автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка и исследование способов повышения надежности взрывозащищенного электрооборудования

Н6

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

Сибирский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт имени Серго Орджоникидзе

На правах рукописи

МАЛАХОВА Татьяна Федоровна

УДК 622.621.313-213.34

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

(на примере взрывобезопасных рудничных электродвигателей)

Специальность 05. 09. 03 — „Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк 1993

Диссертационная работа выполнена на кафедре „Электроснабжение горных и промышленных предприятий" Кузбасского политехнического института.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

— Заслуженный деятель науки и техники России, член-корр. Инженерной Академии РФ, профессор, доктор техн. наук.

Разгильдеев Г. И.

— доктор технических наук, профессор Курехин В. В. кандидат техн. наук, доцент Вавиловский В.

НИИ „Взрывозащищенных электрических машин", г. Кемерово

Защита диссертации состоится « и » ¿^^1993 г. в

часов на заседании специализированного созета К 053. 99.02 Сибирского металлургического института имени Серго Орджоникидзе по адресу: 654053, г. Новокузнецк Кемеровской

области, ул. Кирова, 42 Автореферат разослан

зал.

20 "

1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета К 033.9Э.02 канд. техн. наук, доцент

А. И. ПЕТРАЧКОВ

*

. . ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Высокая эффективность роботы предприятий горной промышленности в существенной мере определяется безотказней работой взрывобезопасного электрооборудования, в часности, рудничных электродвигателей(РЗД), на которые приходится до 10 % всех простоев, вызванных отказами. Замена и ремонт РЭД связаны о крупными материальными затратами,

На угольных шахтах находят широкое применение РЭД, поступившие из ремонта. Их число составляет до 70 % парка всех электродвигателей, работающих на шахтах.

В целях обеспечения потребности в РЭД угольных шахт Кузбасса на двенадцати рудоремзаводах (РРЗ) и ЦЭММ создана ремонтная база, где производится ремонт 13,5-15,5 тыс. РЭД в год.

Практика показала, что вадекнооть отремонтировашшх РЭД существенно ниже, чем поступивших с заводов изготовителей. Это объясняется тем, что существующие технологии ремонта РЭД рассчитаны на восстановление отказечшего узла или элемента конструкции в большинстве случаев без учета их износа к моменту возникновения отказа и необходимости восстановления выработанной части рзсурса. Этим, в основном, объясняется как низкая эффективность ремонтов так и то, что отремонтированные в условиях олектроремотшх предприятий РЭД имеют показатели надежности существенно меньше, ' зм новые изделия.

Отремонтироватшке электродвигатели (ЗД) характеризуются также низкой эффективностью применения, хотя затраты на ремонт составляют примерно половину первоначальной стоимости. В сетзи о этим проблзмма повышения надежности отрсмо:лировашшх ЭД является акту-

альной как с точки зрения затрат ш .ремонт ремонт ним предприятием, так и о позиций потребителя, т.е. угольных шахт, заинтересованных в снижении затрат на эксплуатацию.

Актуальность темы диссертации объясняется практической направленностью, которая,связана с проблеммой повышения надежности РЭД при их ремонте.

Решение проблеммы повышения надежности РЭД может быть достигнуто на основе новых технологий по их изготовлению и ремонту.

Диссертационная р Зота является частью работ, выполненных согласно комплексное программе "Повыпвние надежности, безопасности и экономичности электрооборудования горных пр-дориятий" по плану ШР КузПИ И гос.регистрации 06.24.76035492, а такке ШР цо теме 214-84 "Повышение технического уровня взрывозащищенных ЭД на основе применения нетрадиционных средств защиты" й гос.регистрации 02.8.90016217, ШР по теме 200-89 "Отработка технологического процесса компаундирования РЭД" , ''

Целью работы является повышение надежности РЭД после ремонта и разработка средств технологического обеспечения.

Основная идея работы заключается в восстановлении отработанной к моменту выполнения ремонта части ресурса за счет закрепления . сердечника и обмотки статора механически прочном и теплопроводным компаундом.

Научные положения, разработанные лично соискателем и новизна:

- установлены статиотические закономерности изменения наработок на отказ отремонтированных РЗД от числа проведенных ремонтов;

- в качестве дополнительного показателя ремонтопригодности введена вероятность восстановления РЭД при ремонте с исправными средствами взрывозащчты; .

- установлены закономерности колебания проводников обмотки статора на выходе из паза и влияние этих вибраций на механичес аю свойства электроизоляционных материалов;

- выявлено влияние теплового и вибрационного процессов в обмотках на надежность иголяцки РЭД;

- разработана математическая модель расходования ресурса РЭД в процессе эксплуатации с использованием впервые введенного понятия "показатель продольной жесткости сердечника" и установлены зависи-ыссга изменения этих показателей во времени.

