автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Повышение ресурса коллекторно-щеточного узла электрических машин постоянного тока

БУБЛИК Владимир Васильевич

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА КОЛЛЕКТОРНО-ЩЕТОЧНОГО УЗЛА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

Специальность 05.09.01 - «Электромеханика и электрические аппараты»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 ИЮН 2011

ОМСК 2011

4850119

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» (ГОУ ВПО «ОмГУПС (ОмИИТ)»).

Научный руководитель:

заслуженный работник транспорта Российской Федерации, доктор технических наук, профессор АВИЛОВ Валерий Дмитриевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор КОВАЛЕВ Владимир Захарович;

кандидат технических наук, доцент КОЦАРЕВ Николай Федорович.

Ведущая организация:

ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения».

Защита диссертации состоится 2011 г. в часов

на заседании диссертационного совета ДМ 212.178.03 при Омском государственном техническом университете по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, корп. 6, ауд. 340.

Тел./факс: (3812) 65-64-92, e-mail: dissov_omgtu@omgtu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.

Автореферат разослан 2011г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, Ученый совет.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Р. Н. Хамитов.

© Омский гос. университет путей сообщения, 2011

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Согласно «Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 г.» одним из главных целевых ориентиров является приведение качества и безопасности перевозочного процесса всех видов транспорта/в том числе и железнодорожного, в соответствие с современными требованиями экономики. Решение указанной задачи невозможно без использования научно обоснованной системы диагностирования и ремонта электроподвижного состава (ЭПС), улучшения показателей надежности агрегатов и узлов эксплуатируемого парка и перехода от системы ремонта ЭПС по пробегу к системе его ремонта по техническому состоянию.

Основными видами повреждений тяговых электродвигателей (ТЭД), таких, например, как ТЛ-2К1, являются пробой изоляции и межвитковое замыкание (МВЗ) обмоток якоря - 28 %, круговой огонь с явно выраженным повреждением коллекторно-щеточного узла (КЩУ) — 16 %, пробой изоляции и МВЗ обмоток главных и дополнительных полюсов (ГП и ДП) и компенсационной обмотки (КО) - 9 %, повреждение якорных подшипников - 8 %, низкое сопротивление изоляции якорных и полюсных обмоток — 5%.

Результаты исследования данной работы - повышение эксплуатационного ресурса ТЭД, коммутационной устойчивости, безотказности работы КЩУ, увеличение времени пробега до отказа за счет совершенствования существующей системы ремонта с применением новых технических средств и технологий для повышения жизненного цикла ТЭД - весьма актуальны.

Цель диссертационной работы - повышение ресурса КЩУ ТЭД путем совершенствования методов и технологий диагностирования и послеремонтно-го контроля за счет внедрения в этот процесс новых технических и технологических решений.

Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:

1. Выполнить анализ технического состояния тяговых коллекторных электрических машин ЭПС и на основе результатов анализа отказов их КЩУ определить приоритетные направления исследований.

2. Оценить влияние эксплуатационных факторов на развитие процессов повреждения КЩУ ТЭД элекгроподвижного состава.

3. Установить корреляционную зависимость между наработкой до отказа и качеством коммутации, обусловленную причинами механической и электромагнитной неидентичности.

4. Получить уравнения регрессии величины динамического удара на различной скорости движения при режимах тяги, выбега и рекуперативного торможения ЭПС и величин зазоров стыка рельсовых звеньев.

5. Предложить методику ремонта КЩУ, включающую в себя дополнительные операции: оптимизированную обточку, упрочнение (накатку) рабочей поверхности коллектора и корректировку магнитной системы ДП ТЭД с целью повышения ресурса КЩУ электрических машин подвижного состава.

6. Оценить экономическую эффективность внедрения предлагаемых технологических решений.

Методы исследования. Основными методами исследования являлись сбор и анализ информации, теоретические и экспериментальные исследования на основе методов корреляционного и регрессионного анализа, статистической теории проверки гипотез и оценивания. Обработка и анализ опытных данных велись с использованием основных положений математической статистики и теории вероятностей.

Научная новизна. В диссертационной работе решен комплекс задач по совершенствованию методов, технологий, методики диагностирования и ремонта КЩУ электрических машин постоянного тока (ЭМ ПТ).

К наиболее значимым можно отнести следующие теоретические и практические результаты работы:

предложена методика комплексного использования методов диагностирования и послеремонтного контроля КЩУ электродвигателей и технологии механической обработки рабочей поверхности коллекторов (обточка и упрочнение), корректировки диамагнитных зазоров ДП, позволившая увеличить ресурс КЩУ и ТЭД в целом;

получены уравнения регрессии величины динамического воздействия со стороны пути на колесно-моторный блок (КМБ), развитие повреждений КЩУ ТЭД при различных скоростях и режимах работы электровоза на стыковом пути;

установлены корреляционные связи между основными параметрами поверхности коллектора и качеством коммутации, предложены решения проведения диагностирования с применением современных технических средств, позволяющих рационально обработать рабочую поверхность коллектора и прогнозировать наработку ТЭД до отказа.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена положительными результатами апробации комплексной методики диагностирования и послеремонтного контроля коллекторно-щеточного узла ТЭД в структурных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги.

Практическая ценность н реализация результатов работы. Разработана и внедрена методика-технология комплексного применения методов диагностирования, восстановления КЩУ ТЭД и послеремонтного контроля, а именно: метода диагностирования и послеремонтного контроля рабочей поверхности коллектора с применением диагностического комплекса на базе бесконтактного профилометра ИПК-ЗПМ; метода поверхностной пластической обработки (ППО) для упрочнения и улучшения механического состояния рабочей поверхности коллектора подпружиненным роликом; методики-технологии корректировки магнитной системы ДП ТЭД.

Практическая реализация комплексного использования предложенных технических решений позволила снизить уровень искрения ТЭД по ГОСТ 18374 с VA до l'A балла и увеличить пробег ТЭД с 250 тыс. км до 1500 тыс. км, а отдельных двигателей - до 2400 тыс. км, что привело к снижению неплановых ремонтов по отказу ТЭД на 20 %.

Полученные автором результаты работы реализованы в технологии текущего и среднего ремонта при-проведении рациональной обточки коллекторов ТЭД, упрочнения их рабочих поверхностей, последующей корректировки магнитной системы ДП и приняты к внедрению в локомотивном ремонтном депо Московка Западно-Сибирской железной дороги - филиала ОАО «РЖД».

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на республиканской научно-технической конференции (Харьков, 1984); на научно-практической конференции кафедры Омского института инженеров железнодорожного транспорта, по-, священной 60-летию ОмИИТа (Омск, 1990); на III всесоюзной научно-технической конференции (Калининград, Светлогорск, 1991); на III научно-практической конференции «Энергосбережение на предприятиях ЗападноСибирской железной дороги», посвященной 160-летию отечественной железной дороги (Омск, 1997); на научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на предприятиях Западно-Сибирской железной дороги» (Омск, 1999); на научно-практической конференции «Инновационные проекты

и новые технологии на железнодорожном транспорте (Омск, 2008 - 2010); на научно-техническом семинаре ОмГУПСа и семинаре кафедр «Подвижной состав электрических железных дорог» и «Электрические машины и общая электротехника» ОмГУПСа (Омск, 2000 - 2011).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 27 научных работ, из них девять - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка из 152 наименований и четырех приложений и содержит 146 страниц основного текста, 88 рисунков, 25 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проводимой работы, сформулированы цель и задачи исследования. Определены вопросы повышения ресурса КЩУ ЭМ ГГГ. Сформулирована научная новизна основных результатов и практическая ценность исследований. Приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан анализ статистических материалов по отказам ЭПС, его важнейших узлов, рассмотрена существующая система их диагностирования и послеремонтного контроля, поставлены задачи исследования.

Несмотря на многократные прогнозы о бесперспективности развития машин постоянного тока (МПТ) в такой ключевой отрасли, как электрифицированный транспорт, все же им принадлежит приоритет, хотя налицо более жесткие требования в отношении их перегрузочной способности и ограничений по условиям коммутации. В связи с этим проблема повышения коммутационной устойчивости МПТ и их ресурса имеет в настоящее время важное значение.

