CC BY
185
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013
УДК 621313 В. В. ХАРЛАМОВ
В. Н. ГОРЮНОВ П. К. ШКОДУН А. В. ДОЛГОВА
Омский государственный университет путей сообщения
Омский государственный технический университет
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ КОЛЛЕКТОРНО-ЩЕТОЧНОГО УЗЛА ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
В статье рассмотрены вопросы диагностирования технического состояния коллекторно-щеточного узла тягового электродвигателя ТЛ-2К1. Проанализирован действующий технологический процесс ремонта и предложены маршруты ремонта тягового электродвигателя с учетом операций диагностирования.
Ключевые слова: диагностирование, коллекторно-щеточный узел, технологический процесс, ремонт, тяговый электродвигатель.
Подвижной состав железных дорог подверга- СКО второй производной функции профиля кол-
ется в эксплуатации интенсивным нагрузкам и износу, нуждаясь при этом в качественном и своевременном техническом обслуживании и ремонте. Тяговый электродвигатель (ТЭД) является одним из важнейших элементов электрического подвижного состава. Надежность работы ТЭД, в конечном счете, определяет бесперебойность и рентабельность работы железнодорожного транспорта. Поэтому вопросам совершенствования системы технического обслуживания и ремонта ТЭД и подвижного состава в целом посвящено большое число работ ученых и практиков.
Актуальной на сегодняшний день остается задача повышения качества ремонта магистральных электровозов в условиях локомотивного депо путем совершенствования технологии ремонта ТЭД.
Для решения поставленной задачи проведен анализ существующего технологического процесса ремонта, реализуемого на основе действующих технологических карт ремонта ТЭД. Для оценки технического состояния электродвигателя составлен уточненный алгоритм его диагностирования (рис. 1). Предлагаемые диагностические параметры для оценки технического состояния и качества ремонта ТЭД представлены двумя группами: первая — для оценки качества механической обработки коллектора и сборки ТЭД (биение поверхности коллектора 5, среднее квадратическое отклонение (СКО) относительных высот коллекторных пластин oh, значения амплитуд 1...5 гармонических составляющих (Av1...Av2), величина критерия согласия х2, при расчете которого не учитываются первая и вторая гармонические составляющие X2|v=3 , СКО относительных высот коллекторных пластин без учета первой и второй гармонической составляющей <тл| ), и вторая группа — для оценки взаимодействия щетки с коллектором (минимальное значение второй производной функции профиля коллектора ,
лектора , действующее значение высших гармонических составляющих функции профиля коллектора л - ) [1].
1 'действ' 1 1
С целью повышения достоверности диагностирования состояния элементов коллекторно-щеточного узла при ремонте ТЭД рекомендуется использовать аппаратно-программный комплекс Profilometr, разработанный на кафедре «Электрические машины и общая электротехника» ОмГУПС. В состав аппаратно-программного комплекса входит прибор контроля профиля коллектора электрических машин ПКП-4М и пакет программного обеспечения для обработки полученных результатов (свидетельство государственной регистрации программ № 2013613625). Внешний вид окна пакета программного обеспечения представлен на рис. 2 [2].
Исходными данными для работы пакета программного обеспечения являются значения относительных высот ламелей коллектора ТЭД, а также информация о типе и номере двигателя, его основных характеристиках; фамилия, имя, отчество испытателя; значение допуска биения и величина пробега двигателя.
После получения значений относительных высот коллекторных пластин из накопителя ПКП-4М или из файла, пакет программного обеспечения Profilometr автоматически производит расчет диагностических параметров: биения и СКО относительных высот коллекторных пластин, максимального значения перепадов коллекторных пластин и их СКО, а также результатов гармонического анализа профиля коллектора ТЭД. По результатам расчета диагностических параметров пакет программного обеспечения формирует заключение о возможности эксплуатации исследуемого коллектора ТЭД.
В пакете Profilometr реализована функция расчета диагностических параметров без учета n-го количества гармоник; присутствуют опции «Восста-
Рис. 1. Алгоритм диагностирования ТЭД
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013
Регистрация профиля коллектора
Рис. 3. Предлагаемый маршрут ремонта якоря
Рис. 4. Предлагаемый маршрут сборки ТЭД
новление профиля» и «Вторая производная», позволяющие построить функцию профиля коллектора и график изменения второй производной функции профиля коллектора без учета п-го количества гармонических составляющих.
После демонтажа ТЭД (рис. 3) из-под электровоза предлагается регистрировать профиль коллектора до деповского ремонта с помощью аппаратнопрограммного комплекса РгоШоте^.
Определение значений математического ожидания и СКО относительных высот ламелей коллектора, а также значений амплитуды 1-й — 5-й гармонических составляющих профиля коллектора позволяет сделать вывод о степени отклонения профиля коллектора от идеальной цилиндрической формы и о необходимости механической обработки коллектора.
