автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Закономерность возникновения виброударных колебаний в тяговых электрических приводах локомотивов

— Г Д ч 1

и " з ч

ЛШСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАЛ1ЕНИ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

На правах рукописи

КИСЕЛЕВ Валентин Иванович

УДК 629.423:621.333

ЗАКОНОМЕРНОСТЬ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВИБРОУДАРНЫХ КОЛЕБАНИЙ В ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРИВОДАХ ЛОКОМОТИВОВ

05.22.07 — Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

ЛЮСКВА — 1992

Работа выполнена в Ташкентском ордена Трудового Красного Знамени институте инженеров железнодорожного транспорта.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор КУРБАСОВ Александр Севостьянович;

Заслуженный деятель науки и техники Республики Украина, доктор технических наук, профессор ГОЛУБЕНКО Александр Леонидович; доктор технических наук, старшин научный сотрудник ЕВСТРАТОВ Анатолий Семенович.

Ведущее предприятие — Главное управление локомотивного хозяйства МПС.

Защита состоится « > О/прСл-^А 199«? г. в

/V час. на заседании специализированного совета Д114.05.05 при /Московском институте инженеров железнодорожного транспорта по адресу: 101475, ГСП, Москва, А-55, ул. Образцова, 15, МНИТ, ,12.'О,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « 2. 7 » /иа^гг^*- 199 Л. г.

Отзыв на автореферат, заверенный, печатью, просим направить по, адресу совета института.

Ученый секретарь ^^^ / .

специализированного совета ^¿г В- Н. ФИЛИППО

ОБЩАЯ ХАРАЮЕРИСША РЛБОГН

Актуальность проблемы. Наобхздимость удовлетворения потребностей неродного хозяйства страны и нзеелз-кия б грузовых и пассажирских перевозках ставит перед железнодорожным транспортом анде-.у повышения надежности и эксплуатационных показателей работы лодьихного состава.

Б связи с этим трзбовенип по совершенствованию уздоп экипажной части лочоымивоп - тяговнх электродвигателей (ТЭД), колесных пар (КП) и устройств передачи моозюети меяду ними с целью обеспечения длительного безремонтного пробега ос/адтпя актуальными.

Нагруженность узлов колесно-моторних блоков ОШБ» обусловлена динамическими воздействиями сэ стороны неровностей рельсового путл, логреганозтями зубчатой паредсчи кезду Т*ЭД и КЛ, механическими и эяектроушиитными холобаниями в системе "двигатвль-колесо-реяьс".

Выполнен большей объем исследований по разработке методов расчета узлов КЬ5>. учитывающий динамические1 аоздеЯствчя. Однако взаимосвязь механических и электромагнита!« колебаний ь тяговой передаче тепловозов я ее влияние на надеглсс'-ъ у?лов ККЗ изучены недостаточно.

Диссертационная работа отражает результаты мчоголети/х: исследований автора в области диьемачаеккх воздействий с учетой пзаимссвязпянух механических и электромагнитных колебешпЧ, совершенствования методов динамических расчетов и разработки новых технических решений конструкций уэлоя ГЗД и тяговой, передачи теп-дозозов. Репеьие дакноЯ проблемы отвечает требованиям ваучно-ясх-ндеюсхого прогресса в локомотивосп-роеиии и м.тлинострояиии.

Исследования велись я соответстии с приказами ШС, по зака-

зам и в содружестве с НИИ ПО "Элоктротяжмаш-', Ташкентским теи-лэвоэоремонтным и Дэугавиилскик локо^отивореиоигным заводами и рядом локомотивных депо страны. Автор диссертации являлся руководителем и непосредственным участником научно-исследовательских работ по указанной тематике в 1971-1991 гг.

Цель VI еадачи работы: Црлыэ данной работы является установление закономерности возникновения виброударных кодэбвний в тягсаых привод&х локомотивов, разработка методов и средств снижения их влияния на надежность узлов 1ШБ.

