Введение к работе
Актуальность работы. Ритмичная и устойчивая работа железнодорожного транспорта во многом обусловлена надежностью тягового подвижного состава и эффективностью его использования.
Суммарные расходы локомотивного хозяйства являются одной из главных составляющих (примерно 40 %) в общих эксплуатационных расходах сети железных дорог, при этом значительные средства, около 30-35 % от общих расходов в локомотивном хозяйстве, затрачиваются на техническое обслуживание и ремонт локомотивов. В связи с ростом в настоящее время объема перевозок, а следовательно с увеличением интенсивности эксплуатации и повышением требований к эксплуатационной надежности тягового подвижного состава следует ожидать возрастания этих затрат.
На неплановый ремонт электровозы поступают в основном в результате повреждений тягового привода и колесных пар с буксами. Анализ повреждений оборудования электровозов на сети железных дорог показывает, что около 25 - 35 % от общего количества отказов составляют повреждения тяговых электродвигателей (ТЭД), поэтому одной из важнейших задач эксплуатации электроподвижного состава является обеспечение надежной работы колесно-моторных блоков (КМБ) и их основного узла - тягового электродвигателя.
На сети железных дорог России основной парк электроподвижного состава составляют локомотивы прежних лет выпуска. В условиях современного состояния экономики страны не приходится рассчитывать на скорое обновление всего парка за счет локомотивов нового поколения, поэтому вопросы повышения надежности работы имеющихся в эксплуатации локомотивов путем совершенствования системы технического обслуживания и ремонта, при сокращении эксплуатационных расходов, являются актуальными.
Требование снижения эксплуатационных расходов, в том числе за счет внедрения ресурсо- и энергосберегающих технологий при обслуживании и ремонте железнодорожной техники, отражено в отраслевой научно-технической программе МПС России («Программа энергосбережения на железнодорожном транспорте в 1998 - 2000, 2005 годах»), утвержденной указанием МПС от 19.10.98 № Б - 1166у. Постановлением Коллегии МПС России от 22.02.97 № 4 в качестве одного из основных направлений ресурсосбережения принято снижение потерь, связанных с износом узлов и деталей, путем внедрения современных технологий их диагностирования и восстановления.
Повышение качества функциошгрования тяговых электродвигателей в эксплуатации во многом зависит от совершенствования системы технического обслу-
живания с использованием диагностических мероприятий для более достоверного контроля технического состояния ответственных деталей и узлов.
Целью работы является создание методов и средств оценки качества функционирования тягового электродвигателя в зависимости от изменений ряда технологических параметров, обусловленных несовершенством ремонта, повышенным износом и динамическими воздействиями в условиях эксплуатации.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
разработать математические модели для оценки динамических составляющих критериев качества функционирования тягового электродвигателя в зависимости от конструктивных и технологических параметров колесно-моторного блока и рельсового пути;
выполнить качественный и количественный анализ влияния отклонений конструктивных и технологических параметров колесно-моторного блока и рельсового пути на качество функционирования тягового электродвигателя при динамических воздействиях в условиях эксплуатации;
определить степень влияния асимметрии магнитной цепи и перераспределения магнитных потоков на условия коммутации в стационарных и переходных режимах работы тягового электродвигателя;
исследовать и определить степень влияния электромагнитных и механических факторов условий эксплуатации, а также эксцентриситета якоря на коммутационную устойчивость тягового электродвигателя;
обосновать выбор диагностических параметров для сравнительной оценки интенсивности искрения в процессе приемо-сдаточных испытаний тяговых электродвигателей;
разработать устройство объективной оценки качества коммутации при приемо-сдаточных испытаниях тяговых электродвигателей;
разработать стенд для диагностирования колесно-моторного блока мотор-вагонного подвижного состава.
Методы исследования. Теоретические и экспериментальные исследования проведены на основе методов математической статистики, математического моделирования и аналогового замещения. Эксперименты проводились на лабораторных установках и на тяговых электродвигателях электроподвижного состава (ЭПС) магистральных железных дорог.
Научная новизна работы состоит в следующем.
1. Получены математические модели для оценки динамических составляющих критериев качества функционирования тягового электродвигателя в зависимости от конструктивных и технологических параметров колесно-моторного блока и рельсового пути.
-
Разработана схема замещения магнитной цепи тягового электродвигателя, учитывающая особенности распределения магнитных потоков, насыщение магни-топровода и вихревые токи.
-
Разработана математическая модель влияния вихревых токов остова на магнитный поток добавочных полюсов ТЭД.
-
Разработаны устройство для диагностирования качества коммутации тяговых электродвигателей в процессе приемо-сдаточных испытаний и блок амплитудной коррекции для повышения достоверности измерений при большой интенсивности искрения. Схемные решения запщщены двумя авторскими свидетельствами на изобретения.
-
Предложен способ определения величины и геометрии немагнитного зазора между якорем и полюсами статора, по которому подана заявка на изобретение.
Практическая ценность работы.
-
Полученные математические модели позволяют проводить оценку влияния эксцентриситета якоря, зазоров в моторно-якорных подшипниках (МЯП) и параметров рельсового пути на качество функционирования тягового электродвигателя.
-
Схема замещения магнитной цепи тягового электродвигателя и математические выражения позволяют определять влияние электромагнитных факторов, возникающих в эксплуатации, на коммутационную устойчивость ТЭД.
-
Предложенный способ позволяет определять полную геометрию немагнитного зазора между якорем и полюсами магнитной системы статора тягового электродвигателя.
-
Разработанный прибор позволяет проводить сравнительную оценку степени искрения однотипных тяговых электродвигателей при приемо-сдаточных испытаниях, а блок амплитудной коррекции обеспечивает повышение достоверности при определении уровня искрения большой интенсивности. Прибор может быть использован как первичный преобразователь АСИ тяговых электродвигателей.
-
Разработанный стенд позволяет проводить автоматизированный вибродиагностический контроль технического состояния колесно-моторного блока мотор-вагонного подвижного состава, что повышает достоверность диагностирования и качество технического обслуживания.
Реализация результатов работы. Разработанное устройство оценки степени искрения внедрено на испытательной станции тяговых электродвигателей в локомотивном депо Московка Западно-Сибирской железной дороги. Разработанный стенд вибродиагносгического контроля колесно-моторных блоков внедрен в локомотивном депо Омск Западно-Сибирской железной дороги.
Апробация работы. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технической конфе-
ренции «Коммутация электрических машин» (г. Харьков, 1984 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции «Методы и средства диагностирования технических средств железнодорожного транспорта» (г. Омск, 1989 г.), на научно-технической конференции «Проблемы железнодорожного транспорта и транспортного строительства Сибири» (г. Новосибирск, 1997 г.), на научно-практической конференции «Энергосбережение на предприятиях Западно-Сибирской железной дороги», посвященной 160-летию отечественных железных дорог (г. Омск, 1997г.), на межвузовской научно-практической конференции «Железнодорожный транспорт Сибири: проблемы и перспективы» (г. Омск, 1998 г.), на региональной научно-практической конференции «Транссиб-99» (г. Новосибирск, 1999 г.), а также на научно-технических семинарах в ОмГУПСе.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 12 печатных работах, которие включают в себя четыре статьи, шесть тезисов докладов и два авторских свидетельства на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем диссертации 214 страниц, в том числе 148 страниц машинописного текста, 37 рисунков, 7 таблиц, список использованных источников из 114 наименований.