Обоснованность и достоверность нэучшх положений, Еыводои и

рекомендаций, содераащихся в диссертационной работе, подтверада-ются представительной выборкой опытных данных при статистически исследованиях с высокой доверительной вероятностью =0,9), использованием методов теории вздеаногти л математической статистики при обработке опытных далшх, теории электромагнитной вибрации электрических машин, методов математического анализа и цоделировакия.

Научное значение работы заключается в получеши результатов,1 характеризующих показатели и процесс расходования ресурса при эксплуатации РЭД, и присупдах им закономерностей.

Практическая ценность состоит в установлении причин низкой надегности отремонтированных рудничннх. электродвигателей в разработке способов восстановления отработанной части ресурса, снижения влияния вибрационных и тепловых воздействий на электрическую изоляцию и повышения ньдеяности в 2 - 2,5 раза против существующего уровня.

Разработана техническая документация а технологическая оснастка, с помощью которой отремонтирована опнтше а промышленные партии электродвигателей различного назначения с заливкой обмотет я сердечника статора теплопроводным компаундом, Испытания РЭД о заливкой компаундом произведены на испытательных стендах лаборатории электрических машин НИИВЭМ (НПО "Кузбассэлектромотор") и па шхтах концернов " Кузне цкуголь" и "Ленинскуголь" в Кузбассе.

1отановлено, что надегность отремонтированных с применением компаундов РЭД в 2-2,5 раза высе надеано^ти ноеых электродвигате-> лей. '

Апробация,

Основные результаты работы изложены и обсуждены на конференции "Пути повышения надежности и безопасности электрооборудования и электроснабжения угольных шхт'ЧДонецк, 1988г.), на УТ.научно--технической конференции ."Повысекие надеаности п экономичности вз-рывозащищенного электрооборудования" (Кемерово, ШИ ПО "Кузбассэ-лектромотор" 1989г.), та 1-ом Мендународнои омпозиумо "Автоматическое управлега!е энергообъектами ограниченной мощности" (Ленинград, 1991г.), ка заседании научно-технического совета концерна . "Кузнецкутоль" по отчету НИР (Новокузнецк, 1991. .), на научно-технической кон|)ьрерт!ии преподавателей и студент КузПИ (апрель 19'-

Публикации.

По теме диссертации опубликовано шесть печатных работ, получено два положительных решзкия на изобретения.

Объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, изложенных на страницах машинописного текста, содержит рисунков, 3 о тг. Ллицы, список использованной литературы из наименований и а приложенной.

ОСНОВНОЕ ООДЕРЛ^НИЕ РАБОТЫ

В введении обоснована актуальность теш, сформулирована цель диссертационной работы, основные положения, выносимые на защиту,, научное и практическое значения решаемых проблем.

В первой главе проведен анализ современного состояния проблемы на основе анализа результатов выполненных раннее научных исследований надежности РЭД и экономических, последствий их отказов, а также работ, характеризующих существующую технологии ремонта.

Многочисленные факты и опыт эксплуатащшРЭД свидетельствует о том, что несмотря на применение новых изоляционных материалов -и совершенствование технологии производства получить принципиально новых результатов в повышении надежности надежности РЭД пока не удалось. Причины такого положения до настоящего времени пока еще не выявлены. Все зто в полной мере относится к РЭД, прошедших ремонт после 'отказов.

Нельзя отрицать очевидный факт, что техническая база электроремонтных предприятий и применяемая там технология в существоиной пере отстает от технического уровня производства ЭД на электромеханических заводах. Однако это только одна часть причин,. Другая же их часть, относящаяся к соответствию применяемой технологии ремонта ЭД и их состоянию при поступлении в ремонт, все енг остается не исследованной.

Вопросам исследования надежности рудничного электрооборудования и электродвигателей посвящены работы В.П.Муравьева, Г.И.Раз-•-.:ьгчею, В.Г.Соболева, П.Ф.Ковалева, А.П.Ковалева, О.Д.Гольдбер-

га, В.И.Шуцкого, Б.Н.Ванеева, А.И.Шпигановича, В.Н.Матвеева, А.Д.Глэеного, Л.Д.Певзнера, Ю.Г.Бацежека, Ю.П.Шновскогс, В.И. Серова.

Анвлиэ публикаций, указанных эшаз, и других авторов показал, что в них отражены результаты исследований режимов работы РЭД, эксплуатационных статистических показателей надежности, уровней безопасности, распределения отказов по узлам РЭД различного назначения и др.. В то же время, как показывает анализ, до последнего времени практически не уделялось вникания исследованию причин низкой надежности РЭД, прошедших ремонт.