Дкя достижения поставленной цели сг;радз,(£;ны следующие задачи пиэгки элекгроиагнигныч динамических Болдействий на КМБ;

4

уточнение методах динамических расчЬтой наиболее нагруженных узлов ТйД (валов, бандажей и годовой лобовых частей обмотки, конце вих листов сердечника якоря, выводов главных полисов магнитной системы);

разработки технических решений виброэащитн узлов ТЭД (валов, *корнк: подшипников, бандьлей и лобовых частей обиотии, сердечника якоря, выводов ч катупец главных полюсов);

разработки технологических процессов намотки стекломаталли-ческкх бандажей, одноразовой пропитки якорей электрических машин дроймым вахуумировакием, технологий изготовления выводов полисов магнитной системы и изоляции токоведущих частей электрических на'пмь термоусаяивающимися полимерными материалами;

создание стендов с разработкой методик диагностирования узлов КМБ и тб;шического состояния колиекторночцеточного узла ТЗД.

Методика исследования. Использован метод комплексного фи«ж1со~математицескс.го моделирования с разработкой математической модели д;шамического лрог\осса вааииосвнэанкмх кохпнкчелких и елехтромагнитных колебаний аяговооо привода доко-

мотивов. Ргыенио уравнении, опиенвющнх колебания математической модели, выполнялось методом операционного исчисления.

Лабораторные и экспериментальные исследования проводились на стендах, физических моделях, натурных увяах и в эксплуатационных условиях с использованием тензомэтрического метпдч опредо- . женил механических нпирлхений, возникающих а элемента:! у"лов ТЭД.

Научная новизна:

- установлена •ококоморность возникновения виброударных колебаний в тяговых электрических передзчях локомотивов (ТЭД, КП, передачи мовдостк между ними);

- выдвинута гипотеза о возможности усиления колебаний якоря тягового двигателя переменной составляющей электромагнитного момента и накопления потенциальной энергии в упругих элементах тягового привода до определенного предела;

- создана физическая модель "статор-якорь-колесс", позволяющая в лабораторных условиях осуществить имитацию физических процессов взаимосвязанных механических и електрсмагнитных колебаний КМБ; •

г обоснованы научные принципы совершенствования узлов ТГ>Д с цеяьв улучшения кх виброзащкты;

- разработана методика уточненного расчета на динаинческуп прочность вала электродвигателя с учетом непосредственного воздействия на вал неровностей рельсового пути,, ¡стоматических погрешностей тягового редуктора, напряжения, возникающих при сборке якоря;

- установлено, что разпотолщинность пластин ппкэга сердечника является дополнительным источником напряжений р вале и ребрах нажимных шьйб якоря и предложены технические решения по ее устранению;

- разработаны конструкция сгекяояетаяличвского бандака, мет дика динамического расчета и технология его намоткл на яобовпе части сойотки якоря;

- предяоиен способ повышения ж&сткости годовок задних дсбо^ вых: частей обмотки якоря и технология ого реализации;

- разработана технология устранения ряопушаиия крайних «истов сопдочника якоря;

- пред?: олени технические решения по повышению вибраииониой надежности иэгиигнсй системы ТЭД и методика расчета на прочность крайнего нитка катутки главного полюса;

- разработаны ивтодиза и приборное обеспечение альтернативной сценки технического состояния колкеиторко-щеточного узла электродвигателя 110 величине электромагнитной энергии ь зоне контакта коплектор-петка;

- предложен способ изоляции частей электрических машин тер-моуса^ивашциисл полимерными материалами на основе "зцфзкта памяти" полимеров;

- разработана технология одноразовой пропитяи якорей ТЭД двойным иакуукирзваниеч.

Новизна раорабос&ияыл технических решений и технологических процессов садацон« авторскими свидетельствами ня изобретения.

