CC BY
42
УДК 621.313
С. В. Петроченко
ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ ОБРАБОТКИ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ КОЛЛЕКТОРОВ
В статье дан краткий анализ основных неисправностей коллекторов тяговых электродвигателей, обозначены проблемы, связанные с операцией по обточке рабочей поверхности коллекторов, выявлены факторы, в значительной степени влияющие на качество обработанной поверхности, дана оценка влияния этих факторов на качество рабочей поверхности коллектора. Получена математическая модель, описывающая влияние режимов резания на шероховатость рабочей поверхности коллекторов.
Тяговые электродвигатели (ТЭД) локомотивов предназначены для преобразования электрической энергии в механическую работу, затрачиваемую на движение локомотива. В процессе эксплуатации ТЭД происходит потеря его работоспособности за счет износа основных его узлов - моторно-осевых подшипников, подшипникового узла якоря, полюсов, обмоток, коллекторно-щеточного узла и т. д. Коллекторно-щеточный узел состоит из коллектора и щеток. В процессе ремонта изношенные сверх допустимой нормы щетки заменяют, поверхность коллектора восстанавливают обточкой. От качества ремонта коллектора зависит работоспособность всего ТЭД.
Коллекторы ТЭД (рисунок 1) состоят из медных пластин 3, имеющих в поперечном сечении клиновидную форму [1]. Со стороны, обращенной к валу двигателя, коллекторные пластины конструктивно выполнены в форме «ласточкина хвоста». Между собой коллекторные пластины изолированы миканитовыми прокладками 7 толщиной 1,3 мм. От корпуса пластины коллектора изолируют миканитовыми манжетами 5, а также миканитовым цилиндром 4. Нажимной конус 2 коллектора напрессовывают на переднюю нажимную шайбу 6 якоря и с помощью болтов 1 стягивают с ней.
А-А
V
Рисунок 1 - Коллектор ТЭД ТЛ-2К1
Статистические данные, полученные из локомотивного ремонтного депо Тайга (таблица 1), показывают, что более 30 % от общего числа всех повреждений ТЭД связаны с повреждениями коллектора [2]. Так, за двенадцать месяцев 2008 г. в локомотивном депо Тайга при проведении ремонтов СР, ТР-3, ТР-2, ТР-1 и при заходе электровозов на неплановый ремонт было выявлено 256 случаев неисправности ТЭД (рисунок 2), причем 26 случаев из них связаны с выплавлением «петушков» коллекторных пластин, выявлен 51 случай биения коллектора, отмечено семь случаев задира коллектора.
шото
Таблица 1 - Неисправности ТЭД ТЛ-2К1
Наименование повреждения Двенадцать месяцев (год)
2007 2008
Распайка «петушков» коллектора Задир коллектора якоря Биение коллектора якоря Прочие неисправности * Итого 22 2 54 149 227 (11,09)** 26 7 51 172 256 (12,69)
* - (размотка бандажа якоря, межвитковое замыкание обмотки якоря, пробой изоляции якоря, смазка в остове, пробой межкатушечных соединений, пробои изоляции обмотки главных полюсов, дополнительных полюсов и их выводов, неисправность якорных подшипников, повреждение выводных проводов, ослабление подшипниковых щитов);
** - количество случаев неисправности ТЭД на 1 млн км пробега.
Можно отметить увеличение числа повреждений коллектора за 2008 г. по сравнению с 2007, сравнивая диаграммы на рисунках 2 и 3, - 84 повреждения коллектора в 2008 г. против 78 повреждений в 2007.
Распайка «петушков»
Рисунок 2 - Неисправности ТЭД ТЛ-2К1 за двенадцать месяцев 2008 г. -
Распайка
Всего неисправностей - 227 - 100 %
Рисунок 3 - Неисправности ТЭД ТЛ-2К1 за двенадцать месяцев 2007 г.
птт
Ш20Т0
Дефекты, возникающие в процессе эксплуатации:
выступание одной или группы коллекторных или миканитовых пластин, причина дефекта связана с собственной вибрацией ТЭД;
механический износ (царапины, выщербины, износ рабочей поверхности) может быть вызван попаданием пыли, абразивных частиц и частиц щеточного материала на рабочую по -верхность коллектора;
подгар пластин коллектора, электроэрозионный износ, который может быть вызван повышенным искрением под щетками и возникновением кругового огня.
В процессе эксплуатации поверхность коллектора неравномерно изнашивается, на ней могут возникать задиры, величина биения коллектора может превышать допустимую норму. Иногда износ коллекторных пластин достигает такой величины, при котором миканитовые прокладки между пластинами и сами пластины оказываются на одном уровне.
