автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Совершенствование технологической подготовки ремонта тяговых электродвигателей магистральных электровозов

На правах рукописи

БЕЛАН Дмитрий Юрьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ РЕМОНТА ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ

Специальность 05.22.07 - «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 июн 2011

ОМСК 2011

4850111

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

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент ШАНТАРЕНКО Сергей Георгиевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ХАРЛАМОВ Виктор Васильевич; . кандидат технических наук СТРЕК Ярослав Михайлович.

Ведущее предприятие:

государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ИрГУПС).

Защита диссертации состоится 1 июля 2011 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» (ОмГУПС (ОмИИТ)) по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, ауд. 219.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОмГУПСа.

Автореферат разослан 31 мая 2011 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета Д 218.007.01.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор

О. А. Сидоров.

© Омский гос. университет путей сообщения, 2011

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Ритмичная и устойчивая работа железнодорожного транспорта во многом обусловлена надежностью тягового подвижного состава (ТПС) и эффективностью его использования.

Суммарные расходы локомотивного хозяйства сети железных дорог являются одной из главных составляющих (примерно 30 %) в общих эксплуатационных расходах, при этом значительная их часть (около 30 - 35 %) приходится на техническое обслуживание и ремонт локомотивов.

В настоящее время в связи с ростом скоростей, увеличением весовых норм поездов и повышением требований к безопасности движения значительно возросло значение эксплуатационной надежности локомотивов. Надежность локомотивов в эксплуатации обеспечивается в основном своевременным и качественным техническим обслуживанием и ремонтом, что во многом зависит от уровня технологической готовности локомотиворемонтного производства.

Анализ основных показателей технического состояния локомотивного парка сети магистральных железных дорог показывает, что общее число неисправных локомотивов сохраняется на уровне 10 - 12 %. Высокими остаются показатели простоев на всех видах ремонта, количество отказов и случаев непланового ремонта локомотивов. Наиболее часто выходят из строя электрическая аппаратура - 44 - 55,0 %; тяговые электродвигатели (ТЭД) - 13 - 17 %; вспомогательные электрические машины -3,5 - 5,3 % от общего числа отказов. Неисправности коллекторно-щеточного узла (К1ДУ) составляют 10 - 15 % от общего количества отказов ТЭД электровозов. Основными причинами такого положения являются неудовлетворительное качество текущего ремонта и технического обслуживания, недостаточный уровень механизации трудоемких производственных процессов ремонта.

Таким образом, одной из актуальных задач в локомотивном хозяйстве сети железных дорог является улучшение технического состояния электровозов в эксплуатации за счет совершенствования и повышения качества технического обслуживания и ремонта посредством применения в ремонтных локомотивных депо прогрессивных технологий и современных средств технологического оснащения, т. е. путем совершенствования технологической подготовки производства.

Задачи повышения эффективности и качества локомотиворемонтного производства отражены в распоряжениях президента ОАО «РЖД» от 17.01.2005 №3р «О системе технического обслуживания и ремонта локомотивов» и от 13.01.2006 № 181 «Дополнительные меры по повышению уровня обеспечения безопасности движения в локомотивном хозяйстве железных дорог ОАО "РЖД"», в поручении первого вице-президента ОАО «РЖД» от 26.08.2010 № П-ВМ-120 «Об оптимизации структуры и повышении эффективности локомотиворемонтного комплекса» и в других организационно-распорядительных документах железнодорожной отрасли.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами научно-технических работ Омского государственного университета путей сообщения (темы НИР №г.р. 01.9.70002371 и 01201151856).

Целью диссертационной работы является совершенствование технологии ремонта коллекторов тяговых электродвигателей электроподвижного состава для повышения качества их функционирования в эксплуатации.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: разработать математические модели для оценки качества функционирования тягового электродвигателя в зависимости от технологических параметров коллектор-но-щеточного узла;

выполнить качественный и количественный анализ влияния отклонений конструктивных и технологических параметров коллекгорно-щеточного узла на тепловое состеяниетягового электродвигателя;

исследовать влияние материалов контакта «щетка - коллектор» на условия коммутации и обосновать применение науглероживания рабочей поверхности коллектора для повышения коммутационной устойчивости тягового электродвигателя;

разработать установку и технологию для науглероживания рабочей поверхности коллектора при ремонте тяговых электродвигателей;

предложить технологию и создать установку для продорожки коллектора тягового электродвигателя;

разработать графоаналитическую модель и методику проектирования специального режущего инструмента для продорожки коллектора тягового электродвигателя.

Методы исследования. При решении поставленных задач проведены теоретические и экспериментальные исследования на основе методов математической статистики и математического моделирования. Эксперименты проводились на лабораторных установках и на тяговых электродвигателях электровозов магистральных железных дорог.

Научная новизна работы заключается в следующем:

получена математическая модель для определения фактической площади контакта «щетка - коллектор» в тяговом двигателе с учетом технологических параметров контактирующих поверхностей;

разработана математическая модель формирования термодинамических процессов в коллекгорно-щеточном узле, позволяющая оценить влияние технологических параметров на техническое состояние тягового электродвигателя;

■ создана графоаналитическая модель и предложена методика проектирования специального режущего инструмента для: продорожки коллектора тягового электродвигателя с использованием созданной модели.

Достоверность научных положении и результатов диссертационной работы подтверждена экспериментальными исследованиями, практической реализацией и

основана на доказанных и корректно использованных положениях и постулатах физики твердого тела, математического моделирования. Адекватность математических моделей подтверждена достаточно высокой степенью согласования теоретических расчетов с экспериментальными данными и практическими результатами (расхождение составляет не более 10 %).

Практическая ценность работы. Полученные математические модели позволяют выполнять расчеты фактической площади контакта и температуры коллекторно-щеточного узла тягового электродвигателя в зависимости от значений технологических параметров коллектора, приобретенных при ремонте, а также производить оценку допусков на технологические параметры коллекторно-щеточного узла.

Использование в технологическом процессе ремонта тягового электродвигателя разработанных технологии и установки для формирования на рабочей поверхности коллектора углеродного слоя снижает негативное воздействие от несовершенства механической обработки коллекторных пластин и улучшает коммутационные характеристики тягового электродвигателя.

Разработанные технология и установка для продорожки коллектора с использованием оригинального режущего инструмента позволяют повысить качество обработки коллекторов и сократить время выполнения технологических операций.

Предложенная методика проектирования специального режущего инструмента позволяет разрабатывать оригинальные червячные фрезы для продорожки коллекторов тяговых электродвигателей, с учетом технических параметров обрабатываемых поверхностей.

Реализация результатов работы. Разработанная установка для продорожки коллектора тягового электродвигателя с оригинальным режущим инструментом принята к использованию в технологическом процессе текущего ремонта ТР-3 электровозов ВЛ-10 в ремонтном локомотивном депо Московка Западно-Сибирской железной дороги - филиала ОАО «РЖД».

Апробация работы. Основные положения, выводы и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на четвертой научно-практической конференции «Инновационные проекты и новые технологии для транспортного комплекса» (Омск, 2010), на научно-практической конференции «Проблемы развития железнодорожного транспорта» (Красноярск, 2010), на всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2010» (Ростов-на-Дону, 2010), на международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2010), на международной научно-технической конференции «Инновации для транспорта» (Омск, 2010).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 13 научных работах, которые включают 11 статей (две из них - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России) и два патента на полезные модели.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов,

заключения, списка литературы из 105 наименований и двух приложений и содержит 133 страницы текста, включая 37 рисунков и три таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, характеризуются научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

Первый раздел посвящен качественному анализу технического состояния магистральных электровозов, отказов тяговых электродвигателей, неисправностей коллекторно-щеточного узла и обзору технологических процессов ремонта коллектора ТЭД.