Практическая ценность. Решен комплекс иауадс-сехнкческих задач, представляющих собой крупную научно-■?с:,нкческуь проблем яоьшония надежности и долговечности уздоо козесьо-моторных блоков тяговых приводов локомотивов.

Научные результаты полученных разработок дают возможность допойни'гйли'ой количественном оценки факторов динамических воз-/.ейстчнЛ не уахи К'«Е и представляют практический интерзс для про сктно-Хркструкторсклх, научио-нсследовги'ельсяюс организаций, раз рчбагыпагмад слоктропривода механизмов с ялектродчигатеияии поо-

тояшюго тока.

Поело ПрОрСрКИ работоспособности П УСЛОВИЯХ эксплуатации рекомендованных по репультптяи г.оследо ланий и янрдол»*'!« 'п Т!'"-ЛОПОЗПХ ОНМТП'Л узлов и НСРЫ.'С технологий, они мигут (Зыт'> голпи-яовпны не только на поеух, но и на окспяуатируОДЧ*с п лско»ютирв*» что штно с точки ррешч медерлпаяцнл тепло полного Па ос-

нови разработанных методов и средств диагностики узлов прод-стпс«егся гоэмекш»; иаьенрпмэ сушег;тяу"1?И. системы аксплуатмуи» и ремлпта и пореГ.ти от излнопо-нрп^пр'дагсльн' л еи?те«м к монуу но необходимости. Иснольэоззииэ рочоые-ндовошшх в ¿•жеярта-* ЦЧН Пре'ДЛСКОИЧЯ ПОЗОПЛИТ ДОБИТЬСЯ Су'ДУС 1 Р'?"':мх ПСЛиКЭТелЬЫ.'.С ИИ-

честя, перечисленных в- заключении авто;-' .^ер^/а.

Р е а л и з а ц и я р а б о т ч . Плу •;>«« р"с;учьт'>ан -1 практические рекомендации внед;/мш V» ие;юлм?уюгер и ¡¡¡1,1 ¡1.,' "Эл'жтрртгскншГ, пз Ташкентском тг плово.'мсу"^'Нем и Дчуггшиме--исч.) локсмотияорлмптном загула:', и в ж* •■.мотигтсс дг-ио сгролм.

На основгшш указцТ М1С !<• ЗОЪ">~1ЭЗ!>г., -19"„-С>г.

Ташкентским тепло воэсрсмо!;?л рл tn.-xr.onov р. пудои* о*" »те па;;тлл ТПД: со стеклометаляичг>с.ки«и См.'угеог/и; ьыс'1 ;ак;и глпгяг'х полисом, азвагнпэупиш! кряйнпЗ ниток косули:} копструг.Цп!'?л,> сс.рдччн»'К9-) якор«й с зтлх^цленнши кралимп' зуОцп:.-'. «чистой по ра^йотяцнлл техмоаогчн и ус^ро^еггтми, ярог/гг".зяге-ицизньти сгущения сердечника якоря относительно игсшигос гаойб; якорями с одноразовой Пропиткой ДРО.ЙШМ РШчУУЬк'р-чраЬИеМ И Лр. рушения1 ••!, рпссматрипз'?!«:?';! и д.и-сергяции. Снсп^у^гспи ! онкнмл парткЛ ид ис.чамала г /•к ;\;?л;.ч'ть продли .:е»л:;г тохш. ->5 ».их лм;!.

Вш:о«!.ч»::«-? и«.»;Д!>вш;*и т:'_т пояыенть псде:кнссг« и ^.олгов'Г^юст') узхп: Г"'. сслр-плг:> оксидучтацаскь!.,>> сгл-

."?'".'!'о с^гсс- г "М„'а ^¡г;;;.- ". Со:.',1*' /с у.л

•■умго'/.-л от г,:, д::;;-' г г : у •>.•;. 1 ьо ".т:доМ -

- в -

кий по теь;ам, связанных с диссертацией.