Имеющиеся публикации относятся либо к. описании технологии, либо к проведению мер организационного характера при ремонте РЭД (общие правила выбора периодичности ремонта; приемка, разборка, дефектация; испытания после.ремонта РЭД и т!п.). Известны исследования ВНЙИВЭ, где показано, что РЭД работают до первого капитального ремонта 1-2 года, а критически оценивая выполненные к настоящему времена исследования необходимо отметить два важных- обстоятельства, во первых,в технической лияер&туре отождествлять понятие "капитальный ремонт", с ремонтом, выполняемым при необходимости заменить отказавшую обмотку статора или подшипники. В соответствии с действующей НГД капитальный ремонт выполняется в тех случаях, когда изделие израсходовало определенную часть ресурса. Между тем, анализ свидетельствует о том, что основная масса РЭД поступает в ремонт в результате отказов (до 75%).

Во вторых, применительно к взрывозащищенным ЭД экономические и временные критерии хотя и являются важными, все же не могут служить решающим фактором при оценке возможности выполнения восстановительного ремонта. Нельзя не считаться с фактами невосстанэвлива-емых повреаденний средств обеспечения безопасного применения ЭД, куда относятся в первую очередь средства взрывозащиты.

По этой причине при разработке рекомендаций по планированию объемов ремонта ЭД необходимо учитывать как особенности конструкции РЭД, так и возможные последствия их отказов и повреждений вз-рывозащиты.

До сих пор не выяснены основные закономерности и причины' вырабатывания ресурса асинхронных ЭД.

Технология их ремонта практически повторяет те;: пси огню изготовления и,не учитывает необходимость восстановления части выработанного к моменту ремонта ЭД ресурса. Да к собственна поюти ра-

сурса £ действующей НГД трактуется з евдэ, з основном, временных параметров.

Исходя ::з цели исследования и на основании анализа состояния вопроса, в настоящей работ« быт поставлены и решены следующие 3£да»ц,:

выполнить статистические исследования показателей надезно-сти отремонтированных ксмоайноюых ЭД и ЭД серии БР и ВРП, как получивших широкое распространение на шахтах пс сравнению о парком . других ЭД, а также уст; повить закономерности изменения этих показателей в зависимости от числа ремонтов:

разработать рекомендапми не критериям ремонтопригодности рудничных ЭД с учетом необходимости восстановления при решите воз-мозсяых повреждении средств взрывозаартк;

исследовать закономерности изменения факторов, определяющих ресурс РЭЛ; .

разработать и исследовать модель вырабатывания ресурса РЭД; разработать технологическую оснастку для восстановления отработанного ресурла ЭД на основе применения механически прочных теплопроводных комааундоз и. испытать ее а промышленных условиях.

Зо второй главе приведет методика получения показателей на-мекностг отремонтированных РЭД, на основе плана испытаний )

по ГОСТ 17510-72. С целью получения эклериментальных наработок отремонтированных РД были проведены исследования на шахтах, рудоремонтных заводах и ЦЭШ концернов "Севзрокузбасоуголь", "Кузнецк-уголь", "Ленипскуголь".

Для зтой цели бшш организована подопытнгя эксплуатация РЭД, комбайнов, скребковых и ленточных конвейеров и насосов квелоетан-цяй, поступивших из ремонта. Эти РЭД бьал Еыбраны исходя из различия режимов работы горно-шахтного оборудования, на котором они установлены.

Методика предусматривала возможность установить число ремон-. тоз. которые прошел ГОД перед спуском в шахту на подопыт:1ув эксплуатацию.'Для ьтой цели попользовали такте документацию электро. реиот:тчы:с цехоь предприятий ЮММ и рудоре^октгых заводов. Получении', частные ре&лчзацга жработок были нанесены ка ьерояткостную . буга^у Векбзглла-Гнедежо, о помидью которой определяла параметра г. (определения (табл!).

Таблица I

Параметры распределения Бейбулла-Гкеденко наработок на отказ РЭД

Етзначение электро-• двигателей До первого ремонта До второго ремонта До третьего ремонта До четвертого ремонта

Л в То ЗдР Р(Го) Л в ъ № Л д Ъ № Л в Тз

Очистные комбайны Скребковые конвейеры Ленточные конвейеры Нзсосы каслостанций к^шлексов т I т I 3940 7752 3770 НИХ 6949 7752 877С ,шс 0,4( 0,4 0,41 0 - 1,5 ; 1,5 ; 1,5 ,1.5 5455 6146 6398 8788 1926 5550 3875 79% 0, ¿9 О.ЗС 0,40 0,56 1.5 1.5 1.5 1.5 1691 5100 5398 6942 4236 4606 4875 6269 0,2' 0,2 0,3« 0,45 1.5 Ц5 > 1.Е 1.5 } К 3799 3672 4156 5137 ззте 343: 375" 463£ с, 14 0, 0,£ И

Примечание: - параметр ^орш; О - параметр масштаба; - наработка до о -го ремонта. Кроме параметров распределения в табл.! приведена вероятности бесотка экой работы (ВБР) дуй еоотЕотствующей сродней наработка до первого ( То ), аторого ( ), трзтьего ( ) и четвертого Тз ) ремонтов.

