Совершенствование технологии деповского ремонта вспомогательных электрических машин электропоездов Васильев Антон Александрович

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Правительство Российской Федерации (РФ) утвердило «Концепцию развития пригородного железнодорожного сообщения в стране до 2030 г.». Принципы развития пригородного пассажирского железнодорожного сообщения заложены в Федеральном законе «Об организации регулярного пассажирского железнодорожного сообщения в РФ». Рост объемов пригородных пассажирских перевозок и повышение их провозной способности во многом обусловлены надежностью и эффективностью использования моторвагонного подвижного состава (МВПС). Высокая надежность работы электропоездов ОАО «РЖД» является залогом успешного экономического развития страны и обеспечения населения РФ пригородными перевозками.

Анализ основных показателей технического состояния парка электропоездов как прежних Эр9пк, Эр9т, так и новых серий Эд9м, Эд9мк показывает, что высоким остается количество отказов и неплановых ремонтов. При этом значительная их часть (27 %) приходится на неисправности узлов и деталей вспомогательных электрических машин (ВЭМ). Основными причинами такого положения являются низкий эксплуатационный ресурс изоляционных конструкций обмоток, недостаточный уровень надежности ВЭМ и неудовлетворительное качество деповского ремонта обмоток ВЭМ. Следовательно, актуальными задачами в пригородной пассажирской службе ОАО «РЖД» являются улучшение технического состояния и повышение качества функционирования вспомогательных электрических машин электропоездов.

Повышение качества и эксплуатационной надежности узлов и деталей достигается за счет изменения конструкции, применения при ремонте более качественных или новейших материалов и совершенных вариантов технологического процесса, использования прогрессивных методов и средств при сохранении и восстановлении их работоспособности в эксплуатации.

Таким образом, повышение надежности вспомогательных электрических машин электропоездов серий АОМ-32 и П-31 может быть обеспечено за счет применения новых конструктивных решений их узлов и деталей и повышения качества процессов текущих ремонтов ТР-2, ТР-3 в условиях моторвагонных депо посредством внедрения современных технологий и средств технологического оснащения.

Степень разработанности темы диссертации. Исследования надежности и работоспособности тягового и моторвагонного подвижного состава магистральных железных дорог, систем его технического обслуживания и качества ремонта проводились научными коллективами ВНИИЖТа, МИИТа, ДВГУПСа, ИрГУПСа, СамГУПСа, ПГУПСа, ОмГУПСа. Значительный вклад в решение вопросов надежности тяговых электрических двигателей и вспомогательных электрических машин внесли известные ученые В. Д. Авилов, А. Е. Алексеев, А. А. Бакланов, В. Г. Галкин, М. Д. Глущенко, И. П. Гордеев, Г. Б. Дурандин, М. Г. Дурандин, Ш. К. Исмаилов, М. Ф. Карасёв, В. А. Кручек, А. С. Курбасов, А. С. Мазнёв, Р. Я. Медлин, А. С. Серебряков, В. П. Смирнов, Н. О. Фролов,

В. В. Харламов, А. М. Худоногов и другие исследователи.

Эксплуатируемый парк электропоездов Восточно-Сибирской дирекции моторвагонного подвижного состава (ВС ДМВ) составляет 112 единиц электросекций. В качестве вспомогательных электрических машин используются асинхронные двигатели серии АОМ-32, МАК-160, РФ-1Д; асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором серии МТТ-16; двигатели постоянного тока серии П-31.

Анализ отказов в эксплуатации и неплановых ремонтов вспомогательных электрических машин электропоездов свидетельствует о том, что высоким остается процент неисправностей изоляционных конструкций обмоток ВЭМ. Для электропоездов Восточно-Сибирской железной дороги большое количество неплановых ремонтов (25 – 30 %) обусловлено отказами вспомогательных электрических машин, значительное число которых (65 – 70 %) связано с неисправностями изоляционных конструкций обмоток. Существующая технология не обеспечивает необходимого качества деповских ремонтов ТР-2, ТР-3 при восстановлении диэлектрических свойств изоляции обмоток ВЭМ электропоездов.

Для обеспечения надежной работы электропоездов необходимо повышать качество деповского ремонта вспомогательных электрических машин электропоездов, разрабатывать и внедрять мероприятия по поддержанию их работоспособности в эксплуатации за счет совершенствования технологии восстановления изоляционных конструкций обмоток ВЭМ.

Цель диссертационной работы – повышение качества деповского ремонта вспомогательных электрических машин электропоездов путем совершенствования технологии восстановления изоляционных конструкций обмоток.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

1. разработать математическую модель процесса упрочнения изоляционных конструкций обмоток ВЭМ электропоездов тепловым излучением с учетом среды серого газа;

2. предложить алгоритм расчета эффективности передачи энергии теплового излучения на изоляционную поверхность обмотки ВЭМ с учетом среды серого газа;

3. разработать методику определения рациональных режимов инфракрасного энергоподвода в технологии упрочнения изоляционных конструкций лобовых частей обмоток статоров АОМ-32 и якорей П-31 с учетом среды серого газа;

4. разработать технологическое оборудование для реализации процесса упрочнения изоляционных конструкций обмоток ВЭМ электропоездов тепловым излучением;

5. усовершенствовать технологические процессы деповских ремонтов ТР-2, ТР-3 изоляционных конструкций обмоток ВЭМ электропоездов.