Научные результаты диссертации используется в лекционных курсах кафедр "Электрические машины" и "Локомотивы'' Т&'лИИТэ,

Апробация. Основные положения диссертации обсуждались на: I Всесоюзном съезде "Теория механизмов и машин"(Алма-Ата, Всесоюзной научно-технической кон^зренцки ''Соверленст«

псванио средств и методов диагностики при техническом обслужива-нгл; н ремонте транспортных средств (Москва, ВДНХ СССР, 1987); 1У -У Всесоюзных научно-технических конференциях "Состояние и перспективы развития злэктровозостроения в етраье", (Тбилиси, 1987; Новочеркасск, 1991); межотраслевой научно-технической конференции "Проблемы повышения надежности тегшо^оа^п и путевых мшин" (Коломна, 19В8); республиканской научно-технической конференции "Перспективы развития электромашиностроения на Украине" (Харьков, 1968); Всесоюзной научно-технической конференции "Методы и средства диагностирования технических средств железнодорожного тран-спорть"' (Омск, 1939); Двадцать девятом симпозиуме "Моделированио; з механике" (Гяивице, ПНР, 1990); Ш Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы развития яокомотивострэения" (Луганск^ 1990); научно-методическом совете заведующих локомотивных кафедр транспортных вузов МПС по специальности 17,09 "Локомотивы" (Ташкент, 1990); Всесоюзной научно-технической конференции "Перспективные системы и совершенствование устройств электрической тяги на железнодорожном трансаорте и электромашиностроение" (Санкт-Петербург, 1991); научно-технических конференциях ТашИ1ГГа ( 19711991),

Отдельные технические решения по еовзрше.чсгвованию узлов

с£ЭД ^технологические процессы эксяояировались на тематических

■ ■ > ^ -

• Иж'гтавя^х ВДНХ СССР "Повышение качества и надежности работы транспортной, техники" ' 1982, бронзовая медаль) н "Передовые метода

и технические средства обслуживания и ремонта подвижного состава" (1988, спребряннап медаль).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 64 статьях и авторских свидетельствах и 5 отчетах по ьа-¿"•но-исследоватэльской тематике.

Структура работы. Диссертация состоит из эве-дения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 270 наименований и приложений. Объем диссертации составляет 25Ьстр. машинописного текста, 31 рисунков, И таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕ ПК АН Ж РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы, сформулирована цель исследования, обосновано научнее и практическое значение решаемой в диссертации проблемы.

Первая глава посвящена краткому анализу технического состояния тяговых приводов локомотивов в эксплуатации, рассмотрены результаты теоретических и экспериментальных работ э области динамики ТЭД, установлены источники вибрационных воздействий в узлах тяговых приводов, сформулированы задачи исследования.

Основы ¿[учдвменталъньс: исследований динамики подвижного состава заложены в работах отечественных ученых А.И.Беляева, И.В.Бирюкова, Е.П.Блохина, М.Ф.Вериго, А.ДЛ'лущенкс, А.С.Евстратсва, В.Н.Иванова, И.П.Исаева, А.А.Камаеза, В.Н.Кагснихова, А.Ч.Ксняево, М.П.Коротенко, Н.Н.Кудрявцева, С.М.Куценко, В.А.Дазаряна, В.Б.Мэ-деля, А.П.Папяенчо, М.П.Пахомова, А.Н.Савосъкияа, В.Ф.Ушкалова, В.Ф.Яковлева и др. Из зарубежных ученых сиедуе? отметить О.Вайх-саупта, Е.Килба, И.Кофманп.

