Содержание к диссертации
5ЕДЕНИЕ 5
АНАЛИЗ УСЛОВИЙ РАБОТЫ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ И СУЩЕСТВУЮЩИХ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ
ПАРАМЕТРОВ ИХ ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫХ УЗЛОВ 11
Анализ условий работы электроподвижного состава железных дорог 11
Анализ условий работы щеточно-коллекторного узла ТЭД 13
Анализ существующих устройств 17
Анализ динамики щеточно-коллекторного узда ТЭД 18
Анализ существующих систем контроля параметров щеточно-коллекторного узла ТЭД 24
Анализ существующих силоизмерительных методов и средств на базе НМАС для
устройства измерения параметров ЩКУ ТЭД 38
Выбор метода измерения силы и конструкции преобразователя силы нажатия щетки на коллектор 43
Выводы по главе 1 53
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПЕРВИЧНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОНОГО УЗЛА ТЭД 54
Математическая модель магнитоанизотропного преобразователя силы нажатия
щетки на коллектор ТЭД 54
Магнитное состояние НМАС 58
Электрическое состояние НМАС 69
Электромагнитные потери в НМАС 76
Магнитные цепи с НМАС при статических напряжениях сжатия 80
Магнитные цепи с НМАС при динамических стационарных силовых воздействиях
Выводы по главе 2 88
АНАЛИЗ СТРУКТУРНОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМ И ДИНАМИКИ
УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНОГО УЗЛА ТЭД 89
Выбор алгоритма измерения и схемы устройства 89
Анализ структурной схемы устройства контроля параметров щеточно-коллекторного
узла ТЭД 90
І Выбор электрической схемы устройства контроля параметров щеточно-коллекторного
узла электрических машин 95
Анализ надежности устройства контроля ЩКУ ТЭД 97
Динамика устройства контроля параметров щеточно-коллекторного узла ТЭД 100
Выводы по главе 3 111
АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ НА БАЗЕ НАПРЯЖЕННОЙ МАГНИТОАНИЗОТРОПНОЙ СТРУКТУРЫ 112
Классификация погрешностей устройства на базе НМАС 112
Основные погрешности устройства 113
Дополнительные погрешности устройства 119
Динамические погрешности устройства 122
Результирующие погрешности устройства контроля 124
Выводы по главе 4 127
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБЛАСТИ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ УСТРОЙСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЩКУ СИСТЕМЫ
КОНТРОЛЯ ТЭД 129
Методика экспериментальных исследований и опытная установка 129
Особенности изготовления устройства на базе НМАС 138
Области практического применения устройств на базе НМАС 146
Выводы по главе 5 152
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 153
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 155
ПРИЛОЖЕНИЯ 1
Введение к работе
В локомотивном хозяйстве России на протяжении многих десятилетий используется гтема планово- предупредительного ремонта (ППР) тягового подвижного состава (ТПС), . нормативной периодичностью и регламентированным составом основных работ. При )м используются единые технология и организация технических обслуживании (ТО) и сущего ремонта (ТР) тягового подвижного состава [20,21, 80].
Действующая система ППР ориентирована на средний уровень технического служивания ТПС. Для ее совершенствования приказами и указаниями МПС РФ гулярно устанавливаются перечень видов ремонта и среднесетевые нормы жремонтных пробегов на каждой серии ТПС. На их основе дорогами вводится фференцированные нормы для депо с учетом условий эксплуатации и ремонта.
Правила разработаны для каждой серии ТПС и предусматривают выполнение ачительной части работ в обязательном порядке - вне зависимости от наработки и :тояния оборудования каждой тяговой единицы. Другая часть должна выполняться в шсимости от результатов проверки узлов, систем и агрегатов (в особенности на ТО и 1). При этом информацией для оценки технического состояния локомотивов и жтропоездов на ТО-2, ТО-3 и ТР1, а следовательно и определение требуемого объема \донтных работ являются данные, содержащиеся в бортовом журнале (формы ТУ-152), иге ремонта (ТУ-28), которые заполняются локомотивной бригадой и достоверность этих иных зависит от субъективных особенностей машиниста [15,16].