Исследования надежности работы тягового подвижного состава магистральных железных дорог в условиях эксплуатации, систем его технического обслуживания и ремонта проводились различными научными коллективами. Значительный вклад в решение названных проблем внесли известные ученые В. Д. Авилов, В. А. Аксенов, Ю. А. Бахвалов, В. И. Бервинов, И. В. Бирюков, А. И. Володин, А. А. Воробьев, И. И. Галиев, 3. Г. Гиоев, А. Д. Глущенко, А. В. Горский, В. Г. Григоренко, А. А. За-рифьян, И. П. Исаев, М. Ф. Карасев, В. И. Киселев, А. С. Космодамианский, В. С. Коссов, В. Д. Кузьмич, А. С. Курбасов, В. А. Кучумов, А. С. Нестрахов, Б. Д. Никифоров, А. Т. Осяев, А. П. Павленко, Е. С. Павлович, М. П. Пахомов, А. В. Плакс, Н. А. Ротанов, Е. К. Рыбников, А. Н. Савоськин, Т. А. Тибилов, В. П. Феоктистов, Н. А. Фуфрянский, В. В. Харламов, В. А. Четвергов, В. Г. Щербаков и др.

Анализ отказов тяговых электродвигателей свидетельствует о том, что значительная их часть приходится на коммутационные повреждения, связанные с неудовлетворительной работой коллекторно-щеточного узла, обусловленной отклонениями технологических параметров коллектора, полученными при ремонте.

На основе анализа современного состояния обозначенной проблемы сформулированы цель и задачи исследования.

Во втором разделе приведены результаты экспериментальных исследований и математического моделирования, позволившие определить технологические параметры коллекторно-щеточного узла, изменение которых влияет на работу тягового электродвигателя.

Обследование коллекторов ТЭД показало, что характерными технологическими параметрами, полученными при ремонте, являются волнистость, эксцентриситет и шероховатость коллекторных пластин. В качестве обобщенного показателя для оценки степени влияния этих параметров на качество функционирования КЩУ и тягового двигателя в целом взята температура в зоне контакта «щетка - коллектор».

Получены математические модели формирования термодинамических процессов в коллекторно-щеточном узле тягового двигателя с учетом изменения технологических параметров. При расчете тепловых процессов на коллекторе ТЭД рассмотрены

условия контактного взаимодействия щеток с коллекторными пластинами. Получены выражения для расчета фактической площади контакта «щетка - коллектор» в зависимости от качества обработки коллектора. Ширина площади контакта одной неровности, определяемой шероховатостью (рис. 1) коллектора, Графитовая щетка

11/

Р ■ R

к Е ■ Е

\ Щ " /_

где Р„ - нагрузка, приходящаяся на одну неровность; Кн - радиус неровности; Ет и Ещ - модуль упругости пластины и щетки.

Часть области контакта, на которой происходит молекулярное взаимодействие материалов Рис. 1. Расчетная схема неровности контактирующих тел, образует

коллекторных пластин поверхность проводимости тока.

(2)

где 51! - площадь контакта; т— количество неровностей на коллекторе, приходящихся на единицу длины.

Получен закон распределения температуры по области контакта неровности со щеткой:

Т = — " К,

УКi

Т ■К, +т -к. \е н.о 1 щ 2

2 жо>а • Е • sin (р ±

i 1 Е ■ cos <р

-тщ •К2

,(3)

где К\: Кг — коэффициенты, учитывающие удельную теплопроводность, теплоемкость и плотность материала неровности; Тн о - начальная температура в области контакта со щеткой; Тщ - температура щетки в области контакта с коллектором; ащ - ширина щетки; соа - частота вращения якоря; Е - эксцентриситет коллектора; <р - угол между соседними щеточными бракетами; R - радиус коллектора.

При_у = ащ получаем максимальное значение температуры на поверхности контакта Ттах.

В момент времени ~

/ I 2 2 2

2я-й}а ■E-sm<p±\R -Е -cos(z>

начинается взаимодействие коллекторной пластины с воздушной средой при этом

распределение температуры примет вид:

Ти =та+(ттах ~Та)е

2я■ш„■ Е ■ бщ

,±4я2-Ег-

СОЗ (р

/2 2 2 вщ < у < <р• соа • е-вт<р±^]к —е -созр ,

где Та -температура внешней среды на значительном удалении от области контакта.

VI 2 2

Л —Е ■ соэ ср полученное значение температуры будет являться начальным для решения задачи о распределении температуры по области контакта со щеткой:

2к • <оа • Е • бш <р ±

ф_

■/й2 - Е2 ■ соь <р2

- К2(<р -2я ■ ■ Е - вт р К2 - Е2 ■ соб (р2 - ащ)

Ти.о=Та+{Ттах-Та)г ~ -а - ~ — ^ (5)

Известно, что при работе тягового двигателя как в продолжительном, так и в часовом режимах температура коллектора для изоляции класса Н составляет 105°С, а для класса Б - 95.

Проведенные расчеты показали (рис. 2), что изменение таких технологических параметров коллектора тягового двигателя, как эксцентриситет, волнистость, высту-

и

о

д о У

149 146 143 140 137 134 131 128 125 122 119 116 113 110 107 104 101 98 95

1) ■я г 7 и ■ы

X К

ч ч,

Ч ч

Ч Ч

Ч ч

(2 V й 0 1 >1 АК м

! ( ¡1 Я 1 ),( 8 М IV ;

Н 6 1-й 1 н ы Л1 ГГ) а пание г! ) 1 3Н № 1Т а Т' т; И —и ова 1Ь НОС! ь; 1

0,05 ОД 0,15 0,2 0,25 0,3 ->

-Ф— (1)-Яг 0,32 мкм; -в-(2) - Рг 0,16 мкм; -*-{3) - Яг 0,08 мкм;

- овальность; -Ж-{5} - эксцентриситет; —•-(б)-выступание пластин

Координата У, м Рис. 2. Распределение температуры коллекторной пластины

пание коллекторных пластин, не оказывает существенного влияния на контактную температуру коллектора, а значит, и на качество функционирования ТЭД. При изме-

нении шероховатости рабочей поверхности коллектора от 0,08 до 0,32 мкм контактная температура коллектора возрастает в 1,5 раза, что существенно влияет на температурный режим и работу тягового электродвигателя.

В третьем разделе проведен анализ существующих методов улучшения работы контакта «щетка - коллектор», обоснован выбор и рассмотрена технология ремонта коллектора с использованием электроискрового науглероживания рабочей поверхности коллекторных пластин.

Согласно приведенным выше результатам при ремонте ТЭД необходимо обеспечивать высокое качество рабочей поверхности коллектора. Одним из известных эффективных методов улучшения работы коллекторно-щеточного узла является применение графитовых коллекторов. Ширина безыскровой зоны у таких электрических машин в 1,5 - 2 раза больше по сравнению с обычными машинами, имеющими медный коллектор.

Создать графитовый коллектор для тягового электродвигателя технически не представляется возможным. В связи с этим исследовано, какое влияние на работу контакта «щетка - коллектор» окажет нанесение углеродного слоя на рабочую поверхность коллекторных пластин.

Рассмотрим модель контактного элемента (КЭ) коллектора тягового электродвигателя в виде прямоугольного параллелепипеда (рис. 3).

Рис. 3. Модель контактного элемента коллекторной пластины тягового электродвигателя: Л - толщина КЭ; /; - глубина науглероженного слоя КЭ; Ь - глубина медного слоя КЭ; Ь - ширина КЭ; Ь(0 - ширина перекрытой части контактной поверхности

На основании известной схемы замещения было получено уравнение для расчета сопротивления по телу контактного элемента, имеющего идеальный контакт на

9

перекрытой части контактной поверхности

(Рул-^пн+^Ру-м-РуМ и/2] _ _ I1'2 ь-т *ГРм 1/2

ЙН) Руг

где рум = рхм - удельное электрическое сопротивление меди; руг = рхг - удельное электрическое сопротивление графита; к,- коэффициент, учитывающий плотность тока, температуру и давление щетки на коллектор.

График на рис. 4 показывает, что при изменении толщины на-углероженного слоя переходное сопротивление контактного элемента коллектора увеличивается, а это повышает коммутационные свойства тягового двигателя.

Для нанесения углеродного слоя на рабочую поверхность коллектора тягового электродвигателя предложено использовать технологию электроискрового науглероживания (ЭИН), анало-

Толищна наушероженного слоя, шгм

А _ гичную известному методу элек-

Рис. 4. График зависимости переходного сопротивления контактного элемента коллектора Ч»искрового легирования мед-от толщины науглероженного слоя ной поверхности (рис. 5).

