автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Повышение надежности тяговых электродвигателей улучшением контроля их температурных характеристик

Мвнестерство путей сообщения РФ РОСТОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕН«! ИНСТИТУТ ИШНЕРОВ ЖЕЛЕЭНСЩСРСЯНОГО ТРАНСПОРТА

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ТЯГОВЫХ аШСТРОДВИГАТЕЛЕЙ УЛУЧШЕНИЕМ КОНТРОЛЯ ИХ Т-ЛЦРАТРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

05.22.07 - Подвшшо4 состав железных дорог и . тяга поездов

АВТОРЕФЕРАТ

диссер/ацяи па соискание ученой степени кзндпдаи технических наук

На правах рукописи

ШЮХОВ ЕВГЕНИЙ МИХАИЛОВИЧ

УЖ 629.133

Роотов-Н'-Дояу 1992

/

Л

у

/

/

'îKimcrepcîBO путеЛ <az¿.::...-...r¡ Г". РССТОВСШ ОРДЫА ТРУДНОГО КРЛС.^Л .УГСТИТУТ KPaüIEPÖB EEIiESiGüOFOZilOi'O Ti'AÜCüÜ

íh прага): ■ •:•:

JDÎOXOB ЕВГПЗЫ ''ИАЛЛОП!!?

yM G2'j . IC'-3

ЬОЮЛЗПЕ ЩДЬеИОСТИ ТЯГОШХ аТЕКТРОДЕГГАТЕЖ: УЛУЧьлШЕМ КОНТРОЛЯ ИХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ УЛРАКТЕРГ»СПК

05.22.07 - Подпнгнса состав г.ело?шпс дорог и ï>ir? поезди

А В Ï О Р Е • ' 2 Р А Т

диссортацва па соискэшш yqcsoit степени кандидат технических наук

Ростс:;-на-Дону IS92

с ' ::олийШ 1) Самарском imoturvrc. фшшорэв ¡..ш^ноло;!.: ■ -„¡орто имени M.T.&teiapooi* и на Куйбыпювсксл г.слошш.

»>• л)0диталь - ЗаслужонниЛ даятоьь науки ц то;;»м:к;: 5', доктор технических Htiy£, проноси..; Павлович Евгонш! Станиславов:!1;-

•Гччша консультант - каадвдат фпзяио-математических и_"..

доиэнт Стршчш (Qpiiii Федорович.

Орицпалышо оппонент - член-корреспондент акаце/-ми •тронсиэрк»

доктор технических наук, npajecco. Ккаииков Влащшир' Николаевич; кандидат технических наук, цоц-.^t Руднев Владимир Сергееву

Ведущее предприятие - Главное управление' локомотивного хозяйства Ыинпстерстваа путей сос.доння РФ.

Защита диссертации состоится "_//" ij&iLij ¿Zj 1932 г. в "-/3- часов на гаседлЩ! специализированного совета К. 114.0Г\01 при Ростовском институте кнаеноров яелезнодорояшго транспорта по адресу. 344017, г. Ростов-па-Дону. пл. Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2,оуд. 33<Jh .

С диссертацией можно знакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан . . /т . V1^"- • • Is32 г-

Отзшз на автореферат в двух зкреглплярах, заверешшх гербовой лечатьв, проспы направлять в адрес совета иис .'итута.

Учений секретаре специализированного совета к.т.п., доцеи?

М.Л .Лившиц

ОЩАЯ ХЛР^ТШ^МЛ Г'ЛБШ

Актуальность теми. Для удоаяотворен¡ш Росспигчон »•эде^аиай п перевозка: необходимо пов'тть эг^октлпаость рпопты г злэзнэдор ного транспорта, что в значительно!! мера зависит от падог"ости подвц.тло! о состава и особенно 'тяговых электродвигателей (ТЭД) хчоктройозов и тепловозов. Од..ако до последнего времени около 20 % отказов электровозов преходится на тягсгло с лстродагтаго-ли, значительная пасть которых пнзпзнэ пэрегревом их в условиях зксплуатац!!!!.

Диссертационная работа явллогся сосгавиой частью пссяедовэ-шй СамЛТа, вшголнгэмих по ..роблемэ надежности и .экономичности локомотивов в юотЕетотвпп с отрасле. эй научно-тех; лческоИ программе.! МПС 0b4.01.02.03 "Разработать п внедрить высоко адъективные тех», логические процессу и технические -¡редст з в локомотия-ьлл хозяйство'.

• Цчлъ работы. Разработка мотодов и сродств, с г. мощью которых можно повысить надежность ТЭД путем улучшения контроля их температурных характеристик. :

В соответствии с поставленной пельа в раоотэ репещг следунциэ задачи:

- выполнен анализ надежности ТЭД в э пплуатаияи по .энным сети дорог и Средне-Вэлиикого региона России;

- рассмотрены принншш, готоды в приборы для изморояи* температурных характеристик;

- исследованы математически«» модели оценки пде юсти ТЭГ п выбррча модель соответствующая задаче повниенпл наде: ;Ости ТЗД в условпях эксплуат. лип за счот улучсения контроля их температурных характеристик;

- раз^аботанг методика, алгоритм а программа расчет топлових порамс гроо ТЭД в условиях стендовых испытаний и при ъроведенин опытных поездок электровозов с поездами;

- созданы контрольно-измерительные приборы для опенки томпо-ратурных характеристик ТЭД;

- проведаны стендовые испытания и опытные поездки с целью : зу-ченпр томпоратурных параметр--з ТЭД и обработаны полученные результаты;

о

- разработана структурная схема бортовой информаиионно-измо-ритольной системы для контроля за температурными харшгэрцсгшо;-¡л; ТЭД в условиях эксплуатации и составлен л технической заданно jjii со проектирование;

- предложена методика определения экономического в{)$екта, vonuii может быть получен при впепренип результатов выполняемы:: исследований и дана ориентировочная ого опенка.

