автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Диагностирование тягового привода электровоза с опорно-осевыми двигателями

Введение.

1. Анализ условий работы колесно-моторных блоков электровозов.

1.1. Условия работы колесно-моторных блоков электровозов при их эксплуатации на Забайкальской железной дороге.

1.2. Неисправности колесно-моторных блоков и их возможные причины.

1.3. Обзор исследовательских работ по износам несущих поверхностей деталей и колесно-моторных блоков электровозов.

1.4. Постановка задач исследования.

2. Анализ изменения контролируемых параметров колесно-моторных блоков в эксплуатации.

2.1. Методика сбора статистического материала и предварительная обработка.

2.2. Определение значимой группы параметров и факторов. Построение системы прогнозирования.

2.3. Анализ регрессионных зависимостей основных параметров состояния колесно-моторного блока.

3. Исследование динамических свойств колесно-моторного блока с учетом процессов в подшипнике скольжения.

3.1. Разработка математической модели колесно-моторного блока с учетом динамических процессов.

3.2. Оценка влияния несимметрии упругих свойств колесно-моторных блоков на диагностические параметры колесно-моторного блока.

3.3. Оценка коэффициента жесткости подшипника скольжения с учетом изменения радиального зазора.

4. Разработка системы диагностирования моторно-осевого подшипника.

4.1 Моделирование динамических процессов, протекающих в колесно-моторном блоке для определения режимов диагностирования.

4.2 Определение диагностических закономерностей параметров виброакустического сигнала при изменении радиального зазора моторно-осевого подшипника.

4.3 Результаты экспериментальных исследований динамических процессов, протекающих в колесно-моторном блоке.

Одной из важнейших технических задач, на железнодорожном транспорте, является обеспечение надежности устройств электрического подвижного состава и, в частности, отдельных элементов, определяющих работоспособность технических устройств локомотива в делом.

Решение этих задач возможно двумя путями. Первый - выбирать способы увеличения ресурса узла, модернизируя составляющие его детали или применяя материалы с лучшими свойствами [21, 25, 31, 56, 57, 58]. Другой путь- это создание устройств диагностирования с целью оценки технического состояния узла и затем остаточного ресурса, а по результатам диагностирования проведение восстановления работоспособности узла [22, 23, 24, 37, 38, 50, 51, 52, 62, 66, 67, 72, 74].

Для выбора пути решения поставленной задачи необходимо учесть специфику работы, особенности технического исполнения, экономическую целесообразность и, наконец, возможности потребителей при внедрении новой разработки. При этом требуется обеспечить плавность перехода на новую разработку при поддержании высокого уровня безопасности, в том числе и в переходный период.

Службы локомотивного хозяйства обеспечивают работоспособность всех узлов локомотива по системе планово- предупредительных ремонтов. Смысл, которых, заключается в разборке агрегатов через определенное время с целью определения их технического состояния и, если потребуется, замены изношенных деталей. Этот способ позволяет обеспечивать необходимые требования к работе парка только соответствующим парком оборудования и персоналом, который необходим для проведения ремонтных работ.

В системе планово-предупредительных ремонтов прослеживается один большой недостаток, играющий стратегическую роль в условиях рыночной экономики. Ремонт по системе планово-предупредительных ремонтов приводит к таким нежелательным последствиям как чрезмерный расход материалов, например, смазки, необходимости долговременного вывода локомотива из эксплуатации для уточнения его состояния и, как следствие, вынужденное увеличение производственных площадей, штата ремонтных бригад и эксплуатационного парка. К тому же это обязывает ремонтные подразделения депо содержать переходной комплект уже собранных и работоспособных узлов для локомотивов [65].