ОСНОВА

Рис. 5. Общая схема процесса электроискрового легирования: А - легирующий электрод (анод); К - поверхность для легирования (катод); ГИ - генератор импульсов; Б С - белый слой; ДЗ - диффузионная зона; ЗТВ - зона термического влияния.

При сближении легирующего электрода с поверхностью, на которую наносится материал анода, происходит искровой разряд длительностью 10"6 - 10'3с. Формирова-

10

ние поверхностного слоя происходит в результате сложных плазмохимических, теп-лофизических и механотермических процессов, реализуемых на микролокальных участках воздействия единичного искрового разряда.

Разработана установка для формирования углеродного слоя на поверхности коллектора ТЭД (рис. 6).

Рис. 6. Схема установки для формирования углеродного слоя . на рабочей поверхности коллектора тягового электродвигателя: 1 - якорь; 2 - коллектор; 3 - углеродные электроды (рабочие щетки); 4 - изолирующая штанга; 5 - вал якоря; 6 - опорный стакан; 7 - роликовые опоры; 8- генератор импульсов; 9 - электродвигатель; 10 - муфта; 11 - червячный редуктор; 12 - ременная передача

Был проведен эксперимент по нанесению углеродного слоя на рабочую поверхность коллекторных пластин двигателя постоянного тока типа ПЗ1 номинальной мощностью 1,5 кВт, частотой вращения 1500 об/мин, напряжением питания 220 В. Предварительно на поверхности коллектора была наработана политура и снята безыскровая зона.

После науглероживания коллектора с помощью разработанной установки была вновь снята безыскровая зона на испытуемой машине. При токе нагрузки, равном 1,5 1„, токи подпитки и отпитки, превышающие 2 1н, не вызывают искрения щеток (рис. 7). Поверхностный слой коллекторных пластин приобрел новые свойства, аналогичные свойствам графитового коллектора.

Науглероживание коллекторных пластин материалом рабочих щеток улучшает работу контакта «щетка - коллектор», что позволит повысить коммутационные свойства, а значит, и качество функционирования тягового электродвигателя. Предложенная конструкция установки защищена патентом на полезную модель.

В четвертом разделе представлены технологические и технические разработки по совершенствованию технологии продорожки коллектора тягового электродвигателя, которая является наиболее трудоемкой при ремонте коллектора. Разработаны конструкция установки (рис. 8) для продорожки коллектора ТЭД со специальным режущим инструментом -дисковой фрезой и технология ее применения. Главные преимущества ,аЛн , установки заключаются в механиза-

Рис. 7. Безыскровые зоны: а - при нормаль- Ции продорожки, базировании в верной политуре; б - после обработки ти кальном положении якоря и нали-коллектора ЭИН чии адаптивного червяка, что обеспе-

чивает позиционирование фрезы относительно межламельного пространства коллектора.

Адаптивный червяк находится в зацеплении с межламельным пространством коллекторных пластин и благодаря своей конструкции позволяет компенсировать непостоянство шага по коллектору. На технические решения по установке получено положительное решение ФГУ ФИПС о выдаче патента на полезную модель.

а) б)

Рис. 8. Вид (а) и схема (б) установки для продорожки коллекторов тяговых электродвигателей: 1 - коллектор; 2 - корпус установки; 3 - специальная дисковая фреза; 4 - гибкий вал; 5 - адаптивный червяк; 6 - суппорт; 7 - жесткая опора

Зуб фрезы имеет профиль, соответствующий форме паза между пластинами

коллектора, и обеспечивает одновременно обработку межламельного пространства и снятие фасок с кромок пластин. Конструкция фрезы защищена патентом на полезную модель.

Разработана графоаналитическая модель специального режущего инструмента для продорожки коллектора тягового электродвигателя, использование которого существенно увеличивает производительность, что требуется при большой программе ремонта ТЭД. На основе этой модели предложена методика проектирования оригинальных червячных фрез, учитывающая технические параметры и различие материалов обрабатываемых поверхностей.

При разработке модели специального режущего инструмента был использован метод расчета фрезы для нарезания зубчатых колес. Медная пластина коллектора представлена как зуб шестерни, а миканит - как впадина. Профилирование происходит по методу обката, при котором профиль инструмента не совпадает с профилем коллектора, а рассчитывается как элемент зубчатой или червячной передачи.

Графический способ расчета профиля червячной фрезы для продорожки коллектора (рис. 9) заключается в последовательном наложении и копировании профиля коллектора тягового электродвигателя. Для большей точности применяется аналитический способ расчета профиля режущего инструмента, который определяет параметры червячной фрезы.

Диаметр начальной окружности коллектора

(7)

(8)

абсциссы точек профиля фрезы -

=0>5'¿„|K, -cosa,,(sin-sin/„)|;

(9)

ординаты точек профиля фрезы -

у, = 0,5íf„ • sin aai (sin aa, - sin yw),

где aa¡ - угловые параметры.

Радиус заменяющей окружности

(10)

(П)

где хо, уо - координаты центра заменяющей окружности. Шаг витков фрезы по нормали

где К„ - количество пластин коллектора.

Толщина зуба фрезы по начальной прямой

5 = (13)

Рис. 9. Профиль фрезы нормальном сечении (а) и графическое определение профиля фрезы с двумя группами зубьев (б): 1 - ось; 2 — поверхность коллектора в исходном положении; 3 - начальная окружность коллектора; 4 - зуб фрезы для обработки фасок коллекторных пластин; 5 - окружность впадин; 6 - зуб фрезы для обработки дна межламельных пространств коллектора; а;, Ь;, С;, (I; - положения точек профиля зуба фрезы; Р - полюс зацепления; Ио - полная высота зуба фрезы; Иа - высота головки зуба фрезы; 8 - толщина зуба фрезы по начальной прямой

высота фаски

Иф=2С-(ёеф,. (14)

где Еф - угол фаски коллекторной пластины; С - величина катета фаски. Ширина канавки по дну впадины профиля фрезы

и=Р„0-(5 + 4-С). (15)

Проектируемая червячная фреза имеет две группы зубьев со специальными геометрическими параметрами (рис. 10). Одна группа зубьев обрабатывает медные коллекторные пластины (снимает фаски), вторая - дно межламельного пространства (миканит) с зачисткой нижней поверхности паза с соответствующими размерами.

В пятом разделе проведена оценка экономической эффективности от использования разработанной установки и специального инструмента для продорожки коллекторов тяговых электродвигателей. Расчетный годовой экономический эффект на программу ремонта 550 ТЭД должен составить 111064 р. и капиталовложения должны окупиться за 1,4 года.

а) б)

Рис. 10. Вид (а) и углы зуба (б) червячной фреза для продорожки коллекторов тягового двигателя: 1 - коллектор; 2 - червячная фреза; Б - подача; п - частота вращения; у - передний угол зуба фрезы; а - задний угол зуба фрезы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований выполнены научно обоснованные технические и технологические разработки, направленные на совершенствование технологической подготовки ремонта тяговых электродвигателей магистральных электровозов. Применение разработанных технологий и технологической оснастки при ремонте ТЭД позволит механизировать технологические операции, повысить качество и сократить время продорожки коллектора, а также получить на рабочей поверхности коллектора углеродный контактный слой, снижающий негативное воздействие от несовершенства механической обработки и улучшающий коммутационные характеристики тягового электродвигателя. Таким образом, за счет совершенствования технологии ремонта коллектора ТЭД повышается качество его функционирования в эксплуатации.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Получена математическая модель для определения фактической площади контакта «щетка - коллектор» в тяговом электродвигателе с учетом технологических параметров контактирующих поверхностей.

2. Разработана математическая модель формирования термодинамических процессов в коллекторно-щеточном узле, позволяющая оценить влияние технологических параметров коллектора на техническое состояние тягового электродвигателя.

3. Выполнен качественный и количественный анализ влияния отклонений технологических параметров коллекторно-щеточного узла на тепловое состояние тягового электродвигателя. Установлено, что наиболее существенное влияние на температуру контакта «щетка - коллектор» оказывает качество обработки (шероховатость) коллектора.