Нгучтцют и мототтика исслотю я tur'. D работе проводились исследования на базе ТЭД ТЛ-"KI электровозов ШНО^ Куйадзевскол келез-iioü дороги. При этом использовались методы системного анализа, математичесол статистики и теории вероятностей, коррг шииошшй и регрессионны.! анализа, моделирование на ЭВМ.

Экспериментальные исследования выполнены с испо."ьзовышеи стандартной измерительной аппаратуры и созданной iip« участии автора.

Научная новизна. Высказана идея возможности повышения надежности ТЭД улучшением контроля их температурных характеристик. Собраны новые данные о "одежности ТЭД электровозов ЕЛ1С- в Средне-Волжском регионе России. Разработаны мг"одики получения температурных характеристик ТЭД в стендовых и эксплуатационных условиях, а также алгоритмы и программы для обработки на ЭЪ..1 результатов исследований.

Разработан и защищен авторским свидетельством на изобретение прибор -устройство для измерения температуры обмоток электричес-1..ix машин.

практическая ценность и pea изпния работн. С Ешолнание.ч ис-с.лецов..лий, представленных в циссертаииив появилась возшшюсгь повышения нац! шости ТЭД в условиях эксплуатации за счет контроля и записи их температурите харакг^ристик. ___

Машинисту могут быть созданы условия W ' получция постоянной информации о температурном состоянии ТЭД. Разработана структурная схема öoprsnoä и»| рмационно-изме_ игольной системы для кон роля температупы ТЭД (БИИС -Т- ЭДТ) и составлено техническое задание на ее проектирование. Результаты исследований попользованы при корректировке реяишшх карг вождения поездов.

Апробация работы. Основные материалы диссертации дашэы и обсуждены: на технико-экономичоско.. совета службы локомотивного хозлйстп Куйбышевской Ордена Ленина железной дороги (Самара. -1988, 1991 г.г.), на X областной научно-тс-хпической конференции

(Куьбышев, I9P8 .), на ХХХУ1 "чучно-ыхни iecKoil kohï .¡рент ш ХабШГТа (Хабаровск, 1913 г.), на техническом совете локомотивного депо Ульяновск (Ульяновск, 1991 г.), на H8"4HO-ïoope.лоском семинаре кафедры "Локомотивы" "акйИТа (Самара,1990, 1992 г.г.).

Публикации. Пи теме Д"соерга*таи опубликовано 3 poöffr, в том числе одно авторское свидетельство на изобретение.

Обьем и структура работы. Диссерп ш состоит иэ 6 раа^тлов, введения, выводов и рекомендаций (основных результатов работы), списка исл^ль-теанннх источников il приложений. Ока содержит ¿-О страниц машинописного текста, 25 DHCjtatOB, 21 табл1;'4у, 16 ирпложв-ний, 61 наименование исгользозанних литературных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАЖЫ

Во введении обосног на актуальность выбрапной ¿яш зфо^чгли-рованы цель и задачи исследования.

I. Проблема надежности тяговш. олоктродвягптолей и иссл^дова-ния в эт-ij области.

ьадогшость локомотивов - одна из актуальных проблем ,т.алезподо-рожного транспорта. Цля решения гтг"» проблемы большое значение имеет теория надежности. Используя положения теории няпош сти, ксжио разработать научно-обосноваинуп с зтоглу мероприятий, осу-ществлр-'ио которой при совладении требовании безопасности движения обеспечивает и 'г-гальную работу локомотивов с нпимонътатен затратам'-. Это система доляаг охватывать все периоды "жизн.;" локомотива - проектирование, изготовление, эксп-уагацию и ремонт.

Одним иэ важнейших агрегатов, от наде.тлол работы которог. завися» нормальное функционирование тягового подвижного состава в е-лом, яшшотся тяговш! электродвигатель (ТЗД). На электровозах ТЭД составляют ДО t нэспы, в них теряется 7-9 % электроэнергии, раг-о-дуемоЛ на тягу поеьдов, стоимость ТЗД достигает 25 % пени ¡электровоза.

Проблеме надежности ТЗД погпяаптш многочисленные исследования. Это прежде всого работы И.П.Исаоза, М.Д.Находкина, А.В.ГорскогС, О.А.Некрасова, М.М.Хазена, Р.Г.Швятуллина, В.Г.Ыербакова, A.C. Курбасова, Д.Д.Захарченко, И.А.Ротанова, А.П.Матвеевичева, Л,Г. Козлова, В.Г.Галкяна, В.П.Парамзпиа, В.А.Четвергова, В."'.Волкова, А.Г.Суворова а многих других ученых,

' нестоящее лремя на лош.ливах о электрической г^рода'^Л используются ка.ле roí тяговые двига- постоянного и пульсирующего тока, при этом совре;. .иные тяговые двигатели электропод-ви&ного состава мощностью порядка IOOQ кВт являю/ся весьма нап-тхеннь. ;я машинами в отношении тепловых нагрузок, коглмутэпиошшх условий на коллекторе, механической прочности коллектора и крепления j^-прноЯ обмотки.

