Структурная схема системы позиционирования для обработки коллектора электрической машины постоянного тока

Белан Дмитрий Юрьевич; Казадаев Максим Владимирович; Винтенко Роман Владимирович; Петров Илья Олегович; Прокопенко Надежда Сергеевна

УДК 629.423.31

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ КОЛЛЕКТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Белан Дмитрий Юрьевич, к.т.н., доцент, доцент (e-mail: Baltazar.13@mail.ru) Казадаев Максим Владимирович, студент Винтенко Роман Владимирович, студент

Петров Илья Олегович, студент Прокопенко Надежда Сергеевна, студент Омский государственный университет путей сообщения, г.Омск, Россия

В данной статье рассматривается вопрос совершенствования технологии ремонта коллекторов тяговых электродвигателей электроподвижного состава для повышения качества их функционирования в эксплуатации за счет разработки общего устройства установки для продорожки коллектора тяговых электродвигателей.

Ключевые слова: Тяговый электродвигатель, якорь, коллектор, специальный режущий инструмент, продорожка, макетный образец.

В настоящее время на сети железных дорог эксплуатируется более 70 тыс. тяговых электродвигателей (ТЭД) электровозов различных типов, при этом 36 % составляют двигатели НБ-418К6 и 38 % двигатели ТЛ-2К1. За пределами установленных техническими условиями сроков службы (25 лет) находятся 52,8 % ТЭД НБ-418К6 и 78 % ТЛ-2К1. Около 95 % двигателей имеют срок службы более 15 лет. Это означает, что все ТЭД уже восстанавливались в объеме среднего и капитального ремонта на заводах Желдорреммаша.

Для поддержания работоспособности оборудования локомотивов, в частности электрических машин, на железнодорожном транспорте действует система планово-предупредительных мероприятий, включающих проведение осмотров и ремонта после определенного пробега [1, 2].

Практика эксплуатации показала, что одним из трудоемких узлов в ремонте является тяговый электродвигатель локомотива.

Электрические машины подвижного состава железных дорог работают в более тяжёлых условиях по сравнению с их аналогом промышленных стационарных установок.

Статистические данные об отказах ТЭД, составляющих более 20 % от общего количества отказов электровозов в процессе эксплуатации, наглядно демонстрируют качество ремонта и испытания двигателей на ремонтных предприятиях. При этом 65% отказов двигателей происходят по причинам электрической природы и механической обработки: электрические пробои и межвитковые замыкания обмоток якоря, главных и дополнительных полюсов (ГП и ДП), компенсационных обмоток (КО) и не соблюдение

требований предъявляемых к технологии ремонта электрический машин постоянного тока, а именно, к операции продорожки коллектора тяговых электродвигателей, что свидетельствует о наличии факторов, отрицательно влияющих на электрическую прочность изоляции обмоток. Наибольшему износу, в процессе эксплуатации, подвергается коллектор. На коллектор якоря воздействуют различные факторы, которые можно условно разделить на две группы: внешние и внутренние. К внешним факторам относятся все воздействия окружающей среды, взаимодействие колесно-моторного блока и пути, погрешности сборки электрических машин, режимы работы и т.д. Помимо внешних факторов на коллектор воздействуют также внутренние факторы, имеющие электрическую природу возникновения: искрение, электроэрозионный износ; и механическую: абразивный износ, нестабильные механические свойства коллекторной меди, дефекты при изготовлении коллектора [2]. Воздействие всех этих факторов приводит к износу коллектора, который выражается в потере требуемых геометрических параметров, увеличению шероховатости поверхности, повышенному износу графитных щеток, и, как следствие, снижению эксплуатационных характеристик машины. И как следствие необходимо производить механическую обработку коллектора. Продорожка коллектора одна из наиболее трудоемких операций в технологическом процессе ремонта электрических машин постоянного тока [3]. После проведения натурных испытаний макетного образца были подобраны режимы резания для обработки коллектора тягового электродвигателя ТЛ-2К1 и рассчитано основное время для выполнения операции «продорожка» коллекторов ТЭД. Главные преимущества предлагаемой установки (рис. 1) и технологии заключаются в механизации продорожки, базировании в вертикальном положении якоря и наличии адаптивного червяка, что обеспечивает позиционирование фрезы относительно межламельного пространства коллектора.

После проведения испытаний у макетного образца для продорожки коллектора электрической машины постоянного тока были выявлены некоторое количество недостатков таких как, недостаточная точность позиционирования режущего инструмента относительно медных пластин коллектора, перемещение установки относительно якоря тяговой электрической машины осуществляется дискретно, постоянное присутствие рабочего персонала при операциях механическая обработка и контроль. Один из основных и наиболее существенных является неточная работа механизма деления, а именно низкая точность позиционирования режущего инструмента относительно обрабатываемой поверхности коллекторных пластин по причине того, что существует накапливаемая погрешность коллекторных пластин, выраженная в монотонной возрастающей числовой последовательности. Для устранения данного недостатка необходимо разработать общее устройство установки для продорожки коллектора тяговых электродвигателей с принципиальной схемой работы.