а

По результатам исследований ЭД разного назначения и дая каждой нагрузки выборок были построены вероятности.безотказной работы (ВБР) в зависимости от числа проведенных ремонтов. Для комбайновых ЭД и ЭД скребковых конвейеров эти зависимости приведены на рисЛ. Для ЭД другого назначения эти зависимости имеют аналогичный вид.

Ь.ч

Рис.1 Вероятности безотказной работы ЭД очистных комбайнов (а) и скребковых конвейеров (б) от числа ремонтов Ш .

Из этих кривых видно, что ВЕР снижается дая одной и той же продолжительности эксплуатации в зависимости от числа ремонтов, которые прошел ЭД. Так, для £ =6000ч ВБР ЭД очистного комбайна до первого ремонта с оставляет Р{То) =0,40, после первого ремонта Р{ 7/ )= =0,29, после второго ремонта/? (Тг)=0,24 и пссле третьегоР(7"3)=0,14 Соотношения Р(Тс)/Р(То) составляют,соответственно, 0,75; 0,575; 0,35. ■

Аналогичные соотношения характерны также и для наработок ЭД различного назначения до первого, второго и третьего ремонтов.

Необходимо отметить, что установить завиоимооти наработок от числа ремонтов после четвертого ремонта не представилось возможным из-за недостоверности полученных статистических данных.

Соотношения н'.ра^ток между собой в зависимости от числа ремонтов приведены в т; 1л. 2.

Таблица 2.

Соотношения средних наработок между ремонтами

Назначение электродвигателей Отношения наработок ..

Ъ/То Тг/Т, Тз/П Тз/То

Очистные комбайны 0,708 0,85 0,78 0,47

Скребковые конвейеры 0,715 0,82 0,76 0,43

Ленточные конвейеры 0,70 , 0,78 0,74 0,42

Нзсосы шслостанций 0,71 0,73 0,41

комплексов 0,78

Примечание: То - наработка до первого ремонта; /¿' - наработка после с -го ремонта.

Из таблицы 2 видно, что после первого ремонта наработки РЭД снижаются на 39,3 - 40,8%

При последующих ремонтах средние наработки снижаются медленнее. Бзли считать, что показатели надежности объективно отражают процесс расходования ресурса РЭД, во время эксплуатации, то из данных табл.2 и I следует, что после третьего ремонта (до четвертого) он снижается в 2-2,4 раза по сравнению с первоначальным.

Для распределения Вейбулла-Гнеденко характерной является нестационарность интенсивности отказов. Это положение по отношению к эксплуатации отремонтированных ЭД подтверждается построенными по экспериментальным данным зависимостями где/77 - число выполненных ремонтов, (рис.2)

6500 7000 8000 9000 /0000 ttOQO /¿ООО /3000 MOQO /5000

Рис.2 Изменение интенсивности отказов отремонтированных РЭД в'функции времени: I - очистных комбайнов, .2 - скребковых конвейеров, 3 - ленточных конвейеров. -

Из рисунка 2 видно, что интенсивность отказов в функции от числа ремонтов имеет три характерных участия. На первом из них,соответствующему наработкам до первого ремонта (отказа) интенсивность отказов практически стационарна.

Затем следует участок кривых, соответствующих увеличивающейся' во времени интенсивности отказов, что интерпретируется как период износа, и, наконец, третий участок, соответствующий износу с относительно постоянной скоростью с высокой интенсивностью отказов.

Полученные статистические зависимости Л&) позволили прийти к выводу о том, что они не только отраяают потоки отказов на разной стадии эксплуатации РЭД, но и проеесс вырабатывания ресурса. На начальной стадии т.е. у новых ЭД, он вырабатывается относительно мед-лечно, а по мере увеличения числа ремонтов этот процесс ускоряется. Это объясняется тем, что наибольшее число отказов (до 85-90$) приходится на обмотки статоров, при ремонте которых не восстанавливается выработанный ресурс других узлов РЭЛ. •

Mt-одика статистических исследований процесса эксплуатации отремонтированный РЭД предусматривал^ регистрацию видов и характера их отказов. v-

Исходя из представления о том, что рудничные ЭД в отличие от общепромышленных выполняют две функции - технологическую и безопгс-иостную (в связи о наличием средств взрывозащиты) при дефектяции ЭЛ в процессе ремонта их разделяли на две группы (рис.3):

-1 - электродвигатели, работоспособность которых восстановить невозможно;

(с кевосстанавливаемыми основными узлами); '

II - электродвигатели, работоспобность которых монет быть восстановлена (подлежащие ремонту).