Рулить задачу тепловой надежности (обосновать необходимые меры »;о охлаждению) можно путем пасчета тепловых режимов цла выпсш нения экспериментов iíá тепловыл и гсэлмых макетах Т<Щ.

?ошив.задачу тепловой надежности, можно решить и обратную с-дачт - определить область факторного пространства погружения тяговых электрических машин, т.е. устанавливать нпболее благоприя* кие ■ :млературныз 3 .лов я я работы изоляции, способствующие увеличению ее эксплуатационного ресурса.

След^рттольнс, коночной целью провод и »их исследовани." является реше.ае двух практических задач - по известной .змпературе оценивается росу; • ТЭД, т.е. ..тжремонтный npoJer, объем ремонта и надежность для конкретных условий эксплуатации, и, наоборот, зная меяремонтаыо пробеги и объем ремонта, решается задача рапиональ-ных режимов нагрукения.

Воздействие электрг чсих, механических, магнитных и других Факторов на тяговые электрические машины (ТЭМ) является известным и ~ом самым .меется возможяость получи** математическое описание функционирования онсгемы.

хакпм образом, изучение, анализ и моделирование структурио-Функционалышх свойств на основе теплового фактора, чему посвящена данная работа, будс способствовать повышению качос за ¡'роектирорпнпя и, особ шо, безотказности ТЗМ в эксплуатации, что ьесьма актуально тя дорог с цг-'тельньон сроком эксплуатации тягового подвижного состгг а.

2. Исследование надежности тяговых электродвигателей в эксплуатации.

Предполагалось, что появление отказов'отдельных элементов Т£Д зависит от их нарабс ки и является функцией пробега электровоза.

В общем виде эта зависимость представляет собо сочетание распределений с газов (приработочных, износ^зых и случайных) и может

бить опг".ап уравнением

Я(с) =а-в г С-сгЛ [¿) „ •;:.;)

у,

где й? . СС^ЯС^) - распределен э тнтэнсхвпсстн сг: (соответственно прпрабогочшгх, пзпосовых я случайте); ¿г, <ч . - постоянные ЛОГ^^ИГДЙОНТЫ.

Сущность способа дпЗДоропцароваяия $ •пгапопзлыгсгс потека казоэ состоит в следующей:

По результатам обрьботкп ситястпчэсхих даяних об отказах СТРОИТСЯ гтетогрпммз ^аСПрОДСЛСПНЯ ИН ЗНОЙНОСТИ ОТГ^-ЗОЛ 00 ,::1ТОр-валам наработок Эта гистограмма аппроксимируется урзвпппясм зпдэ

где О/, (¿¿к - по^тоянпио коэК'Яцзонти.'

Для определения кооф^гоиен^з а , 4, С уравнения (2Л) я (2.2) приравнивается ... исходя пз гр;- ..-пных уелоз.'Л составляется система у овне-пл

, • ^

ае

С с + Л(£}-ц (£=т

—- -^г*}

Г

(2.3)

При прочих г^.вцнх условиях мозго считать, что износ злемеятоз ТЗД зависит от пробеге электровоза. Поэтому в качество выходной характеристики работоспособности ТЗД допустимо выбрать число отказов как <5ушаип иг пробега £ в совопупь.стп возДеЛствупзих факторов п = { Г1/,..., Пу ) за определенный пробег, т.о. У (2 ,П ). Понимая под ресурсом элемопта сукмарнул наработку исследуемого элемента на пробег ТЭД, ресурсы использования кои-"ротных элементов могут быть определены из уравнения (2.4)

lp =1 (Zj ~ fn) + С. , л'А/ i^

интервал нооду плановыми ремонтами; число J -х . атеряало ограничюзаюкшх ресурс элемента в общем ресурсе. ТОД;" средноо врег i па плановые ремонты ало.танга в J -м интервале;

с-резок пробега, на котором резко повышается интенсивность отказов Я ( ¿ ) , пли резко возрастает значение иарамотра потока отказов о? ( £ ) для noccTana»ji;maov"x элементов;

¿(O ~ соответственно предельное значение росурса ' при наработке ¿ и значение в j,.„moht изме-

рения наработки. Проведен анализ над«кностп ТЗД олоктровоэоа MIO ВЛ10^ на КуйбыкевскоЛ келооаоц доркго за период с IS60 по 1920 годы вкл..~ ■iütqjíi "о. При от м максимальные и мянималь-чо количества поарок-доияЛ но учитывались. шлиз показывает, что, если принять общее кол..чоство поираздеппЛ ТЭД, требующих ого смены, за ICO то иартина отказов по нейвиткогым .зыпл:ан:ш,1 (LG33) будет сл ,дуйглй: якорь - 35,9 %, дополнпгелышо полюс г) - 1Г, ,0 %, коштонсаг.ионкно обмотки - 10 Д х'ла2"иа полюса - 7>3 %.

Максимальное г^личество выходов по строя ТЗД ьслодстьии 1.33 ебмоток приходится па март (ото относится ко всем обизткзм) и в целом на зимний пораод' времо^с января по он. эль включительно. Причем, рост повре.тде*.й начинается в декабре.

Исследование надежности ТЭД в эксплуатации позволило получить дополнительную информацию о техническом состоянии стих вешю.шпгх умов электровозов НПО? в условиях Срвдноволкскги'о региона России.