Для экономии финансовых и материальных ресурсов предприятия, в настоящее время, депо ориентируется на постепенное внедрение в существующую систему планово-предупредительных ремонтов средств технической диагностики для перехода на систему ремонтов подвижного состава по его техническому состоянию. Используемые в настоящее время приборы, системы диагностирования перенесены из других отраслей промышленности и транспорта и на железнодорожном транспорте внедряются с большими трудностями. Это вызвано отсутствием разработанных именно для устройств железнодорожного транспорта методик диагностирования, содержащих диагностические признаки неисправностей, их браковочные уровни с учетом специфики железнодорожного транспорта. Переход на новую систему задерживается из-за отсутствия средств технического диагностирования, надежных методик и алгоритмов диагностирования. В этой связи задача разработки методик диагностирования технического состояния наиболее нагруженных узлов и элементов конструкции электровозов без разборки с целью определения их состояния является актуальной и требует первостепенного решения.

Одним из ненадежных элементов ходовой части электровозов серии «ВЛ», оснащенных тяговыми двигателями, опирающимися на ось колесной пары, является узел моторно-осевого подшипника тягового двигателя, работающего в режиме ударных нагрузок, характеризующихся значительными ускорениями

33, 35, 36, 59]. От технического состояния этого узла во многом зависит и безопасность движения. В настоящее время в системе МПС РФ весь парк грузовых электровозов оборудован этим типом привода. Обслуживание и ремонт моторно-осевых подшипников этого привода занимает значительную долю времени в сумме времени, затрачиваемого на ремонтные работы. Затраты времени связаны с необходимостью демонтажа тягового привода для выявления дефектов подшипников, зубчатой передачи, якорных подшипников и других деталей.

Тяговый привод с опорно-осевым подвешиванием тягового двигателя относится к первому классу тяговых приводов (по классификации профессора И.В. Бирюкова) и по своей сути является динамически нагруженным. Его кардинальная модернизация может быть осуществлена только переходом в следующий класс тяговых приводов.

В этой связи для существующих тяговых приводов этого класса актуальными являются задачи продления срока службы, сокращения ремонтных расходов, повышения качества ремонта.

Для решения поставленных задач представляется целесообразным применить диагностирование, как метод увеличения срока службы составляющих деталей при объективной картине технического состояния интересующего узла и позволяющего контролировать время безотказной работы. В этом случае можно прогнозировать остаточный ресурс, что не приведет к необходимости разборки узла для уточнения технического состояния, и таким образом сократить непроизводственные затраты в системе планово-предупредительных ремонтов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ эксплуатируемого парка грузовых электровозов с опорно-осевыми двигателями показал, что большое количество их эксплуатируется на железных дорогах России и их техническое состояние в значительной степени определяется состоянием колесно-моторного блока.

2. Анализ литературных источников по исследованию и разработке диагностических методов определения технического состояния тяговых приводов с моторно-осевыми подшипниками скольжения показал, что не существует методик диагностирования состояния моторно-осевых подшипников электровозов. Оценка технического состояния КМБ производится по величинам контролируемых параметров путем прямых измерений и, как правило, при разборке КМБ.

3. Исследования показали- что влияние таких внешних факторов, как состояние железнодорожного пути, среднеучастковая скорость и температура окружающей среды на величины приращений контролируемых параметров незначительно, в большей степени их величины зависят от пробега и весов поездов.

4. Внешние факторы (общий пробег и средний вес поездов) являются в среднем стабильными величинами и определяют среднюю скорость износа узлов КМБ на рассматриваемом участке эксплуатации электровозов.

5. Полученные в работе регрессионные зависимости позволяют прогнозировать будущие величины зазоров и других контролируемых параметров по известным значениям радиального зазора МОП с учетом при выполненных и планируемых пробегах локомотива и средней массе состава.

6. Разработанная математическая модель КМБ, учитывающая радиальный зазор в МОП, торсионные жесткости оси колесной пары, хвостовиков вала якоря, электрическую часть тягового привода позволила получить косвенные признаки величины радиального зазора МОП.

7. В качестве диагностических признаков величины радиального зазора в МОП используются параметры частотного спектра процесса колебания КМБ после выключения питающего напряжения тягового двигателя.

