Содержание к диссертации
Введение
1. Общее состояние проблемы и пути повышения ресурса щёток на предприятиях электрического транспорта 12
1.1. Общее состояние проблемы 12
1.2. Методы повышения назначенного ресурса щёток 16
1.2.1. Технологическое направление 18
1.2.2. Эксплуатационное направление 20
1.2.3. Конструкционное направление 22
1.3. Разрезные щётки 33
1.3.1. Щётки с продольным разрезом 33
1.3.2. Оценка ресурса щёток 3 7
1.3.3 Щётки с поперечным разрезом 40
1.4. Основные результаты и выводы по главе 1 45
2. Теоретическое обоснование введение поперечного разреза в тело щётки как метода увеличения назначенного ресурса 46
2.1. Условия работы КЩУ 46
2.2.Расчётные кинематические схемы КЩУ 48
2.3. Исследования колебаний КЩУ как механической системы 50
2.4. Простой щёткодержатель, стандартная щётка 52
2.5. Учёт сил сопротивления 56
2.6. Динамика сложного щёткодержателя с стандартной щёткой 57
2.7. Динамика сложного щёткодержателя с составной разъёмной щёткой 62
2.8.Исследование характеристик скользящего контакта щёток 65
2.9. Основные результаты и выводы по главе 2 71
3. Математическое моделирование колебаний составных (разъёмных) щёток тяговых двигателей 73
3.1. Содержательная постановка задачи 73
3.2. Исследования влияния материала щёток на характер колебаний КЩУ 80
3.3. Исследования влияния различных частот вращения якоря на характер колебаний щёток ЭГ14 при биении коллектора 0,06мм 82
3.3.1. Составные (разъёмные) щётки 82
3.3.2. Возможность разрыва контакта между частями щёток 85
3.3.3. Стандартная щётка 87
3.4. Исследования влияния профиля коллектора на колебания щёток 89
3.4.1. Полигармонические воздействия на щётки 89
3.4.2. Исследования влияния профиля коллектора на колебания составной разъёмной щётки 93
3.4.3. Исследования влияния профиля коллектора на колебания стандартной щётки 95
3.4.4. Исследования влияния искажения профиля коллектора на колебания щёток 96
3.5. Основные результаты и выводы по главе 3 98
4. Исследование коллекторных и коммутационных характеристик щёток 99
4.1. Исследование коллекторных характеристик 99
4.2. Результаты исследования общего падения напряжения на пару щёток 104
4.3. Исследование коммутационных характеристик щёток 113
4.3.1. Описание экспериментальной установки 114
4.3.2. Снятие безыскровых зон 124
4.4. Аппроксимация вольт — амперных характеристик 133
4.5. Основные результаты и выводы по главе 4 141
5. Экспериментальные исследования условий работы составных щёток на физической модели 142
5.1. Цели и задачи экспериментальных исследований 142
5.2. Подготовка тяговых машин к исследованиям 142
5.3. Метод проведения эксперимента и способы измерений 146
5.4. Оценка остаточного ресурса щёток 155
5.5. Модель расчёта назначенного ресурса щёток 159
5.6. Технико-экономическое эффективность применения составной щётки 167
5.6.1. Области внедрения разрезных щеток с замковой частью 169
5.6.2. Определение экономии от внедрения щёток с замковой частью (на примере трамвайного депо г. Казани) 171
5.6.3. Рекомендации по эксплуатации щёток с замковой частью 174
5.7. Основные результаты и выводы по главе 5 175
Заключение 177
Список использованных источников 179
- Динамика сложного щёткодержателя с стандартной щёткой
- Исследования влияния профиля коллектора на колебания составной разъёмной щётки
- Результаты исследования общего падения напряжения на пару щёток
- Определение экономии от внедрения щёток с замковой частью (на примере трамвайного депо г. Казани)
Введение к работе
Актуальность исследований. Электрические машины постоянного тока используются в качестве электропривода на подвижном составе железнодорожного и городского электротранспорта, металлургии и т.д.