Обработка статистического материала об цгчосо уелов ТЭД

(5.4)

(3.5)

где Z

V

Гп

L

чс;:ззала, что оовпнупносгх» значено» кзудоа о конгроаяруемого па-pa:,.jrpa доотагочпо x^poso оютсгяаогся гоп'^лышм аакочол распр-:— долепил. Гипотеза о сошвдеин;! ;еоротнчво:',ол г: отатястгпг -¡г.оЛ правых рапредоленил проверял;:«! по критерию аоглсскя Пирсона. V> качестве примера а-диссер-чции предетавлоны результат!! расчетов числовых гарактеристек распределения выработки коллектора ТсД, из которых видно, что Еороятнг :ть соотвотстаия теоретического .1 эмпирического распределения PJs 0,1. Сяодоватвлья сгагвсттсо-кие совокупности контролируемых параметров, полученнпо при фиксированных значениях пробега, j"> противоречат гипотезе п нормальном ях распределении и могут бить с достаточными оснозаттямл использованы ¡рц совераенг-воваппа системы ихнпческого обслуживания ц ремонта ТЭЦ.

В то 2?.е время результат дисперсионного анализа пока; "ли, что большинс во лкмитирущих ачементов имеют зпчи'толг 'шо величины среднего квадрляче'ского отклонения п коэффициента вариации. А так, как зги параметры являются статистической характеристикой рассеивания наработки на отказ, то п рассматриваемом диапазоне пробегов фиксированное значок э pecy.ca 1кеет значительную ьог-реаНость, что не позволяет точно прогнозировать отказ и упреждать его проведением планового ТОРСтахн'гсеского обслуживания ремонта)

Учитывая это обстоятельство, а также vor факт, что "оль^пнет- . во отказов имеют скрыть! характер, целесообразно контролировать их техническое состояние метядамз и средствами технически о диагностирования. По результатам диагностирования информационно-измерительная система выявит пред опасное состояние тттиручих элементов, что позволит внести корректировку (изменег'е объема ТОР) в ремонтный шп для конкретного электровоза.

Исследование нздзжнсста ТсД в эксплуатации показало. тшс:о, что значительная доля отказов прямо пли косвенно св-з-г-з с нар; -ИСНПЯ1. ч их тепловых режимов.

3. Приборы и методы изморения температурных характеристик Т5д.

В этом разделе рассмотрены известные прибери и проанализированы методы измерения температурных ха. экторястик, приведено описание разработанного с участием автора устройства для измерения температуры обмоток электрических машин (A.C. СССР .4 I5Q00SG).

- 10 -

4. Пссл-здоваьио теплосих характеристик ТЗД на степди

Iú-r: показала стат'^тичсская обработка результатов ксштшшП '1сД ТЛ-2Х1 в локсиотяеноу цело Доиа, цвнгаглсь цз^шгаз';' д^пу-ст;*.яоП тешературц перегрева о часовой рекшо только при ршгно-i орноП нагрузке двигают. Если по истечению установленной длительности кигтштЯ нагрузить HL, дополнительной нагрузкой в виде повшхжия тока и usan якоря на 5QA, то допустимая теыпература перегрева достигается на первых трех и/нутах работч двигателя, a на некоторых двигателях было доже ебнаруке ;0 превызониз у с ш ¡зеленного значения тектратуры ^бшткн,* ,

Кроью влюршш параметров раСоти ТЭД, ирсдусиотрешик рогла-ийнг^м испытании, производились теиьерелури гсятширугас. с

воздуха на входе и па шходо из цвигателл чер^э i;a jyo 5 икнут ра-бо\ъ1 (кегодо« гершшгра).

По результатам статистичгскоП обработки преьиаетш теиператур якоря, главного дополнительного полисов по 93 испитый-f¡ двигателям бил» получен:, кртичаекке значения пресызешт теуиарпг/р и ыатеиатичоское окидание саличини пс~<«грева. ■ ^

Анализ испытании на стеидо цвигателоП ТЛ-2К1 показ* г.i'' ;¡to при испытаниях ТЭД истодом нагрузки теипература ne¿;órpoEu

вентилирующего воздуха ыазинц, работадцзЛ цвигателеи, ип;з, ven у машин«, работаютП генератором на 1-5 °С. Тахиак помекзнио для сбора вентилируадгзго toaf(y*a и локоыотисноы доло гдг прово-

дилась ucrarvra, снугре: ico, о с не;« расположена ссо приьодшо нашила стенда, то при испишшях трудно сохранить roiCiepтуру охо-цдейго Еснтшптуслзге воздуха постоянной, она wiecr тсидонцно увеличивав я и точшко I 4^ct¡. исшглипЛ на 5-10 °С.

Часто ДЕт.;гйтсг.:1, loiessno больший пробег или ыеньсее сопротнапа-н з И30ЛЛ1Г.1И, не ьоспршг.шаот больших нагрузок ср^у и при попытка нагрузить ышеину .наблвдается noaucsiciun уровень вибрации. При испытании "холодных", т.е. что еыеоццг.:.: из ремонта двигагелэи, даниое явление не с -мечаотся.