4. Разработаны установка и технология для электроискрового науглероживания рабочей поверхности коллектора, использование которых при ремонте тягового электродвигателя позволит повысить его коммутационную устойчивость и качество функционирования в эксплуатации. Конструкция установки защищена патентом на полезную модель.

5. Разработаны технология и установка для продорожки коллектора с оригинальным режущим инструментом, использование которых позволяют повысить качество обработки коллекторов и сократить время выполнения технологических операций. На технические решения по установке получено положительное решение ФГУ ФИПС о выдаче патента на полезную модель. Конструкция режущего инструмента защищена патентом на полезную модель.

6. Разработана графоаналитическая модель специального режущего инструмента для продорожки коллектора тягового электродвигателя и на ее основе предложена методика проектирования оригинальных червячных фрез, учитывающая технические параметры обрабатываемых поверхностей.

7. Разработанные технология и установка для продорожки коллектора с использованием оригинального режущего инструмента внедрены в электромашинном цехе ремонтного локомотивного депо Московка Западно-Сибирской железной дороги.

8. Проведена оценка экономической эффективности от использования представленных в диссертации технологических и технических разработок при ремонте ТЭД. Расчетный экономический эффект от внедрения технологии и установки для продорожки коллектора с использованием оригинального режущего инструмента на годовую программу текущего ремонта объема ТР-3 550 тяговых электродвигателей должен составить 111 тыс. р.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Белан Д. Ю. Анализ отказов тяговых двигателей по причине попадания смазки в остов / Д, Ю. Белан // Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта: Сб. науч. ст. молодых ученых и аспирантов университета / Омский

' гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2009. Вып. 10. С. 48 - 52.

2. Белан Д. Ю. Конструктивные особенности электровозов новых серий и проблемы организации их ремонта/Д. Ю. Белан, А. А. Лаптев, Е. В. Пономарев // Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта: Сб. науч. ст. молодых ученых и аспирантов университета / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2009. Вып. 10. С. 81 - 94.

3. Термодинамические процессы в тяговом электродвигателе / С. Г. Шанта-ренко.Д. Ю. Белан и др. // Вестник Ростовского гос. ун-та путей сообщения /.Ростовский гос. ун-т путей сообщения. Ростов-на-Дону, 2009. №1. С. 129- 134.

4. Шантаренко С. Г. Контактное взаимодействие на коллекторе и теплоэнергетические процессы в цепи тягового электродвигателя / С. Г. Шантаренко, Д. Ю. Белан, А. А. Лаптев / Вестник транспорта Поволжья / Самарский гос. ун-т путей сообщения. Самара, 2009. №1 (17). С. 55 - 62.

5. Б е л а н Д. Ю. Влияние термодинамических процессов на качество функционирования коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей / Д. Ю. Белан // Инновационные проекты и новые технологии в образовании, промышленности и на транспорте: Материалы науч.-практ. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2010. С. 192-197.

6. Белан Д. Ю. Влияние технологии ремонта на качество функционирования коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей / Д. Ю. Б елан // Проблемы развития железнодорожного транспорта: Материалы науч.-практ. конф. / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. Красноярск, 2010. С. 67 - 72.

7. Белан Д. Ю. Анализ влияния технологии ремонта на качество функционирования коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей / Д. Ю. Белан И Материалы Всерос. науч.-практ. конф. «Транспорт-2010» / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. Ростов-на-Дону, 2010. С. 188 - 190.

8. Белан Д. Ю. Влияние технологических параметров на термодинамические процессы в коллекторно-щеточном узле тяговых электродвигателей / Д. Ю. Б е л а н // Материалы четвертой междунар. науч. техн. конф. «Прогрессивные технологии в современном машиностроении». / Приволжский дом знаний. Пенза, 2010. С. 221 - 224.

9. Белан Д. Ю. Влияние электромеханических колебаний в системе колесно-моторного блока на качество функционирования коллекторно-щеточного узла тягового электродвигателя / Д. Ю.Белан// Сб. науч. ст. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2010. Ч. 2. С. 167 - 172.

10. Б елан Д. Ю. Повышение надежности работы коллекторно-щеточного узла

тяговых электродвигателей / Д. Ю. Белан, В. М. Лузин // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омы;, 2010. № 4(4). С. 6 - 11.

11. Аверков К. В. Проектирование инструмента для обработки коллектора электрических машин/К. В. Аверков, Д. Ю. Белан // Омский научный вестник/ Омский гос. техн. ун-т. Омск, 2011. №1. С. 57-60.

12. Пат. 104107 Россия, МПК В 23 С 5/08. Фреза для обработки межламельного пространства коллекторов электрических машин / С. Н. Агашков, С. В. Петро-ченко, Д. Ю. Белан, К. В. Аверков. - № 2010132087; Заявлено 29.07.2010; Опубл. 10.05.2011.Бюл.№ 13.

13. Пат. 104368 Россия, МПК Н 01 В 5/00. Установка для формирования углеродного слоя на коллекторе электрической машины / В. М. Лузин, В. А. Колесников, С. Г. Шантаренко, Д. Ю. Белан. -№ 2010132085; Заявлено 29.07.2010; Опубл. 10.05.2011. Бюл. № 13.

Типография ОмГУПСа 2011. Тираж 100 экз. Заказ 344. 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ И ОТКАЗОВ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ.

1.1. Техническое состояние парка магистральных электровозов и качество функционирования тяговых электродвигателей.

1.2. Анализ типового технологического процесса ремонта коллектора тягового электродвигателя при текущем ремонте ТР-3.

1.3. Постановка задач диссертационной работы.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОЛЛЕКТОРНО-ЩЕТОЧНОГО УЗЛА НА КАЧЕСТВО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.

2.1. Обоснование выбора технологических параметров, влияющих на качество функционирования коллекторно-щеточпого узла тягового электродвигателя.

2.2. Моделирование контактного взаимодействия щетка-коллектор в тяговом электродвигателе.

2.3. Исследование контактной температуры коллектора.

2.4. Выводы.

3. ТЕХНОЛОГИЯ РЕМОНТА КОЛЛЕКТОРА ТЯГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАУГЛЕРОЖИВАНИЯ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ КОЛЛЕКТОРНЫХ ПЛАСТИН.

3.1. Влияние неровностей коллектора на работу тяговых двигателей.

3.2. Анализ результатов применения графитовых материалов для изготовления коллекторов электрических машин.

3.3. Электрические свойства скользящего контакта из углеродных материалов и их влияние на коммутацию тягового электродвигателя.

3.4. Анализ существующих методов нанесения покрытий на поверхность материала и выбор технологии науглероживания рабочей поверхности коллектора.:.

3.5. Исследование влияния науглероживания рабочей поверхности коллектора на коммутационные свойства контакта «щетка — коллектор».

3.6. Выводы.

4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОДОРОЖКИ КОЛЛЕКТОРА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.

4.1. Анализ существующих технологий продорожки коллекторов тяговых электродвигателей.

4.2. Разработка технологии и технологической оснастки для продорожки коллектора ТЭД.

4.3. Графоаналитическая модель червячной фрезы для продорожки коллектора тягового электродвигателя.

4.4 Выводы.

5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ.

5.1. Расчет экономической эффективности внедрения установки для продорожки коллектора тягового электродвигателя электровоза.

5.1.1. Расчет себестоимости базового способа обработки межламельного пространства коллектора со снятием фаски ручным методом.

5.1.2. Определение себестоимости и расчет экономического эффекта от использования разработанной технологии и установки для продорожки коллектора тягового электродвигателя.

Актуальность работы. Ритмичная и устойчивая работа железнодорожного транспорта во многом обусловлена надежностью тягового подвижного состава (ТПС) и эффективностью его использования.

Суммарные расходы локомотивного хозяйства сети железных дорог являются одной из главных составляющих (примерно 30 %) в общих эксплуатационных расходах, при этом значительная их часть (около 30 — 35 %) приходится на техническое обслуживание и ремонт локомотивов.