Положительными качествами коллекторных машин постоянного тока являются: возможность широкого регулирования частоты вращения, большой пусковой момент и высокий КПД и т.д..
Анализ отказов в условиях эксплуатации, например, для тяговых электрических машин постоянного тока на ж. д. транспорте показывает, что в среднем около 20 % от общего числа, составляют неисправности коллекторно-щёточного узла (КЩУ). Основной причиной этих отказов является износ элементов скользящего контакта – щётки и коллектора. Другая причина, обуславливающая значительные трудности при эксплуатации машин постоянного тока заключается в том, что электрическая щётка не восстанавливается (не ремонтируемое изделие) и утилизируется, что также увеличивает стоимость ремонта и время обслуживания.
В полной мере указанные проблемы относятся ко всем коллекторным машинам постоянного и переменного токов, имеющие КЩУ.
Ситуация усложнена постоянным контролем за их состоянием и износом. Особенности эксплуатации электрических машин предполагают периодическую замену электрических щеток, которые подвержены сильному электроэрозийному и механическому износу. Процесс замены щёток очень трудоёмок и требует остановки технологического процесса в промышленности, если отсутствуют резервные мощности или постановки подвижного состава на плановые и внеплановые виды ремонта.
Ежегодно приходит в негодность и выбрасывается, не отработав до полного срока эксплуатации около 50-60 % используемых щёток.
Главными причинами снижения ресурса остаётся проблема плохой коммутационной устойчивости, а также снижение износостойкости. Значительный вклад в изучение вопросов коммутации внесли такие учёные как В. Д. Авилов, В. Н Антипов, О. Г. Вегнер, А.И. Изотов, В. Т. Касьянов, М. Ф. Карасёв, С.И. Качин, А. С. Курбасов, Г. А. Сипайлов, А. И. Скороспешкин, В. П. Толкунов, В. В. Харламов и многие другие.
Из работ по повышению надежности электрических машин следует отметить работы А. В. Горского, В. Н. Забоина, Р. Г. Идиятуллина, И, П. Исаева, А. Л. Курочки, В. А. Четвергова и многих других.
При увеличении удельных нагрузок и сохранении массогабаритных показателей тяговых электродвигателей, на первое место выдвигаются вопросы повышения заданного ресурса КЩУ.
Одним из показателей надежности КЩУ является долговечность и ресурс щеток. Щётка является активным элементом коммутируемого контура, поэтому расширение функциональных возможностей её и повышение заданного ресурса является актуальной задачей и представляет научный и практический интерес.
В этих условиях особое значение приобретает проблема увеличения срока эксплуатации (ресурса) щеток электрических машин (дополнительно на 30-50 %).
В связи с этим возникает необходимость разработки такой щётки, которая давала бы возможность служить дольше, а также быть более дешевой и износостойкой. При этом технологический процесс её разработки не должен требовать дополнительного пересмотра параметров изготовления.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является увеличение ресурса работы щеток коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей постоянного тока для железнодорожного и городского электротранспорта.
В соответствии с поставленной целью в диссертации решались следующие задачи:
1. Выполнить обзор и анализ существующих методов повышения ресурса щеток с целью оценки их применимости к существующим электрическим машинам постоянного тока электрического транспорта.
2. Определить факторы влияющие на процесс устойчивой работы щёток в коллекторно - щёточном узле электрических машин постоянного тока.
3. Создать:
- модель сложного щёткодержателя и составной разъёмной щётки с нажимным курком и пружиной;
- математическую модель для оценки качества механического контактирования верхней несменной части и нижней сменяемой части щетки, а также коллектора и нижней сменяемой части.
4. Исследовать влияние поперечного разреза в теле щётки на коллекторные и коммутационные характеристики щеток.
5. На основе теоретических и экспериментальных данных, полученных в работе, разработать рекомендации по применению щеток с поперечным разрезом и замковой частью для тяговых электродвигателей постоянного тока.