Помимо зтого, если увеличивать Нагрузку ТЭД после часа испытаний, также оказывается, что такие двш ателк но способны воспринимать дшшоП нагрузки. Отсада егчдуег, что двигатели с измененными свойствами изоляции нз Еоспршишшэг нагрузок как по еорхнеиу,

гок и по нижнему пределам. При испытании Т4Д при нагрузения большим;. токами засекалось время, через котоюо -еклоратур? перегрева вентилирующего воздуха достигает критического значения (порядка 20-25°С\ .

Дл). оценки томпературшг" режимов работы ТЭД при испытании на стенде баг составлен план я проведен полны1* факторный эксперимент. Учитывая, что тепловой р хтл работы ТРД завесит от величь-кы тока в обмотках !( количества тепла, уходящего охлояд»вдим воздухом, был построен пл;, 1 полного факторного эксперимента ПФЭ22 для заданного интервала чзменения тока якоря Jя " расхода охлаадащего воздуха , стабилизировав ого температуру на

входе в г ЭД.

Таким образом двухфакторниД экспор мент осуществ. ъчся следу1 -щим образом; •

1. Изг.-рялся и в заданных пределах кзменпся то(СВ якорной це-и ТЗД (1я).

2. Измерялся и изменялся в заданных пределах ре ход охлаждающего воздуха ( Од ).

3. Измерялся выходной пора?...тр,' о .менно, разность ¿егяюратур охлавдаодего воздуха на входе и шходо из-ТЗд ( ).

4. Задавалась длительность эксперимента. (В нашем случае I час),

Из вышеоказанног" можно записать зави тмость, когору ну.тно

получить в эксперименте.

где л I = ( с т/ж -¿ех ) - "азшгаа температ^э о„/пждангю^ J

воздуха на выходе и вхме в ТЭД. "С; - ток якоря, соответствующий режимам испытан т'!, !., Ов - расход воздуха через ТЭД, м3/млн; ¿шх - тестера тура воздуха на выходе ТЭД, °С;

¿ах - температура воздуха на входе в ТС I, °С.

Результаты расчетов коэффициентов регрессионной модели, а ти<-же значения дисперснонного и корреляционного анализа показалг что критерий Фишера, позволяющий оценить достоверность ь..ляния факторных признаков на результативный составил д. I получении..

экспериментальных данных Р =71,532',

Табличное значение -критерия Ошерз с числом сьс-

боди V/ - сО и в 2 составляет пра 2,5 Г'-ло" уро-но <адачп-г.'.-.ст:::

Г табл. = 29,465. Р >

Таким образом, можно сделать вывод о том, что совокупное влияние факторов на результативь-а признак достоверно с вероятностью 97,5

Коэффициент множественной корреляции, показывакщпй ¿осногу связи меху результативным признаком и йаЛ'орными значениями, близок к единице. Значимость коаффациеиг" множественной коррэ*я-ци._ также можно проверить по ' /"-критерию <2каорр, используя формулу:

где Р - коэффициент множественной корреляции; П - число экспериментов; р - число факторов. В назем случае Р - 78,589.

Табличное значение Р -критерия для уровня значимости 2,5 % ч числа степеней свободы 17/ - 20 и 1^-2 составляс ' вели-чрчу 39,4СЗ (выбрано ддл ближайшего и V/ значения), ^

Значит, в этом случае связь текла может быть признана статистически 2"ачалой с доверительной вероятностью 0.97а.

Знащи.-сть кээйрпцаентив ураваг иш регрессии 4- > ¿V • проверялась по критерию Стьюдента:

, (4.3)

тх - \fsicr' ~ погрешность коэффициента регроссип.

Остаточная дисперсия для рассчитанной регрессионной модели сосги-

вила = 2.23336 - 2.224. Сд/ представляют собой диаго-

налышо элементы матрицы, об; тчой матрице нормальных уравнений.

Проведенный на испитательном стенде двухфактлрный эксперимент и построенная по его результатам модель позволяет по температуре

охлл/ллпкцего ;a .,з гходе и "ыходо .. . Л- p'j^xn;;;;/ t:. .v" jv,

гс-илсзсл г стояиио сбмого«. TS1; пол чэгшсп :,»оя:?н«««. .• -м'-.-.ч^-х регрессии, ¡тр черепное по критерии Спшура ív'^kt'-ijio Ш'с/. •• -процессы лагрелшшя я о::лзпчрчп<- с дссгоЕор^стло 97,0 '1; •: -кп по притерта Стьэдоятз де-чэ 1:зпг;<»иыдеп доворцтольаугз : ,,-т свободною члена уравнения регрессия, раззпуя 75 нпом-"

приемлемо для практических целе,1.

5. Ксслатэакко топлс их хзрзи-чраогйк ТЭД г усязпялх г-ксп..—• -таи-,! п.

Измерения температурных режимов "ЭД на у-*стко Ок^брьск-Кнноль провод дись с поезда;, .i ралли' oií i/accu :: при следовании лчэягрогю-за резервен с динамометрическим пзго""!?/.

"лксимальная разность температур воздуха входящего :i яиходяие-го из ТЭД си движении -чектрош.-зз с по-эздом масоо" 4005 т.: > íwMy ходу составляла около С0°С (см. табл.).

Таблица

! "часто;: ' Масса поезда | Врс-мл !Мзксимзль~ ! ! нко яначр-! !ння A¿ /С! Пр;:м9Чйяня

Октябрьсг'-Кинр чъ '3360 т 2 ч 35 мил 29 ГЛЭППЫ.1 ход

Октябрьск-Хинель 3200 т •1 ч 29 frsíii:»: ход

КуЛбы!геп- Чктябрьсгс резерве , 4 ч 15 мин 21 глаЕны-'i ход

ГСннь^ь-Скглбрьск 4005 г 5 ч '•16 r'jnr.t ход

Такая то:.; зратура соответствует оптимальному те~чогему речнму обмоток ТЭД.

