Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Совершенствование методики и устройства диагностирования коллекторно-щеточного узла машин постоянного тока с учетом неидентичности коммутационных циклов Афонин Александр Петрович

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Афонин Александр Петрович. Совершенствование методики и устройства диагностирования коллекторно-щеточного узла машин постоянного тока с учетом неидентичности коммутационных циклов: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.09.01 / Афонин Александр Петрович;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Омский государственный технический университет»], 2018

Введение к работе

Актуальность исследования. Несмотря на известные недостатки коллекторных электрических машин, они остаются востребованными в отраслях, требующих наличия электропривода с высокими значениями частоты вращения, широким диапазоном, плавностью регулирования и хорошими пусковыми свойствами.

В настоящее время, например, продолжает эксплуатироваться значительное количество электровозов прежних серий с коллекторными тяговыми двигателями постоянного тока (ВЛ10, ВЛ80 и др.), а также поступают в эксплуатацию новые типы электровозов (ЭС5К «Ермак», ЭС4К «Дончак», 2ЭС6 «Синара», ЭП1 и др.). Это говорит о том, что отрасль железнодорожных перевозок не планирует в ближайшей перспективе отказываться от тяговых коллекторных двигателей постоянного тока.

Учитывая, что срок службы коллекторных электродвигателей достаточно велик, диагностирование их технического состояния в процессе эксплуатации, является задачей, без которой не возможно обеспечение высоких показателей экономической эффективности работы отраслей, зависящих от двигателей данного типа.

Подвижной состав железных дорог в процессе эксплуатации подвергается воздействию множества факторов различной физической природы, при этом наиболее интенсивному воздействию подвержены именно тяговые электродвигатели (ТЭД). Статистические данные показывают, что на долю ТЭД приходится до 29,1% отказов электровозов серии 2ЭС6. Основными слабыми местами ТЭД являются повышенный износ щеток, выход из строя кол-лекторно-щеточного узла (КЩУ), возникновение кругового огня, нарушение рабочей поверхности коллектора. На долю этих отказов приходится до 23% от общего количества отказов ТЭД. Таким образом, техническое состояние КЩУ является одним из критических элементов, определяющих надежность ТЭД, а, следовательно, и подвижного состава. Поэтому, обеспечение надежной работы электровозов возможно за счет повышения достоверности диагностирования технического состояния КЩУ ТЭД в процессе приемо-сдаточных испытаниях ТЭД после ремонта.

Диссертационная работа выполнена в рамках госбюджетной НИР ГБ-166 «Повышение качества и экономичности работы электромеханических преобразователей и устройств. Разработка методов исследования и средств диагностирования и контроля» (№ г.р. 01.9.60.0 00796).

Степень разработанности темы диссертации. Значительный вклад в исследования надежности и работоспособности коллекторно-щеточного узла двигателей постоянного тока, в том числе ТЭД подвижного состава магистральных железных дорог внесли такие ученые как М. Ф. Карасев, В. Д. Авилов, В. Т. Касьянов, О. Г. Вегнер, Р. Ф. Бекишев, А. С. Курбасов, А. И. Скороспешкин, Г. А. Сипайлов, Э. К. Стрельбицкий, А. И. Изотов, В. В. Толкунов, В. В. Фетисов, С. И. Качин, В. В. Харламов, И. В. Плохов и другие.

В настоящее время известно множество диагностических параметров, методик их определения, а также диагностического оборудования для выявления причин неудовлетворительной кoммутaции коллекторных электродвигателей. Сложность настройки кoммутaции связана с отклонениями конструктивных и технологических параметров коллекторных машин постоянного тока, что обуславливает неизбежную неидентичнocть кoммутaционных циклов различных секций обмотки якоря. При этом не достаточно проработанным остается вопрос исследования влияния факторов различной природы на качество функционирования КЩУ и обоснования методики диагностирования КЩУ машин постоянного тока (МПТ) в условиях неидентичности коммутационных циклов.

Цель диссертационной работы – повышение достоверности диагностирования технического состояния коллекторно-щеточного узла машин постоянного тока в условиях неидентичнocти кoммутaционных циклов.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

  1. исследовать влияние факторов электромагнитной и механической природы, обусловленных отклонением конструктивных и технологических параметров, на качество функционирования КЩУ МПТ; исследовать законы распределения интенсивности искрения под щетками в различных режимах работы и определить статистические параметры искрения, применимые для диагностирования состояния КЩУ МПТ;

  2. сформировать диагностическую модель КЩУ МПТ с учетом параметров законов распределения интенсивности искрения, отражающих неидентичнocть кoммутaционных циклов;

  3. выделить множество параметров диагностирования технического состояния, обладающих наибольшей информативностью и различительной способностью, применимых в процессе приемо-сдаточных испытаний;

  4. выполнить экспериментальную проверку выдвинутых теоретических положений и осуществить анализ полученных регрессионных моделей;

  5. разработать устройство преобразования диагностических сигналов искрения щеток, позволяющее определять предложенные диагностические параметры, для внедрения его в существующие диагностические системы оценки технического состояния КЩУ МПТ;

  6. предложить методику диагностирования технического состояния КЩУ МПТ с использованием разработанного устройства и оценить экономическую эффективность ее применения.