6. Установить рациональные размеры частей составных разъёмных щёток и определить межремонтные пробеги электроподвижного состава, в зависимости от скорости износа щёток.
7. Проверить технико - экономическую эффективность предложенных составных разъёмных щёток.
Методы исследования. Основные результаты диссертационной работы получены на базе: теоретической механики, теории колебаний и упругости, теории электрических машин; математического аппарата дифференциального и интегрального исчисления; основных теорем и методов теории вероятностей и математической статистики. Экспериментальные исследования составных щеток проводились в реальных условиях эксплуатации, с применением инструментальных методов оценки. Расчеты выполнены с помощью математического моделирования в среде «Maple», Statistica 6.0 и «Mathcad». Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена результатами испытаний макетных образцов согласно ГОСТ для электрощёточных материалов.
Основные положения, выносимые на защиту:
Способ увеличения назначенного ресурса работы щёток тяговых электродвигателей на период пробега между плановыми видами ремонта от усреднённых значений скорости износа
Результаты статистических исследований износных характеристик щёток стандартного и составного исполнения в условиях эксплуатации.
Математические модели колебательного процесса КЩУ
Предложено в уравнение коммутации тяговых электродвигателей постоянного тока использовать аппроксимацию вольт-амперной характеристики скользящего контакта, учитывающую особенности электромеханической характеристики при регулировании скорости вращения якоря двигателя.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-предложено новое техническое решение составной разъёмной щётки, позволяющей существенно повысить ресурс её работы.
-создана математическая модель коллекторно-щёточного узла тягового электродвигателя локомотива с использованием составной разъёмной щётки;
-проведены комплексные масштабные экспериментальные исследования, подтвердившие целесообразность использования составных разъёмных щёток для тяговых электродвигателей.
-определена высота сменной нижней части щётки, обеспечивающей максимальный межремонтный пробег локомотива;
-новизна предложенных технических решений подтверждена патентом РФ на изобретение (№ 2365005).
Практическая значимость работы состоит в том, что:
-применение составной разъёмной щётки с замковой частью в тяговых машинах электроподвижного состава повышает ресурс её работы на 30-50%.
-разработанные технические решения позволяют обеспечить и производить смену щёток на текущем ремонте ТР3, тем самым обеспечить пробег локомотивов согласно правилам ремонта электрических машин и исключить непредвиденные простои ЭПС.
-проведенные теоретические исследования и полученная математическая модель позволяют определять необходимые параметры разработанной щётки для различных типов тяговых машин ЭПС.
-проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили дать рекомендации по совершенствованию обслуживания коллекторно-щёточного узла.
-разработан механизм смены нижней части составной разъёмной щетки, позволяющий снизить время обслуживания при её замене в тяговых машинах и уменьшить простой локомотива.
Реализация результатов работы. Результаты исследований диссертационной работы использованы в проекте «Методическое руководство по применению составных разъемных электрощеток на тяговых электродвигателях трамвая и троллейбуса в трамвайном депо № 1 и троллейбусном депо № 2 с учетом износа и технического состояния тяговых электродвигателей при постановке на плановые виды ремонта» г. Казани при разработке методов расчета потребности щеток для депо.
Апробация работы. Основные положения и выводы диссертационной работы были опубликованы и докладывались на третьей научно-технической конференции с международным участием «Электротехника, электромеханика, электротехнологии» (ЭЭЭ-2007) 24-25 октября 2007 года. – Новосибирск: НГТУ, 2007; III молодежная Международная научная конференция "Тинчуринские чтения" посвящённая 40-летию КГЭУ 2008; XII Международная конференция «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты МКЭЭЭ-2008» 2008г; Шестнадцатая ежегодная международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" 2010.
Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований опубликованы в 9 печатных работах, из них 2 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах ВАК, 1 – патент РФ, 6 – в сборниках трудов конференций.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников из 169 наименований и 4 приложений. Общий объем 214 страниц машинописного текста, в том числе 198 страниц основного текста, 105 рисунков, 28 таблиц.