Исследования томп-ратурпих ро.тпмов ТЕД на участке Демз-Пгчза показали, что перегрев ТЭД грузового электровоза MIO'-1' с по&здом пассси 42GO т. оказался впио допустимого на участках Чнт.-'н-йлзто-во, Н.Образцозоо-Репьёвка, С юз г -Кузнецк.

В период весна-осень IS9I года производились эксплуатационные испытания в поездах на участке Кузноцк-Окт-'брьск Купбыие^скьЛ полезной дороги. Данныо похучэпы частично в условиях локомотивного депо Дома, а частично при испытаниях d поездах на участке

К"П1!у1 -Октлбрьок. Как покрзани исследования, дело в то,., чтг кш: счпт тось раньо ¿.рат—эвременная перг^/г -¿('више допустима!! >) I начнет на работу машины в це-хом и ого действительно так, есл!'

рассматривать хоботу машины за к^кой-то блюшйвши короткий ингер-----

ва.. времени, в втом случае изоляция машины (ТЭД) не успевает по-торять свои исходные характеристики (потерять рг"огоспособиосгь) полностью " машина благополучно работает дальше, поэтому до сих " Ф пп .«водятся испытания, аналогичные испытаниям в часовом ре-кпмо, т.о., если за какой-то инт°озал времени машина не н„греет, выше допустимого предела за данный пекюх; .„то мас"ну счг,-

т',рт лрошедш^й испытания. Однако легко понять, что при перегреве пзоля""1И выше дэпус.лмой нормы, даке кратковременно, она изменяет своя свойства (теплопроводность, электр проводное" > и'т.п.), и теперь ^верыешю очеь^дно; что кратковременный перегрев ведет к иокращени" срока служб« машины г целом, не в. ляя при этом существенно на рг 1оту машины. Такие перегревы накаливаются и в -преде-; лонный момент вромо'ни изоляция но выдерживает установленной нагрузки - пропех.дит прс"ой изоляции.

Новая методика заключается в дополнительном исследование условий нэгруженяя ТЗД", т.о. фиксировании параметров поезда и проищи?. Исследования температур«. .< "эжимов проводились но температуре воздуха (вентилирующего), выходящего из двигателя. •

Так I с перегрев обмоток по результатам статистической обработки подчиняется закону раьяомерного распределения, то величину перегрева можно рассматривать как результат многофакторного анализа, т.е.

Гл и* * - 8). (5.1)

где Т„ - перегрев обмоток;

1а - ток двигателя;

О.&- расход воздух»; . йк - напряженно на закамах;

¿в - перегрев воздуха;

в - другие параметры, т.е., если рассматривать перогрев в эксплуатация, го ток будет зависеть от скорости движения, о 'перегрев и скорость с профиля и силы тягп.

- J«i -

Производить такие расчеты достаточно быстро и- шо только с помощью Ö.J.1, которая должна работав в реальном шсатабе т-релсн'Л и I- спринпмахЬ Ениеу эззянуи пн5ормаппю в момент

а т£. -зо такая ЭВ?,'.должна обладать достаточны!.! быстродействие,-!.:.

В рентль но нроводешшл. исследоваг -'А разработана прогх- г*. ¡ое обеспечение для SB" ECI84I ..а алгоритмическом языке 'ßojtc , позволяющее производг -ь проектировочные, окаплуагациошиг.» диагностические расчеты теп..ов!гх пар.' 'етрсв гягоик . алоктродт!нгат"'1"л на более современном уровне - с пргтмегонлем вичислп-елъчой эхнп-кп. Это, э свою очередь, позволяв- поднять уровень -'слузнвання я эксплуатации локоутиз^з в условиях депо, т.о. рззрз<' -тинные метода помогут технологам локомотивных депо рассма: :иэать .роки службы. Tel с точки ьренкя перегревов, а ь^и необходимости - производить некоторое тепловые и тт j'b'jo расчзты npw.er-тельио у уСло-пям депо.

6. Эффективность проведенных и "ледспанпй и полученных , лзу.«ъ-татов.

Проведешше и прэцетавленгчэ в диссертации исследования позволили разработать стр"чтуру бортовсм "гнформапаонно-пзмарнгельпгД спсте..м температуры тяговых электродвигателей (EICIC - Т - »дТ), в основу которой положена Tnnqnan схе?.:а мультпплмшрозанно.' 1ИС.

Еэ (( т.ргс.) образуют девять измерительных каналов ИК0-..UKj-, имеющих,одинаковое с роение. Канат ИХ "змеряет т"-шорптуру входящего в тяговые электродвиг 'ели охлаждающего воздуха, канаты llKj ... ¡Ид темпэра-^ру охяакдагоего воздуха з выходах из ТЗД.

Ka.fUlUit ПК состоит и датчика температуры Д. каналов связи .CCj и и аналого-цифрового преобразователя АШ. Введение в coctl > ПК каналов связи обусловлено сильными плектро!.:агнитт:мп помехами от агрегатог электргчеэа, в условиях которых работ -er ЕЕ'С.