Критерием разделения РЭД на группы служили признаки, содержащиеся в нормативно-технической- документации (НГД) на ремонт, в которой определены критерии состояния"основных узлов для отнвсе^-я их к пригодным для дальнейпей эксплуатации.

Р действующей НГД на ремонт РЭД (РД 1614.101-85 ОСТПП) определены критерии отбраковки узлов, обеспечивающих безопасность применения РЭД (средств взрывозащи:ы). В соответствии с- этигли рекомендациями РЭД группы II были раздельны на две подгруппы: подгруппа I -- РЭД, которые могут быть отремонтированы с восстановлением средстЕ взрьпзащиты; подгруппа 2 - РсД,. которые мохуг быть отремонтпрова-•ны без восстановлсния поврежденных средств взрывозащитч (эти ЗД могут быть впоследствии использованы как рудничнкз э нормальном исполнении РН пли РП).

Статистические данные полученные на ремонтном предприятии "Сибхимпромэнерго" показали, что 12-11% поступивших в ремонт взры-, возащищенных ЭД при дефзктации признаются непригодными для зосстггго-Еления и списываются, 18% восстанавливаются без.знаков взрывозащи-ты, т.е. не пригодны для эксплуатации во взрывоопасной среде, и только 65-72$ от с'щего числа РЭД, после ремонта возможно использовать по назначению.

Исследования полученные о использованием схемы на рис.3 диффе-регциалышх уравнений позволили получать и рекомендовать для рудничных и других взрывозащищенных ЭД в дополнение к установленным ГОСТ 20,39.312-85 показателям надежности показатель ремонтопригодности - вероятность исправного состоячия РЗД. При этом под исправным состоянием понимаем работоспособное состояние, с*неповрежденными средствам защиты. Статистические исследования показали, что покг ттсль для РЭД находится в пределах Р"с = 0,62-0,70, т.е. только 62-7СГ ПОСТУПИВШИХ В реМОНТ РЭД М01УТ бЫ^Ь ОТрСГ'ОНТИрОВаГС! С ВОССТОНСРЛ-.'М- -ем ерздетв в^ыворащты.

Рго.З Разделение-по ремонтопригодности.'

В третьей главе рассмотрено распределение-отказов по узлам РЭД, вибрацисгные процессы в обмотке статора и их моделирование, и влияние температуры и вибрационных воздействий на надежность изоляции обмотки статора.

Распределение отказов по узлам показывает, что надежность каждого из них по разному влияет на надежность РЭД в. целом. Самым нз-надежным узлом является обмотка статора, ча которую приходится бо-.< лее 85-92$ всех отказов. Это объясняется тем,, что пока еще не найдена и не устранена главная причина, определявшая низкую надежность' обмотки статора.

Результаты расчетов показателей безотказности основных узлов РЭД позволили сделать два вывод;?; •

во первых, вырабатывание ресурса РЭД сказывается, в основном, на сокращении наработок обмотки статора;

во вторых, надежность других узлов не огазывает определяющего влияния на надежность РЭД в целом.

Этот вывод позволяет выделить основные параметры, изменяющиеся в период эксплуатации. Важным фактором, влиявдим на процесс вырабатывания ресурса ЭД, является действие вибрационных процессов, .вызванных наличием электромагнитного поля статора.

Влияние этих процессов ни надежности ЭД пока еще изучено слабо.

В качестве рабочей гипотезы в диссертационной работе были выдвинуты два предложения:

- колебания проводников под воздействием электромагнитного поля передаются изоляции и вызывают снижение ее механической прочное-* ти (модуля упругости);

- в процессе эксплуатации из-за наличия вибраций снижается механическая прочнооть (прессовка) сердечника, что ведет к еще большему увеличению амплитуды вибрации и к вырабатыванию ресурса ЭД.

В диссертационной работе разработана и исследована математическая модель колебания проводника двухслойной обмотки. При этом основываясь на выполненных раннее чсследованиях, учитывали только гармонику основного поля.

В двухслойной обмотке РЭД при одинаковом числе проводников в пазу результирующая сила, дейс-гвуздая на проводник с током на выходе из паза статора и Еызывающзя вибрацию, является равнодействующей двух в:, .имно перпендикулярных,-дериодически изменяющихся и зависящих от времени сил/'7/ и/г , сдвинутых пи фчзе друг относительно

Друта:

Здесь СО - частота'основного поля; коэффициенты А и В - конструктивные параметры, имеющие размерность силы.Н (дая РЭД серии ВРП А = 24,6; В = 432 ).

