Введение к работе
Актуальность исследования. Электрические машины тягового подвижного состава относятся к предельно нагруженному оборудованию и поэтому с позиций комплексного воздействия на них тепловых, электромагнитных, механических и климатических факторов, несмотря на постоянно проводимые мероприятия, конструктивно-технологического характера при изготовлении и ремонте, уровень повреждаемости их в эксплуатации хотя и снижается, но остается довольно высоким. Современные технологии по изготовлению коллекторных тяговых двигателей электровозов позволяют повысить ресурс по остовам на пробег до 2,5 млн. км, однако использование этих же технологий для изготовления якорей не обеспечивают ресурс их более чем на 1 млн. км пробега.
Исследованию надежности тягового подвижного состава железных дорог, системам технического диагностирования и ремонта уделялось значительное внимание различными научными коллективами.
Большой вклад в изучение этих проблем внесли Ю.А. Бахвалов, В.И. Бервинов, И.В. Бирюков, И.Н. Богаенко, В.И. Бочаров, А.А. Воробьев, А.И. Володин, И.И. Галиев, З.Г. Гиоев, А.В. Горский, В.Г. Григоренко, А.А. Зарифьян, Д.Д. Захарченко, И.П. Исаев, В.А. Камаев, В.И. Киселев, В.Г. Козубенко, В.А. Ку-чумов, А.Л. Курочка, А.А. Лисицин, В.Н. Лисунов, В.Б. Медель, М.Д. Находкин, Е.С. Павлович, М.П. Пахомов, А.В. Плакс, В.В. Привалов, Н.А. Ротанов, А.Н. Са-воськин, И.В. Скогорев, В.В. Стрекопытов, Т.А. Тибилов, В.П. Феоктистов, В.А. Четвергов, В.Г. Щербаков, В.П. Янов и другие исследователи.
Значительный вклад в решение вопросов надежности наиболее «слабых» узлов тяговых электрических машин - изоляционных конструкций и коллекторно-щеточного узла тяговых двигателей внесли В.Д. Авилов, А.Е. Алексеев, А.А. Бакланов, В.Г. Галкин, М.Д. Глущенко, А.Т. Головатый, А.В. Грищенко, P.M. Девликамов, Г.Б. Дурандин, М.Г. Дурандин, Ш.К. Исмаилов, М.Ф. Карасев, В.И. Карташев, А.С. Космодамианский, В.А. Кручек, А.С. Курбасов, А.Б. Лебедев, Е.Ю. Логинова, А.С. Мазнев, Р.Я. Медлин, А.Т. Осяев, А.Д. Петрушин, В.М. Попов, Н.П. Семенов, А.С. Серебряков, В.П. Смирнов, Л.Н. Сорин, Н.О. Фролов, В.В. Харламов, О.И. Хомутов, В.А. Шевалин и многие другие.
И, тем не менее, некоторые вопросы в области повышения ресурса тяговых двигателей электровозов требуют дальнейшего исследования. Задача повышения ресурса изоляции тяговых электрических машин остаётся актуальной по настоящее время и представляет научный и практический интерес. С целью повышения ресурса тяговых двигателей (ТД) электровозов кафедрой ЭПС ИрГУПС совместно со специалистами ВСЖД - филиала ОАО «РЖД» была предложена технология капсулирования изоляции лобовых частей обмоток якорей с открытыми головками секций.
Главным объектом исследования диссертационной работы является технология капсулирования изоляции лобовых частей обмоток якорей с открытыми головками секций тяговых двигателей (ТД) электровозов. При проведении предварительных исследований удалось найти некоторые решения по капсулированию изоляции лобовых частей обмоток якорей. Однако эти исследования указали на большие резервы в об-
ласти ресурсоэнергосбережения в технологии капсулирования изоляции лобовой части обмотки якоря инфракрасным (ПК) излучением.
Цель диссертационной работы - повышение ресурса тягового двигателя электровоза путём применения эффективной технологии капсулирования изоляции лобовой части обмотки якоря инфракрасным излучением.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
провести сравнительный анализ причин отказов тяговых двигателей электровозов с открытыми и закрытыми головками секций по сети железных дорог и железных дорог Восточного региона;
проанализировать современные технологии и технические средства повышения ресурса изоляции обмоток якорей тяговых двигателей электровозов;
исследовать спектральные и энергетические характеристики современных ИК-из л учате л ей;
исследовать технологические и оптические свойства пропиточных материалов;
выполнить экспериментально-теоретическое обоснование по повышению эффективности капсулирования изоляции лобовых частей обмоток якорей с открытыми головками секций инфракрасным излучением;
по результатам экспериментально-теоретического обоснования рассчитать и спроектировать основные параметры опытно-промышленной установки для капсулирования лобовых частей тяговых двигателей электровозов;
экономически обосновать повышение эффективности капсулирования лобовых частей тяговых двигателей электровозов ПК-излучением.
Методы исследования. При решении поставленных задач в диссертационной работе использовались методы математического моделирования, методы математической статистики, методы теории планирования эксперимента, теории нагревания и охлаждения твердого тела, методы теории тепломассообмена, метод оценки технико-экономической эффективности результатов исследований. При решении вычислительных задач использовалась программа Microsoft Excel 2010, при формировании изображений в трехмерном пространстве применен пакет программ КОМПАС 3D vl 1 компании АСКОН.