Сигнал с еыходз ПК0 попадает на один из входов устройства сравнения ITC - Сигнал с выходов ... iiKg попадают на второй вход УС через коммутатор Kj, последовательно опрашивающий IKj... ПКд.

На третл ; вход УС через комм; ;атор подается сигнал с одной из образцовых мер Mj '... 1.1,, . Количество мор п выбираемая мора определяются режимом тяговой работы электровоза.

Структура бортовой икбормаиио! но- -эмеритальной сисэмы температуры ТЭД

Д

ш

ИК8

КС

АШ

КС

К1

М1 К2

«

* « «

Мл

УС

СОИ

БУ/ПУ

БПС

ПК - иомэритолышй к'.нал Д - датчик КС - канал связи

А1Ш - аылого-цифровоЛ преобразователь • К - коммутатор* Ы - моро

СОИ - сг дство отображения информации (табло) БУ/11У - блок управления о пультом управления УС- устройство сравнения КС - блок питания системы

Рис.

1

Устройство сравнения производят проверку соотношения

[т] - [их,] z

гдо [ш! - сигнал i -го измерительного каннлаг [ИК/ -сигнал. <2-г" измерительного канала;

Му - значонио у-И образцовой ь.а1лг.

Выполнении соотношониг спидотольотвуот о перегрело / -го ТЭД. Невыполнение - о- нормалт-чом температурном режиме I -го ТЗД. Информация об этом поступает в средство отображения иь^ормацк ' (СОИ) .ви-пненном в вчдо двух одинаков; с, •установленных в каздой секции локомотива табло.

Кроме инкрмэции о режима? работы ТЗД ("норма" или ""прогрев") СОИ соде-хнт информацию о темпоратуро пэрогоетого ТЭД и о режимах рчбот'ц ЕШС ("-»сл. питание", "теот", "работа").

Глтание аломонтов систему осуществляется с помощью блока пита-ппя(ШС1. •

Всо измерительные капали чг'евз одинаковый динамиче кий д. апа-зон. Время опроса jca.rjx.j*o измерительного Kt ала ИКр.ЛПСд выбрано 0,01*0,02 е., такта образом скорость опроса коммутатором Kj icana-. лов намного больше возможной скорости нагрева.

Расчеты, выполненныг по фактическим данным 1990-91 г.г. показали, что -овшолие надежности ТЭД ог улучшения контроля 'а их тепловыми характерист; сами ц внедрение ЕШС-Т-ЭДГ позволит экономить в ценах 1991 года на каздом. эксплуатируемом электровозе ЕЛ10У 1020 рублей в год.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Важнейшим результатом работы является появление д'полнительпой возможности повышать надежность ТЗД в эксплуатации за счет улучшения контроля их тепловых характеристик.

По итогам работы могут быть одела ,тч следующие вйвода:

I. Анали- надежности ТЭД ТЛ-2К1 электровозов ВПО^ в уоловт»ях региона Средней Волги пока"ал, что основными причинами отказов является такие узлы: якорь (35,9 %), дополнителъг'э полиса v*'3,K?) компенсационные обмотки (10,1 %), главные полюса (7,3 %),

- 1С -

2. Установлена неравномерность отказов ТЗД и течешч- го; -. Гс^.екггалыюо количество выходов ТЗД из строя вследств^и .'-'^О с...;

м г.рпходагся па :.зрт к е целом на зпшш' перце1: (е го

вклача-эльно).

3. Предлокены штег.'.агг -еские модели и проведено исследоваш:? • .осгоиенных н внезапных отказов ТЗД. Получены расчетные заспсп-г:ссгл, характер»зукцие безотказность ТЗД в конкретных условиях их г '/.оплуэташи.

4. Описгчы приборы .. методы измерения тештературных характеристик. Подробно рассмотрены технически данные, ;отролство н работа прибора, с: эциально созданного для измерения температурных рекн-1.50В ТЗД (АС СССР а 1500866 от I5.04.8S г.:.

о. Представлено теоретическое обоснование и мс эдика стендовых испытани,! ТЗД для снятия их томшратурных характеристик к оаисшш • результаты стендовых испытания.

6. Изла«ииы ^озульташ планирования и итоги окслер'Г'ента, результат расчетов лциоитов' рогрессгонноЯмодели, п такае дисперсионного и корреляционного анализа. Кр лераЯ Ошлера, позволяющие оцоиить достоверность влияния факторных признаков ни резуль-гативныл составил для полученных ексаериментельных денных

Р = 71,5 (яри табличном значении Р таб> в 39,4).

7. Проведошш на испытательном стенде двухфакторныл эксперимент и построинная по его результатам модель позвол т по температуре охлаапчщого воздуха на входе и выходе и ого расходу определив топловоо состояние обмоток ТЗД;' полученное уравнение линел-но^ репрессии, проверенное по критерии Зишера адекватно описывает НроцоссЫ.н^гр^ванпя и охла денпя с достоверностью 97,5 %. Проверка по критерию Стьвдента да1а напмоньщю доверительную вероятность г-эободного члена уравнения регрессии, ра_ную 75 %, что вполне приемлемо для практических целей.

8. Разработана методик и натурных кспи/анпл ТЗД на электровозе, сосаны алгоригк-л ч программы для расчетов по определению температурных характеристик ТЗД в условиях эксплуатации.