Объект исследования – изоляционные конструкции обмоток вспомогательных электрических машин электропоездов.

Предмет исследования – технология ремонта изоляционных конструкций обмоток вспомогательных электрических машин электропоездов тепловым излучением.

Научная новизна работы заключается в следующем:

6. разработана математическая модель процесса упрочнения изоляционных конструкций обмоток ВЭМ электропоездов тепловым излучением с учетом изменения оптических свойств серого газа, расположенного между инфракрасным излучателем и поверхностью обмотки;

7. предложен алгоритм расчета эффективности передачи теплового излучения для прогнозирования потока транспортирования пучков энергии в изоляционные конструкции обмоток ВЭМ;

8. разработана методика определения рациональных режимов инфракрасного энергоподвода в технологии упрочнения изоляционных конструкций обмоток статоров АОМ-32 и якорей П-31 с учетом среды серого газа.

Практическая значимость диссертации заключается в следующем:

9. разработанная математическая модель позволяет оценить состояние изоляционных конструкций обмоток ВЭМ электропоездов с учетом применяемой технологии деповского ремонта;

10. предложенный способ инфракрасного энергоподвода упрочнения изоляционных конструкций обмоток ВЭМ и разработанная технологическая установка позволяют повысить качество восстановления изоляционных конструкций обмоток ВЭМ по следующим показателям: сопротивление изоляции, коэффициент абсорбции, коэффициент поляризации.

Реализация результатов работы. Технические предложения, способствующие усовершенствованию технологических процессов деповских ремонтов ТР-2, ТР-3 изоляционных конструкций обмоток ВЭМ электропоездов, повышению качества деповского ремонта обмоток ВЭМ и снижению потерь электроэнергии в процессе упрочнения обмоток двигателей П-31 и АОМ-32, внедрены в моторвагонном депо Иркутск-Сортировочный. Усовершенствованная технология ремонта изоляционных конструкций обмоток ВЭМ при выполнении текущих ремонтов ТР-2, ТР-3 рекомендована Красноярской дирекцией моторвагонного подвижного состава.

Методы исследования. При выполнении диссертационной работы для решения поставленных задач использовались методы математической статистики, теории тепломассообмена излучением, лабораторных и эксплуатационных испытаний и метод Монте-Карло. Решение вычислительных задач осуществлялось с использованием программирования «Visual Basic for Applications» и программы Microsoft Excel. Для создания трехмерных моделей обмоток ВЭМ применен пакет программ «Компас 3D».

Экспериментальные исследования проводились в научной лаборатории «Эффективные методы и средства продления ресурса ЭМ ТПС» кафедры «Электроподвижной состав» ФГБОУ ВО «ИрГУПС». Производственные испытания технологической установки выполнялись в моторвагонном депо Иркутск-Сортировочный.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1) математическая модель процесса упрочнения изоляционных конструкций обмоток ВЭМ электропоездов тепловым излучением с учетом среды серого газа;

2. алгоритм расчета эффективности передачи энергии теплового излучения на изоляционную поверхность обмотки ВЭМ с учетом среды серого газа;

3. методика определения рациональных режимов инфракрасного энергоподвода в технологии упрочнения изоляционных конструкций лобовых частей обмоток статоров АОМ-32 и якорей П-31 с учетом среды серого газа;

4. усовершенствованная технология и разработанное оборудование для ремонта изоляционных конструкций обмоток ВЭМ электропоездов.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обеспечивается корректным использованием основных положений теории электрических машин, теории тепломассообмена излучением, методов Монте-Карло и математической статистики. Расхождение результатов теоретических и экспериментальных исследований не превышает 5 %.

Апробация результатов работы. Основные положения, выводы и рекомендации работы докладывались и обсуждались на научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы, решения, инновации транспорта Российской Федерации» (Иркутск, 2010); на всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы транспорта Восточной Сибири» (Иркутск, 2011); на межвузовской научно-практической конференции «Транспортная инфраструктура Сибирского региона» (Иркутск, 2011, 2012); на семинарах кафедры «Электроподвижной состав» ИрГУПСа (Иркутск, 2009 – 2013); на молодежном конкурсе инновационных проектов «Новое звено ОАО «РЖД»» (Москва, 2011, 2012, 2016); на молодежном конкурсе железнодорожного транспорта «Лидер перемен» (Москва, 2011, 2012); на международной научно-практической конференции «Транспортная инфраструктура Сибирского региона» (Иркутск, 2016); на расширенном заседании кафедры «Электроподвижной состав» ИрГУПСа (Иркутск, 2016); на постоянно действующем научно-техническом семинаре ОмГУПСа «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта, объектов промышленной теплоэнергетики, телекоммуникационно-информационных систем, автоматики и телемеханики» (Омск, 2016); на расширенном заседании кафедры «Электрический транспорт» СамГУПСа (Самара, 2017).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 22 научных работах, в том числе в восьми статьях в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, и одном свидетельстве о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованной литературы из 129 наименований и двух приложений и содержит 137 страниц основного текста, 85 рисунков и 14 таблиц.