Экспериментальные исследования проводились в специализированной лаборатории кафедры ЭПС ИрГУПС «Испытания и надежность электрических машин» и заключались в измерении параметров, характеризующих спектральные характеристики генераторов ИК-излучения и оптические свойства пропитанной изоляции при помощи современных средств. Исследования осуществлялись в соответствии с методами планирования эксперимента. Обработка и анализ опытных данных велись с использованием теорий и методов математической статистики: теории проверки гипотез; теории оценки; корреляционного и регрессионного анализов. Производственные экспериментальные исследования проводились на базе ремонтного локомотивного депо Нижнеудинск ВСЖД.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
- осуществлено теоретическое обоснование процесса капсулирования изоля
ции якорей ТД электровозов с использованием ИК-энергоподвода. Получен патент
РФ на локальный способ капсулирования;
впервые осуществлено макетирование процесса капсулирования различных изоляционных материалов пропиточными смесями с использованием ИК-из лучения;
предложен метод согласования спектральных характеристик ИК-излуча-телей и оптических характеристик пропиточных материалов;
получена формула по выявлению эффективной скважности периода работы излучателей в технологии капсулирования изоляции с осциллирующим режимом ИК-энергоподвода;
впервые получено сечение теплового поля ИК-излучателя типа ESC-2, рекомендованного в технологии капсулирования изоляции.
Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена экспериментальными исследованиями. Расхождение результатов теоретических исследований с экспериментальными данными не превышает 10 % .
Практическая значимость диссертации
По результатам проведенных исследований:
выполнен анализ надежности тяговых двигателей (ТД) электровозов переменного тока с учетом особенностей климатических условий внешней среды по критериям качества изоляции якорей с открытыми и закрытыми головками секций;
усовершенствована технология капсулирования изоляции обмоток тяговых электрических машин и аппаратов с использованием осциллирующеего ИК-энергоподвода, позволяющая по сравнению с конвективным энергоподводом сократить время на проведение всех операций не менее чем в 10 раз;
создан лабораторный стенд, позволяющий проводить макетирование процесса капсулирования изоляции электрических машин и аппаратов;
разработана и внедрена в локомотивном депо ст. Нижнеудинск ВСЖД -филиала ОАО «РЖД» установка для капсулирования изоляции лобовых частей обмоток тяговых двигателей с открытыми головками секций.
На защиту выносятся:
осциллирующий способ ИК-энергоподвода в технологии капсулирования изоляции лобовых частей обмоток якорей;
формула по выявлению эффективной скважности периода работы излучателей в технологии капсулирования изоляции с осциллирующим режимом ИК-энергоподвода;
методика определения терморадиационных характеристик пропитанных изоляционных материалов;
результаты макетирования по согласованию спектральных и энергетических характеристик ИК-излучателей с оптическими свойствами пропитанной изоляции;
руководящие указания и методика по проектированию производственных установок для капсулирования изоляции лобовых частей обмоток вращающихся электрических машин.
Реализация результатов работы. Полученные автором результаты работы приняты для внедрения службой локомотивного хозяйства ВСЖД, а так же использованы при создании лаборатории «Комплекс эффективных электротехниче-
ских методов и средств повышения надежности локомотивов и работоспособности локомотивных бригад», которая используется в научном и учебном процессе ИрГУПС при подготовке инженеров по специальности 190303 - «Электрический транспорт железных дорог» по дисциплинам «Тяговые электрические машины» и «Бесколлекторный привод ЭПС».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на межвузовских итоговых конференциях студентов (г. Иркутск, 2007, 2008 гг.); научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях (г. Москва, 2008 г.); научно-технической конференции «Энергосбережение: технологии, приборы, оборудование» Международный выставочный комплекс «СибЭкс-поЦентр» (г. Иркутск, 2008 г.); международной научно-практической конференции «Развитие транспортной инфраструктуры - основа роста экономики Забайкальского края» (г. Чита, 2008 г.); II научно-практической конференции «Безопасность регионов - основа устойчивого развития» (г. Иркутск, 2009 г.); научно-методической конференции «Проблемы и перспективы развития регионально-отраслевого университетского комплекса ИрГУПС» (г. Иркутск, 26-29 апреля 2010 г.); научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов электромеханического факультета ИрГУПС «Проблемы, решения, инновации транспорта Российской Федерации», г. Иркутск (19-20 мая 2010 г.); III региональном научно-производственном семинаре «Чтения ИЛ. Терских» «Техника и технологии инженерного обеспечения АПК» (г. Иркутск, 26-29 октября 2010 г.); всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием ««Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке» (г. Хабаровск, 20-22 апреля 2011 г.); научных семинарах кафедры «Электроподвижной состав» ИрГУПС (г. Иркутск, 2007, 2008, 2009, 2010 гг.); заседании кафедры «Электрической тяги» ПГУПС (г. Санкт-Петербург, 2009 г.); расширенном заседании кафедры «Электроподвижной состав» ДВГУПС (г. Хабаровск, 21 февраля 2011 г.).
Публикации и вклад автора. По результатам проведенных исследований опубликована 21 статья, в том числе 12 статей в рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, и получен патент РФ №2396669 на изобретение.
Автору принадлежит: формулировка цели и постановка задач исследований, участие в создании экспериментальных установок и выполнение значительной части опытов.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, 7 выводов, приложения, библиографического списка из 129 наименований и содержит 188 страниц основного текста, 80 рисунков и 22 таблицы.