При удовлетворительном состоянии поверхности коллектора производится оценка площади фигур изменения интенсивности электромеханического износа ламелей коллектора по отношению к площади контакта ламели и щетки.
При проведении механической обработки осуществляется регистрация профиля коллектора ТЭД. По изменению значений амплитуды 1-й — 5-й гармонических составляющих профиля коллектора формируется заключение о качестве его механической обработки [3].
По величине СКО относительных высот ламелей коллектора и степени соответствия закона распределения относительных высот коллекторных пластин нормальному формируется заключение о степени отклонения профиля коллектора от идеальной цилиндрической формы. При неудовлетворитель-
Установка ТЭД на испытательной станции
Проверка установки щеток на геометрическую нейтраль
т
Испытания ТЭД на нагревание Регистрация термограмм КЩУ; проверка интенсивности искрения
Определение превышения температуры обмоток над температурой охлаждающей среды.
т
Проверка частоты вращения и реверсирования Регистрация профиля коллектора в горячем к состоянии
Испытания на повышенную частоту вращения -------------1-------------
і
_____________і_____________
Испытание электрической прочности изоляции обмоток ТЭД относительно корпуса и между обмотками
Рис. 5. Предлагаемый маршрут приемосдаточных испытаний ТЭД
ной механической обработке выявляются причины ненадлежащего качества выполненных работ и формируется комплекс мероприятий по их устранению.
Удовлетворительное состояние рабочей поверхности коллектора электродвигателя позволяет исключить операцию его механической обработки.
Проведение сборочных операций (рис. 4) целесообразно завершать регистрацией профиля коллектора тягового двигателя. По изменению значений амплитуды 1-й — 5-й гармонических составляющих функции профиля коллектора после сборочных операций оценивается качество сборки электродвигателя [3].
В процессе испытания ТЭД на нагревание (рис. 5) предложено регистрировать термограммы деталей коллекторно-щеточного узла в период активного изменения температуры в работающем КЩУ и контролировать интенсивность искрения. По температурному градиенту в направлении «щеткодержатель — щетка — коллектор» предложено оценивать техническое состояние КЩУ.
При удовлетворительном состоянии КЩУ регистрируется профиль коллектора в горячем состоянии. По изменению СКО относительных высот коллекторных пластин без учета первой и второй гармонических составляющих функции профиля коллектора, а также по изменению степени соответствия закона распределения относительных высот коллекторных пластин нормальному закону предложено судить о качестве формовки коллектора на заводе-изготовителе. На заключительном этапе ремонта предложено комплексно оценивать качество механической обработки коллектора, обеспечение режимов резания и состояние металлообрабатывающего оборудования в депо, качество сборки тягового двигателя, качество формовки коллектора на заводе-изготовителе [3].
Внедрение усовершенствованного технологического процесса ремонта ТЭД позволяет повысить достоверность и объективность диагностирования состояния рабочей поверхности коллектора электродвигателя в условиях локомотивного депо. Это приведет к повышению работоспособности ТЭД магистральных электровозов в эксплуатации: снижению количества отказов, уменьшению числа неплановых ремонтов и увеличению срока службы. Ожидаемый экономический эффект от внедрения предложенных решений должен составить 5 тыс.
рублей из расчета на один электровоз; срок окупаемости внедрения усовершенствованного технологического процесса должен составить менее одного года на программу ремонта 100 локомотивов.
Библиографический список
1. Выбор диагностических параметров для оценки влияния профиля коллектора на процесс коммутации в тяговых электродвигателях / В. В. Харламов [и др.] // Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов : материалы Всерос. науч.-практ. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. — Омск, 2012. — С. 51—57.
2. Харламов, В. В. Методы и средства диагностирования технического состояния коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей и других коллекторных машин постоянного тока : моногр. / В. В. Харламов // Омск : Омский гос. ун-т путей сообщения, 2002. — 233 с.
3. Долгова, А. В. Совершенствование технологии диагностирования коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей магистральных электровозов : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.22.07 / А. В. Долгова. — Омск, 2013. — 20 с.
ХАРЛАМОВ Виктор Васильевич, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Электрические машины и общая электротехника», декан заочного факультета Омского государственного университета путей сообщения (ОмГУПС). ГОРЮНОВ Владимир Николаевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Электроснабжение промышленных предприятий», декан энергетического института Омского государственного технического университета. ШКОДУН Павел Константинович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Электрические машины и общая электротехника» ОмГУПС.
ДОЛГОВА Анна Владимировна, преподаватель кафедры «Информатика, прикладная математика и механика» ОмГУПС.
Адрес для переписки: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35. Кафедра «Электрические машины и общая электротехника».
Статья поступила в редакцию 13.09.2013 г.
© В. В. Харламов, В. Н. Горюнов, П. К. Шкодун,
А. В. Долгова
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