Динамика сложного щёткодержателя с стандартной щёткой
Методикой предусмотрено исследование устойчивости механического скользящего контакта системы «щётка - коллектор» по переходному падения напряжения At/щ, с помощью коэффициента стабильности [134].
Коэффициент стабильности показывает отношение отклонения среднего переходного падения напряжения в скользящем контакте в зависимости от среднеквадратичного отклонения падения напряжения. Он характеризует стабильность механического состояние скользящего контакта, чем меньше падение напряжение в контакте, тем стабильнее механический контакт. Экспериментальное определение коэффициента стабильности производится на установке с короткозамкнутым коллектором (рис. 2.18), позволяющей измерять падение напряжения и ток в скользящем контакте, менять нажатие на щетки, частоту вращения и температуру коллектора, исследовать материал, из которого изготовлен коллектор и щётки.
Согласно программе (Приложение Б) исследований, предусматривается измерение: падение напряжения на анодной АЩ и катодной КЩ щёток, при фиксированных значениях плотности тока и частоты вращения короткозамкнутого коллектора, стандартных и составных разъёмных щёток.
Для совершенствования существующей методики на базе лаборатории кафедры «Электрические машины и общая электротехника» ОмГУПС модернизирована и смонтирована экспериментальная установка по исследованию работы щёточного контакта с использованием аналоговоцифрового преобразователя (АЦП) и специального программного обеспечения (рис. 2.19).
Для испытания щёток используется короткозамкнутый коллектор (К), вращение которого осуществляется с помощью электрической машины постоянного тока (М). На коллекторе установлены испытуемые щётки (КЩ и АЩ) и вспомогательная щётка (ВЩ), которая устанавливается для измерения падения напряжения на каждой щётке в отдельности. Питание щёток осуществляется от генератора постоянного тока. Изменение величины силы тока на щётках осуществляется при помощи изменения возбуждения генератора и регулировочного реостата (Rpsr). Измерение скорости вращения коллектора осуществляется при помощи тахогенератора (ТГ). Изменение температуры коллектора осуществляется при помощи нагревательных элементов (НЭ).
Необходимая для построения ВАХ информация поступает на АЦП по проводникам, указанным на схеме (рис.2.19) стрелками. Контроль работы двигателя и генератора осуществляется при помощи контрольно-измерительных приборов, которые выведены на отдельную панель. Для экспериментальных исследований разработано программное обеспечение, позволяющее получать ВАХ анодных и катодных щёток при различных температурах и скорости вращения короткозамкнутого коллектора. Снятые вольтамперные характеристики обрабатываются с определенным усреднением значений. Сравнить результат такой обработки можно по кривым на рис. 2.20. Одновременно, нами были получены значения коэффициентов стабильности работы контактов щеток ЭГ-61А. Эксперимент проводился, как для монолитных, так и для разъёмных щёток. Перед испытаниями коэффициентов стабильности щёток были проведены работы по подготовке установки с короткозамкнутым коллектором к экспериментам. Стрелками указаны восходящая и нисходящая ветви. Такое различие можно объяснить только изменением свойств политуры коллектора. Коллектор некоторое время вращается в обесточенном состоянии, а затем идет плавный рост тока и его снижение. С помощью предложенных коэффициентов оценивается влияние на стабильность щёточного контакта таких параметров, как температура щёточного контакта, скорость вращения коллектора, плотность тока в контакте, вид щёточного материала и других окружающих условий. Учитывая, что политура коллектора неоднородная и падение напряжения в контакте имеет значительные разбросы, что видно на рис. 2.20, то для оценки стабильности работы щёточного контакта при различных внешних условиях введены понятия коэффициентов стабильности работы контакта. Предложено два варианта: по среднеквадратичному отклонению и по отклонению от среднего значения S и S" соответственно.