Работы в области коммутации ЭМ ПТ ведутся уже более ста лет. За этот период получены важные теоретические и практические результаты отечественными и зарубежными учеными В. Д. Авиловым, Е. Арнольд, О. Г. Вегнером, 3. Г. Гиоевым, С. В. Елисеевым, В. В. Ивашиным, Ш. К. Исмаиловым, С. П. Ка-линиченко, М. Ф. Карасевым, В. Т. Касьяновым, В. И. Киселевым, В. 3. Ковалевым, А. С. Космодамианским, М. П. Костенко, Н. Ф. Коцаревым, А. С. Курба-совым, И. Некийрхеном, О. Л. Рапопортом, Б. В. Сидельниковым, В. Е. Скобелевым, А. И. Скороспешкиным, В. Г1. Смирновым, Б. Ф Токаревым, В. П. Тол-

куновым, В. В. Харламовым, В. С. Хвостовым, А. М. Худоноговым, В. В. Фетисовым, К. И. Шенфером, В. А. Яковенко и многими другими.

Исследованию динамики КМБ, тяговых приводов, колебания экипажей в вертикальной и горизонтальной плоскости, взаимодействия подвижного состава и пути посвящено большое количество теоретических и экспериментальных работ ученых В. И. Березовского, И. И. Галкева, М. Д. Глущенко, С. В. Елисеева, И. П. Исаева, В. У. Кобрина, Л. Г. Козлова, Ю. В. Колесина, К. П. Королева, В. А. Николаева, В. А. Нехаева, В. Б. Меделя, М. П. Пахомова, В. Ф. Яковлева и др.

Статистика отказов ТЭД ДК-259ГЗ по видам за 2006 - 2008 гг. городского ТПС (трамваев и троллейбусов), а именно: пробой изоляции и межвитковое замыкание (МВЗ) обмотки якоря (25 %), пробой изоляции и МВЗ обмоток главных (ГП) и дополнительных полюсов (16 %), повреждение якорных подшипников (10 %), биение рабочей поверхности коллектора (20 %), выплавление припоя из петушков (3 %),размотка бандажей (8 %), ослабление крышек подшипниковых щитов (4 %) и железнодорожного транспорта (табл. 1) говорит о том, что наиболее склонен к отказам - якорь ТЭД. Эти отказы составляют почти 40 % от всех отказов, причем половина из них - различные виды повреждений коллекторов.

Таблица 1- Статистика отказов по видам ТЭД ТЛ-2К1, НБ-418-К6 и НБ-514 грузовых электровозов за 2006 - 2008 гг.

Вид отказа Доля отказов, % от общего числа

ТЛ-2К1 НБ-418К6 НБ-514

Пробой изоляции и МВЗ обмотки якоря 28 18 18

Пробой изоляции и МВЗ обмоток ГП 4 5 9

Пробой изоляции п МВЗ обмоток ДП 2 5 12

Пробой изоляции и МВЗ КО 3 1 1

Пониженное сопротивление изоляции якор- 1 7

ных и полюсных обмоток

Повреждение выводных кабелей 5 3 2

Выплавление припоя из петушков в коллек- б 7 1

торе

Перебросы, оплавления, подгары, затяжки 5 14 10

ламелей коллектора

Разрушение неметаллических бандажей 4 2 1

Повреждение якорных подшипников 8 10 6

Повреждение букс МОП 3 3 4

Прочее 31 26 29

Одной из важных задач анализа процесса динамического взаимодействия коллектора со щетками является определение максимально допустимых вели-

7

СУ сл УТП

1 - датчик вихрегоковый;

2 - резонансный контур;

3 - генератор переменного тока высокой частоты;

4 - усилитель переменного тока;

5 - установка "О";

6 - согласующее устройство;

7 - схема линеаризации;

8 -- усилитель постоянного тока.

Рис. 1. Функциональная схема прибора ИПК-ЗПМ

чин их параметров согласно требованиям стандарта и Правил ремонта ЭМ ЭПС. Для решения проблемы повышения ресурса КЩУ ТЭД предложен системный подход, основанный на комплексном сочетании теоретических исследований, технологических и эксплуатационных приемов.

Во второй главе приведены теоретические аспекты решения проблемы исследования диссертационной работы. Дан анализ методов, приборов и средств диагностирования коллекторов ТЭД. Особое внимание уделено обоснованию вихретокового бесконтактного метода, реализованного в приборе ИПК-ЗПМ (рис. 1), на базе которого разработана предлагаемая система диагностирования коллекторов. Преимущества данной системы: с высокой точностью позволяет определить механическое состояние рабочей поверхности коллектора (биение, износ, конусность, перепады отдельных пластин).

Результаты диагностирования коллектора в процессе его обработки на токарном станке представлены на рис. 2. Предварительная оценка состояния коллектора позволяет установить величину обточки, сэкономить дорогостоящую медь и увеличить его ресурс.

Исследования, проводимые за последние 15 лет практики диагностирования и механической обработки коллекторов с применением данного измерительного комплекса в ТЧ Московка, выявили, что 20 - 25 % из поступающих на ремонт якорей не требовали обточки коллектора и отправлялись в эксплуатацию, что в 1,5 раза увеличило их ресурс.

Основное влияние на механику контакта коллекторных пластин оказывает перепад уровней их рабочих поверхностей, а критерием оценки состояния

№976 —1—1—

ИЛ «7 -V ГС «3 •«н.

— №976 —I—1—

Рис. 2. Профилограммы коллектора ТЭД ТЛ-2К1 № 976 в процессе деповского ремонта

(ТР-3): а- до проточки в токарном станке; б - после проточки

коллектора в целом является ускорение а*, с которым поверхность коллектора перемещается относительно оси своего вращения:

а* _ I. = Я Я I

^^ + 4А2 j + 225 А3 соз(яш)

(1)

Рис. 3. Физическая модель установки для определения падения напряжения в контакте «щетка - коллектор»

где т = 0, 1, 2 ... - номера коллекторных пластин; со — угловая частота вращения коллектора; g - ускорение свободного падения.

Анализ значений указывает на то,

что оно определяется в основном высшими гармониками кривой профиля коллектора.

Для оценки степени неустойчивости скользящего контакта «щетка - коллектор» проведен ряд экспериментов в лабораторных условиях ОмГУПС (рис. 3). Установлено, что вторым критерием удовлетворительного механического состояния коллектора является величина напряжения в скользящем контакте, которая должна быть в пределах 4,8 - 5,2 В.

Наиболее достоверную информацию о процессе коммутации дает падение напряжения под сбегающим краем щеток, для выделения этого сигнала широко используется дополнительная щетка-датчик, устанавливаемая у сбегающего края основной. Этот метод был использован при проведении диагностирования состояния коммутации ТЭД перед и после проведения технологических мероприятий по их ремонту.

При работе КЩУ происходит износ обоих элементов. Щетка по мере износа заменяется. Геометрические же параметры коллектора (диаметр, волнистость, шероховатость, биение) восстанавливаются при ремонте якоря. Для повышения надежности, увеличения ресурса и уменьшения количества переточек предусматривается технологическая операция накатки рабочей поверхности коллектора, т. е, его упрочнения, повышения поверхностной твердости.

Схема предложенного способа силовой 11110 коллектора качением роликом, в которой усилие обработки создается в результате жесткого взаимодействия последнего с пластинами коллектора, приведена на рис. 4.

Применение предложенных методов и средств измерения в технологическом процессе ремонта ТЭД позволяет дать оценку технического состояния КЩУ, магнитной системы ДП и на этой основе разработать методику их комплексного использования.

В третьей главе представлены статистические исследования влияния комплекса диагностирования и после-ремонтного контроля коллекторов на качество коммутации ТЭД.

Для решения вопроса о диагностировании и контроле за обточкой коллекторов ТЭД в процессе ремонта /V ТР-3 в депо Московка в технологический цикл их ремонта внедрен предложенный диагностический комплекс, что позволило определить рациональную технологию обточки коллекторов. Проверка эффективности данной операции осуществлялась посредством

. од/мин

мм/од

Р„„ Н

Рис. 4. Схема поверхностной пластической обработки стальным роликом: 1 - упрочняемая деталь; 2 - упрочняющий ролик

Рис. 5. Результаты коммутационных испытаний ТЭД ТЛ-2К1 (№139/830) до и после обточки

проведения коммутационных испытаний ТЭД до и после обточки коллектора (рис. 5).

