Содержание к диссертации
Введение 5
Состояние проблемы эксплуатационной надежности тяговых электродвигателей трамваев и пути ее решения 9
Анализ эксплуатационной надежности тяговых электродвигателей 9
Актуальность проблемы 17
Основные эксплуатационные требования к тяговым электродвигателям 22
Методика оценки надежности систем электрооборудования в процессе эксплуатации 23
Анализ методов исследования надежности технических систем 30
1. Введение 30
2. Вероятностно-статистические методы оценки надежности технических систем 34
3. Физико-статистические методы оценки надежности технических систем 42
4. Структурные методы оценки надежности технических систем 48
Цель и задачи исследования повышения эксплуатационной надежности тяговых электродвигателей трамваев 50
Выводы по главе 1 52
Разработка и исследование математической модели надежности тягового электродвигателя на основе свойств конструкции 54
Классификация элементов тягового электродвигателя как сложной технической системы 54
2.2. Разработка методики формирования структурных схем и математических моделей системы 59
2.3. Разработка структурной схемы и математической модели надежности щеткодержательного аппарата 65
2.4. Разработка структурной схемы и математической модели надежности коллектора 71
2.5. Разработка структурной схемы и математической модели надежности якоря 77
2.6. Разработка структурной схемы и математической модели надежности статора 82
Выводы по главе 2 89
3, Исследование характеристик параметров постулируемых законов эксплуатационной надежности ТЭД 90
3.1 Оценка параметров постулируемых законов распределения постепенных отказов деталей в процессе эксплуатации 90
3.2 Методика определения рациональных уровней эксплуатационной надежности элементов при различных законах их распределения 99
3.2.1. Экспоненциальное распределение надежности внезапных отказов элементов системы 99
3.2.2. Нормальное распределение постепенных отказов элементов системы 101
3.2.3. Усеченно-нормальное распределение отказов элементов системы 107
3.3. Формирование банка данных вероятностно-статистических характеристик надежности элементов тяговых электродвигателей 109
Выводы по главе 3 117
Исследование эксплуатационной надежности элементов и узлов ТЭД 119
Оценка надежности коллекторов по величине их износа в эксплуатации 119
Оценка надежности коллектора по величине его деформации в эксплуатации 128
Оценка надежности электрощеток по величине их износа в эксплуатации 132
Анализ факторов нагружения тяговых электродвигателей в процессе эксплуатации 136
Оценка надежности изоляции тягового электродвигателя в эксплуатации 146
Определение ранга элемента ТЭД и оценка его количественного параметра 152
1. Принятые допущения, разработка алгоритма расчета 152
2. Методика оценки рациональных уровней надежности элементов ТЭД 158
3 Методика построения матриц оценивающих надежность элементной базы ТЭД 166
Выводы по главе4 175
Основные выводы и рекомендации 177
Литература
Введение к работе
В системе электросилового оборудования подвижного состава городского электрического транспорта (ГЭТ), используются тяговые электродвигатели (ТЭД) постоянного тока, являющиеся исполнительными органами в силовой передаче и существенно влияющие на технико-экономические показатели подвижного состава.
Анализ работы парка трамваев городов РФ показывает, что ежегодно должны подлежать списанию от 5-7% единиц подвижного состава, как выработавшие заданный технический ресурс эксплуатации. Однако, из-за отсутствия средств на приобретение нового подвижного состава они по-прежнему работают при установленных ранее параметрах эксплуатационного обслуживания. При этом система оценок параметров ППР и методы расчета надежности остались прежними.
В результате сложилась следующая ситуация. Уровень износа элементов электросилового оборудования значительно превышает установленный, из-за их «старения», а сроки их межремонтного обслуживания и объемы ремонта сохраняются. Вместе с тем методы оценок характеристик эксплуатационной надежности и параметров ППР остались прежние, то есть они не учитывают особенностей изменившихся условий работы тяговых электродвигателей.
Таким образом, практика эксплуатации трамваев нуждается в разработке таких методов оценки надежности ТЭД, использование которых позволит получить адекватные оценки характеристик надежности с учетом свойств структуры, функциональных связей деталей и узлов. Решение этой задачи позволит: повысить эксплуатационную надежность ТЭД трамвая и эффективность системы ППР. Данная проблема является характерной для электротранспорта эксплуатируемого, в различных климатических зонах Российской Федерации.
Актуальность - решаемой задачи заключается в обеспечении безотказности работы тяговых электродвигателей трамваев в условиях постоянного роста удельных нагрузок, выработавших заданный амортизационный ресурс электротранспорта путем адекватной оценки их параметров надежности.
Анализ надежности таких сложных систем, какими являются тяговые электродвигатели трамваев, показывает, что она зависит от параметров структуры и функциональных свойств.
При оптимизации сроков межремонтного обслуживания тяговых электродвигателей важным условием является - адекватность формируемых моделей надежности на основе структуры и характера функциональных связей между элементами.
Учитывая значимость структурно-функциональных моделей (СФМ), адекватно отражающих надежность тяговых электродвигателей в эксплуатации, они положены в основу методов оптимизации сроков межремонтного обслуживания тяговых электродвигателей после выработки ими заданного ресурса.
Цель работы - разработка расчетно-экспериментальных методов оценки параметров надежности тяговых электродвигателей выработавших заданный ресурс и разработка на этой основе рациональных характеристик технического обслуживания в системе планово-предупредительного ремонта подвижного состава городского электротранспорта. Для достижения поставленной задачи в работе решаются следующие научно-технические задачи:
1. Исследование и разработка СФМ надежности узлов на основе анализа конструкций тяговых электродвигателей, а также их электрических и магнитных систем;
2. Разработать вероятностно-статистические методы моделирования и расчета параметров надежности тяговых электродвигателей на основе СФМ с целью определения адекватных оценок параметров;
3. Разработать алгоритмы и программы расчета и оценки эксплуатационной надежности ТЭД в условиях депо системы ГЭТ.
Основываясь на проведенных аналитических и экспериментальных исследованиях, позволивших определить актуальность проблемы, сформулированы следующие -научные --положения, выносимые на защиту: многомерная классификация, формируемая на основе конструктивных, электрических и магнитных структурных схем ТЭД, отличающаяся от существующих тем, что позволяет учитывать структурные свойства элементов и их функциональную взаимосвязь; обобщенные математические модели, позволяющие оценить надежность элемента, сборочной единицы и двигателя в целом, а также влияние параметров структурной схемы ТЭД на надежность системы подвижного состава; аналитический метод расчета надежности ТЭД, учитывающий функциональные связи между узлами и факторы нагружения. На основании выше сказанного следует отметить следующее: для обеспечения эффективного функционирования электросилового оборудования подвижного состава требуются адекватные методы математического моделирования и оценки уровней надежности, учитывающих их многофункциональную нагрузку, т.е. речь может идти о многофункциональной надежности.
Имеющиеся статистические данные эксплуатации, результаты ускоренных испытаний на надежность и долговечность, аналитические методы не дают, возможности полно оценить эксплуатационную надежность электросилового оборудования подвижного состава городского электротранспорта и в частности ТЭД.
Таким образом, можно отметить, что совершенствование методов оценки многофункциональной надежности с учетом факторов нагружения и разработка на этой основе системы технического обслуживания и ремонта подвижного состава представляется актуальным, Решение этой проблемы позволит обеспечить эксплуатационную надежность электросилового оборудования и продлить ресурс подвижного состава, выработавшего заданный ресурс.