Исследования влияния профиля коллектора на колебания составной разъёмной щётки
ГОСТ Р51667 - 2000 [143] предусмотрено исследование следующих коллекторных характеристик: а) величина общего падения напряжения на паре щёток (2-А7); б) износ; в) коэффициент трения.
Проводились измерения: общего падения напряжения на паре щёток стандартного и разъёмного исполнения, падение напряжения в теле разъёмной щётки при фиксированных значениях тока через щётки.
Испытания коллекторных характеристик проводились на установке с короткозамкнутым коллектором КЗК - 95 (далее - установка КЗК - 95) Кудиновского завода «Электроугли» г. Электроугли, при личном участии автора диссертации. Лабораторным испытаниям были подвергнуты готовые образцы изделий щёток ЭГ841, ЭГ61А, ЭГ14, ЭГ74, которые проверялись при выборочном контроле, акт испытаний прилагается [Приложение А]. При выборочном контроле проверяют только часть готовых изделий, предъявленных к сдаче или приему. При приёме щёток контролируют 1 - 2 % от всей партии, но не менее 10 шт, испытанию подверглись щётки ЭГ841 - 41 шт.; ЭГ61А - 53 шт; ЭГ14 - 37 шт, ЭГ74 - 44шт. Электрическая схема установки КЗК-95 представлена на рис.4.1 [22]. Электрическая схема соединений обеспечивает равномерное распределение тока между всеми образцами испытательного комплекта. Применяемые при испытаниях контрольно-измерительные приборы имеют класс точности не ниже 1,5, а точность устанавливаемых в процессе испытаний величин окружной скорости, нормального нажатия и других механических параметров при проведении коллекторных испытаний лежит в пределах ±5% от значений, определяемых ТУ. Методика испытаний регламентируется ГОСТ Р51667 - 2000 для готовых изделий щёток. Эксперимент по определению переходного падения напряжения состоит из двух частей: определение переходного падения напряжения серийной щетки с определённым усилием нажатия и плотностью тока, и определение переходного падения напряжения комплекта из двух разъёмных щеток, при тех же условиях. В ходе эксперимента проводилось сравнение коллекторных характеристик серийной и составной разъёмной щётки. Износ и коэффициент трения для серийной и составной щеток во время проведения испытания были заданы одинаковыми, т.к. щётки находились в одинаковых условиях, поэтому проводились измерения только общего падения напряжения на паре щёток. В качестве испытываемых образцов использовался комплект из четырёх серийных щёток с габаритными размерами 8,0x12,5x6,0 мм и двух комплектов размером 8,0x12,5x12,5 мм. Испытание щеток состоит из трех операций: 1) подготовка установки КЗК - 95 к испытанию; 2) притирка щеток к коллектору; 3) основной период испытаний. Первый этап, проверяют состояние поверхности скольжения короткозамкнутого коллектора и качающейся траверсы, для определения коэффициента трения. Биение и овальность коллектора не должны превышать в холодном состоянии 0,02мм. Траверса должна сидеть на своей оси совершенно свободно и, будучи выведена из состояния равновесия, должна возвратиться в исходное положение, совершив не менее 6—7 качаний (электрощетки при этом вынуты из щеткодержателя). Второй этап заключается в подготовке коллектора к испытанию начинают с тщательной очистки его поверхности от следов предыдущих испытаний, производимой шлифовальной шкуркой типа 1 из стекла 71 по ГОСТ 6456 и последующей полировкой его фетром или замшей. Затем в щеткодержатели устанавливают все щетки испытуемого комплекта так, чтобы по одному следу располагалось одинаковое количество положительных и отрицательных образцов, чтобы вставленные в щеткодержатели образцы имели зазор, соответствующий посадке , и чтобы качающаяся траверса была свободна. Далее с помощью той же шлифовальной шкурки образцы вручную притирают к коллектору, производя эту операцию до 90% притирки их контактных плоскостей. Окончив притирку и удалив с коллектора следы пыли, производят соединения в электрической цепи, и проверяют усилия нажатия на испытуемые щетки. Пришлифовку щеток к коллектору проводят в двух следующих друг за другом режимах (1 и 2) в соответствии с табл. 4.1. В режиме 2 пришлифовку проводят в следующих друг за другом режимах 2а и 26. После пришлифовки установку отключают. Снимают щетки и проверяют их визуальным осмотром на отсутствие трещин и раковин. Контактная поверхность щеток должна иметь вид зеркала, не менее 90 % площади. На третьей операции измеряют величину переходного падения напряжения, коэффициент трения и величину износа щёток. Величину переходного падения напряжения на пару щёток измеряют по показателям вольтметра V. Затем микрометром с помощью приспособления измеряют радиальный размер щёток, результаты записываются в журнал испытаний. После окончания измерения щётки устанавливают в те же обоймы щёткодержателя и приступают к испытаниям Испытания проводят в режимах в соответствии с табл. 4.2 и при нормальных климатических условиях:
