Введение к работе
Актуальность исследования. Коллекторы машин постоянного тока (МПТ)
являются одними из наиболее ответственных узлов МПТ.
Основными неисправностями коллекторов МПТ, возникающими при их эксплуатации, являются износ рабочей поверхности, электроэрозионное разрушение и замыкание (вследствие затяжки ламелей из-за пластической деформации меди) пластин коллектора, выступание одной или группы коллекторных или миканитовых пластин, которые часто приводят к интенсивному искрению под щетками и к возникновению кругового огня по коллектору.
На коммутационную устойчивость коллекторно-щеточного узла (КЩУ) влия-ют следующие параметры качества рабочей поверхности коллектора: отсутствие стружки между ламелями и заусенцев на кромках коллекторных пластин после обточки, зарезов с торца коллекторных пластин при продорожке, царапин на коллекторных пластинах, ровный профиль снятых фасок, отклонение геометрии профиля коллектора – конусность, бочкообразность, седлообразность, овальность профиля, эксцентриситет коллектора, радиальное смещение пластин; волнистость и шероховатость рабочей поверхности коллектора в пределах допустимых значений.
С учетом возрастающих требований к качеству и необходимости обеспечения долговечности деталей в процессе эксплуатации исследования, направленные на разработку технологии повышения качества рабочей поверхности коллекторов МПТ при ее механической обработке, являются актуальными.
Основания для выполнения диссертационной работы. Работа выполнена в соответствии с приоритетными направлениями исследований раздела «Повышение надежности работы и увеличение эксплуатационного ресурса технических средств» Стратегических направлений научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г., а также с планами научно-технических работ Омского государственного университета путей сообщения (темы НИР № г.р. 01.9.70002371 и 01201151856).
Цель диссертационной работы – повышение качества рабочей поверхности коллекторов МПТ за счет совершенствования технологии ее механической
обработки.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
-
оценить влияние параметров, характеризующих качество рабочей поверхности коллекторов МПТ, на коммутационную устойчивость КЩУ;
-
выполнить экспериментальные исследования влияния параметров режима резания, геометрии и материала режущей части инструмента, механических свойств срезаемого слоя коллекторной меди на ее обрабатываемость резанием;
-
разработать математические модели, учитывающие влияние параметров режима резания, геометрии режущей части инструмента, механических свойств срезаемого слоя на шероховатость обрабатываемой поверхности и размер заусенца, возникающего на кромке коллекторной пластины, при обточке рабочей поверхности коллектора;
-
провести экспериментальные исследования влияния параметров режима ударно-акустической обработки (УАО) рабочей поверхности коллектора на износостойкость, шероховатость, свойства поверхностного слоя коллекторных пластин;
-
разработать технологию повышения качества рабочей поверхности коллекторов при ее механической обработке.
Объектом исследований является технологический процесс механической
обработки рабочей поверхности коллекторов МПТ.
Методы исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования проводились на основе научных положений теории резания, технологии машиностроения, трибологии, теории планирования эксперимента и математического моделирования. Экспериментальная часть работы выполнена с использованием методик определения твердости на твердомере ПМТ-3, весового износа, твердости по Бринеллю, металлографического анализа, рентгенофлюоресцентного анализа при помощи растрового электронного микроскопа JEOL JCM-5700, применялись микроскопы различных моделей, профилометры 170622 и 201, машина трения ИИ 5018, аналитические весы DL-200. Обработка результатов теоретических и экспериментальных исследований выполнена в программных комплексах Mathcad, Microsoft Exсel, Statistica.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1) разработаны математические модели, учитывающие влияние параметров режима резания, геометрии режущей части инструмента, механических свойств срезаемого слоя на шероховатость обрабатываемой поверхности и размер заусенца, возникающего на кромке коллекторной пластины, при обточке рабочей поверхности коллектора;
2) создана математическая модель, учитывающая влияние скорости обработки, подачи, статической силы прижима ультразвукового инструмента на износостойкость, шероховатость и твердость коллекторных пластин после ударно-акустической обработки с внедрением графита;
3) разработан способ обработки рабочей поверхности коллектора методом ударно-акустической обработки с внедрением графита, обеспечивающий ускоренное образование окисной пленки на коллекторе, близкой по своему составу политуре, нарабатываемой при эксплуатации машин постоянного тока.