8. Исследование структуры спектров при различных величинах зазоров показали, что характер зависимости центральной частоты основной частотной составляющей спектра от радиального зазора -логарифмический, а амплитуды основной частотной составляющей спектра от радиального зазора МОП - линейный.

9. Диагностические признаки величины радиального зазора МОП находятся в интервале от 10 Гц до 70 Гц спектра ускорений виброакустического сигнала.

10. Разработанный алгоритм и компьютерная программа для оценки контролируемых параметров по величине радиального зазора внедрена в депо Чита-1 Забайкальской железной дороги.

11. С помощью разработанной математической модели КМБ оценены электрические параметры диагностического режима, который состоит из ряда операций: включение тягового двигателя, разгон в пределах 0,5 сек. при подгормаживании колесной пары, сброс нагрузки, регистрация вибраций и анализ спектра ускорений.

1. Антонов А.Л. Остапенко В.М. «Динамические нагрузки в тяговом приводе электровоза ЭП10», Новочеркасск, сб. науч. трудов ВЭлНИИ, т. 39, 1998.

2. Ахвердиев К.С., Кореневский В.И., Лебедева И.В. «Нелинейные эффекты воздействия смазки на шип подшипника скольжения при осевой подаче смазки», Ростов на Дону, Межвуз. сб. науч. трудов, 1995.

3. Ахвердиев К.С., Лебедева И.В. «Гидродинамический расчет подшипника с неоднородным пористым шипом при осевой подаче смазки», Ростов на Дону, Межвуз. сб. науч. трудов, 1995.

4. Ахмедов М.Х. «Анализ предельных режимов нагружения и повышение надежности моторно-осевых подшипников тепловозов в условиях жаркого климата среднеазиатского региона», Омск, ОмИИЖТ, автореферат, 1988.

5. Ахмедов М.Х. «Стенд для испытания вибростойких моторно-осевых подшипников колесно-моторных блоков тепловозов», Омск, Межвуз. сб. науч. трудов ОмИИТ, 1986.

6. Беляев А.И., Ткаченко В.Н. «Оптимизация расчета подшипников качения в осевых опорах тяговых приводов локомотивов», М., Вестник ВНИИЖТа №5,1990.

7. Бирюков. В.И. «Абразивное изнашивание газопромыслового оборудования», М., Машиностроение,. 1970.

8. Биргер И.А. «Техническая диагностика», М., Машиностроение, 1978.

9. Буше Н.А. «Подшипниковые сплавы для подвижного состава», М., Транспорт, 1967.

10. Вальдма. Л.Э. «Лабораторные испытания металлов на износостойкость при трении с абразивной прослойкой», М., Станкостроение, 1965.

11. Вентцель Е.С. «Теория вероятностей», М, Высшая школа, 1998.

12. Володин А.И., Попков В.В., Вихирев В.В. «Диагностирование форсунок по параметрам вибрационных процессов», Омск, ОмИИЖТ, тезисы научно-технической конференции, 1986.

13. Воронков Б.Д. «Подшипники сухого трения», Л., Машиностроение, 1979.

14. Голов Ф.В., Ермаков Ю.Д., Девяткин C.B. «Виброаккустическое определение фактических фаз газораспределения дизеля», М., Двигателестроение №6, 1985.

15. Головинов Г.Г. «Повышение работоспособности моторно-осевых подшипников скольжения тепловозов при низких температурах», М., МГУ ПС (МИИТ), автореферат, 1984.

16. Головинов Г.Г. «Формирование антифрикционных процессов контактного взаимодействия высоконагруженных триботехнических элементов тяговых приводов тепловозов», Луганск, Восточно-украинский ГУ, автореферат, 1997.

17. Головинов Г.Г. «Экспериментальные исследования смазочных материалов моторно-осевых подшипников тепловозов», Киев, Конструирование и производство транспортных машин, вып. 24, 1994.

18. Головинов Г.Г., Евстратов A.C., Коропец А.П. «Экспериментальные исследования температурной напряженности моторно-осевых подшипников», Харьков, Конструирование и производство транспортных машин, вып. 14, 1982.