Разложение в ряд «Зурье соотношений дая возмущающих сил, полученных при решении системы (I), с введением начальных условий и использованием принципа Доамеля позвал.ло представить математическую модель колебания проводника в виде уравнений дая координат двух слагаемых И(Х^) и

Те /у

зм {¿со*т 1г) +

где - параметр скорости, м/с; у?/ - номер гармониш; й; - собственная частота колебания проводника;

/;? - гэсса етово; -шка,/сл. г? - дтак- проводника,/У.

(2)

Полученные выражения отражаю! тот факт, что колебания провод ника в вылете лобовой части статора ЭД определяются.как внешним воздействием на двойной частоте основного поля, так и собственными колебаниями проводника, частоты которых задаются соотношением:

о;* , к =0.1,2... (3)

Анализ системы (2) проверился с использованием ЭВМ. Пря эте ; физические параметры модели были взяты с учетом конструктивных особенностей РЭД серии ВРП: 6 =9'10"2 м; 5 =1,3м2; т =1,5- кг3 кг.

На рис.4 показана траектория результирующей еллы, дествувдей на проводник двухслойной обмотки.

Рис.4 Распределение сил, действующих на проводшж в магнитном поле статора (пунктиром показано смещение проводника под действием этих сил).

В уравнения ^озцудаицкх сад V(x,t) системы (2)

входит модуль упругости Е , через соотношение (3) величину кото-, poro считали функцией времени при исследовании модели (2) на ЭВМ.

> Основой для такого подхода служило допущение о том, что а процессе эксплуатации под воздествле?» теплового и вибрационного воздействий снижается механическая прочность изоляции, что приводит к снижению электрической прочности и последуицему ее пробою. •

Вибрации могут влиять и на механические овойства сердечника, уменьпня его жесткость за счет увеличения зо временем ааэоров между пластинами. '

'С помощью ЭВМ исследовали модель (2? при разных значениях модулей £f и £2, исхода из условия £"féj2* Егг' , где £1 --ыодулх •упругости в радиальном ..звравленни; £¿ -токе в аксиальном направлении.

Наилучшее совпадение с экспериментальны-!: данными соответствует оцещам(рис5)/^>. »I08 Па, £fa 10Т1Па и амплитудам колебаний ■ Vq~ КГ1йш и Uo* 0,2 Мкг.г.

Моделирование на ЭВМ показало, что уменьшзкие модуля упруго- . *зти системы ,бмотг.а-сердечник статора на IQS приводив к увеличению амплитуда вибрации проводника обмотки в 1,5-1,7 раза.

Результаты этих исследований позволили прийти к выводу о том, что дая повышения надежности РЭД необходимо до минимума свести влияние вибрационных воздействий на механическую прочнооть изоляции, и сердечник статора во времени.

К таким же результатам привело исследование математической , . модели совместного действия теплового и механического износа изоляции во времени.

Одним из путей решения этой задачи может быть закрепление обмотки и сердечника статора в станине с помощью -¡плопроводь^-го твердеющего компаунда.

/£>2 /оз юч £3г мла

Рис.5 Изменение амшп туда вибрации нрл ониезнзп модуля упругости.

В четвертой главе приведены результаты исследования закономерностей расходования ресурса РЭД.

При разработке модели расходования ресуроа РЭД иоходзла из того, что а процессе эксплуатации сливается механическая прочность (кесгкость) сердечника статора под вибрационными воздействиями, а прочность изоляции - под действием теплоты и вибраций. Поскольку механическая прочность изоляция на несколько порядков низе, чем прочность сердечника; то обмотка статора отказываез да-, же при относи тельно небольшом срабатывании ресурса. Показателем срабатывания ресурса такой подход . эзволяет с _дтать кеотность сердечника статора и его стойкость к вибрационным воздействиям.

Изменение во ьрекеыз модуля упрутооти сердечника статора в осевом направлении (продольная упругость) за счет износа слоя лака ка пластинах,за счет его вибрации определяется выражением:

£пс *£нС е-*/То % (4)

где t - время эксплуатации; 7о -средняя наработка до стабилизации процесса изменения модуля продольной упругости; -начальное значение продольного модуля упругости сердеч-ика.

В качзствг показателя продольной жесткости сердечника было . принято отношение разницы мек^у первошчальной данной а длиной при приложении контрольного усилия к его первоначальной дайне:

дес *

._ ет-ег

где - длина сердечника после сборки, мм; £г - длина сердечника при приложении контрольного усилия, да.

Были исследсланы с. помощьп специально изготовленного приспособления значения показателя продольной кесткости сердечника новых РЭД (первоначальная жесткость) и в зависимости от длительности эксплуатации.