В настоящее время в связи с ростом скоростей, увеличением весовых норм поездов и повышением требований к безопасности движения значительно возросло значение эксплуатационной надежности локомотивов. Надежность локомотивов в эксплуатации обеспечивается в основном своевременным и качественным техническим обслуживанием и ремонтом, что во многом зависит от уровня технологической готовности локомотиворемонтного производства.

Анализ основных показателей технического состояния локомотивного парка сети магистральных железных дорог показывает, что общее число неисправных локомотивов сохраняется на уровне 10 — 12 %. Высокими -остаются показатели простоев на всех видах ремонта, количество отказов и случаев непланового ремонта локомотивов. Наиболее часто выходят из строя электрическая аппаратура - 44 - 55,0 %; тяговые электродвигатели (ТЭД) — 13 - 17 %; вспомогательные электрические машины — 3,5 - 5,3 % от общего числа отказов. Неисправности коллекторно-щеточного узла (КЩУ) составляют 10 - 15 % от общего количества отказов ТЭД электровозов [1-3]. Основными причинами такого положения являются неудовлетворительное качество текущего ремонта и технического обслуживания, недостаточный уровень механизации трудоемких производственных процессов ремонта.

Таким образом, одной из актуальных задач в локомотивном хозяйстве 4 сети железных дорог является улучшение технического состояния электровозов в эксплуатации за счет совершенствования и повышения качества технического обслуживания и ремонта посредством применения в ремонтных локомотивных депо прогрессивных технологий и современных средств технологического оснащения, т. е. путем совершенствования технологической подготовки производства.

Задачи повышения эффективности и качества локомотиворемонтного производства отражены в распоряжениях президента ОАО «РЖД» от 17.01.2005 № Зр «О системе технического обслуживания и ремонта локомотивов» и от 13.01.2006 № 181 «Дополнительные меры по повышению уровня обеспечения безопасности движения в локомотивном хозяйстве железных дорог ОАО "РЖД"», в поручении первого вице-президента ОАО «РЖД» от 26.08.2010 № П-ВМ-120 «Об оптимизации структуры и повышении эффективности локомотиворемонтного комплекса» и в других организационно-распорядительных документах железнодорожной отрасли.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами научно-технических работ Омского государственного университета путей сообщения (темы НИР № г.р. 01.9.70002371 и 01201151856).

Целыо диссертационной работы является совершенствование технологии ремонта коллекторов тяговых электродвигателей электроподвижного состава для повышения качества их функционирования в эксплуатации.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: разработать математические модели для оценки качества функционирования тягового электродвигателя в зависимости от технологических параметров коллекторно-щеточного узла; выполнить качественный и количественный анализ влияния отклонений конструктивных и технологических параметров коллекторно-щеточного узла на тепловое состояние тягового электродвигателя; исследовать влияние материалов контакта «щетка — коллектор» на условия коммутации и обосновать применение науглероживания рабочей поверхности коллектора для повышения коммутационной устойчивости тягового электродвигателя; разработать установку и технологию для науглероживания рабочей поверхности коллектора при ремонте тяговых электродвигателей; предложить технологию и создать установку для продорожки коллектора тягового электродвигателя; разработать графоаналитическую модель и методику проектирования специального режущего инструмента для продорожки коллектора тягового электродвигателя.

Методы исследования. При решении поставленных задач проведены теоретические и экспериментальные исследования на основе методов математической статистики и математического моделирования. Эксперименты проводились на лабораторных установках и на тяговых электродвигателях электровозов магистральных железных дорог. Научная новизна работы заключается в следующем: получена математическая модель для определения фактической площади контакта «щетка - коллектор» в тяговом двигателе с учетом технологических параметров контактирующих поверхностей; разработана математическая модель формирования термодинамических процессов в коллекторно-щеточном узле, позволяющая оценить влияние технологических параметров на техническое состояние тягового электродвигателя; создана графоаналитическая модель и предложена методика проектирования специального режущего инструмента для продорожки коллектора тягового электродвигателя с использованием созданной модели.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы подтверждена экспериментальными исследованиями, практической реализацией и основана на доказанных и корректно использованных положениях и постулатах физики твердого тела, математического моделирования. Адекватность математических моделей подтверждена достаточно высокой степенью согласования теоретических расчетов с экспериментальными данными и практическими результатами (расхождение составляет не более 10 %).

Практическая ценность работы.

Полученные математические модели позволяют выполнять расчеты фактической площади контакта и температуры коллекторно-щеточного узла тягового электродвигателя в зависимости от значений технологических параметров коллектора, приобретенных при ремонте, а также производить оценку допусков на технологические параметры коллекторно-щеточного узла.

Использование в технологическом процессе ремонта тягового электродвигателя разработанных технологии и установки для формирования на рабочей поверхности коллектора углеродного слоя снижает негативное воздействие от несовершенства механической обработки коллекторных пластин и улучшает коммутационные характеристики тягового электродвигателя.

1 Разработанные технология и установка для продорожки коллектора с использованием оригинального режущего инструмента позволяют повысить качество обработки коллекторов и сократить время выполнения технологических операций.

Предложенная методика проектирования специального режущего инструмента позволяет разрабатывать оригинальные червячные фрезы для продорожки коллекторов тяговых электродвигателей, с учетом технических параметров обрабатываемых поверхностей.

Реализация результатов работы. Разработанная установка для продорожки коллектора тягового электродвигателя с оригинальным режущим инструментом принята к использованию в технологическом процессе текущего ремонта ТР-3 электровозов ВЛ-10 в ремонтном локомотивном депо Московка Западно-Сибирской железной дороги — филиала ОАО «РЖД».

Апробация работы. Основные положения, выводы и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на четвертой научно-практической конференции «Инновационные проекты и новые технологии для транспортного комплекса» (Омск, 2010), на научно-практической конференции «Проблемы развития железнодорожного транспорта» (Красноярск, 2010), на всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2010» (Ростов-на-Дону, 2010), на международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2010), на международной научно-технической конференции «Инновации для транспорта» (Омск, 2010).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 13 научных работах, которые включают 11 статей (две из них — в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России) и два патента на полезные модели.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения, списка литературы из 105 наименований и двух приложений и содержит 133 страницы текста, включая 37 рисунков и 3 таблицы.

4.4 Выводы

4.4.1. Предложена технология механической обработки коллектора дисковой фрезой. Зуб фрезы имеет профиль, соответствующий форме паза между пластинами коллектора, и обеспечивает обработку межламельного пространства и снятие фасок с кромок пластин. На дисковую фрезу получен патент на полезную модель № 104107.

4.4.2. Произведен расчет режимов резания при выбранных технологической оснастке и инструменте (дисковая фреза), позволяющие

100 обеспечить заданное качество обработки и требуемую производительность.

4.4.3. Разработана установка для продорожки коллектора ТЭД с использованием оригинального режущего инструмента, что позволяет повысить качество и сократить время обработки коллектора. На конструкцию установки получено положительное решение ФГУ ФИПС о выдаче патента на полезную модель.

4.4.4. Разработана графоаналитическая модель специального режущего инструмента для продорожки коллектора тягового электродвигателя и на ее основе предложена методика проектирования оригинальных червячных фрез, учитывающая технические параметры обрабатываемых поверхностей. Использование червячной фрезы существенно увеличивает производительность, что требуется при большой программе ремонта ТЭД.

4.4.5. С помощью разработанной оригинальной методики расчета возможно создание режущего инструмента для осуществления процесса продорожки коллекторов тяговых двигателей постоянного тока.

5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Основной за/щчей технико-экономического обоснования внедрения разработанной технологии по продорожке коллекторов тяговых электродвигателях подвижного состава на ремонтных предприятиях железных дорог является определение экономической целесообразности принятого технического решения [97, 98].

Анализ технико-экономической эффективности принятого технического решения проводился на основании методических указаний и рекомендаций [99 - 105]. Расчет основан на сравнении затрат, связанных с технологической операцией — продорожкой, по базовой и проектной технологиям ремонта коллектора ТЭД.

5.1. Расчет экономической эффективности внедрения установки для продорожки межламельного пространства коллекторных пластин тягового электродвигателя электровоза

По данным научно-исследовательской лаборатории ОмГУПС кафедры "ТТМ и РПС" себестоимость изготовления установки для продорожки ламелей коллектора ТЭД локомотива составляет 200000 руб.