Научные положения, выносимые на защиту:
1) эмпирические зависимости, раскрывающие влияние параметров режима резания, геометрии режущей части инструмента, механических свойств срезаемого слоя на шероховатость обрабатываемой поверхности и размер заусенца, возникающего на кромке коллекторной пластины, при обточке рабочей поверхности коллектора;
2) зависимости, позволяющие выбрать рациональные параметры режима ударно-акустической обработки меди для обеспечения заданного качества рабочей поверхности коллекторов электрических машин постоянного тока;
3) разработанная и внедренная в производство технология механической обработки рабочей поверхности коллектора, обеспечивающая образование на его поверхности устойчивой защитной пленки, близкой по своему составу политуре, нарабатываемой в процессе эксплуатации электрических машин постоянного тока.
Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована применением корректных математических моделей и подтверждена экспериментальными исследованиями, проведенными с применением сертифицированного оборудования, статистических методов проверки адекватности (t-критерия Стьюдента и F-критерия Фишера), рентгенофлюоресцентного анализа.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
1) определены параметры режима обточки, геометрия режущего инструмента и свойства поверхностного слоя рабочей поверхности коллектора, позволяющие повысить обрабатываемость коллекторной меди резанием;
2) установлены параметры режима УАО коллекторной меди с внедрением графита, обеспечивающие шероховатость рабочей поверхности коллектора Ra = = 0,2 – 0,25 мкм, повышение износостойкости коллекторных пластин в 1,5 раза по сравнению с методом их обкатки роликом, и в 2,5 раза по сравнению с зачисткой абразивным полотном;
3) разработана технология повышения качества рабочей поверхности коллектора при ее механической обработке, прошедшая апробацию при ремонте коллектора МПТ 2ПН100 и позволившая расширить безыскровую зону работы МПТ на 18 – 20 %, что обеспечивает более устойчивую ее работу в отношении коммутации.
Реализация результатов работы. Результаты исследований были положены в основу отчетов по научно-исследовательской работе (тема госбюджетной НИР ОмГУПСа – ГБ 174 «Повышение эффективности технологических процессов ремонта деталей подвижного состава» № г.р. 01.9.7.0002371). Разработанная технология внедрена в технологический процесс ремонта коллекторов тяговых электродвигателей ТЛ-2К1 в локомотивном ремонтном депо ТЧ-1 Московка.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались на IX международной конференции «Проблемы современного машиностроения и автоматизации технологических процессов и производств» (Омск, 2008), X международной конференции «Проблемы современного машиностроения» (Омск, 2009), 63-й научно-практической конференции ГОУ «СиБАДИ» (Омск, 2009), международной конференции «Инновации для транспорта» (Омск, 2010), постоянно действующем научно-техническом семинаре ОмГУПСа «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта, объектов промышленной теплоэнергетики, телекоммуникационно-информационных систем, автоматики и телемеханики» (Омск, 2011), всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств подвижного состава» (Омск 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, из них две статьи – в изданиях перечня, определенного ВАК Минобрнауки России, одна статья – в научно-техническом журнале, четыре статьи – в материалах международных и всероссийских конференций, три статьи – в сборниках научных трудов, получено положительное решение о выдаче патента на полезную модель от 11.08.2011.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 102 наименований и двух приложений. Общий объем диссертации составляет 177 с., объем основного текста – 155 с. Текст работы содержит 70 рисунков, 42 таблицы.
Похожие диссертации на Технология повышения качества рабочей поверхности коллекторов электрических машин постоянного тока при ее механической обработке