По результатам входного контроля ТЭД на испытательном стенде видно распределение среднего значения качества коммутации по интервалам общего биения коллекторов ТЭД, определяющее их состояние (рис. 6).

Полученный коэффициент корреляции р = 0,91 доказывает, что качество коммутации Апктк зависит от качества обработанной рабочей поверхности коллектора, при этом уравнение регрессии представлено зависимостью:

: = 37,65 Я-861,

(2)

где (Лгшнк) — качество коммутации, усл. ед.; Я- общее биение коллектора, мкм.

то

усл.ед.

3000

2500

2000 (Апк/нкЬ 1500

1000

500

%

А

1 |

— 1

-II— 1 1 |

Н-

Рис. 6. Зависимость среднего значения качества коммутации от величины общего биения коллектора ТЭД с 5%-ным и 1%-ным доверительными интервалами

Построенное по средним значениям параметра пере-, не-докоммутации (Лпк/нкХр доказывает, что при снижении общего биения рабочей поверхности коллектора качество коммутации улучшается (см. рис.6). Предложенная технология ремонта ТЭД оптимизирует процесс обработки коллекторов в зависимости от его начального технического состояния, а математическая модель интенсивности искрения от уровня общего биения коллектора может быть использована для прогнозирования коммутационного состояния ТЭД.

В четвертой главе обоснована необходимость упрочнения рабочей поверхности коллекторов ТЭД как средства для увеличения их ресурса.

При обточке коллектора резцом невозможно получить требуемую шероховатость его поверхности, которая бы обеспечила надежную работу КЩУ. Поэтому на основе анализа существующих методов упрочнения металлических поверхностей применительно к коллектору и ранее проведенных исследований других авторов выбран метод поверхностной пластической обработки (ППО) качением подпружиненным роликом в условиях деповского ремонта.

Конструктивное отличие устройства для ППО от применяемых ранее заключается в креплении упрочняющего элемента в вилке, позволяющей удерживать его в перпендикулярном положении к обрабатываемой поверхности без перекосов, что невозможно получить при консольном креплении.

Применение данного метода ППО коллектора позволяет значительно улучшить его качественное состояние, так как твердость инструмента превосходит твердость обрабатываемой детали в шесть - восемь и более раз, упрочнение имеет место в верхних слоях детали на глубину 1,0-1,4 мм.

Приведены результаты коммутационных испытаний ТЭД ТЛ-2К1 после упрочнения поверхностного слоя коллектора (рис. 7). За счет нивелирования шероховатостей и раковин рабочей поверхности коллекторных пластин увеличивается площадь контакта щетки и коллектора, что приводит к снижению фактической

плотности тока, уменьшению уровня искрения и повышению коммутационной устойчивости ТЭД.

С применением однофактор-ного дисперсионного анализа проведены исследования состояния рабочей поверхности коллектора до обточки, после обточки и упрочнения (накатки роликом), результатом которых явилось получение значимого различия. Так как наблюдаемое значение критерия Фишера /\,а6л = 764,05 > ^ = 26,7, то нулевая гипотеза о равенстве групповых средних нормальных совокупностей отвергается на уровне 1 % значимости, т. е. технологические операции обточки и накатки рабочей поверхности коллектора ТЭД приводят к существенному улучшению его качества коммутации.

В пятой главе приведены результаты исследования процесса коммутации, как одного из путей повышения ресурса КЩУ.

Многолетние наблюдения за работой ТЭД в условиях эксплуатации подтвердили зависимость числа их полных и частичных отказов от воздействия внешних сил механической природы на весь КМБ и КЩУ в частности. Сопрягаемые участки рельсового полотна железнодорожного и муниципального транспорта (лето, зима) приведены на рис. 8, а гистограммы распределения стыков для того и другого видов транспорта - на рис. 9.

С целью оценки влияния величины стыка на коммутационную устойчивость ТЭД определена зависимость динамического удара на КМБ от скорости движения и фиксированной величины стыка рельсового полотна, представленная уравнением регрессии в виде:

,3

'гоЗп

Рис. 7. и-образные кривые, характеризующие результат улучшения механического состояния рабочей поверхности коллектора ТЭД ТЛ-2К1, после проведения ГТТТО

+ а21у2 + аЪ1у + аА1,

(3)

где - приближенное значение величины динамического удара при фиксированной величине длины стыка, кг-с; V - скорость, км/ч; а(/ (/ = 0 - 4) -коэффициенты уравнения регрессии.

Рис. 8. Фотоснимок зазоров между сопрягаемыми участками железнодорожных (а) и трамвайных (б) рельсов

5 10 15 20 Величина стыка -

Рис. 9. Гистограмма распределения относительной частоты попадания размеров стыков в заданный интервал: а - железнодорожный путь; б - трамвайный

Так как найденные разности 1, 2, 3 и 4-го, за исключением разностей 5-го порядка, возрастают, то степень аппроксимирующего многочлена равна 4. Таким образом, с увеличением скорости локомотива сила динамического удара при данной длине стыка существенно зависит от четвертой степени скорости. График уравнения регрессии для случая Ь = 30 мм приведен на рис. 10.

Полученная зависимость

30мм

т

10 20 30 40

Рис. 10. Зависимость величины динамического удара от скорости движения ЭПС

представлена в виде трехмерной математической модели (рис. 11), согласно которой сделано заключение о том, что с увеличением скорости и величины стыка происходит значительное повышение силы воздействия на КМБ со стороны пути.

Искрение ТЭД, возникающее при проходе электровоза по стыкам рельсов приводит к увеличению износа щеток, поэтому разработанные мероприятия по улучшению механического состояния рабочей поверхности коллектора направлены на нормализацию коммутационного процесса и снижение износа щеток и коллектора.

В работе проведено теоретическое исследование системы массового обслуживания (СМО), адекватно описывающее специфику ремонта КЩУ. Для этого был составлен бесконечный размеченный граф состояний (рис. 12) и на его основе выписана система диффе-

Рис. 11. Величина воздействия на ТЭД ТЛ-2К1 в различных режимах работы

ЭПС

ренциальных уравнений Колмогорова. Найдены условия существования стационарных состояний системы и их вероятности. На основании анализа теоретически найдены основные характеристики данной СМО при ремонте КЩУ.

Рис. 12. Бесконечный размеченный граф состояний системы: - простейший поток заявок; £ - коэффициент возврата; ц - выходящий из

СМО поток

При условии, что для депо Московка £ находится в интервале 0,15 - 0,2, часть выходящего потока ТЭД, покидающего СМО, будет иметь параметр, равный (1 - являясь полностью отремонтированной. Та же часть выходящего потока ТЭД, которая возвращается в СМО, будет иметь параметр, равный £ ц. Она будет обслуживаться в СМО снова, поскольку не выдержала требований в соответствии с ГОСТ 2582-81.

Процесс ремонта магнитной системы остова ТЭД является последней технологической операцией, которая приводит его в норму (рис. 13).

С целью проверки результатов комплексного использования всех примененных методов ремонта проведены стендовые коммутационные испытания ТЭД. {/-образные кривые (рис. 14) убедительно характеризуют эффективность

(1 -Ом 2(1-4 )М 3(1-£ )м

их применения,

8000

Апк/нх

Рис. 13. Результаты коммутационных испытаний ТЭД ТЛ-2К1 (№ 139/830) после накатки коллектора и корректировки магнитной системы ДП

Рис. 14. Результаты внедрения комплексной методики-технологии

У ТЭД ТЛ-2К1 № 139/830, поступившего в ремонт в объеме ТР-3, интенсивность искрения в КЩУ составила чуть более 3000 усл. ед. по прибору ПКК-2М от недокоммута-ции и около 1000 усл. ед. - от перекоммутации. При подпитке ДП уровень искрения от недокоммутации несколько снизился, а от перекоммутации - увеличился и при 1П0ДП = 15 А уровни искрения от пере- и недокоммутации сравнялись и составили 2000 усл. ед., или 1 'А по ГОСТ 183-74.