Установлено, что для ЭД серии ВРП показатель первоначальной жесткости распределен пи нормальному .закону. Это дает оснг^а-ние сделать допущение о наличии такого ж.е распределения и в процессе эксплуатации.

Изменение показателя продольной жесткости на участке от 12 до 60 месяцев эксплуатации описывавтся уравнением линейной регрессии:

£сс - 0,/68Т-/,?, {6)

с коэффициентом корреляции ^Тёсс "

С учетом этих исследований разработана математическая модель вырабатывания ресурса. При этом расчетным путем определяется вероятность безотказной работы

То6 />

(7)

где У/пйК - максимальное значение параметра продольной жесткости статора;

31 -скорость износа сердечника статора; (<£ -среднеквадратичное отклонение параметра ; Т -время, в течение которого вырабатывается ресурс статора; Ф - нормированная функция Лапласа.

Ба основе статистических исследований бкли установлены скорости изменения продольной кесткости:

*(г,д±с,в) У-/г а В усе -(2,3 ¿0,8) -ю'^,

где - параметр изменения скорости продольной жесткости соответственно на оконечности зуба и на спинке пластьны; 8 усе - пластины статора.

Рис.6 Модель формирования лсстепеннсго отказа ЭД.

В качестве параметра ореднеквадратического отклонения приняли полуширину доверительного интервала: 6з~О,8'10"^//'/1.

Расчеты показывают, что ВБР для постепенных отказов остается достаточно высокой до третьего ремонта, что соответствует 20тыс.часов наработки. При достижении этой наработки ВБР резко снижается, что вызывается ослаблением пакета статора и, следовательно, увеличением амплитуда вибрации проводников и быстрым разрушением изоляции.

Это свидетельствует о необходимости ухе во время проведения первого ремонта иринять меры по укреплению сердечника статора.

Применительно к Р?Д мощностью до 160 кВт эти меры не прига-

2С

маятся при лябом.вида ремонта.

В пятой главе' па "олове выполненных и приведенных ь предыдущих разделах диссертации исследований сформулирован алгоритм фун-1'дцок'ровашя РЭД и изменения их технического состояния о учетом действия факторов, определяющих изменение свойств изоляции 'обмоток статора и расходование общего ресурса.

В этом алгоритме РЭД рассматривается к&к единая система,износ которой под воздествиеы теплоты,и вибрации щивсдигне только к отказу обмотки но и к выра^атез а ни-« к этому моменту определенное ча-■ сти ресурса.

Практическая сторона этого Бопроса состоит в необходимости разработать такие метода ремонта, которые позволила бы восстанавливать не только обмотку, но и ресурс ЭД в целом.

Б качестве срздотва укрепления сзрдечтчка статота и обмотки использован эпоксидный компаунд с теплопроводными добавкам.

Практическая реализация этого в общем-то не нового предложения столкнулась с необходимостью разарботки специальной технологической оснастки. -

В производственных и лабораторных условиях было опробовано более 30 разных конструкций оправок для заливки обмотка и сердечника с.^тора теплопроводными компаундами на эпоксидной основе.

Для удобства их выбора в зависимости.от к.нкретных условий разработана классификация на основе четырехзначного двоичного кода, позиции.которого имеют следующий смысл:

Первая цифра: I - для ЭД различной длины ); 0 - нет

Вторая цифра: I - для лобовой части разной длины; 0 - нет Третья цифра: I - защита проточки отатора от

компаунда; 0 - нет

Четвертая цифра:1- адгезия к компаунду; 0 - нет

Эта классификация позволяет выбрать оправку в зависимости от конкретных условий применения. Эскизные чертежи оправе;; приведены в диссертации.

Разработанная технологическая оснастка применена на ремонтных предприятиях концернов "Кузяеикуголь", "Легшнскутоль".

Есего отремонтировано 172 электродвигателя очистных комбайнов и 42 РЭД мя другого ГШ"1 серии ВРИ.

Испытания е лаборатории электрических машин ПИЛ ПО "Кузо'асс-злжтромотор".РЭД, отремонтированных с применением разработанной •■-.'хчологпческок оснастки, показали, что и:: надежность иовыгается

в 2-2,5 раза по сравнению о новнш.

Экономическая еффектив: ость от применения результатов работы на практике составляет 50,0 тыо. руб. на один РЭД в ценах 1983 г.

Заключение.

Оценка надежности РЭД яри эксплуатации и при ремонте позволила сделать следующие выводы:

1. На основе статистических исследований установлены закономерности онижения наработок до отказа и ВБР у отремонтированных РЭД с увеличением числа их рэмоктов.

2. При ремонте ЭД не восстанавливается выработанный реоуро других узлов (например сердечник статора).