Для выведения следов износа и восстановления правильной геометрической формы коллектор в условиях депо обтачивают.
Из-за конструктивной особенности коллектора (см. рисунок 1) его обработка представляет собой точение прерывистой поверхности, при которой режущий инструмент испытывает ударную нагрузку. Поэтому необходимо исследовать процесс обработки меди резанием, определить факторы, в значительной степени влияющие на качество обработанной поверхности, и оценить степень влияния этих факторов на качество рабочей поверхности после обточки.
Критерием, характеризующим качество рабочей поверхности коллектора, является шероховатость поверхности Яа, регламентированное значение данного параметра должно составлять 3 мкм.
На шероховатость поверхности влияют следующие факторы:
- геометрия режущего инструмента (углы в плане, радиус скругления режущей кромки при вершине резца, углы в главной секущей плоскости);
- материал режущего инструмента, от его качеств зависит стойкость инструмента;
- жесткость оборудования;
- режимы резания (скорость резания, величина подачи режущего инструмента, глубина резания).
После оценки указанных выше факторов выявлены факторы, в значительной степени оказывающие влияние на шероховатость рабочей поверхности коллектора после обточки -скорость резания, величина подачи, материал режущей части.
Для оценки влияния материала режущей части на шероховатость поверхности было проведено экспериментальное исследование, заключающееся в следующем: медный цилиндр марки М1 диаметром 28 мм обтачивался инструментами с режущей частью из различных инструментальных материалов (быстрорежущая сталь Р6М5, твердый сплав Т14К8 и синтетический алмаз типа «карбонадо»), с единой геометрией (главный угол резания у = 2°, вспомогательный угол резания а = 13°, главный угол в плане ф и вспомогательный ф1 - 60°, радиус при вершине г = 0,4 мм), с едиными режимами резания (глубина резания £ = 0,25 мм, подача 5 = 0,1 мм/об, скорость резания V, мм, варьировалась в процессе обработки). В результате эксперимента был построен график зависимости параметра шероховатости поверхности Яа от скорости резания (рисунок 4).
Согласно построенным графикам (см. рисунок 4) можно сделать вывод о том, что наилучшие результаты показал резец с режущей частью из синтетического алмаза. При увеличении скорости резания (см. рисунок 4, график 2) шероховатость поверхности снижается, процесс резания характеризуется стабильностью, с увеличением скорости резания в интервале значений от 60 м/мин шероховатость поверхности уменьшается незначительно.
№ШЩ Ш20Т0
Для оценки степени влияния режимов резания (скорости резания и подачи) на шероховатость поверхности была получена математическая модель с использованием композиционных планов второго порядка:
у = 5,7 + 0,285х1 + 3,196х2 - 0,228х2 + 0,317х22 + 0,247х1 х2, (1)
где х1 - скорость резания V, м/мин; х2 - величина подачи 5, мм/об.
"7" "
* 5
I-
о
<3
Л 4
г
о
Э
& 3
о
г
&
с 2
0 20 40 60 80 м/мин 120
Скорость резания V -►
Рисунок 4 - Шероховатость поверхности после обработки: 1 - Т14К8; 2 - алмаз; 3 - Р6М5
Полученная модель оказалась адекватной, так как вычисленное значение критерия Фишера Б = 5,43 оказалось меньше теоретического Б0,05;3;4 = 6,59.
Для графической интерпретации полученной модели были построены поверхность и линии равного отклика с помощью программного средства Ма1Ьсаё 14 (рисунки 5, 6).
Каждой точке линий равного отклика соответствуют режимы обточки коллектора, обеспечивающие заданную шероховатость в пределах исследуемых значений. Используя линии равного отклика, можно подобрать режимы, обеспечивающие минимальное значение Яа обрабатываемой поверхности. Для перехода от кодированных значений в натуральные используются выражения:
V = 60 + 30 • х1; (2)
5 = 0,1 + 0,05 • х2. (3)
Для примера рассмотрим точки 1 и 2, которым соответствует заданная шероховатость Яа = 3 мкм (рисунок 6): координаты точки 1 - х1 = 0,7; х2 = - 0,9. Подставляя указанные значения в выражения (2) и (3), получим: V = 60 + 30 • 0,7 = 81 м/мин; 5 = 0,1 - 0,05 • 0,9 = 0,055 мм/об; координаты точки 2 - х1 = - 0,45; х2 =- 0,9. V = 60-30• 0,45 = 46,5 м/мин; 5 = 0,1 - 0,05 • 0,9 = 0,055 мм/об.