Рисунок 1. Установка для продорожки коллектора тягового электродвигателя ТЛ-2К1

Технологический процесс - это этапы производственного процесса, на протяжении которых происходят качественные изменения объекта производства. От грамотного и правильно составленного технологического процесса напрямую зависят качество получаемого изделия, затраты на его изготовлении или ремонт, время затраченное на выполнение операций технологического процесса. Технологический процесс ремонта коллекторов тяговых двигателей при текущем ремонте включает в себя следующие виды механической обработки коллектора: продорожку межламельных канавок, обточку поверхностного слоя коллекторных пластин, снятие фасок, шлифовку и полировку коллекторных пластин. Выступающий над поверхностью коллектора миканит вызывает увеличение износа щеток и повышенное искрение. Если этот дефект имеет место необходимо произвести продорожку коллектора. Во многих депо продороживание коллекторов производится вручную. За смену слесарь производит продорожку одного-двух коллекторов в зависимости от необходимой глубины продорожки. Необходимо стремится механизировать эту операцию.

В некоторых депо, где имеются специальные станки для продорожива-ния, как правило, это оборудование с большим моральным и физическим износом. На этих станках осуществляется установка якоря ТЭД, имеет место главное движение - вращение фрезы, подача фрезы вдоль коллекторных пластин и поворот якоря. Как правило, поворот якоря производится не точно и из-за этого происходит зарез коллекторных пластин с торцевой части. Если у коллектора имеется небольшое искривление коллекторных пластин в аксиальном направлении, то фреза также врезается в коллекторную пластину, что недопустимо. Для, предотвращения зареза коллекторных пластин вследствие их не параллельности фреза должна иметь воз-

можность некоторого перемещения вдоль оси вращения. Установку фрезы относительно межламельного пространства производят обычно вручную.

В качестве режущего инструмента была изготовлена и использована дисковая фреза (рис. 2). Зуб фрезы имеет профиль, соответствующий форме паза между пластинами коллектора.

Рисунок 2. Инструмент для обработки межламельного пространства коллектора: 1 - дисковая пазовая фреза; 2 - коллектор тягового двигателя

Данная конструкция зуба обеспечивает одновременно обработку межламельного пространства со снятием фасок с кромок коллекторных пластин. На дисковую фрезу получен патент на полезную модель № 104107

Все погрешности влияют на геометрические размеры паза, а значит и на эксплуатационные характеристики ТЭД.

Снятие фасок на пластинах коллектора производят фасочником, изготовленным из ножовочного полотна. При снятии фасок применяют специальные фасочники с длинной рукояткой, режущая часть которых выполнена из твердого сплава с сечением в форме ромба с двумя режущими кромками. Такими фасочниками одновременно снимают фаски с двух ребер смежных пластин. Эта операция требует большой аккуратности и навыков в работе. Величина фаски должна быть 0,2 мм с углом 45°. Чрезмерно большие фаски могут существенно ухудшить коммутацию, особенно у машин с узкой коллекторной пластиной. Фаски, Имеющие неравномерный размер по длине коллекторной пластины также ухудшают коммутацию. Для уменьшения вероятности переброса дуги по коллектору концы коллекторных пластин разделывают шабером, скругляя их. После проведения испытаний у макетного образца для продорожки коллектора электрической машины постоянного тока были выявлены некоторое количество недостатков таких как, недостаточная точность позиционирования режущего инструмента относительно медных пластин коллектора, перемещение установки относительно якоря тяговой электрической машины осуществляется дискретно, постоянное присутствие рабочего персонала при операци-

< ш УЯ >

[4].

ях механическая обработка и контроль. Один из основных и наиболее существенных является неточная работа механизма деления, а именно низкая точность позиционирования режущего инструмента относительно обрабатываемой поверхности коллекторных пластин по причине того, что существует накапливаемая погрешность коллекторных пластин, выраженная в монотонной возрастающей числовой последовательности.

На рисунке 3 представлена предложенная нами структурная схема системы позиционирования для обработки коллектора электрической машины постоянного тока.

Рисунок 3. Структурная схема системы позиционирования якоря электрической машины

Таким образом, возможно, что для устранения данного недостатка необходимо разработать общее устройство установки для продорожки коллектора тяговых электродвигателей с принципиальной схемой работы т. к. качество ремонта или изготовления коллектора ТЭД и затраченные для этого время и ресурсы напрямую зависят от правильности составления технологического процесса.

Список литературы

1. Бочаров В. И. Тяговые электродвигатели электровозов / В.И. Бочаров. М.: Руководство по эксплуатации, 1998. 672 с.

2. Правила ремонта электрических машин электроподвижного состава. (В ред. Указаний МПС России от 17.12.1996 № Н-1110у и от 15.12.1997 г. № К-1426у). Приложение 2. Нормы допусков и износов тяговых электродвигателей электровозов.

3. Белан Д. Ю. Влияние технологии ремонта на качество функционирования коллек-торно-щеточного узла тяговых электродвигателей / Д. Ю. Белан // Проблемы развития железнодорожного транспорта: Материалы науч.-практ. конф. / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. Красноярск, 2010. С. 67 - 72.

4. Пат.104107 Россия, МПК В 23 С 5/08. Фреза для обработки межламельного пространства коллекторов электрических машин / С.Н. Агашков, С.В. Петроченко, Д.Ю. Белан, К. В. Аверков. -№ 2010132087; Заявлено 29.07.2010; Опубл. 10.05.2011. Бюл. № 13.

Belan Dmitry Y., Ph.D., Associate Professor