Методы исследования. Теоретические и экспериментальные исследования про
водились с применением методик расчетов из теорий цепей, электрических машин, ин
формации и графов, методов математического моделирования, статистических прове
рок гипотез, а также дисперсионного и корреляционного анализа. В процес
се расчетов и анализа математических зависимостей применялись электронные таблицы
Excel, а также специализированный пакет программ MathCAD. Разработ
ка оригинальных программных продуктов осуществлялась на языке C++. Эксперимен
тальные исследования проводились на специально разработанных модельных уста
новках с использованием статистических методов обработки результатов измере
ний.

Объект исследования – коллекторная машина постоянного тока.

Область исследования – диагностирование технического состояния коллектор-но-щеточного узла машин постоянного тока.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. сформирована диагностическая модель КЩУ МПТ с учетом параметров законов распределения интенсивности искрения, отражающих неидентичность кoммутaци-онных циклов, как во времени, так и по коллектору;

  2. определено множество эффективных диагностических параметров, учитывающих неидентичнocть кoммутaционных циклов и позволяющих повысить достоверность диагностирования при определении технического состояния КЩУ МПТ в процессе прие-мо-сдаточных испытаний;

  3. на основе экспериментальных исследований получены регрессионные модели, отражающие зависимость предложенных параметров диагностирования, учитывающих неидентичнocть кoммутaционных циклов, от настройки двигателя и режима его работы;

4) разработана методика диагностирования технического состояния КЩУ МПТ с использованием параметров законов распределения интенсивности искрения, учитывающих неидентичнocть кoммутaционных циклов, вызванных физическими явлениями различной природы.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обеспечивается корректным использованием основных положений теории электрических машин, теории графов и регрессионного анализа. Результаты теоретических исследований экспериментально подтверждены. При статистической проверке доверительная вероятность принята равной 0,95.

Практическая значимость работы. Значимость проведенных работ определяется комплексностью теоретических, конструкторских и экспериментальных исследований, направленных на создание и внедрение в производство усовершенствованного комплекса диагностических средств для повышения достоверности диагностирования коллекторно-щеточного узла МПТ.

Сформированная диагностическая модель на основе предложенного множества эффективных параметров, учитывающих неидентичнocть кoммутaционных циклов различной природы, и разработанный алгоритм применения диагностических параметров позволяют повысить достоверность диагностирования и усовершенствовать процесс приемо-сдаточных испытаний ТЭД за счет экономии времени на проведение диагностических операций.

Разработано и защищено патентом РФ устройство контроля кoммутaции, позволяющее регистрировать предложенные диагностические параметры законов распределения интенсивности искрения, и получено свидетельство о регистрации электронного ресурса на программное обеспечение данного прибора.

Реализация результатов работы. Методика диагностирования технического состояния КЩУ МПТ с использованием параметров законов распределения интенсивности искрения принята к использованию в технологическом процессе в ОАО «НИИТКД» и внедрена в учебный процесс на кафедре «Электрические машины и общая электротехника» ОмГУПСа.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. диагностическая модель КЩУ МПТ с учетом параметров законов распределения интенсивности искрения, отражающих неидентичнocть кoммутaционных циклов, как во времени, так и по коллектору;

  2. множество эффективных параметров, учитывающих неидентичнocть кoммутaционных циклов, при определении технического состояния КЩУ МПТ в процессе приемосдаточных испытаний;

  3. результаты анализа регрессионных моделей, отражающие зависимость предложенных параметров диагностирования, учитывающих неидентичнocть кoммутaционных циклов, от настройки двигателя и его режима работы;

  4. методика диагностирования технического состояния КЩУ МПТ с использованием параметров законов распределения интенсивности искрения, учитывающих не-идентичнocть кoммутaционных циклов.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались и были одобрены на восьми конференциях различного уровня: научно-технической конференции «Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте» (ОмГУПС, Омск, 2009 г.); международной научно-технической конференции с международным участием «Инновации для транспорта» (ОмГУПС, Омск,

2010 г.); всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов» (ОмГУПС, Омск, 2012 г.); международной научно-технической конференции «Повышение эффективности эксплуатации коллекторных электромеханических преобразователей энергии» (ОмГУПС, Омск, 2013 г.); всероссийской научно-технической интернет-конференции с международным участием «Информационные и управляющие системы на транспорте и в промышленности» (ОмГУПС, Омск, 2014 г.); международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (ВоГУ, Вологда, 2016 г.); всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Приборы и методы измерений, контроля качества и диагностики в промышленности и на транспорте» (ОмГУПС, Омск, 2016 г.); всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава» (ОмГУПС, Омск, 2017 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 17 печатных работах, из них 5 статей – в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки России, один патент РФ на полезную модель и одно свидетельство о регистрации электронного ресурса.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы из 110 источников. Общий объем – 170 страниц, в том числе 41 иллюстрация, 35 таблиц.