Результаты исследования общего падения напряжения на пару щёток
Входной сигнал ищ2, снимаемый с помощью щетки — датчика 3, установленной на коллекторе 1 со стороны сбегающего края щетки 2, поступает через диоды 5, 7 на измерительные входы нелинейных ключей 11, 12 и на входы амплитудных селекторов 9, 10, причем на вход линейного ключа 11 поступает положительная часть входного сигнала, а на выход ключа 12 -отрицательная. В функциональном отношении тракты 4 и 6 идентичны. С переключателя 8 амплитудным селектором задаются опорные зависимости от марки щетки. Амплитудные селекторы 9, 10 предназначены для формирования импульсов, управляющих линейными ключами И, 12. По длительности импульсы управления равны времени превышения входным сигналом заданного уровня селекции.
Линейные ключи открываются, и на переключатель чувствительности прибора 13 поступают импульсы, связанные с образованием микродуговых разрядов. С выхода переключателя импульсы поступают на входы интегрирующих преобразователей 15, 17, которые вырабатывают сигнал, пропорциональный площади входных импульсов с постоянными времени интегрирования, задаваемыми переключателем 16. Постоянная времени интегрирования выбирается в зависимости от исследуемого режима и параметров МПТ. Выбор постоянных времени не влияет на площадь осциллограмм, характеризующих искрение, и на показания индикаторных приборов. Интегрирующие преобразователи имеют устройства установки нулевых показаний 14, 18 индикаторов 24, 25. Далее сигнал поступает на переключатель 19, положение которого зависит от полярности исследуемого бракета. Переключатель предназначен для подключения индикаторов 24, 25 и усилителей 20, 21 к выходу интегрирующих преобразователей 15 или 17 в целях сохранения наименования «Недокоммутация» и «Перекоммутация» индикаторных приборов и выходов на шлейфовый осциллограф. Микроамперметры 24, 25 предназначены для индикации результата измерений в стационарных режимах. Усилители 20, 21 и потенциометры установки нулевого отклонения 26, 27 вибраторов 22, 23 осуществляют регистрацию результатов измерений на шлейфовом осциллографе, как в стационарных, так и в переходных режимах. Прибор контроля коммутации ПКК-2 имеет технические характеристики, приведенные в табл.4.7. Прибор ПКК-2 также позволяет определять уровень искрения с другими типами щеток, но для этого требуется выбирать другой уровень селекции [146]. Измерение параметров рабочей поверхности коллектора Прибор профилометр ПКП предназначен для бесконтактного контроля состояния рабочей поверхности коллектора МПТ, путем измерения расстояния между датчиком и контролируемой поверхностью. В состав этой системы входят: первичный преобразователь, представляющий из себя прибор контроля профиля коллектора (ПКП), схема аналого-цифрового преобразователя (АЦП), интерфейс и электронно-вычислительная машина (ЭВМ) со специально разработанным программным обеспечением (рис. 4.12). Датчиком является бесконтактный вихретоковый преобразователь без магнитопровода. Прибор снабжен цифровым устройством синхронизации и блоком определения перепадов соседних ламелей коллектора и его биения. Устройство синхронизации обеспечивает смещение начала отсчета по коллектору, что позволяет определить место дефекта на коллекторе с числом коллекторных пластин до 1999. Основные технические данные прибора: 1. Чувствительность прибора составляет 10 мВ/мкм. 2. Диапазон измерений 0 — 400 мкм. 3. Питание прибора осуществляется от сети переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 220 В 10 %. 4. Потребляемая мощность не более 60 Вт. Аналоговый сигнал, сформированный в первичном преобразователе (прибор ПКП), поступает на быстродействующий аналого-цифровой преобразователь. Передача полученного цифрового сигнала в ЭВМ происходит посредством интерфейса. Программное обеспечение, написанное на языке высокого уровня «C++Builder», из сигнала, поступающего через интерфейс в компьютер формирует массив точек, соответствующих высоте коллекторных платин. По полученным точкам строится профиль коллектора. Производится гармонический анализ профиля и расчет основных диагностических параметров: биения поверхности коллектора, максимального перепада между соседними коллекторными пластинами и значений второй производной функции профиля коллектора.