Большой вклад в совершенствование методов проектирования тяговых олектрпческнх ыат.'ч и электри"есисго " ¡шия локемоти-

ни.сч А.К.Длзксай», 4.Б.1!о.|.}«, В.А.Ванокуроь, И.11 Копилоо, Л.С.¡'.'¡.л.'асои, Б,¡1.Сеймов, И. А.Рита!.¡>ь, М.Ф.Карасей, Ь.,11.Кузьмич} С.З,1^й'иноы:ч, М,/!.!1г1^одК|113( В.А. Четверо», В.А.Сярисогштоз, А.1М;а?ьйИч»в, В.Р.^арбаки!, Л,К.Козлов, С.С.Хвостов, В.К.Верхогляд, О.РЛ'лздршсл и .ьр.

ТсорЗТИЧЬЙКИМ 0.-.10ВЛЫ ПОДВИЖНОГО состава, со-

кервк^.е.-йаоа«*» систем ремонта и диагностики уэьмв локомотивов посажены работы С.А.Айз«лбуда, Э.Д.Тартаковского, А.В.Горского, Р.П.''ОО1(тистой2», И.Ф.Пушкирсва.

'фс'бявш сцепления колеса с рьлъес»: :;сл.;едов;аы в т-удах Исьеэп й.П., А.Л.Гслубенко, А.Л Лясицш-.ь, И.КЛйсугич.а. Автоколебания ь тяговна приаодг1/ коксуогцось рассматривались М.Я.Суз-дач ьг,еи;А1, Т.А.Тибиясьш, В,А.Лпсадсрм, Г.С,<1^омг1ЦО»<.

При все» широте вопросов («следований цо уг.гоыл! приводам ло^оютнуов (дцпьмнки, диагностики, проблемы сцепления колеса ■з рельсом) - еопропы, снизанные с рэзникиовениом и развитие« ю.т^бач.-а е тй:'пйш: пр '-.о;^ix локомотивев, отражены в литература недоетпгечно.

В ряде исслг.доьаний указывается на ¡.иааикчосний характер вибрацпонных роадпПстънД в тягоных приводах локомотивов, но недостаточно. учитнгсйтся влияния п"рамб}«нк сос*аилякщих длектро-гнктнги мок'днгов.

В рг.ботах, помещенных фршщисчзим но.'.ибанкш ^ояегних пир локомотивов, колесная пара рассматривается пах иоогагюБЭ.шаг! система. Вг-личосвяз<> колесной нарц с приао.пс-м, который передает крутрций момйит от источника энергии, не доог^лигиь'гем.

йтиз осо6йй:«й'.Ч)й ылолнзшюс доиеи и ^•'дз&'ший, с«1!зг.<|-»цх с .«ибрпцнонпа! во.эдоас?за<?и в тыоьчх и/>ик.:д?:Е лпксьну.чшог , ■/.г '«:):> ч'№ т-'УКОО'у'ь ус юн ТЭД и процесс он мяо (¡.я о

рельсом, дал возможность сформулировать цель и задачи научной работы, которые обобщены'в начале автореферата.

В заключение, автор выражает искреннюю благодарность своему учители, академику АН Республики Узбекистан, доктору технических н&ук, профессору Л.Д.Глущенко за ценные советы и критические замечания при обсуждении работы.

Во второй главе выдвинута гипотеза о возможности усиления колебаний якоря ТЭД переменными составляющими электромагнитного момзнта электродвигателя и влияние их на процесс сцепления колеса с рельсом.

Возросшие требования к надеяности КМВ обязывают принять во. ,, внимание наряду с динамическими воздействиями со стороны неровностей рельсового пууи, кинематических погрешностей зубчатой Передачи и дополнительные, ранее не учитываемые, возмущающие воздействия. - такко как переменные составляющие электромагнитного момента.

Для ТЭД постоянного тока электромагнитный момент может быть представлен в виде

M„(t) Z mnct) (I)

где Яр - число подюср?.; Zn - число пазоь на полос; Т1п - момент, создаваемый взаимодействием токов одного паза с магнитным потоком главного полюса, которнй представлен зависимостью

m„Ct) = AiJn(t)B(t) , (2)

где А ~ диамотр якоря и длина активной части обмотки;

ЗпОО - ток з проводниках паза; 6(t)~ переменное значение магнитной индукции главного поипср.