Большое значение для повышения эффективности системы технического служивания и ремонта (ТОР) имеет достигнутый в управлении ею, об этом ндетельствует опыт создания информационно-управляющих систем, широко пользуемых за рубежом. Повышение надежности и сокращение эксплуатационных входов достигается путем совершенствования системы ТОР на основе сбора, стематизации, обработки и анализа больших объемов информации о техническом стоянии ЭПС. Данные характеризующие состояние отдельных узлов и ЭПС в целом лучают пользуясь, как встроенными, так и стационарными диагностическими гройствами. Обработка на ЭВМ информации, полученной при диагностировании узлов и эегатов, позволяет определить фактическое состояние ЭПС и выявить необходимость его монта. Внедрение диагностических комплексов, автоматизация сбора и обработки формации дает возможность при сохранении планово-предупредительного характера поднять ремонт ЭПС в соответствии с техническим состоянием в данный момент гмени.
Предотвращение отказов ЭПС в системе ТОР наиболее результативно достигается гда, когда удается выявить потери работоспособности оборудования ЭПС на самых нних стадиях это можно обеспечить путем использования технической диагностики в тестве составной части ТОР. От того насколько система диагностирования способна нарушить те элементы оборудования, которые приближаются к своему предельному :тоянию зависит уровень ТОР ЭПС в целом.
Актуальность темы исследования.
Надежность работы тяговых электродвигателей (ТЭД) на электроподвижном составе ПС) эксплуатируемого парка железнодорожного транспорта в значительной степени шсит от способности щеточного коллекторного узла (ЩКУ) обеспечивать нормальный госъем. Важным условием безаварийности работы ТЭД является допустимый износ плектора и щеток.
Одним из основных параметров данного узла является поддержание такого нтактного давления щеток на коллектор, при котором обеспечивается надежная «мутация.
На коллекторную щетку тягового электродвигателя помимо статического нажатия, даваемого нажимным устройством щеткодержателя, согласно приложения 1, действуют шичные динамические силы, обусловленные вибрацией щеточно-коллекторного узла, дшипниковых узлов ТЭД и механическим воздействием со стороны коллектора, в том еле и неуравновешенностью якоря, и со стороны редукторного узла колесно-моторного ока (КМБ) в целом. Эти факторы ухудшают условия коммутации и сужают зону зыскровой работы. При определенных условиях они могут привести к искрообразованию даже возникновению кругового огня по коллектору, которые согласно статистике, зывают повреждения не только ЩКУ ТЭД, но и приводят к появлению значительных ханических усилий, способствующих разрушению других узлов колесно-моторного ока электроподвижного состава, тем самым, создавая угрозу безопасности движения ездов[13,24,68,86]. В соответствии с данными проведенного исследования было установлено, что иболее ненадежным узлом на электропоезде является колесно-моторный блок моторного хша электропоезда и особенно ЩКУ ТЭД.
Существующие системы [10,14,34,41,45,46,47,62,93] могут быть взяты за основу и решении задачи по техническому контролю и диагностике ЩКУ ТЭД. Однако исанные системы решают только часть поставленной задачи, осуществляя контроль за лшнием либо щеточного узла, либо коллектора электрической машины и не позволяют нарушить дефекты на ранней стадии развития.
Поэтому исследование динамических факторов влияющих на работу ЩКУ, а также ) виброустойчивости является актуальной задачей, решение которой позволит дать (омендации по повышению эксплуатационной надежности ЩКУ ТЭД и перейти от зново-предупредительной системы ремонта к ремонту с учетом их фактического стояния.
Большое значение при повышении эффективности системы технического ;луживания и ремонта (ТОР) имеет достигнутый уровень управления ею.
В этой связи разработка методов и устройства измерения параметров ЩКУ, системы зтроля ТЭД, а также исследование динамических факторов, его виброустойчивости іяется актуальной задачей и представляет научный и практический интерес, так как ее пение дает возможность выполнять ремонт ТЭД в соответствии с техническим стоянием в данный момент времени, что соответствует концепции в области организации •юнта и эксплуатации ЭПС, выработанной на расширенных заседаниях Коллегий МПС » 2001-2002 г.г., и требованиям указания Р-373у «О совершенствовании технического тгроля и диагностирования подвижного состава» от 10.04.2003г.
Целью работы является разработка способов и устройства измерения параметров точно - коллекторного узла системы контроля тяговых электродвигателей ЭПС с учетом динамических факторов, на базе магнитоанизотропного преобразователя силы (МАПС), зволяющих повысить надежность и долговечность работы тяговых электродвигателей.
Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:
? разработка и исследования МАПС и его математической модели отражающей реальную и специфическую работу ЩКУ ТЭД;
? анализ схематических и конструктивных решений универсального многофункционального устройства системы контроля ЩКУ ТЭД;
1 анализ стационарных и нестационарных режимов работы устройства; исследование погрешностей устройства при контроле параметров ЩКУТЭД;
Методы исследования. Методологической и теоретической основой ссертационного исследования являются труды российских и зарубежных ученых, гциалистов в области ферромагнетизма, систем управления; ремонта и эксплуатации жтрических машин и ЭПС, среди которых: Д.И.Агейкин, Р.Бозарт, А.М.Бордаченков, С.Буль, А.И.Вольдек, В.Гейзенберг, М.Н.Гуманюк, А.А.Давидайло, А.Е.Дубинин, О.Курбасов, П.С.Лившиц, П.В.Новицкий, Е.П.Осадчий, М.А.Розенблат, В.З.Ройзен, О.Сергеев, Л.М.Твердин, И.М.Тетельбаум, С.Тикадзуми, В.П.Феоктистов, Г.И.Шевченко (Р В работе использованы: теория электрических цепей, теория вероятности, итационное моделирование, а также моделирование и экспериментальные исследования лабораторных макетах и реальных ТЭД.
Достоверность и обоснованность научных положений подтверждается применением жватного математического аппарата, соответствием результатов теоретических следований и расчетов, математического моделирования и экспериментальных следований в лабораторных и условиях ремонтной базы депо. Результаты полученные гором, не противоречат раннее полученным другими исследователями.
Научная новизна исследований заключается в следующем:
1. Разработана математическая модель первичного преобразователя МАПС, отражающая специфическую работу ЩКУ ТЭД и учитывающая силу нажатия щетки на коллектор ТЭД, что позволило смоделировать и оценить работу устройства как в статическом, так и в динамическом режимах .
2. Создано и всесторонне исследовано устройство измерения параметров ЩКУ, системы контроля ТЭД позволившее повысить надежность и долговечность работы тягового электродвигателей, за счет оптимизации системы ремонта, путем увеличения числа контролируемых параметров ЩКУ ТЭД.
Практическая ценность.
Полученные в диссертации результаты работы позволили:
- изготовить универсальную конструкцию устройства адаптированного к лшуатируемому парку ЭПС;
- усовершенствовать систему ремонта и эксплуатации коллекторных электрических шин, увеличивая их надежность и долговечность работы; - получить значительный экономический эффект в процессе эксплуатации электрических машин от экономии электроэнергии и увеличения срока службы элементов ЩКУ и тягового двигателя в целом.
Результаты исследований использовались в лабораторных условиях, в мотор-хшном депо ГУП «Самаратранспригород» и локомотивном депо Сызрань Куйбышевской лезной дороги.
Основные положения, выносимые на защиту и развиваемые в диссертационной юте:
- анализ условий работы тяговых электродвигателей электроподвижного состава лезных дорог и существующих средств его диагностики, позволивший разработать гройство для измерения параметров ЩКУ, системы контроля ТЭД;
- математическая модель первичного преобразователя (МАПС) устройства контроля точно - коллекторного узла ТЭД, отражающая реальную и специфическую работу ЩКУ
Д;
- структурная схема и анализ динамики устройства системы контроля щеточно -шекторного узла ТЭД;
- анализ погрешностей МАПС и системы контроля;
- результаты экспериментальных и технологических исследований МАПС и родства системы контроля щеточною - коллекторного узла тяговых электродвигателей практического применения устройства.
Экспериментальные исследования устройства на базе МАПС подтвердили іесообразность его внедрения для диагностики ЩКУ ТЭД на электроподвижном составе пезнодорожного транспорта, так как не только не противоречит Правилам ремонтам іктрических машин ЭПС, но и расширяет диапазон контролируемых параметров ЩКУ д.
Апробация работы. Основные разделы работы, а так же отдельные положения были :уждены и одобрены на:
- IV Российской научно-технической конференции «Методы и средства измерений зических величин» (г. Нижний Новгород, НГТУ-1999г.)
- IV Российской научной конференции профессорско-преподавательского и кенерно-технического состава (г. Самара, ПГАТИ, 1999г.) - Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений»
Нижний Новгород; Верхневолжское отделение Академии технологических наук, 2000
- Российских научных конференциях профессорско-преподавательского состава, сотрудников и аспирантов (г. Самара, ПГАТИ-2000,2001,2002,2003г.)
- межвузовской научно - практической конференции «Вклад ученых вузов в научно технический процесс на железнодорожном транспорте», (г. Самара, СамГАПС - 2003г.)
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 16 научных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, иска использованной литературы и приложений.
Основной текст изложен на 149 машинописных страницах и содержит 12 таблиц, 71 гунок. Список использованной литературы включает 98 наименований.