После обточки коллектора по технологии, приведенной выше, двигатель вновь был поставлен на стенд. Результаты испытаний: интенсивность искрения щеток Аик при нуле тока подпитки-отпитки ДП составила 1600 усл. ед., а Апк - 100. Подпитка ДО двигателя привела к снижению искрения от недокоммутации и к его росту от перекоммутации при 1тт ~ 15 А Аш = Ак ~ 800 усл. ед.

Выполнение ППО коллектора и проведение коммутационных испытаний позволили получить [/-образную кривую (см. рис. 13) после накатки. Анализируя эту зависимость, можно с определенной уверенностью констатировать положительный эффект от данной операции. В результате при /отп/подп = 0 Аик ~ 1000 усл. ед., Ат = 0, минимум искрения от пере- и недокоммутации Ат = Ат = 0 получен при /подп ~ 15 А.

Улучшение механического состояния КЩУ позволило значительно улучшить качество коммутации ТЭД ТЛ-2К1 № 139/830, однако осталось еще искрение, вызванное фактором электромагнитной природы.

Результатом корректировки зазоров под ДП данного ТЭД является II-образная кривая, обозначенная на рис. 13 штриховой линией, указывающая на значительное снижение интенсивности искрения щеток.

Для количественной оценки эффективности применения в технологическом процессе ремонта ТЭД предложенной комплексная методика-технология рассмотрена на примере использования единичных показателей их коммутационной надежности (рис. 15).

После

корректировки магнитной системы ДП ^ После упрочнения

коллектора 80

(накатки роликом) После обточки коллектора с применением диагностического комплекса

После

корректировки магнитной ¿1 системы ДП После

упрочнения коллектора (накатки ролика После обточки коллектора с применением диагностического комплекса

100/

500 1000 1500 2000 2500 усл.ед. 3500 А --

5С0 1000 1500 2000 2500 усл.еЗ. 3500 А -

Рис. 15. Гамма-процентный ресурс (а) и средняя наработка до отказа (б) ТЭД ТЛ-2К1 в зависимости от качества коммутации после применения комплексной методики-технологии их ремонта

Результатом данного комплексного подхода ремонта ТЭД является увеличение пробега ТЭД от 250 тыс. км до 1500 тыс. км, а отдельных двигателей -до 2400 тыс. км.

В шестой главе выполнен расчет экономической эффективности от внедрения предложенной технологии ремонта ТЭД. Годовой эффект от внедрения данных технологических мероприятий составил в среднем 1 млн 200 тыс. р. на одно локомотивное ремонтное депо с приписным парком в 100 электровозов.

В заключении диссертации сформулированы основные результаты и выводы по работе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлены приоритетные направления проведения исследований, направленных на повышение ресурса коллекторно-щеточного узла тяговых электрических машин, на основании анализа работ отечественных и зарубежных ученых по техническому состоянию тяговых коллекторных машин электроподвижного состава.

2. Произведена оценка влияния эксплуатационных факторов на развитие процессов повреждения коллекторно-щеточного узла, коллектора в частности, на основе результатов анализа статистических данных по отказам ТЭД электровозов постоянного тока.

3. Установлена корреляционная зависимость между средней наработкой тяговых электродвигателей до отказа по причинам электромагнитной и механической неиденгачности от качества настройки коммутации на основе графоаналитического метода, позволившая дать оценку взаимосвязи данных процессов.

' 4. Получены уравнения регрессии, позволившие определить величину динамического удара, воспринимаемого коллекторно-щеточным узлом тяговых электродвигателей, и степень влияния зазора стыков рельсовых звеньев на него при различных режимах работы электроподвижного состава (тяга, выбег, рекуперация) и скорости его движения в четвертой степени.

5. Разработана комплексная методика-технология, объединяющая процесс диагностирования и послеремонтного контроля рабочей поверхности коллекторов тяговых электродвигателей, оптимизированный процесс обточки, поверхностную пластическую обработку и корректировку магнитной системы по поперечной оси электрической машины, позволяющая повысить ресурс работы коллекторно-щеточного узла и увеличить межремонтный пробег тяговых электродвигателей электроподвижного состава от 250 тыс. км до 1500 тыс. км, а отдельных двигателей - до 2400 тыс. км.

6. Доказано, что технологические операции обточки и упрочнения (накатки) рабочей поверхности коллектора тягового электродвигателя, согласно результатам проведенных коммутационных испытаний и расчетов с применением однофакторного дисперсионного анализа, приводят к существенному улучшению качества коммутации и к повышению ресурса коллекторно-щеточного узла электрических машин подвижного состава.

17

7. Внедрение предложенной методики-технологии позволит систематически снижать поток полных и частичных отказов ТЭД, а следовательно, получить экономический эффект от повышения надежности работы тяговых электродвигателей, так как с момента начала их эксплуатации после ремонта происходит экономия финансовых и материальных средств от несостоявшихся убытков, что составляет 1 млн 200 тыс. р. на 100 электровозов одного локомотивного ремонтного депо в год.

Автор выражает глубокую признательность доктору техн. наук Ш. К. Ис-маилову за помощь в подготовке диссертационной работы в качестве научного консультанта.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Методика получения количественной оценки времени производственных операций в процессе деповского ремонта двигателей электровозов / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2008. № 2. С. 281 - 283.

2. Ремонт тяговой электрической машины электровоза как система массового обслуживания / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Научные про-лемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2009. № 1. С. 398 - 402.

3. Статистическое исследование зависимости частоты отказов от качества коммутации тяговых электродвигателей /Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2009. № 1. С. 402-404.

4. Энергосберегающие режимы регулирования мощности электровозов переменного тока с непрерывным контролем температуры электрооборудования / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Вестник машиностроения. 2009. С. 26-29.

5. Определение влияния качества обработки рабочей поверхности коллекторов на качество коммутации тяговых электродвигателей с помощью одно-факторного дисперсионного анализа /Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2009. № 2. С. 398-401.

6. Применение метода ПЕРТ для математического моделирования ремонта тяговых электродвигателей и колесных пар электровозов В Л10 / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Научные проблемы транспорта Сибири и дальнего Востока. 2009. № 2. С. 401 - 404.

7. Применение метода имитационного моделирования для изучения усовершенствованной системы диагностирования и ремонта тяговых электродвигателей электровозов ВЛ10 / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2010. № 1. С. 31 - 34.

8. К вопросу влияния биения коллектора на качество коммутации и ресурс тяговых электродвигателей / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2010. № 2. С. 332-336.

9. Математическая модель ремонта тяговых электрических машин тягового подвижного состава / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. Ростов-на-Дону. 2011.№ 1(41). С. 58-62.

10. Авилов В. Д. Разработка устройства для оценки состояния профиля коллекторов / В. Д. Авилов, В. В. Бублик// Тезисы докл. республик, науч.-техн. конф./Харьков, 1984. Ч. IV. С. 107- 108.

11. Авилов В. Д. Экспериментальные исследования профилей коллекторов крупных машин постоянного тока / В. Д. Авилов,В. В. Бублик// Материалы науч.-техн. конф. Омский ин-т инж. ж.- д. трансп. Омск, 1984. С. 81, 82.

12. Авилов В. Д. Препарирование и некоторые результаты коммутационных испытаний машины 4ПП450280М2-2 / В. Д. Авилов, В. В. Бублик , В. Г. Гартман // Материалы науч.-техн. конф. каф. Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск. 1986. С. 88, 89.

13. Авилов В. Д. Влияние механических факторов на коммутационную устойчивость предельных машин постоянного тока / В. Д. Авилов, В. В. Бублик, А. М. Корпачев //Материалы науч.-практ. конф. посвящ. 60-летию Омского ин-та инж. ж.- д. трансп. Омск. 1990. С. 98, 99.

14. Авилов В. Д. Диагностирование и настройка коммутации машин постоянного тока инструментальным методом / В.Д.Авилов,В.В.Бублик, Ю. Я. Безбородов // Материалы III всесоюзн. науч.- техн. конф. Калининград, Светлогорск. 1991. С. 110.