19. Гребенюк П.Т., Долганов А.Н., Некрасов O.A. и др., «Правила тяговых расчетов для поездной работы», М., Транспорт, 1985.

20. Доан Д.В. «Продление долговечности зубчатых колес тяговых передач тепловозов», Луганск, автореферат, 1996.

21. Гиоев З.Г., Жуков В.Н., Роде Л.О. и др. «Виброакустическая диагностикатягового привода локомотивов», Новочеркасск, сб. науч. трудов ВЭлНИИ, т. 39, 1998.

22. Гиоев З.Г. «Виброакустическая диагностика тяговых локомотивов», Ростов на Дону, сб. науч. трудов, вып. 175, 1983.

23. Гиоев З.Г., Захаров А.П., Истомин И.С., и др. «Виброакустическая диагностика источников вибраций тяговых электрических машин локомотивов», Новочеркасск, Электровозостроение, т. 33, 1993.

24. Дорошук А.И., Кравченко А.И. «Об оценках прочности тяговых зубчатых передач электровозов», Новочеркасск, сб. науч. трудов ВЭлНИИ, т. 16, 1976.

25. Евдокимов. В.Д. «Условия моделирования процессов граничного трения и износа в подшипниках скольжения», Рига, Труды РИИЖТ, 1972.

26. Емельянов Ю.В. «О программно-целевом планировании при разработке тепловозов», М., Железнодорожный транспорт, серия «Локомотивы и, локомотивное хозяйство», вып. 2,1992.

27. Ермаков Ю.Д. «Диагностирование клапанного механизма газораспределения тепловозных дизелей по параметрам виброакустических сигналов», М., МГУ ПС (МИИТ), автореферат, 1997.

28. Закс Л. «Статистическое оценивание», М: «Статистика», 1976.

29. Икрамов У.А. «Механизм и природа абразивного изнашивания», М., Машиностроение, 1979.

30. Каликин М.М. «Подшипниковые узлы высокоскоростных тяговых электродвигателей электровозов», Новочеркасск, сб. науч. трудов ВЭлНИИ, т. 38, 1997.

31. Кармадонов А.Ф. «Изучение процесса абразивного износа на прозрачных образцах», М., Вестник машиностроения, 1965.

32. Карпенко В.В. «Вибрационная надежность тягового электродвигателя и методы ее прогнозирования», М., МГУ ПС (МИИТ), автореферат, 1991.

33. Кащеев. В.Н. «Абразивное разрушение твердых тел», М., Наука, 1970.

34. Киселев В.И. «Закономерности возникновения виброударных колебаний в тяговых электрических приводах локомотивов», М., МГУ ПС (МИИТ), автореферат, 1992.

35. Киселев В.И. «Исследование динамики тяговых электродвигателей тепловозов», Алма-Ата, Всесоюзный съезд «Теория механизмов и машин», Тезисы докладов, 1977.

36. Кондратьев А.И., Константинов К.В. «Моделирование виброакустических полей электрических машин», Хабаровск, 1999.

37. Константинов К.В. «Исследование виброакустических полей динамических электрических машин», Владивосток, автореферат, 1999.

38. Козлов Л.Г., Карпенко В.В., Голобродский И.А., Самохвалов В.Ю., Халыпа В.М. «Исследование связанных колебаний конструктивных элементов тягового электродвигателя», М., Вестник ВНИИЖТа, №2,1990.

39. Колесов. В.Г. «О повышении долговечности деталей, изнашивающихся при трении о грунт, и о рациональном выборе сплавов для их наплавки», М., Вестник машиностроения, 1961.

40. Коссов B.C. «Динамическая нагруженностъ опорно-рамного тягового привода локомотива с редуктором на оси и методика его ускоренных ресурсных испытаний», М., ВНИИЖТ, автореферат, 1992.

41. Костецкий. Б.И. «Износостойкость деталей машин», Киев, МашГИЗ, 1950.