5.1.1. Расчет себестоимости базового способа обработки межламельного пространства коллектора со снятием фаски ручным методом

Результаты расчетов себестоимости обработки коллектора ручным способом приведены в таблице 5.1.

Расчет производится исходя из условия, что старым способом операция продорожки выполняется слесарем шестого разряда в течение 7 часов.

Тарифный коэффициент шестого разряда — 2,31, тарифная ставка первого разряда - 32,66 руб./час, таким образом, размер тарифной ставки составляет 75,44 руб./час.

Основная зарплата слесаря шестого разряда, руб.

С = Т -г-к •к , ч ор час пр рк /с 1\ где Тчас - часовая тарифная ставка слесаря шестого разряда; X — время обработки коллектора = 7 ч; кпр - коэффициент премии =1,3; крк - районный коэффициент = 1,15.

Дополнительная заработная плата, руб.

С л-. — кл „„ • С доп д зп оз

5.2)

Отчисления на социальное страхование 32,5% от основной и дополнительной заработной платы, руб.

5.3)

Себестоимость ручного способа, руб. схч =С03+Слзп+Ссс, (5.4) где С03 - основная заработная плата; Сд.зп — дополнительная заработная плата; Сс.с - отчисления на социальные нужды.

5.1.2. Определение себестоимости выполнения операции предлагаемым способом продораживания межламельного пространства коллекторных пластин

Технологическая себестоимость включает затраты на материалы, комплектующие изделия, заработную плату, отчисления на социальные нужды, расходы на эксплуатацию оборудования и энергоресурсы. с2,} = см + сдзп + Сс.с + СЭшР + Сок, (5.5) где С0.3 - основная заработная плата; Сл.зп - дополнительная заработная плата; Ссс - отчисления на социальные нужды; Сэр — стоимость электроэнергии; Соб — расходы на оборудование.

Основная заработная плата, руб.

С -Т -г-к -к ор 1 час 1 *-пр ^рк5 где Тчас - часовая тарифная ставка слесаря пятого разряда; t — время обработки коллектора = 3,6 ч.;

Тарифный коэффициент пятого разряда — 2,12, тарифная ставка первого разряда - 32,66 руб./час, таким образом, размер тарифной ставки составляет 69,24 руб./час.

Дополнительная заработная плата, руб.

Г - к ■ С доп д.зп оз^ (5.7) где кд зп - коэффициент дополнительной заработной платы = 0,1.

Отчисления на социальное страхование 32,5% от основной и дополнительной заработной платы, руб.

5.8)

Амортизационные отчисления, руб. цс с =

Т< , (5-9) где Цс - стоимость установки; Тс - срок полезного использования установки, лет.

Затраты на текущий ремонт составляют 4% от стоимости установки, руб.

С =0,04 Ц т.р ' с

5.10)

Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования маш

ОБ ~ ст.ч К в.н 9

5.11) где Сст ч - стоимость станко-часа; ^маш - машинное время; кви = 1,1 -коэффициент выполнения норм.

Уз ¿-I об

Фл ■к о исп

5.12) где 3°б - затраты по оборудованию; Фд - действительный фонд времени работы оборудования за год (4032 ч.); кисп - коэффициент использования оборудования, кисп = 0.8. • • !

Ф — П • £ •п д ^р см см ^ (5.13) где ^р - количество рабочих дней в году; tcм - продолжительность смены, К-м = 8час» псм - количество смен, псм = 2 .

Годовые суммарные затраты по оборудованию:

Х3об=Са+СТ.Р5 (5Л4) где са - амортизационные отчисления по оборудованию; сТ Р - расходы по текущему ремонту оборудования;

Затраты на энергоресурсы, руб.

Сэ.р Р-Тз-ЦЭ? (515) где Р - суммарная мощность = 31 кВт; Тэ — длительность работы станка = 3,6 ч.; Ц, - цена одного кВт-ч энергии = 2,65 руб.

Результаты расчета затрат на выполнение операций предлагаемым способом продораживания коллектора приведены в таблице 5.1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований выполнены научно обоснованные технические и технологические разработки, направленные на совершенствование технологической подготовки ремонта тяговых электродвигателей магистральных электровозов. Применение разработанных технологий и технологической оснастки при ремонте ТЭД позволит механизировать технологические операции, повысить качество и сократить время продорожки коллектора, а также получить па рабочей поверхности коллектора углеродный контактный слой, снижающий негативное воздействие от несовершенства механической обработки и улучшающий коммутационные характеристики тягового электродвигателя. Таким образом, за счет совершенствования технологии ремонта коллектора ТЭД повышается качество его функционирования в эксплуатации.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Получена математическая модель для определения фактической площади контакта «щетка — коллектор» в тяговом электродвигателе с учетом технологических параметров контактирующих поверхностей.

2. Разработана математическая модель формирования термодинамических процессов в коллекторно-щеточном узле, позволяющая оценить влияние технологических параметров коллектора на техническое состояние тягового электродвигателя.

3. Выполнен качественный и количественный анализ влияния отклонений технологических параметров коллекторно-щеточного узла на тепловое состояние тягового электродвигателя. Установлено, что наиболее существенное влияние на температуру контакта «щетка - коллектор» оказывает качество обработки (шероховатость) коллектора.

4. Разработаны установка и технология для электроискрового

108 науглероживания рабочей поверхности коллектора, использование которых при ремонте тягового электродвигателя позволит повысить его коммутационную устойчивость и качество функционирования в эксплуатации. Конструкция установки защищена патентом на полезную модель.

5. Разработаны технология и установка для продорожки коллектора с оригинальным режущим инструментом, использование которых позволяют повысить качество обработки коллекторов и сократить время выполнения технологических операций. На технические решения по установке получено положительное решение ФГУ ФИПС о выдаче патента на полезную модель. Конструкция режущего инструмента защищена патентом на полезную модель.

6. Разработана графоаналитическая модель специального режущего инструмента для продорожки коллектора тягового электродвигателя и на ее основе предложена методика проектирования оригинальных червячных фрез, учитывающая технические параметры обрабатываемых поверхностей.

7. Разработанные технология и установка для продорожки коллектора с использованием оригинального режущего инструмента внедрены в электромашинном цехе ремонтного локомотивного депо Московка ЗападноСибирской железной дороги.

8. Проведена оценка экономической эффективности от использования представленных в диссертации технологических и технических разработок при ремонте ТЭД. Расчетный экономический эффект от внедрения технологии и установки для продорожки коллектора с использованием оригинального режущего инструмента на годовую программу текущего ремонта объема ТР-3 550 тяговых электродвигателей должен составить 111 тыс. р.

1. Анализ технического состояния электровозного парка по сети железных дорог России за 2007 г. / Департамент локомотивного хозяйства ОАО «РЖД». М., 2007. 90 с.

2. Анализ технического состояния электровозного парка по сети железных дорог России за 2008 год. / Департамент локомотивного хозяйства ОАО «РЖД». М., 2008. 74 с.

3. Анализ технического состояния электровозного парка по сети железных дорог России за 2009 год. М., 2009. 77 с.

4. Тяговые электродвигатели электровозов / В. И. Бочаров, В. И. Захаров, Л. Ф. Коломейцев, Г. И. Колпахчьян, М. А. Комаровский, В. Г. Найму-шин, В. И. Седов, И. И. Талья, В. Г. Щербаков, В. П. Янов; Под ред. В. Г. Щербакова. Новочеркасск, 1998. 672 с.

5. Григоренко В. Г. Повышение эффективности использования локомотивов в условиях эксплуатации на железных дорогах Восточного региона России / В. Г. Григоренко: Дис. в форме научн. докл. . докт. техн. наук. Омск, 1999. 106 с.

6. Осяев А. Т. Повышение эффективности эксплуатации магистральных электровозов методами управления их техническим состоянием / А. Т. Осяев: Автореф. дис. .докт. техн. наук. Москва, 2002. 48 с.