42 ИЗВЕСТИЯ Транссиба ^
3
/
"7" 2 / 1
Рисунок 5 - Поверхность отклика
С точки зрения производительности при обточке коллектора точка 1 является более предпочтительной, так как при одной и той же величине подачи скорость резания во втором случае меньше, следовательно, и производительность ниже.
Рисунок 6 - Контурные кривые поверхности равного отклика
В результате исследования процесса механической обработки рабочей поверхности коллектора были выявлены факторы, в значительной степени влияющие на шероховатость поверхности коллектора, - материал режущей части инструмента, скорость резания и величина подачи. Была дана оценка влияния материала режущего инструмента на шероховатость, построены соответствующие зависимости параметра шероховатости Яа от скорости резания.
Лучшим среди используемых инструментальных материалов для обточки коллекторов признан синтетический алмаз типа «карбонадо». Также было оценено влияние скорости резания и величины подачи на шероховатость поверхности коллектора. Полученное уравнение регрессии можно применять для поиска рациональных режимов резания при механической обработке рабочей поверхности коллектора.
Список литературы
1. Тяговые электродвигатели электровозов [Текст] / В. И. Бочаров, В. И. Захаров, Л. Ф. Коломейцев и др.; Под ред. В. Г. Щербакова / Агентство «Наутилус». - Новочеркасск, 1998. - 672 с.
2. Петроченко, С. В. Анализ неисправностей коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей электровозов [Текст] / С. В. Петроченко, А. В. Солдаткин. // Теоретические знания - в практические дела: Сб. науч. ст. междунар. науч.-практ. конф. / Российский заочный ин-т текстильной и легкой промышленности. - Омск, 2008. - 205 с.
3. Правила ремонта электрических машин электроподвижного состава № ЦТ-ЦТВР-4782: утв. МПС Рос. Федерации 02.04.1990. М., 1992. 296 с.
4. Вульф, Л. М. Основы резания металлов [Текст] / Л. М. Вульф. Л.: Машгиз, 1954. -327 с.
5. Спирин, Н. А. Методы планирования и обработки результатов инженерного эксперимента [Текст] / Н. А. Спирин, В. В. Лавров. / Уральский гос. техн. ун-т. - Екатеринбург, 2004.258 с.
жмт
Ш20Т0
6. Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий [Текст] / Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский. - М.: Наука, 1976. - 278 с.
УДК 621.336.7
О. А. Сидоров, С. А. Ступаков, В. М. Филиппов
ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗНОСА КОНТАКТНЫХ ПАР УСТРОЙСТВ ТОКОСЪЕМА МОНОРЕЛЬСОВОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА
В статье представлены результаты экспериментальных исследований и расчета износа элементов системы токосъема монорельсового электрического транспорта.
В России в 2006 г. была введена в эксплуатацию первоочередная трасса Московской монорельсовой транспортной системы (ММТС) между станциями метро «Тимирязевская» и «Ботанический сад». Ведутся работы по созданию скоростных линий сообщением «город -аэропорт».
Наряду с основными функциональными узлами монорельсовой дороги - линейным двигателем, системой колесного опирания, системой подвеса, межвагонными тележками -большое значение имеет система токосъема, надежное функционирование которой во многом определяет работоспособность всей транспортной системы.
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС) с 1977 г. принимает участие во всех отечественных программах, связанных с теоретическими и экспериментальными исследованиями по совершенствованию и разработке новых вариантов токоприемников и токопроводов, в том числе для транспортных систем с жесткими токопроводами. В ОмГУПСе разработана методика исследования износа контактных пар устройств токосъема, которая реализуется лабораторным комплексом, включающим в себя специализированные установки возвратно-поступательного, вращательного и ударного типов. Лабораторный комплекс позволяет осуществлять износоусталостные испытания устройств токосъема магистрального и монорельсового электрического транспорта в соответствии с требованиями межгосударственного стандарта при изменении в широком диапазоне изгибной и контактной нагрузок с учетом протекания электрического тока в контакте. Конструктивные особенности комплекса позволяют моделировать в элементах системы циклические и контактные напряжения от нагрузки, соответствующей реальному режиму эксплуатации.
Установка возвратно-поступательного типа (рисунок 1) используется для исследования контактных пар со сложной геометрической поверхностью, характерных для систем токосъема монорельсового транспорта, и позволяет проводить исследование износа контактных элементов при условии протекания в зоне контакта как постоянного тока, так и переменного.
Рисунок 1 - Схема установки возвратно-поступательного типа
44 ИЗВЕСТИЯ Транссиба ^