15. Авилов В. Д. Повышение коммутационной устойчивости крупных машин постоянного тока в условиях эксплуатации / В. Д. Авилов, В. В. Бублик, Е. Н. Савельева // Материалы науч.-техн. конф. Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск. 1993. С. 102 - 103.

16. Авилов В. Д. Особенности условий работы коллекторно-щеточного узла крупных машин постоянного тока / В. Д. Авилов,В.В.Бублик// Материалы науч.-техн. конф. Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск. 1993. С. 61, 62.

17. Внедрение ресурсосберегающей технологии при ремонте коллекторов и магнитной системы ТЭД / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Ресурсосберегающие технологии на Западно-Сибирской железной дороге: Материалы науч.-практ. конф. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск. 2010. С. 93 -97.

18. Авилов В. Д. Особенности механических условий контактирования щетки на коллекторе в крупных машинах постоянного тока / В. Д. Авилов, В. В. Бублик // Коммутация в тяговых электродвигателях и других коллекторных машинах: Межвуз. темат. сб. науч. тр. Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск. 1985. С. 47-53.

19. Авилов В. Д. Анализ условий коммутации машин постоянного тока и их настройка в условиях эксплуатации / В. Д.Авилов, В. В. Бублик, E.H. Савельева //Промышленная энергетика. 1987.№ 12. С. 18-20.

20. Контроль качества обработки коллекторов тяговых машин в условиях депо с применением профилометра / В. Д. Авилов, В. В. Бублик и др. // Электрические машины общего и специального назначения: Межвуз. темат. сб. науч. тр. Омская гос. акад. путей сообщения. Омск. 1996. С.76 - 80.

21. Контроль качества обработки коллекторов тяговых машин в условиях депо с применением профилометра / В. Д. Авилов, В. В. Бублик и др. // Электрические машины общего и специального назначения: Межвуз. темат. сб. науч. тр. Омская гос. акад. путей сообщения. Омск. 1996. С. 76 — 80.

22. Исмаилов Ш. К. Технология диагностирования и контроля параметров коллекторов МПТ в процессе деповского ремонта /Ш. К. Исмаилов,

B. В. Бублик, А. Н. Стражников //Новые технологии - железнодорожному транспорту: подготовка специалистов, организация перевозочного процесса, эксплуатация технических средств: Сб. науч. ст. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск. 2000. Ч. 3. 211 с.

23. Технология диагностирования ремонта и наладки коммутации тяговых электродвигателей / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Новые технологии - железнодорожному транспорту: подготовка специалистов, организация перевозочного процесса, эксплуатация технических средств: Сб. науч. ст. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск. 2000. Ч. 3. С. 341, 342.

24. Применение методов сетевого планирования в условиях неопределенности к изучению эффективности ремонта тяговых электродвигателей электровоза / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Повышение тягово-энергетической эффективности и надежности электроподвижного состава: Сб. науч. статей. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск. 2009. С. 11-18.

25. Математическая модель усовершенствованной технологии ремонта ТЭМ на основе методов теории СМО /Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Повышение динамических качеств подвижного состава и поезда в условиях Сибирского региона; Межвуз. темат. сб. науч. тр. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск. 2009. С. 21 - 25.

26. Использование методов СПУ (МКП) при ремонте электрических машин подвижного состава / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Совершенствование технологии ремонта и технического обслуживания вагонов; Межвуз. темат. сб. науч. тр. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск. 2009.

C. 64-68.

27. Оценка влияния уровня искрения в КЩУ на интенсивность отказов ТЭД TJI-2K1 / Ш. К. Исмаилов, В. В. Бублик и др. // Инновации для транспорта: Сб. науч. ст. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск. 2010. Ч. 2. С. 180- 185.

Личный вклад автора заключается в том, что им исследована оценка времени производственных операций деповского ремонта КЩУ двигателей электровозов [1 - 3]; разработаны и изготовлены датчики температуры для экспериментальных исследований [4]; с помощью однофакторного дисперсионного анализа определено влияние качества механической обработки коллекторов на качество коммутации ТЭД и повышение их ресурса [5, 8]; применен метод оценки и пересмотра проектов (ПЕРТ) к диагностированию КЩУ в условиях ремонтного депо [б]; применен метод имитационного моделирования для изучения системы диагностирования и ремонта коллекторов ТЭД [7]; изучен процесс текущего ремонта ТРЗ ТЭД с точки зрения СМО с возвратом и определены варианты его изменения [9]; описан опыт проектирования и изготовления приборов и устройств для исследования коммутационного процесса в ЭМ различного типоразмера и промышленного назначения [10 - 16]; разработана и внедрена ресурсосберегающая технология ремонта коллекторов [17]; определены особенности механических условий контактирования щетки на коллекторе в крупных МПТ [18 — 20]; опробирована технология диагностирования и контроля параметров коллекторов ТЭД в процессе деповского ремонта [21 - 23]; проведена оценка применения методов сетевого планирования и управления в условиях неопределенности к изучению эффективности ремонта КЩУ ТЭД электровоза [24-27].

Типография ОмГУПСа. 2011. Тираж 100 экз. Заказ_ 301. 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35

Введение

1. Аспекты работы коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей электрического подвижного состава. Задачи исследования

1.1. Анализ отказов тяговых электродвигателей.

1.2.Электромеханические факторы, влияющие на работу коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей

1.3. Внешние эксплуатационные факторы, воздействующие на коммутационную устойчивость коллекторно-щеточного узла тягового электродвигателя

1.4.3адачи исследования.

2. Методы и средства диагностирования и технология ремонта коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей

2.1. Методы и способы диагностирования состояния рабочей поверхности коллекторов ТЭД.

2.1.1. Классификация датчиков (первичных преобразователей)

2.1.2. Емкостный метод измерения тел вращения.

2.1.3. Оптический метод измерения вращающихся поверхностей

2.1.4. Радиолокационный метод измерения вращающихся поверхностей

2.1.5. Электростатический метод измерения тел вращения.

2.1.6. Вихретоковый метод измерения тел вращения

2.2. Устройства для технического диагностирования коллектора.

2.2.1. Анализ профилограмм рабочей поверхности коллекторов

2.3. Методы контроля коммутации тяговых электродвигателей.

2.3.1. Анализ состояния качества коммутации ТЭД.

2.3.2. Классификация методов контроля качества коммутации.

2.3.3. Прибор контроля коммутации ПКК-2М с потенциальной щеткой-датчиком.

2.3.4. Прибор контроля коммутации ПКК

2.4. Методы упрочнения коллекторов тяговых электродвигателей

2.5. Выводы

3. Влияние использования предлагаемого комплекса диагностирования и послеремонтного контроля на качество коммутации тяговых электродвигателей.

3.1.Методика и технология оценки состояния профиля коллекторов ТЭД в процессе деповского ремонта.

3.2. Количественная и качественная оценка состояния рабочей поверхности коллекторов тяговых электродвигателей с применением диагностического комплекса

3.3. Анализ результатов статистических данных механического состояния профиля коллектора и его влияние на качество коммутации ТЭД

ЗАВыводы.

4. Влияние упрочнения рабочей, поверхности коллекторов на качество коммутации и среднюю наработку ТЭД до отказа.

4.1. Влияние шероховатости поверхности коллектора на качество коммутации тяговых электродвигателей.

4.2. Влияние поверхностной пластической обработки коллектора.на качество коммутации тягового электродвигателя.

4.3. Влияние качества работы коллекторно-щеточного узла на частоту возникновения круговых огней и отказы тяговых электродвигателей

4.3.1. Техническое состояние коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей

4.3.2. Влияние интенсивности искрения коллекторно-щеточного узла на частоту возникновения круговых огней

4.4. Оценка влияния качества обработки рабочей поверхности коллекторов на качество коммутации ТЭД с помощью однофакторного дисперсионного анализа.

4.5. Выводы

5. Пути повышения надежности коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей

5.1. Динамическое воздействие пути на потенциальную устойчивость и качество коммутации ТЭД

5.1.1. Статистические исследования- влияния длины стыковых промежутков рельсовых нитей на величину динамического удара при различных скоростях движения

5.1.2. Математическая модель зависимости динамического воздействия пути на КМБ от величины стыка,и скорости движения электровоза.