42. Костецкий. Б.И. «Надежность и долговечность машин», Киев, Техника, 1975.

43. Крагельский. И.В. «Основы расчетов на трение и износ», М., Машиностроение, 1977.

44. Крагельский. И.В. «Трение и износ», М., Машиностроение, 1968.

45. Лебедева И.В. «Разработка методов расчета подшипников скольжения с микрополярной смазкой и усовершенствование системы подшипник-фильтр», Ростов-на-Дону, РТУ ПС, автореферат, 1997.

46. Лоренц. В.Ф. «Износ деталей сельскохозяйственных машин», М., Труды1. МИИТа, 1948.

47. Львов. П.Н. «Абразивный износ и защита от него», М., МашГИЗ, 1959.

48. Мозгалевский А.В., Гаскаров Д.Г. «Техническая диагностика», М., Высшая школа, 1975.

49. Ми кита Г.И. «Виброакустическая диагностика подшипниковых узлов тягового привода вагонов метрополитена», М., автореферат, 1999.

50. Ми кита Г.И. «К вопросу диагностической классификации спектральных образов тягового привода», М., Межвузовский сборник, ч. 1, 1999.

51. Михаленок Н.О. «Эффективность технического диагностирования тепловозов за счет повышения их топливной экономичности», Самара, межвузовский сборник, вып. 5,1992.

52. Мукутадзе М.А. «Неоднородный пористый подшипник переменной толщины и конечной длины с подачей смазки через поры вкладыша», Ростов-на-Дону, РГУ ПС, автореферат, 1995.

53. Мукутадзе М.А. «Распределение давления в неоднородном пористом подшипнике переменной толщины», Ростов на Дону, Межвуз. сб. науч. трудов ДГТУ, 1993.

54. Наговицин В.С. «Совершенствование системы технического содержания и ремонта электровозов постоянного тока», Екатеринбург, УГА ПС, автореферат, 1996.

55. Орлов В.В. «Технологические основы повышения работоспособности тяговых зубчатых передач локомотивов», М., автореферат, 1998.

56. Орлов В.В. «Вопросы исследования зубчатых колес тягового редуктора тепловозов в эксплуатации», М., сб. науч. трудов МИИТа, вып. 390, 1971.

57. Орлов В.В., Потатуркин В.П. «Установка для поверхностного упрочнения зубчатых колес», М., журнал «Станки и инструмент» №4,1974.

58. Остапенко В.М. «Эффективность применения упругих зубчатых колес на электровозах», М., Труды ВЭЛНИИ, т. 29, 1988.

59. Пархоменко П.П. «Основы технической диагностики», М., Энергия, 1976.

60. Павлов Б.В. «Акустическая диагностика механизмов», М., Машиностроение, 1971.

61. Павлович В.Е., Чернов Г.И. «Влияние технического диагностирования тепловозов на показатели перевозочного процесса», Самара, межвузовский сборник, вып. 5,1992.

62. Попков В.В. «Оценка качества функционирования топливной аппаратуры тепловозных дизелей методом виброакустического контроля», Омск, ОмИИЖТ, автореферат, 1990.

63. Проников. А.С. «Надежность машин», М., Машиностроение, 1978.

64. Пузанков А.Д. «Надежность тепловозов экономические аспекты решения проблемы», Самара, межвузовский сборник, вып. 5, 1992.

65. Просвиров Ю.Е. «Проблемы совершенствования систем диагностирования тепловозных дизелей», Самара, 1999.

66. Просвиров Ю.Е., Носырев Д.Я., Павлович Е.С. «Основы оценки и проблемы повышения качества тепловозов», Куйбышев, КИИТ, 1988.

67. Санина Л.Д. «Разработка основ усовершенствования работы металлополимерных подшипников скольжения с использованием новых моделей течения двухслойных смазочных композиций», Ростов-на-Дону, РГУ ПС, автореферат, 1998.