7. Горский А. В. Оптимизация системы ремонта локомотивов / А. В. Горский, А. А. Воробьев. М.: Транспорт, 1994. 208 с.110

8. Сементовский Э. А. Техническое обслуживание и ремонт подвижного состава метрополитенов / Э. А. Сементовский, Н. С. Севастьянов, В. А. Иткинсон. М.: Транспорт, 1987. 335 с.

9. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1980. 25 с.

10. Находкин В.М., Черепашенец Р.Г. Технология ремонта тягового подвижного состава / Учеб. для техникумов железнодорожного транспорта, М., 1998. 461 с.

11. Анализ условий коммутации машин постоянного тока и их настройка в условиях эксплуатации / В. Д. Авилов, В. В. Бублик, Е. Н. Савельева и др. // Промышленная энергетика. 1987. №12. С. 18 20.

12. Солдаткин А. В. Повышение коммутационной устойчивости тяговых электрических машин за счет совершенствования технологии ремонта коллекторов. Дисс. . канд. тех. наук. — Омск, 2004. — 148 с.

13. Ремонт электроподвижного состава промышленного транспорта / Г. Д. Забелин, Д. А. Курасов, Ю. В. Пацовский, В. В. Соловьев. Под ред. М. Г. Потапова. М.: Транспорт, 1982. - 288 с.

14. Правила ремонта электрических машин электроподвижного состава. ЦТ-ЦТВР/4782. М.,1992. 295 е.: ил.

15. Текущий ремонт и техническое обслуживание электровозов постоянного тока / С.Н. Красковская, Э.Э. Ридель, Р.Г. Черепашенец. М., 1989. 408 с.

16. Правила текущего ремонта и технического обслуживания электровозов переменного тока. МПС РФ. ЦТ-635.М., 1999. 404 с.111

17. Рауба А. А. Повышение качества ремонта и обслуживания подвижного состава / А. А. Рауба, В. С. Смольянинов, С. Г. Шантаренко // Железнодорожный транспорт. 2005. № 11. С. 12—14.

18. Коллекторы электрических машин / Бочаров В. И., Двойничков М. Т., Красовский Б. П. и др.; Под ред. Б. Н. Красовского. М., 1979. 200с.

19. Бабаджанян П.А., Люсин Б.И., Конструкция и производство коллекторов электрических машин. Л., 1960. 192 с.

20. Деповской ремонт электровозов переменного тока / А. Т. Голова-тый, Г. М. Коренко, Г. В. Коваленко, К. А. Марютин, Л. Я. Финкелыптейн, Г. А. Васильев, А. Г. Ковалев. М., 1970. 310 с.

21. Антонов М. В. Технология производства электрических машин: Учебник для вузов / М., 1993. 592 с.

22. Положение о системе технического обслуживания и ремонта локомотивов ОАО «РЖД». Утверждено распоряжением ОАО «РЖД» от 17.01.2005 г. № Зр.

23. Совершенствование метода оценки состояния профиля коллектора машин постоянного тока / Шкодун П.К. и др. // Молодой ученый. 2011. — №3. Т.1.-С. 91-97.

24. Современные техника и технологии: Сборник трудов XVI международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. В 3 т. Т.1 / Национальный исследовательский Томский политехнический университет. Томск, 2010. 511 с.

25. Новицкий Г1. В. Оценка погрешностей результатов измерений / П. В. Новицкий, И. А. Зограф — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1985. — 248 с.

26. Качин, О. С. Диагностирование механического состояния коллек-торно-щеточно-го узла высокоскоростной электрической машины в процессе ресурсных испытаний // Известия Томского политехнического университета. 2007. - Т. 311 .-№ 4.- С. 118 - 122.

27. Логинова Е. Ю. Совершенствование методов анализа теплового состояния тяговых электродвигателей тепловозов и характеристик их систем охлаждения / Е. Ю. Логинова: Автореф. дис. . докт. техн. наук. Москва, 2000. 48 с.

28. Термодинамические процессы в тяговом электродвигателе / С. Г. Шантаренко, Д. Ю. Белан и др. // Вестник Ростовского гос. ун-та путей сообщения / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. Ростов-на-Дону, 2009. №1. С. 129- 134.

29. Безухов Н. И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести / Н. И. Безухов. М.: Высшая школа, 1961. 537 с.

30. Амензаде Ю. А. Теория упругости / Ю. Я. Амензаде. М.: Высшая школа, 1971.288 с.

31. Александров А. В. Основы теории упругости и пластичности / А. В. Александров, В. Д. Потапов. М.: Высшая школа, 1990. 400 с.

32. Крагельский И. В. Основы расчетов на трение и износ / И. В. Крагельский, М. Н. Добычин, В. С. Комбалов. М.: Машиностроение, 1977. 526 с.

33. Маслов Е. Н. Теория шлифования материалов / Е. Н. Маслов. М.: Машиностроение, 1974. 320 с.

34. Павленко А. П. Динамика систем «экипаж — тяговый привод — путь» магистральных локомотивов в режимах торможения. Создание и техническое обслуживание локомотивов большой мощности/ А. П. Павленко. Ворошиловград, 1985. С. 24-25.

35. Епифанов Г. И. Физика твердого тела / Г. И. Епифанов. М.: Высшая школа, 1977. 288 с.

36. Джанколи Д. Физика / Д. Джанколи. В 2 т. Т. 2. М.: Мир, 1989. 667 с.

37. Савельев И. В. Курс общей физики. В 3 т. Т. 2. М.: Наука, 1978. 480 с.

38. Кузьмич В. Д. О тепловом расчете якоря тяговых электрических машин тепловозов / В. Д. Кузьмич // Исследование и усовершенствование узлов и агрегатов тепловозов: Труды МИИТа. вып. 169, М.: 1963. С. 115-144.

39. Кузьмич В. Д. Математическое моделирование температурного поля обмоток тягового электродвигателя тепловоза / В. Д. Кузьмич, Е. Ю. Логинова // Вестник ВНИИЖТа. 1999, № 2. С. 39-43.114

40. Моделирование процессов обслуживания и ремонта подвижного состава / Под ред. Э. Д. Тартаковского: Межвуз. сб. науч. тр. / Харьковский инт инж. ж.-д. трансп. Харьков, 1989. Вып. 892. 192 с.

41. Деповской ремонт электровозов переменного тока / Под ред. А. Т. Головатого. М.: Транспорт, 1976. 440 с.

42. Нестеров А. М., Колокольников С. В. Плохов Е. М. Ремонт электроподвижного состава железных дорог. М., 1988. 208 с.

43. Технологические основы обеспечения качества машин / К. С. Колесников, Г. Ф. Баландин, А. М. Дальский и др.; Под общ. ред. К. С. Колесникова. М.: Машиностроение, 1990. - 256 е.: ил.

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

45. Правила текущего ремонта и технического обслуживания электровозов переменного тока. МПС РФ. ЦТ-635.М., 1999. 404 с.

46. Бордаченков А. М. Влияние неровностей коллектора тяговых двигателей на работу электрощеток / А. М. Бордаченков, В. В. Мезинов, Б. В. Сизов // Материалы V Всесоюзной конференции по коммутации электрических машин. Омск, 1976. С. 83 84.

47. Бекишев Р. Ф. Электрические машины постоянного тока с коллекторами из антифрикционного графита / Р. Ф. Бекишев // Материалы V Всесоюзной конференции по коммутации электрических машин. Омск, 1976. С. 96-98.

48. Бекишев Р. Ф. Вольт-амперные характеристики скользящего контакта щетка-графитовый коллектор / Р. Ф. Бекишев, В. П. Астраханцев, Г. И. Бушуев, Ю. П. Клушин // Материалы V Всесоюзной конференции по коммутации электрических машин. Омск, 1976. С. 100 102.

49. Лившиц П. С. Скользящий контакт электрических машин. М.: Энергия, 1974.-272 с.

50. Бордаченков А. М., Давидович Я. Г. О некоторых зависимостях между физико-механическими и эксплуатационными характеристиками щеток тяговых электрических машин. Материалы V Всесоюзной конференции по коммутации электрических машин. Омск, 1976. С. 81 — 83.

51. Раутт Р. Ф., Сахсонов И. Н. Электричесике контакты. М.: Воениз-дат. 1971,- 160 с.