5.2. Методика и технология ремонта магнитной системы тяговых электродвигателей с введением системы массового обслуживания.

5.3. Качество сборки магнитной системы тяговых электродвигателей

5.4. Практическое применение комплексной методики по наладке коммутации тяговых электродвигателей.

5.5. Выводы

6. Расчет экономической эффективности от внедрения комплекса мероприятий, направленных на повышение коммутационной устойчивости тяговых электродвигателей

6. 1 Показатели оценки экономической эффективности.

6. 2 Расчет экономического эффекта.

Современное состояние промышленности в настоящее время характерно повышением надежности и ресурса электрических машин постоянного тока в любой сфере производства и обслуживания. К ним относятся: локомотивы (электровозы, тепловозы с электропередачей); электропоезда и высокоскоростной наземный транспорт (ВСНТ); бронетехника и другие машины на гусеничном ходу; электромобили и большегрузные автомобили с электроприводом (в том числе подъемно-транспортные машины и самоходные краны); теплоходы с электроприводом (дизель-электроходы), атомоходы, подводные лодки; городской электротранспорт (трамваи, троллейбусы); беспилотные самолеты и вертолеты; моделизм.

Процессы развития научно-технического прогресса являются решающим фактором повышения эффективности любого вида транспорта, в частности, электроподвижного состава (ЭПС) в современных условиях, что имеет ряд особенностей, связанных с новыми экономическими отношениями в стране, с изменяющимися объемами перевозок, особенно грузовых. Резко обострилась проблема снижения эксплуатационных расходов, в том-числе уменьшения затрат на неплановые ремонты тягового подвижного состава (ТПС), экономии электроэнергии. На первый план выдвигаются задачи по- внедрению ресурсосберегающих технологий и технических средств, что получило отражение в реализации инвестиционной программы ресурсосбережения, которая является составной частью раздела о транспорте Федеральной целевой программы Правительства Российской Федерации «Модернизация транспортной системы России (2002 — 2010 гг.)», основных положений «Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 года», утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации № 1734-р от 22.11.2008 г.

Одной из стратегических задач развития транспорта Российской Федерации является приведение качества и безопасности перевозок в соответствие с современными требованиями экономики на основе технологического и технического прорывного развития. В первую очередь эта задача должна решаться через обеспечение перевозочного процесса подвижным составом нового поколения, отвечающего мировым стандартам. Учитывая тот факт, что замена парков российских транспортных предприятий происходит медленными темпами и полностью обновится ранее 2030 г., перед специалистами и учеными в области транспорта стоит задача модернизации существующего ТПС, диагностирования технического состояния их узлов и совершенствование методов, технологий их ремонта, что, несомненно, скажется на повышении надежности и эффективности использования ТПС в эксплуатации [1].

Однако повреждения тяговых электрических машин (ТЭМ) по мере роста срока их эксплуатации увеличиваются. Средняя стоимость устранения отказа ТЭД в несколько раз превышает стоимость устранения повреждений других видов оборудования.

Рассмотрим сеть железных дорог страны, где фактическая интенсивность отказов ЭПС показывает, что на долю ТЭД приходится более одной пятой части отказов всего оборудования электровоза, а отказы по ТЭД — около 30 %. Причем 85 % ТЭД нуждаются в капитальном или частичном ремонте. По мере увеличения срока эксплуатации количество отказов ТЭД растет, что отрицательно сказывается как на снижении парка эксплуатируемых электровозов, так и их надежности [3 - 5, 51, 65, 79, 80, 99, 102, 105 - 107, 113, 114]. В этом случае особую значимость приобретает экономический аспект.

Сложные условия эксплуатации электровозов отрицательно влияют на работу ТЭД. А поскольку КЩУ ТЭД является наиболее уязвимым узлом от воздействия многих факторов механической, электрической, тепловой природы, то и ремонт КЩУ необходимо рассматривать с точки зрения их комплексного воздействия. Реальная ситуация на железнодорожном транспорте складывается таким образом, что предприятия - локомотивные ремонтные депо и заводы Желдорреммаша с целью повышения качества ремонта и модернизации электровозов в объеме КР — с продлением срока службы вынуждены осваивать различные новые методы, средства и технологии диагностирования и ремонта узлов электроподвижного состава. В связи с этим возникает потребность разработки и внедрения в технологические процессы ремонта различных методов, способов, технологий и средств диагностирования и ремонта, направленных на повышение надежности КЩУ ТЭД, их коммутационной устойчивости и, как следствие, увеличение ресурса.

Комплексное решение проблемы механической и электромагнитной неидентичности коммутационных циклов (НКЦ) отвечает современным требованиям научно-технического прогресса, так как одним из приоритетных направлений является снижение потерь, связанных с износом узлов и деталей, а также внедрением современных средств, методов, технологий диагностирования и ремонта КЩУ ТЭМ. Таким образом, решение поставленных в диссертационной работе задач является актуальным, особенно для железнодорожного транспорта.

Цель исследования состоит в повышении ресурса КЩУ ТЭД путем совершенствования методов и технологий диагностирования и послеремонтного контроля за счет внедрения в этот процесс новых технических и технологических решений, а именно, комплексной методики-технологии ремонта КЩУ, включающую дополнительные операции: оптимизированную обточку, упрочнение (накатку) рабочей поверхности коллектора и корректировку магнитной системы ДП ТЭД.

Заключение

1. Установлены приоритетные направления проведенных исследований, направленных на повышение ресурса коллекторно-щеточного узла тяговых электрических машин, на основании анализа работ отечественных и зарубежных ученых по техническому состоянию тяговых коллекторных машин электроподвижного состава.

2. Произведена оценка влияния эксплуатационных факторов на развитие процессов повреждения коллекторно-щеточного узла, коллектора в частности, на основе результатов анализа статистических данных по отказам ТЭД электровозов постоянного тока.

3. Получена корреляционная зависимость между средней наработкой тяговых электродвигателей до отказа по причинам электромагнитной и механической неидентичности от качества настройки коммутации на основе графоаналитического метода, позволившая дать оценку взаимосвязи данных процессов.

4. Получены уравнения регрессии, позволившие определить величину динамического удара, воспринимаемого коллекторно-щеточным узлом тяговых электродвигателей и степень влияния зазора стыков рельсовых звеньев при различных режимах работы электроподвижного состава (тяга, выбег, рекуперация) и скорости его движения в четвертой степени.

5. Разработана комплексная методика-технология, объединяющая процесс диагностирования и послеремонтного контроля; рабочей поверхности коллекторов тяговых электродвигателей, оптимизированный процесс обточки, поверхностную пластическую обработку и корректировку магнитной системы по поперечной оси электрической машины, позволяющая повысить ресурс работы коллекторно-щеточного узла и увеличить межремонтный пробег тяговых электродвигателей электроподвижного состава от 250 тыс. км до 1500 тыс. км, а отдельных двигателей до 2400 тыс. км.

6. Доказано, что технологические операции обточки и упрочнения (накатки) рабочей поверхности коллектора тягового электродвигателя, согласно результатам проведенных коммутационных испытаний и расчетов с применением однофактор-ного дисперсионного анализа, приводят к существенному улучшению качества коммутации и, тем самым, повышению ресурса коллекторно-щеточного узла электрических машин подвижного состава.

7. Внедрение предложенной методики-технологии, позволит систематически снижать поток полных и частичных отказов, а, следовательно, получить экономический эффект от повышения надежности их работы, так как с момента начала эксплуатации тяговых электродвигателей после ремонта происходит экономия финансовых и материальных средств от несостоявшихся убытков, что составляет 1 млн 200 тыс. рублей на 100 электровозов одного локомотивного ремонтного депо в год.

1. Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 г. Утв. Распоряжением Правительства Российской Федерации № 1734-р от 22.11.2008 г.

2. Беляев В. П. К вопросу о влиянии скорости движения локомотива на искрение тягового двигателя // Сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1962. Т. 37. С. 81-87.

3. Красковская С. Н. Текущий ремонт и техническое обслуживание . электровозов постоянного тока / С. Н. К р а с к о в с к а я, Э. Э. Ридель. М., 1989. 408 с.