68. Сергиенко П.Е., Остапенко В.М. «Особенности динамических процессов в колесно-моторном блоке с опорно-осевым подвешиванием при буксовании», Новочеркасск, сб. науч. трудов, т. 33, 1993.

69. Тененбаум. М.М. «Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин при абразивном изнашивании», М., Машиностроение, 1966.

70. Тененбаум. М.М. «Сопротивление абразивному изнашиванию», М., Машиностроение, 1976.

71. Удодов Ф.П., Танков В.М. «Нормирование виброактивности якорных подшипников тяговых электродвигателей», Новочеркасск, сб. науч.трудов, т. 33, 1993.

72. Хоперский Ю.В., Апалькин В.Н., Красницкий Ю.М. «Статистический анализ вибрации тяговых двигателей», Новочеркасск, сб. науч. трудов, т. 16, 1976.

73. Хрущов. М.М. «Абразивное изнашивание», М., Наука, 1970.

74. Черкасов Т.С., Ступак Е.П., Санина Л.Д., Головко B.C. «Математическая модель упорного подшипника скольжения, содержащего на рабочей поверхности слой полимерного материала», Ростов на Дону, Межвуз. сб. науч. трудов ДГТУ, 1997.

75. Чичинадзе. А.В. «Расчет и исследование внешнего трения при торможении», М., Наука, 1967.

76. Южаков. И.В. «Анализ факторов, определяющих интенсивность изнашивания сопряжения гильзы цилиндр-кольцо автомобильных двигателей», М., Машиностроение, 1976.

77. Ямпольский. Г.Я. «Исследование абразивного износа элементов пар трения качения», М., Наука, 1973.

78. Artiles A., Heshmat Н. «Analysis of starved journal bearings including temperature and cavitation effects», «Trans. ASME J. Tribol» №1, 1985.

79. Buckholz R.H., Hwang B. «The accurancy of short bearing theory for Newtonian lubricants», «Trans. ASME J. Tribol» №1, 1987.

80. Buckholz R.H. «Effect of power law, non-Newtonian lubricants on load capacity and friction for plane slider bearings», «Trans. ASME J. Tribol» №1, 1986.

81. Bertne D., Michaud M., Flamand L., Godet M. «Effect of roughness ratio and hertz pressure on micropits and spalls in concentrated contacts», Proc. Leeds1231.on Symposium, 1997.

82. Breau J.Y., Fukui M., Murphy W.R., «New Developments in Industrial Gear Lubrication», Tokyo, 1981.

83. Daniel G.P., Murphy W.R., «Практическое использование промышленных смазочных масел на основе полиальфаолефинов для зубчатых передач», Paris, Textes conf. Vol. 1, 1986.

84. Kimoto E. Quarterly Report of RTRI, 1998, №3, ж-л «Железные дороги мира», №6, 1999.

85. Mokhtar М.О.А., Aly W.Y., Shawki G.S.A. «Computer-aided study of journal bearing with undulating surfaces», «Trans. ASME J. Tribol» №4, 1984.

86. Malik M., Rodkiewicz Cz.M. «On slip flow consideration in gas-lubricated porons bearings», «Trans. ASME J. Tribol» №4, 1984.

87. Olver A.V. «Микропитгинг и деформация неровностей», Development in•fhnumerical and experimental methods applied to tribology 10 Leeds-Lyon Symp. Tribol. Lyon, Discuss., 1983.

88. Sasada T. «Wear research in Japan: trends and future directions», «Wear» №3, 1984.

89. Schlenker H.O. «Synthetic Lubricant Upgrades on Worm Gear Capacities», Power Transmission Design, 1982.

90. Рис. 1. Скорость изменения радиального зазора МОП.0X13 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06мм/мес

91. Рис. 2 . Скорость изменения разбега остова тягового двигателя.

92. Рис. 3. Скорость изменения свеса шестерни.11 20 18 16 1412 108 6 4 21. ШШ10.010 015мм/нес

93. Рис 4. Скорость изменения толщины зуба шестерни.