3. Даны рексмендац.и по критериям ремонтопригодности; определены критерии отбраковки узлов,обеспечивавдих безопасность применения РЭД; даны рекомендации £ ^использованию показателей ремонтопригодности, и в часности, показателя вероятности исправного состояния Р ис, для которого установлены статистические значения.

4. Установлены факторы (вибрационные и тепловые), влнявдие на ресурс РЭД, получена в исследована модель вибраций проводника в вылете лобовой части ЭД.

, П;лучена модель зависимости электрической прочности изоляции от числа пусков, позволяющая прогнозировать срок одукбы изоляции от тепловых воздействий.

6. Введено понятие продольной жесткости сердечника. На основе статистических исследований этого параметра установлено, что первоначальное ею значение у новых ЭД распределяется пс нормальному закону. В процессе эксплуатации этот показатель увеличивается. Установлена корреляционная связь между пока-телем продольной жесткости статора и временем эксплуатации "Д.

7. С учетом этих исследований построена рабочая модель вырабатывания ресурса ЭД. Использование модели позволило определить, что ВБР до третьего ремонта достаточно высокая, после этого ВБР резко снижается.

8. Предложена и разработана технология укрепления обмотки и се дечника статора теплопроводным компаундом,. - существенное ре снижаюиим чзшс изоляции обметки и закрепляющим сер;-

статора, что обеспечивает резкое увеличение его жесткости (т.е. недопущения увеличения показателя продольной жесткосаи).

9. Разработана и классифицирована оснастка для заливки ЭД компаундом, которая применена в опытных црошшюншх условиях для ремонта РЭД.

Ю. Приведенные результаты испытаний отремонтированных с помощью технологической оснастки для заливка компаундом статора показали, что надежности ЭД повышается по крайней мере в 2-2,5 раза по сравнению с новыми.

СПИСОК НАУЧНЫХ ТРУДОВ.

Основные положения диссертации опубликованы в следувдих работах:

1. Малахова Т.Ф. Вибрационные процессы в рудничных электродвигателях и их влияние на надежность.- В кн:Разгильдеев Г.И'., Баранов С.Д., Взрывозащищенные рудничные электродвигатели:эксплуатация и ремонт: Справочное пособ.- М: Недра, 1991.

2. Разгильдеев Г.И., Казунина Г.А., Разгильдеева А.Н., Малахова Т.Ф. Номенклатура нормируемых показателей надежности рудничных электродвигателей //Совершенствование систем электроснабжения и электропривода горных предприятий: Сб.науч.тр./Кузбасс, политехн.ин-т.- Кемерово, 1990.

3. Разгильдяев Г.И., Малахова Т.Ф. Показатели ремонтопригодности взрывозащищенных' электродвигателей //Электроснабжение и электропривод горных предприятий: Сб.науч.тр./Кузбасс,политехи, ин-т.- ".емерово, 1988.

4. Разгильдеев Г.И., Баранов С.Д., Малахова Т.Ф. Восстановлено электрической изоляции рудничных комбайновых электродвигателей. //Электрификация и автоматизация горных работ: Сб.науч.тр. /Кузбасс,политехн.ин-т.- Кемерово, 1992.

5. Разгильдеев Г.И., 1&лахова Т.Ф. Повышение надежности взрывозащищенных рудничных электродвигателей при ремонте,- Тез.докл. У1 н-т конф. КИИ ПО "Кузбассэлектромотор". "Повышение надежности и экономичности взрывозащищенного электрооборудования",Кемерово, 1989.

6. Разгильдеев Г.И., Баранов С.Д., Малахова Т.Ф. Восстановление сопротивления изоляции взрывозащищенных рудничных электродви

гателей //Автоматизация электротехничнских комплексов и систем: Сб.науч.тр./Тверской политех.ин-г,- Тверь, 1992.

7. Разгильдеев Г.И., Казунина Г.А., Малахова Т.Ф. Термодинамическая модель формирования влажности в' оболочках взрывозащшцен-ных электродвигателей//Электроснабкение и электропривод горных предприятий: Сб.науч.тр. /Кубасс.подитех.ин-т.- Кемерово, 1988.

8. Разгильдеев Г.И., Малахова Т.Ф. и др. Электрическая машина. A.c. J&49I357I.

9. Разгильдеев Г.И., Баранов С.Д., Малахова Т.Ф. Оправка для заливки обмотки статора электричеокой машины. A.C.W4885007.

£акаг 238. Тираж ЮОекз. Печать офсетная. С5>ем 1,4п.л. Формат 60x84/16 Типография Кузбасского политз>шического инсапт/тэ

б5СО«/7 Кемерово, ¿л. Краоног.гглййск^я.П'