9. Натурные испытания с целью пзм^юния температурных режимов ТЗД. проведенные на Кулбышевсь-ол железной дороге, а также расчеты, выполненные на ЭВМ показали, что большую часть времени ТЭД работают в . эрмальном рожиме, однако выявлены участки, на которых перегревы превышают допустимые предела.

•'). Разработано npi^powiHOi обвоноче.ч'о ;г." '. 7-E0Ï04I, погяо-ОПр»,,ЛЛЯТГ, мер-грен обмоток ДНИ] »•«.! , r.cî J «fp "Г!пч ЗЪиГ",-

•-iivM'(»ro я о? пуха, скорос ь алектропоза и hhiu(; »f №»».<:, нр; ;ш>ром »та скорость иостоянне.

i-. Установлено, п.о область tokod, на «с»" 'о.и-!;. рпйс.^-г '.-С :: ¡¡ячигельпо шпсо гзка номинального и продолЕИтолыюго г -"{«п.«.

ьта' э ч^го двагатоли у.«е с начала .ксплуст i».r: -uln:.--- . !-i .i'pyïtûHHOM post'!«

12. Разработана CTjjif'ypa иортовол 11 н J»oçs .та I'm о и ;=ï >—^ •■..jîihvч;:;

; отомы тем; >ратури тягоонх злок^лдаигателей ve >->

■л позволит машинисту осуществлять постоянны.! гсытр 46 по л ;:;-

состоянием ТЭД при эксплуашсг мшстрсг суп. Соо^ннлони ч »рдле -о техническое ¿адапие а конструкторскую раярпбо..:у ото>:. ¡».'"ормационно-изморитольно^ системы.

13. Подготовлена методика опредплешы е.коногг.пескэ,! ¡уТ^яктив-остн нэвь^чяя надсташг-п ХОД ьооб;цо и применения ТИИС-41-^ " jCTHOCTH. Дана ориентировочная оионкз г-Тфэкт!1янос:п: улучгЮ/шч снтролл за тепловым состоянием 72".

Иробле- i надо^ло^-и Т5Д, связанная с их перегнало л ост^птся ктуальноЛ. Результаты исслэд^чаниЛ, представление и дпосртапип, огут быть полезны дя" дзлънеисего о^ериенствовгишл контроля за епловым состоянием.ТЗД.

Основное содерклнно диссертации опубликовано а слпдумцкх рвотах.

I. Плохов Е.М., П злович Е.С., Прзсвирсв Ю.Е. Лнплня технического состояния электровозов за I976-I9bü г.г. Тезисы докл.ллоп I научно-техническоЛ конференции KÍELj и р ■богникоз дороги. -уЛбипюв, 1981, с 22-2?

I. Плохов Е.М., Стрыгин Ю.'З. Влияние клина!лческих факторов . i оврелденпе тяговых электродвигателей грузовых электровозов. Тоз:5~ ы докладов i i Х-oà гбластноИ научно-технической кг-'фпренции. -уйбниев, 1987, с. 66-69.

3. А.С. СССР j'P 1504866. Устройство для измерения температуры бмоток электрических машин. Ю.Ф.Стрыгин, Е.М.Плохов. Заявка

■ 4250129 от 20.12.1987 г. Опублик. 15.08.85. Е&ч. 30.

4. Плохов Е.М., Стрыгин Ю.Ф, Оценка температурных режимов тяго-ых электродвигателей'режимов тягсвых электродвигателе;! (ТЭД) ло-:омотивов в условиях эксплуатации. Тезисы докладов ХХХУ1 чаучног-ехническои конференции ХабШЕГа. - Хабаровск, I9G9, с. 71-72.

5. Плохой В. IL, Порубов С.А. О температуре воздуха, охлак-каэдего тяговые электродвигатели в эксплуатации // Меквуз.сб. науч.тр. / Саарский ин-т кнк.к.д.трансп. --йяг. 5: Пошг Vmio

________ надежности теьловозоз и эффективности лх диагносткронання.-

С. 40-42, 1992.

6. Плохг - E.Î.Î., Стригли Ю.б. Щжбор для контроля темпорп-турн тяговых влектрояилгагел'''* электровозе» // Мекпуо.сб.ниуч. тр. / Самарский ин-т шк.к.д.граней. - Вши 5: Ипчииенив напевности тепловозов и эффективности их днагыстирошшш. - С. 42-44 1992.

7. Плохой Е.М. Исилодона.'ше тонлоьых характеристик тягашх электродвигателей // Мехвуз.сб.науч.тр. / Самарски;: зш-т шгк. к.д.трансп. - Вш. 5: Иотлюшге надежности тшлов^зов и эффективности их ллагносаирошнпя. - 44-47, 1992.

8. Неотиров A.M., Колоколышкоп C.B., Плохов Е.М. Ремонт электронодшише.'о состава келоз.них дорог. Пособие мает ру депо. Поскт, иад-во "Транспорт" 190ft г.

Плохой Евгений Шхайловпч

ШШИШЕ надежности тягозш; ЭЛНСРГОДВПГАТЕЛЙ!

УЛУЧИЕШЕМ КОНТРОЛЯ ИХ ТЕ1.5ШГАТУРИÎX /JJAK^PHCTIX

05.22,^7 - Подвижной состав келезних дорог н ■¿•яга ноез' он

Сдано в набор CV^. И Л-Z Объем печ.л. 1,25 13аказ JS Ь9У

Подписи .о к печати 0\. // i-'Z <Х j;."î\? бумага 60x90 I/IG Тпрак 100 экз.