev Valentin Ivanovich
Russian Univerity of Transport (RUT (MIIT)).
9, b. 9, Obraztcova st., Moscow, 127994, the Russian Federation.
Doctor of Sciences in Engineering, professor of the department «Electrical trains and locomotives», RUT (MIIT).
Тел.: +7 (495) 684-21-51.
E-mail: kiselev40@mail.ru
Федянин Алексей Игоревич
Российский университет транспорта (РУТ (МИИТ)).
Образцова ул., д. 9, стр.9, г. Москва, 127994, Российская Федерация.
Аспирант кафедры «Электропоезда и локомотивы», РУТ (МИИТ).
Тел.: +7 (495) 684-21-51.
E-mail: pereyezd2@gmail.com
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Киселев, В. И. Совершенствование конструкции и технологии ремонта тяговых электродвигателей тепловозов / В. И. Киселев, А. И. Федянин. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2022. -№ 4 (52). - С. 75 - 82.
УДК 629.4.027
Phone: +7 (495) 684-21-51.
E-mail: kiselev40@mail.ru
Fedianin Alexei Igorevich
Russian Univerity of Transport (RUT (MIIT)).
9, b. 9, Obraztcova st., Moscow, 127994, the Russian Federation.
Postgraduate student of the department «Electrical trains and locomotives», RUT (MIIT).
Phone: +7 (495) 684-21-51.
E-mail: pereyezd2@gmail.com
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Kiselev V.I., Fedianin A.I. Improvement the design and technology of repair the diesel locomotives traction electric motors. Journal of Transsib Railway Studies, 2022, no. 4 (52), pp. 75-82 (In Russian).
В. Ф. Кузнецов, С. Г. Шантаренко, С. В. Савинкин
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
ИЗНОС МАТЕРИАЛА ГРЕБНЯ БАНДАЖА КОЛЕСА ЛОКОМОТИВА
Аннотация. В настоящей статье рассмотрен процесс изнашивания материала гребня бандажа колеса при движении локомотива в кривой заданного радиуса.
Методология проведения рассматриваемого в данной статье исследования заключалась в том, что на основе выражения для глубины проникновения головки рельса в материал гребня бандажа было рассмотрено движение колеса по внутреннему рельсу в кривой. При этом учитывалось, что точка контакта на гребне бандажа будет двигаться по грани рельса с проскальзыванием и что область контакта является довольно узкой поверхностью с границей, близкой к эллипсу. Получены формулы для расчета скорости и пути проскальзывания точки контакта гребня бандажа колеса локомотива с рельсом.
В результате исследования были выведены уравнения для оценки таких величин, как объем, интенсивность и скорость изнашивания бандажа (врасчете на один оборот колеса).
Показано, что полученные в результате проведенной работы выражения могут быть использованы для расчета интенсивности износа гребня бандажа при движении локомотива в кривой заданного радиуса.
Величина износа материала гребней бандажей колесных пар может определяться на основе полученных уравнений индивидуально для конкретной серии локомотива и заданного полигона его эксплуатации.
Ключевые слова: гребень бандажа, головка рельса, силовой контакт, глубина проникновения, скорость проскальзывания, интенсивность и скорость изнашивания.
Victor F. Kuznetsov, Sergey G. Shantarenko, Sergey V. Savinkin
Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, the Russian Fédération
WEAR OF THE MATERIAL OF THE LOCOMOTIVE WHEEL TIRE FRESH
Abstract. In this article, the process of wear of the material of the ridge of the wheel brace during the movement of the locomotive in a curve of a given radius is considered.
The methodology of the study considered in this article was that, based on the expression for the depth ofpenetration of the rail head into the material of the bandage ridge, the movement of the wheel along the inner rail in the curve was considered. It was taken into account that the contact point on the ridge of the bandage will move along the edge of the rail with slippage and that the contact area is a fairly narrow surface with a border close to an ellipse. Formulas for