52. Бровер А. В. Влияние поверхностной термообработки с использованием концентрированных потоков энергии на конструкционную прочность стали / А. В. Бровер // Упрочняющие технологии и покрытия. 2005. - № 10.1161. С.-22-21.

53. Ворошнин Л. Г. Перспективы развития химико-термической обработки (материалы лекций) / Л. Г. Ворошнин // Упрочняющие технологии и покрытия. 2008. - № 1. - С. 5 - 8.

54. Гадалов В. Н. Локальное избирательное нанесение электрофизических покрытий на металлообрабатывающий инструмент / В. Н. Гадалов, Д. Н. Романенко, И. М. Горякин // Упрочняющие технологии и покрытия. -2008.-№ 4.-С. 20-24.

55. Григорьев С. Н. Применение вакуумно-плазменных покрытий для повышения работоспособности разделительных штампов / С. Н. Григорьев,

56. B. С. Заболотный, Я. И. Рюмкин // Упрочняющие технологии и покрытия. -2007. -№ 12.-С. 22-21.

57. Дехонова С. В. Структура и трибогехнические свойства сплава Си-№-ШС, полученного методом электронно-лучевой наплавки / С. В. Дехонова,

58. C. В. Степуляк, В. Г. Дураков и др. // Трение и износ. 2002. - Т.23. - № 6. — С. 678-679.

59. Маслов Л. Н. Влияние пластичности стали, упрочненной высокотемпературной термомеханической обработкой, на интенсивность абразивного изнашивания / Л. Н. Маслов, О. И. Шаврин // Трение и износ. 2005. — Т.26.-№6.-С. 613-621.

60. Хейфец М. Л. Движение деформирующего элемента накатного инструмента в процессе поверхностной обработки деталей машин / М.Л. Хейфец // Упрочняющие технологии и покрытия. 2008. - № 2. - С. 8-13.

61. Дубинин Г. Н. О перспективах развития химико-термической обработки металлов / Г. Н. Дубинин // МиТОМ. 2004. - № 7. - С. 5 - б.

62. Материалы конференции членов Международного института чугуна и стали (НБ!) (6-8 мая 2007 г.). Санкт Петербург, 2007.

63. Новиков И. И. Металловедение, термообработка и рентгенография / И. И. Новиков, Г. Б. Строганов, А. И. Новиков. М.: МИСИС, 1994. - 480 с.

64. Лазаренко Б. Р. Электроискровой способ изменения исходных свойств металлических поверхностей / Б. Р. Лазаренко, Н. И. Лазаренко. -М.: Изд-во АН СССР, 1958. 177 с.

65. Верхотуров А. Д. Формирование поверхностного слоя металлов при электроискровом легировании / А. Д. Верхотуров Владивосток: Дальнаука. - 1995.-323 с.

66. Верхотуров А. Д. Технология электроискрового легирования металлических поверхностей / А. Д. Верхотуров, И.М. Муха. Киев: Техника, 1988.- 181 с.

67. Патент 1Ш №2008698 С1. Способ нанесения защитного покрытия на рельсы электромагнитного ускорителя / Колесников В. А. Заявлено 21.05.1990; Опубл. 28.02.1994, Бюл. №4.-4 с.: ил.

68. Белан Д. Ю. Повышение надежности работы коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей / Д. Ю. Белан, В. М. Лузин //118

69. Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2010. № 4(4). С. 6- 11.

70. Гречкин Д. Н. Контактно-дуговой метод повышения износостойкости деталей / Д. Н. Гречкин, Ю. И. Краснов, В. С. Семеноженков // Упрочняющие технологии и покрытия. 2006. - № 6. - С. 10—16.

71. Пат. 104368 Россия, МПК Н 01 В 5/00. Установка для формирования углеродного слоя на коллекторе электрической машины / В. М. Лузин,

72. B. А. Колесников, С. Г. Шантаренко, Д. Ю. Белан. № 2010132085; Заявлено 29.07.2010; Опубл. 10.05.2011. Бюл. № 13.

73. Колеватов В. В. Повышение несущей способности покрытий на титановых сплавах с помощью предварительного упрочнения ППД / В. В. Колеватов // Упрочняющие технологии и покрытия. — 2006. № 2. - С. 22 - 26.

74. Петров Ю. Н. Электроискровое легирование металлических поверхностей / Под ред. Ю. П. Петрова. — Штиинца, 1985. 196 с.

75. Поут Дж. М. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками. Изд: Машиностроение, 1987. — 424 с.

76. Попов М. Е. Упрочняющая обработка деталей поверхностным пластическим деформированием ударно-импульсным инструментом с пружинным приводом // Упрочняющие технологии и покрытия. №8, 2008. —1. C. 10-23.

77. Марков А. М., Родионов Ю. А. Бесконтактный профилометр «Про-филь-М». Современные методы в развитии и конструировании коллекторных машин постоянного тока: Тезисы докл. VII науч.-техн. конф. /Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1993.С. 83-85.

78. Харламов В. В. Методы и средства диагностирования технического состояния коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей и других коллекторных машин постоянного тока / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2002. 233 с.

79. A.c. 1397714 (СССР). Бесконтактный профилометр для контроля микрогеометрии коллекторов электрических машин / В. В. Харламов, Ю. Я. Безбородое, В. Н. Козлов // Открытия. Изобретения. 1988, № 19.

80. A.c. № 1538035(СССР). Бесконтактный профилометр для контроля микрогеометрии коллекторов электрических машин / В. В. Харламов, Ю. Я. Безбородов, В. Н. Козлов, В. А. Серегин // Открытия. Изобретения. -1990, №3.

81. A.c. № 1597522(СССР). Бесконтактный профилометр / В. В. Харламов, Ю. Я. Безбородов, В. Н. Козлов, В.И. Тимошина // Открытия. Изобретения. 1990, № 37.

82. Пат. 104107 Россия, МПК В 23 С 5/08. Фреза для обработки межла-мельного пространства коллекторов электрических машин / С. Н. Агашков, С. В. Петроченко, Д. Ю. Белан, К. В. Аверков. № 2010132087; Заявлено 29.07.2010; Опубл. 10.05.2011. Бюл. № 13.

83. Аверков К. В. Проектирование инструмента для обработки коллектора электрических машин / К. В. Аверков, Д. Ю. Белан // Омский научный вестник / Омский гос. техн. ун-т. Омск, 2011. №1. С. 57 — 60.

84. Тепинкичиев В. К. Металлорежущие станки / В. К. Тепинкичиев. -М.: Машиностроение, 1973. 472 с.

85. Романов В. Ф. Расчет зуборезных инструментов / В. Ф. Романов. — М.: Машиностроение, 1969.— 251 с.

86. ЦТ-635. Правила текущего ремонта и технического обслуживания электровозов переменного тока / Мин-во путей сообщения Российской Федерации. М., 1999.-404 с.

87. ОСТ 32.109-97. Тяговой подвижной состав (ТПС). Система технического обслуживания и ремонта. Термины и определения.

88. Методика оценки технико-экономической эффективности внедрения ресурсосберегающих технологий и их влияние на сокращение эксплуатационных расходов. М., 1998.

89. Методические рекомендации по обоснованию эффективности инноваций на железнодорожном транспорте / МПС РФ. М., 1999. — 230 с.

90. Методические рекомендации по оценке инвестиционных проектов на железнодорожном транспорте / МПС РФ. М., 1998. — 53 с.

91. Методические рекомендации по расчету ущерба от транспортных происшествий и иных связанных с нарушением правил безопасности движения и эксплуатации железнодорожного транспорта событий в ОАО «РЖД» от 03.04.2008 № 681р.

92. Волков Б. А. Экономическая эффективность инвестиций на железнодорожном транспорте в условиях рынка / Б. А. Волков. М.: Транспорт, 1996.- 191 с.

93. Методические рекомендации по оценке инвестиционных проектов на железнодорожном транспорте / Мин-во путей сообщения. М., 1998. — 124 с.

94. Методические рекомендации по определению экономической эффективности мероприятий научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте. М.: Транспорт, 1991. — 239 с.

95. Методические рекомендации по обоснованию эффективности инноваций на железнодорожном транспорте. М., 1999. — 230 с.