Так как период ко-'-утаичи значительно меньше интервала времени, сосТБетствуюп.РГ'; --оляснсму делению, -• было, принято п-.с_

тошный во времени, а функция изменения с пределах поласног

деления представлена синусоидальной функцией круговой частоты рсОя •

т„СО* АЭПВ в'шрсо^ О)

При принятых допущениях, постоянная составляющая электромаг

иитного момента будэт равна сумме средних величин моментов гпп(

всех пазов якоря, а переменная составляющая мемектон пазовой че

тсты А тп - половина пульсаций моментов П)П^Х сдвинутых на Т

угол А,,«

1См Г 1 - вт (90 - % ] (4)

лтп = 1,ь тп [---уч I

( \)

. Для ТЭД постоянного тока перезменш/й одоктроыагкитный /ломе* огой природа составляет «г 1% от среднего момента. Частота пульсации моментов

.о + юоо Гц

1 п 60 ^

где Г1 - частота вращения якоря, Гц.

Помимо изменений моментов пазовой частоты, обусловленных распределением проводников с током в сердечнике якоря, рассмотренных выше, возникаю? моменты пазовой частоты всдедствии неоди накокого магнитного сопротивлонкя воздушного зазора по причине зубчатого отроения язоря

ЛМг= С^^йФп , (5

где Уд - ток якоря половина пуяьсационной составляющей ма нитиого потока.

Мчгнитнкй поток ¿Ф пропорционален изменению магнитного со противления воздушного зазора, которое легко вычислить лишь для персть» шихтованных мигнитопрозодов. Массивные учнеткк статор

г'"'-* Ч

аначиуольиэ его ослабляют. Нрибяиаигел'чыв расчеты покауыг.р.от, что крайность момента по отношение к средним;-; ыы'ет-у может до с

тягать

Частота колебаний момента ЛMz аналогична частоте пульсации моментов АГП„.

Более значительные переменные составляющие электромагнитного момента возникают у тяговых двигателей пульсирующего тока электровозов переменного точа и тепловозов с генераторами переменного тока.

У электровозных ТЭД переменный момент

йМ„ = с^Ф = Кпмзс , (б)

где Кп = 0,2+0,4 - коэффициент пульсации тока.

Частота переменного момента в два раза лрешлает частоту пероменного тока до выпрямителя, т.е.равна 100 Гц.

Для.тепловозных ТЭД Кп = 0,05 + 0,1 н частота переменного момента составляет 12 , где||= , 2р и 1 - число

полюсов и частота вращения генератора.

В настоящее время рассматривается как перспективный асинхронный тяговый двигатель, где амплитуды изменения моментов могут быть значительными. Это преимущественно момент от взаимодействия магнитного потока первой гармоники Ф, с токами 5 и 7 гармоник ротора iiaj'

где токи Уду могут составлять около 20$ от тока первой гармоники при разгоне локогяотива.

Частота ^а момента дМА равна б-ти кратной частоте fi подподимого к статору напряжения. Для разгона локомотива характерны значения частот f-j. = 0,5 4- 30 Гц.

Моменты ЛШП,д й Мд имеют диапазон изменения час-

тот пра"?«№скя от нуля' /-.о нескольких сот герц. Они способны усиливать упругие колебания элементов привода поскольку их собственные частоты попадают а этот дн-э.пг г г-ч.

Б сооткетслзии с вцдзинутой гиштезой, предложена оценка переменной составляющей электромагнитного момента электродвигателя и влияние ее. на процесс сцепления колеса с рельсом, основанная на непосредственном учете по закону Ампера сил электромагнитного взаимодействия линейных проводников с током в обмотке ккорл и катушках главных полюсов.