На основании результатов анализа программное обеспечение выдает заключение состояния рабочей поверхности коллектора, печатается протокол и формируется база данных. Накопление информации по каждой электрической машине позволяет оценить степень износа коллектора, прогнозировать срок службы. Для удовлетворительной коммутации необходимо, чтобы состояние КЩУ соответствовало определённым нормам, одним из основных показателей является биение.
На рис. 4.13 (а и б) приведены протоколы испытания профиля коллектора экспериментальной установки ПН-45. Два протокола получены по различным дорожкам установки щеток. По результатам этих измерений можно отметить весьма качественную обработку коллектора.
Определение экономии от внедрения щёток с замковой частью (на примере трамвайного депо г. Казани)
Тяговый электродвигатель представляет собой сложную многоэлементную техническую систему, в которой отдельные элементы, в свою очередь, объединены в многочисленные узлы и агрегаты. Износ такой системы характеризуется суммарным наложением всех единичных износов отдельных элементов, составляющих узел или агрегат. Такие, суммарные износы, имеющие различные продолжительности нормальной эксплуатации, определяют ресурс работы каждого отдельного узла или агрегата по минимальной продолжительности входящих элементов.
Работоспособность, или работоспособное состояние, т.е. такое состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативной и (или) конструкторской (проектной) документации. Для каждой детали любого технического устройства устанавливается набор параметров, определяющих ее работоспособность.
Для щёток работоспособность определяется ресурсом, который в свою очередь задаётся её высотой и скоростью износа. Вследствие трения щетки о поверхность коллектора происходит ее износ, уменьшается высота щетки. Для ЭПС устанавливается система ремонтов, где регламентируется осмотр и контроль за состоянием щёток. Критерием отказа является минимально допустимая высота щётки, определяемая в соответствии с ТУ.