4. К а р а с е в М. Ф. Разделение потерь в щеточном контакте машин постоянного тока / М. Ф. К а р а с е в, Н. Я. Б о г а т ы р е в // Вопросы коммутации коллекторных электрических машин: Сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1963. Т. 40.

5. К а р а с е в М. Ф. Коммутация коллекторных машин постоянного тока /М. Ф. К ар а с е в. Госэнергоиздат, 1961. 224 с.

6. К а р а с е в М. Ф. Оценка искрения и контроль качества коллекторов электрических машин / М. Ф. К а р а с е в, В. П. С у в о р о в // Известия вузов. Электромеханика. 1962. № 7. С. 21 25.

7. Авилов В. Д. Метод анализа и настройки коммутации крупных машин постоянного тока // Сталь. 1995. № 11. С. 91 93'.

8. КарасевМ. Ф. Оптимальная коммутация машин постоянного тока / М. Ф. К ар ас ев, В. П. Б ел я е в. М.,1967.180 с.

9. Приборы для исследования неидентичности коммутационных циклов / М. Ф. К а р а с е в, В. И. Тимошина и др. // Материалы V всесоюзной конференции по коммутации электрических машин / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1976. С. 34-36.

10. А р н о л ь д Э^ Машины постоянного тока / Э. А р н о л ь д, И. JI. JI а-К у р. М.: Гостехиздат, 1931. 496 с.

11. НесоновВ. С. Справочник по радиоизмерительным приборам / В. С. Несонов. М.: Советское радио, 1977. Т.1. 230 с.

12. Козлов А. А. Динамический контроль профиля коллекторов электрических машин / А. А. Козлов, А. И. Скороспешкин // Электротехника. 1977. '№ 7. С. 36-39.

13. Б о ч а р о в В. И. Тяговые электродвигатели электровозов / В. И. Б о ч а р о в, В. И. 3 а х а р о в // Новочеркасск, 1998. 672 с.

14. Бордаченков А. М. Коллекторно-щеточный узел тяговых электрических машин локомотивов / А. М. Бордаченков, Б. В. Гнездилов. М., 1974. 160 с.

15. А в и л о в В. Д. Критерий и метод настройки коммутации машин постоянного тока / В. Д. А в и л о в, М. Ф. К а р а с е в // Известия вузов. Электромеханика, 1978. № 10. С. 1050-1054.

16. Д е р я б и н Л. И. Исследование влияния коммутационного искрения на износ коллекторов тяговых двигателей электровозов: Автореферат дис . канд. техн. наук. Омск, 1971. 23 с.

17. Дерябин Л. И. Оценка влияния нарушения формы поверхности коллектора на коммутацию / Л. И. Дерябин // Тр. ВНИИЖТа. М.: Транспорт. 1970. С. 43-51.

18. А в и л о в В. Д. Повышение коммутационной устойчивости крупных коллекторных машин постоянного тока (методы анализа, диагностирования и настройки коммутации): Автореферат дис. докт. техн. наук. М., 1989. 47 с.

19. А в и л о в В. Д. Разработка устройства для оценки состояния профиля коллекторов / В. Д. А в и л о в, В. В. Б у б л и к // Тезисы докл. республиканской науч.-техн. конф. Харьков, 1984. Ч. IV. С. 107 108.

20. Елисеев С. В. Исследование динамики скользящего контакта и особенностей коммутационного процесса при действии механических факторов / Автореферат дис. канд. техн. наук. Омск. 1967. 18 с.

21. Г а л к и н В. Г. Надежность тягового подвижного состава / В. Г. Г а л к и н, В. П. П а р а м з и н, В. А. Ч е т в е р г о в: Учебное пособие. М.: Транспорт, 1981. 184 с.

22. П ш и б ы л ь с к и й В. Технология поверхностной пластической обработки: Пер. с польск. / В. Пшибыльский. М., 1991. 479 с.

23. БраславскийВ. М. Технология обкатки крупных деталей роликами /В.М. Браславский. М., 1975. 160 с.

24. П а п ш е в Д. Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием / Д. Д. П а п ш е в. М., 1978. 155 с.

25. ГОСТ 183-74. Машины электрические вращающиеся. Общие технические требования. М.: Изд-во стандартов, 1974. 17 с.

26. Правила ремонта электрических машин электроподвижного состава. ЦТ-ЦТВР/4782. М, 1992. 296 с.

27. Одинцов Л. Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник / Л. Г. О д и н ц о в // М.: Изд-во, 1987. 328 с.

28. С м и р н о в В. П. Непрерывный контроль температуры предельно нагруженного оборудования электровоза: Дис . докт. техн. наук. Омск, 2005. 355 с.

29. Г м у р м а н В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика / В. Е.Гмурман.М.: Высшая школа, 2001. 479 с.

30. Исмаилов Ш. К. Повышение ресурса изоляции электрических машин подвижного состава: Монография / Ш. К. Исмаилов; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2007. 391 с.

31. Девликамов Р.М Прогнозирование искрения в щеточном контакте коллекторной машины и оценка ее коммутационной надежности // Изв. Вузов Электромеханика. -№1.2007. С. 20-22.

32. Н а х о д к и н В. М. Технология ремонта тягового подвижного состава / В. М. Находки н, Р. Г. Черепашенец// Учеб. для техникумов ж.-д. трансп. М., 1998. 461 с.

33. БерезовскийВ. И. Экспериментальные исследования динамики ко-лесно-моторного блока электровоза ВЛ8 // Сб. науч. тр. / Новосибирский ин-т инж. ж.-д. трансп. Новосибирск, 1969. Вып. 91. С. 42 44.

34. КарасевМ. Ф. Фотоэлектрический индикатор для стендовых испытаний интенсивности искрения тяговых локомотивов / М. Ф. К а р а с е в, А. М. Т р у шков, В. П. Беляеви др. // Науч. тр. / Омский ин-т инж. ж. д. трансп. Омск, 1972. Т. 133. С. 102- 106.

35. К а р а с е в М. Ф. Метод оценки искрения / М. Ф. К а р а с е в, В. П. Суворов //Вестник электропромышленности. 1962. № 1. С. 76 78.

36. К о в а л е в В. 3. Структура математической модели динамики электрических машин / В. 3 Ковалев, Ю. 3. Ковалев // Расчет и оптимизация параметров электромагнитных устройств и систем управления электроприводом. Омск, 1985. С. 101-105.

37. А в и л о в В. Д. Диагностирование и настройка коммутации тяговых и других коллекторных электрических машин / В. Д. А в и л о в, В. П. Б е л я е в и др.: Учебное пособие // Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2002. 134 с.

38. ГОСТ 24289-80. Контроль неразрушающий. Термины и определения. -М.: Изд-во стандартов, 1980. 8 с.

39. АвиловВ. Д. Методы анализа и настройки коммутации машин постоянного тока / В. Д. А в и л о в, М.: Энергоатомиздат, 1995. 237 с.

40. Н э л л и н В. И. Механика скользящего контакта /В. И. Н е л л и н, Н. Я. Б о г а т ы р е в и др. М.: Транспорт, 1966.255 с.

41. Г а л и е в И. И. Исследование динамических качеств локомотивов с двухъярусным подвешиванием при воздействии импульсной нагрузки /Дис. . канд. техн. наук. Омск, 1971. 173 с.

42. Годыцки й-Ц в и р к о А. М. Изгибающий момент в рельсовом стыке. Труды ЛИИЖТа, вып. 137. Трансжелдориздат, М., 1948.

43. К у в а л д и н И. О. Об учете влияния стыков при проектировании вагонов: Сб. науч. тр. Красноярский Сибирский лесотехнический ин-т, Вып. № 3. Красноярск, 1948.

44. Ш а х у н я н ц Г. М. Устройство железнодорожного пути, т.З. Трансжелдориздат, М., 1944.

45. К о г а н А. Я. Вертикальные динамические силы, действующие на путь. Труды ЦНИИ МПС, вып. 402. Изд-во Транспорт, М., 1969.

46. В олошко Ю. Д. Исследование свободных колебаний колеса и рельса при переменной жесткости пути: Сб. науч. тр. / Днепропетровский ин-т инж. ж.д. трансп., вып.57. Изд-во Транспорт, М., 1965.