В ир.млгой электромеханической модели ТОД проводники с то-ипм обмотки якоря размещались в центрах лаза с длиной, равной длине сердечника. Усилия, обусловленные взаимодействием токов обметок якорп и главного полюса, приложеда в центре каждого пази якоря. Проводники катушзи главньос псщсоа заменялись линейными проводниками, расположенными в цйнтр£.ч,т,«естк соответственно правей к левая частей катушех, с длиной, равной дайне его сер-дечни1А. Период изменения магнитной индукции главных полюсов ралзн двойному полюсному делению 'ГЭД, ток в пазах принимался поотоя;шъ1м, а функция В СО изменяющейся по гармоническому закону

Рдочоты по данной методике также подтвердили наличие переменной составляющей электромагнитного момента на вале якоря ТЭД, однако значенно ее по сравнения с ранее выполненными расчетами оказались вше.

Влияния электромагнитного взаимодействия тока якоря с магнитным потоком главных полюсов на тяговый привод и колесную пару определялось из рассмотрения крутильных колебаний привода локомотива, -обусловленных переменными составляющими крутящего момен-г

7« на вале якоря, движением колес локомотива по неровностям рель»

£

оового пути, наличием зазоров в зубчатой передаче редуктора КМБ и переменностью крутильной жесткости зубьев передачи. гГ ¡^равнение крутильных колебаний тягового привода тепловоза:

( V-',-* + СЯлЪН + » мг м,- МА

(У, + Уз) ^ >- ( V ''?>{>, » + %ъ - -М, ,

У^Рд ^'Р, у^г + ---Мг , (у)

электровоза:

( + а, ♦ * 'ЛУг= №<> - М, - Мг ,

л- .р.^-^-.-М, ,

где ~ массовый момент инерции якоря;У, маесобыв моменты инерции К11; в^Са") - крутильные податливости меяду сердечником якоря и кодесным центром, учитывающие податливости валов, зубьев редуктора;<?5((?ау-крутияьниэ податливости участков оси колесной пары между ступицами ведомых зубчпткх колес.

Оценка влияния крутильных колебаний тягового привода но изменение скорости и ускорения вращения колесной пары показала возможность возникновения под действием переменной составляющей электромагнитного момента ТЭД явления переменности во времени коэффициента ецэпленчя колеса с рельсом.

Количественная сторона этого процесса была проверена на модели "статор-якорь-колесо",в которой исследовался процесс накопления потенциальной энергии к системе под действием переменной составляющей электромагнитного момента электродвигателя. Идентичность разработанной модели реальной конструкции ТЭД достигну* та соответствием их .»лектромогнктних параметров.

Разработанная модель позволяет имитировать физический процесс: реального ТЭД в режимах комбинации постоянных и переменный: параметров магнитных полей электродвигателя и динамических нагрузок со стороны зубчатой передач-.:.

Модель представляя? прототип линялого двигателя, в котором значительно протг.е кмитгр-.латн суэдост:- '¡»¡'.зичрсяк! явлений, ло-я-

и>!»л в основе сзали;ого\£3д. В связи с этии в конструкции модели

наличие 8ймкьутой.'1ЮПИ, ьклэчаюцей полюса, соединяющее их я^а'о, якорь с обмоткой и иоздуюнай зазор между якорем и полюса-возможность переведения ¡ынря относительно полюсов (достигаете;: раг;Г1и.чо'/л1Эинкы якоря на тимокхй под полисами); вариации воз-дцмкога ааоорк макду клерам и магнитной системой и иш?ьц/Л'. ра-и.''с>.| олул^родпиг'атг-.чл на поьном и осяабионном полях еле^еиц воз-