При оценке экономической целесообразности необходимо учитывать, что за период эксплуатации КЩУ со стандартными щётками ресурс используется не полностью, не восстанавливается и утилизируются, т.к. такие щётки неремонтопригодные. Ремонт восстанавливаемой технической системы (щётка со сменной нижней части) требует меньших затрат по сравнению с изготовлением новой. Её потребительские свойства отвечают тем же техническим условиям, что и стандартная щётка. Исследования показали, что предлагаемая конструкция щётки с замковой частью обладают всеми положительными качествами стандартной, а по некоторым параметрам превосходит её. Это обстоятельство становится определяющим при оценках экономической целесообразности ремонта и перевода щётки в разряд ремонтируемых. В табл.5.8 приведены основные технические данные тяговых двигателей применяемых на ЭПС [94, 166]. Данные табл.5.8 показывают, что независимо от типа ТЭД и подвижного состава плотность тока под щётками практически не отличаются друг от друга. Также не отличается КПД двигателей, что говорит о приблизительно одинаковых потерях электрических и механических при эксплуатации. Это свидетельствует о том, что щётки работают примерно в одинаковых условиях ксплуатации. В данном случае замена стандартных щёток на щётки с замковой частью, не внесёт изменений в режим работы КЩУ любого типа ТЭД. Тем более что по некоторым позициям щётка с замковой частью лучше стандартной. Одновременное улучшение эксплуатационных характеристик щёток с замковой частью при этом повышает экономическую целесообразность перевода её из не ремонтируемого вида изделия в ремонтируемое. В оценках экономической эффективности использования однородных изделий, какой является щётка, учитывается стоимость единицы за период межремонтного цикла. В стоимости ремонта КЩУ, весомой составляющей являются затраты на замену щёток за период всего срока эксплуатации ТЭД. В такой ситуации становится актуальным продление заданного срока службы щётки, увеличивающего общий ресурс ТЭД в эксплуатации. Как показали проведенные комплексные экспериментальные исследования составных разъёмных щеток со сменной нижней частью, они полностью удовлетворяют требованиям ТУ и могут быть рекомендованы к промышленному использованию. Наиболее выгодное применение они могут найти в системах привода, где используется МПТ, а также на электрическом подвижном составе, а именно при их установки на ТЭД трамваев, локомотивов, генераторов тепловозов и т.д. Количество щёток на ЭПС различно, в зависимости от типа применяемого ТЭД. В табл.5.9 приведены данные о количестве щёток, используемые на электрических машинах ЭПС. Как видно из табл.5.9 назначенный ресурс стандартной щётки составляет меньше 50% от всей ее высоты не только для локомотивов, но и для городского электротранспорта. Учитывая данные по количеству щёток, устанавливаемых на ЭПС (табл. 5.9), не трудно подсчитать требуемое количество щёток для любого локомотивного депо или городского электрического транспорта. Например, для трамвайного депо № 1 и 2 г. Казани общий парк составляет 248 вагонов, требуется в год щёток типа ЭГ2 в количестве 8000шт. Общая стоимость закупки требуемого количества щеток для трамвайных депо составит 192000руб. Для локомотивного депо Юдино закупается около 12000 щёток в год, общей стоимостью 384000руб (данные 2006г.). Эти затраты составляют от 6% до 8% от общих затрат на ремонт ЭПС. В связи с этим, увеличение назначенного ресурса щёток и снижение затрат на их закупку приведет к значительному снижению расходов на ремонт ТЭД и ЭПС в целом. Расчет экономического эффекта от внедрения разъемных щёток для ТЭД, выполнен на основании «Методических рекомендаций по оценке инвестиционных проектов на железнодорожном транспорте», утвержденных указанием МПС России от 31 августа 1998 г. №В1024у.
Старение локомотивного парка железных дорог РФ, переход на увеличенные плечи обслуживания локомотивов, повышение межремонтных пробегов в связи с вводом новой системы ремонта вызывает значительный рост отказов локомотивов и в первую очередь электрической аппаратуры и ТЭД. На долю ТЭД приходится около 20% неисправностей [166]. Оценка экономической целесообразности ремонта ТЭД заключается в соотношении суммарной остаточной потребительной стоимости отдельных элементов всей системы с затратами на восстановление требуемых потребительских свойств технической системы.
Согласно официальной информации ЗАО «Графит», покупная стоимость одного комплекта щёток ЭГ-2А с размерами 20x32x50мм составляет 42 руб. без НДС на 1.01.09г
Предлагаемая технология предусматривает 3-х кратное использование верхней части щётки, что позволяет существенно снизить эксплуатационные затраты. Это связано с тем, что при полном износе сменной вставки не требуется полной замены щётки. Достаточно только установить новую сменную вставку. Весь процесс замены сменной вставки значительно облегчает работу обслуживающего персонала, и сокращает время ремонтных работ до 70%, а общие трудозатраты на 50%.
Похожие диссертации на Методы и средства повышения ресурса щеток тяговых электродвигателей