47. П а х о м о в М. П. Исследования вертикальных колебаний и воздействия электровозов на путь./ Дис. . д-ра. техн. наук., М., 1958. 311 с.

48. М е д е л ь В. Б. Динамика электровоза / В. Б. М.: Трансжелдориздат, 1977.414 с.

49. Яковлев В. Ф. Динамические силы в контакте колеса и рельса / В. Ф. Яковлев // Вестник ВНИИЖТа. 1965, № 6. С. 18 20.

50. И с а е в И. П. Ускоренные испытания и прогнозирование надежности электрооборудования локомотивов / И. П. И с а е в, А. П. М а т в е е в и ч е в, Л. Г. К о з л о в. М.: Транспорт. 1984. 248 с.

51. Исмаилов Ш. К. Оптимальные режимы вождения поездов с обеспечением надежности тяговых электродвигателей: Учебное пособие / Ш. К. И с м а и л о в, В. Г. Ш и л е р; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2006. 166 с.

52. И с м а и л о в Ш. К. Прогнозирование интенсивности отказов ТЭД на основе диагностирования искрения щеток / Ш. К. И с м а и л о в, В. П. Б е л я е в,

53. B. Г. Ш и л е р // Методы и средства диагностирования технических средств железнодорожного транспорта: Тезисы докл. всесоюзной науч.-техн. конф. / Омский ин-тинж. ж.-д. трансп. Омск, 1989. С. 128.

54. П и с ь м е н н ы й Д. Т. Конспект лекций по высшей математике. Полный курс / Д. Т. П и с ь м е н н ы й. М.: Айрис-пресс, 2007. 608 с.

55. В е н т ц е л ь Е. С. Исследование операций / Е. С. В е н т ц е л ь. М.: Высшая школа, 2007.208 с.

56. Ковалев Ю. 3. Электротехнические подходы к моделированию физических процессов в машиностроении: Учеб. Пособие. Омск. Изд-во ОмГТУ, 1993. -62 с.

57. К р е м е р H. Ш. Математика для экономистов: от Арифметики до Эконометрики/ Учебно-справочное пособие под ред. / H. Ш. К р е м е р а. М.: Высшее образование, 2007. 365 с.

58. В е н т ц е л ь Е. С. Теория вероятностей / Е. С. В е н т ц е л ь. М.: Высшая школа, 1998. 575 с.

59. Ковалев В. 3. Структура математической модели динамики электрических машин / В. 3. Ковалев, Ю. 3. Ковалев // Расчет и оптимизация параметров электромагнитных устройств и систем управления электроприводом. Омск, 1*985.-С. 101-105.

60. К р а с о в с к и й Б. Н. Основы конструирования транспортных электрических машин. JL: Энергия, 1970. 304 с.

61. Щ е р б а к о в В. Г. Закономерности износа коллекторов и щеток тяговых двигателей электровоза// Изв. ВУЗов Электромеханика, 1978. № 12. С.25 -28.

62. И с м а и л о в Ш. К. Повышение ресурса изоляции обмоток электрических машин подвижного состава в условиях эксплуатации: Дис.докт. техн. наук. Омск, 2004.400 с.

63. Рапопорт О. Л. Нужна система мониторинга теплового состояния тяговых двигателей / О. Л. Рапопорт, Д. Н. Хомченко // Журнал «Локомотив», 2009. №5. С. 31.

64. Ермолин Н. П. Надежность электрических машин / Н. П. Ермолин, И. П. Жерихин // Л.: Энергия, 1976. 240 с.

65. Электрические измерения неэлектрических величин / Под ред. П. В. Новицкого. Л., 1975. 576 с.

66. К о ц а р е в H. Ф. Источники вторичного электропитания электронных и электромашинных устройств: Учебно-методическое пособие / Н. Ф. К о ц а р е в // Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия. Омск, 2008. - 48 с.

67. A.c. 1365258 СССР, МКИ H 01 Р 39/58. Устройство для объективной оценки коммутации электрической машины / Ю. Я. Безбородов, В. В. Харламов, В. А. Серегин, В. И. Козлов //Открытия. Изобретения. 1988. № 1.

68. А. с. 771808 СССР, МКИ H 02 К 13/14. Устройство улучшения коммутации коллекторных электрических машин с волновой обмоткой якоря / А. И. Скороспешкин и др. // Бюллетень изобретений. 1980. № 38.

69. А. с. 1112495 СССР, МКИ H 02 К 13/14. Устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин с волновой обмоткой якоря / JI. Я. Макаровский, А. Б. Немнонов, В. А. Прудников, И. А. Скоробогатов // Открытия. Изобретения. 1984. № 83.

70. КоцаревН. Ф. Настройка коммутации машин постоянного тока по зонам искрения / Н. Ф. К о ц а р е в // «Коммутация тяговых электродвигателей и других коллекторных машин»: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж,-д. трансп. Омск, 1979. С. 12 15.

71. JI а в р и н о в и ч JI. Л. Экспериментальные исследования в скользящем контакте / Л. Л. Лавринович// Вестник электропромышленности. 1956. № 11. С. 34-37.

72. Лавринович Л. Л. Искрение в скользящем контакте // Вестник электропромышленности. 1957. № 2. С. 3 — 10.

73. Б е к и ш е в Р. Ф. Исследование уровня радиопомех при работе коллекторных электрических машин постоянного тока / Р. Ф. бекишев, А. И. Селяев // Электротехника. 1980. № 4. С. 44 46.

74. А. с. 1252871 СССР, МКИ H 02 К 13/14. Устройство для исследования коммутации коллекторных электрических / В. В. Т р о ш и н, Э. Г. Ч е б о т к о в, В. Е. Ан тропов, Н. А. Елшанский, П. М. Калужский// Открытия. Изобретения. 1986. № 31.

75. R о u m a n i s S. J. The null point method of commutation adjustment // Trans. АГЕЕ. 1956. V. 75.

76. X а р л а м о в В. В. Совершенствование методов и средств диагностирования технического состояния коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей подвижного состава: Дис.докт. техн. наук. Омск, 2002. 376 с."

77. Прибор контроля качества коммутации электрических машин/X ар ламов В. В., Безбородов Ю. Я., К о з л о в В. H., JI у з и н В. М.; Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1990: - 10 с. - Деп. в Информэлектро 05.01.90, № 5-эт 90.

78. A.c. 1372434 СССР, МКИ HOIR 39/58. Устройство- для определения уровня искрения щеток электрической машины постоянного тока / В.В.Харла м о в // Открытия. Изобретения. 1988. № 5.

79. A.c. 752636 СССР, МКИ Н02К 13/14. Устройство для анализа коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока / В. Д. А в и л о в, Ю. Я. Безбородов, М. Ф. Карасе в, В. И. Тимошина// Бюллетень изобретений. 1980. №28.

80. A.c. 968878 СССР, МКИ Н02К 13/14. Устройство для анализа коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока / Ю. Я. Безборо д о в, В. Ф. Ш к р е б а, В. В. X а р л а м о в и др. // Открытия. Изобретения. 1982. №39.

81. В е г н е р О. Г. Теория и практика коммутации машин постоянного тока. JL: Госэнергоиздат, 1961.

82. КурбасовА. С. Приборы для контроля коммутации тяговых электродвигателей // Вестник электропромышленности. 1963. № 6. С. 53 56.

83. Контроль качества коммутации тяговых электродвигателей подвижного состава / Л. В. Ющенко, В. Д. Авилов, А. А. Рябцун, P. X. Сайфутдинов // Науч. Тр. Хабаровский ин-т инж. Ж.-д. трансп. Хабаровск, 1984. № 49. С. 33 37.

84. Прибор контроля коммутации ПКК-2У4 и исследование областей его применения / М. Ф. Карасев, В. Д. Авилов, А. В. Сазонов, В. Н. Антипов, В. Н. Аксенов, А. А. Тимошинин // Электротехническая промышленность. 1979. Вып. 6 (100). С. 16, 17.

85. Методические рекомендации по определению экономической эффективности мероприятий научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте. М.: Транспорт, 1991.

86. Воротилкин А. В. Локомотивный комплекс и перспективы его развития / Журнал «Локомотив», №1.2011.С.2-5.