Ёы.юд:.о5шс> обмотки янорк двухсекционна!; - одна дин питания листонннкм '.'оком, другая имлуяьскЕНкм - предполагав» работу моде-д-> а комбинации постоянных по и^яичинем пардштрои магнитных полей и «оксв и пьрбмеиными составлявшими, чгя соотвенотвует реальной дьйсгнитовы.'ости. Сила противодействия Пбримйцинип якоря(те-Пйхлгк), создаваемая пружиной С« , позволяет измерять постоянные и леромиздш сигга&вллчнв 2 !гс сил. электроыагнитньк взаимодействий якоря п магнитной гл-.атеь-.ц. "Уднры" мубчатей перидии на вал яко-рл (ыи'.-^рсйалясь воплеЯсфвдом оглк'громагнитных <.ыд катушки соле-Ь'оиди иа зго сердечник, аакреилоишлй на теяелш.

Урзиионма колебаний система "статор-якорь - колесо"

™ •*• сй хй - исо+ рг(с)( (Ю)

г Л'-! О "I ¿к - ьос якорной части модели; 3-- ускорение сияй тяжести; €>-,- |.:ссл:ость пдекинц, препятстг.ут-Л! ькоцекко «коря; Хя - сме-

/Г.СОрН', О.НЛЛ ОДеКТрОй.'дГНГ.ТНОГО и03бу.дд0нкя с током

¿юре г - сл.:г; vp.ii!\:у. ишх} колесом тележки и основанием

{-»¡ШК^»^'!?»*.» КДОСП'КОГО КОТСЧ'Д ОбМОТКИ ВОЗбу-ДОЬ'КЯ И ИМ-

::;>•.>. У£ц.а об:;-:!.-.л;;: ;"..:Ц\.*. г.р'лйлдит к одаосгорг.килм емвцени-

I-.--чмг о'.щро';!!)'/^.';::/.»*'?!,- по ьщя черш^-дек»;* ъины.т, на-

коппением потенциальной энергии н пружине Сл . Пои пре мнении ею величий электромагнитной силы Fnr,(t) и силы трепня £>0-0 « происходит срыв сцепления колос« телсятки о основанием подели, возврат якоря и исходное полсжииз <« рноон повторении процясса«

В качестве гипотезы в работе вчиканано предполиасн.'м, что при малой «есукости элементов * конструкция тягового природа переменные усилия, нг.кл;1днвае1/ь:-з ил псстояыгнй момент, "игу? обео--почить накопление иотеяшюдьмоЗ .чноргиц в гтжс элчкянтях и усиление момечтя природи? к срмгу спепдения копе сл с per-.сои, где накопленная энергия сбраонвгтся. Пердзюпзскч процесс погторп,.гуся, приводя к крутильням колебзаздм колеса и узоличониэ vatioc* поверхности кччокяя колоса по рельсу.

В бi.i'py:1тавой литературе прноздлш сэздсния о регистрации указанного яилен'ля в процессе пкеляултянии локомотивов, одчпхо •ЭбъЯСН2КЛН (^Х'ИЧОСЧСЛ с*-':?-:эсти ян^очия .40 ПрКВОДИЧ'СЛ.

Проведенный снапп'ччосхчч и оксперчментальчеа последом,г«яя П0ДТрержД8М оакокоадгрпоссь ЭТ.броу, iiiC.H.VK колебликй

в тяговкх эяегггрлчесотх при;;<:До:< яоуочоги*.оп.

Укгланпьчз глброуд-.уп:'? колсбгкш j •••>;'г с/ся дсгсяч nr ,jw;ui источником возникло н.э.чр» "пнй и луо.'чм рдч*«?

не yi-KWi'-UHCb. R СГЯ:П: И ОJi'yvu ¿)ЯЯПОО.->?к? уГОЧЧОШШл методш: $'xVV "Ч ИЛ •^■■.•■.'j'irc- "■¡ЧГ-'ТЛ'ОГ^НЛЛХ ■/■ПСИ с.

у.L,:";i '-L. го ; «.'."'ч л д.ч; v.'cocxaго к-.пч'У

? '> ' i' л п • ■ •''»«итки осго;-:! р-<с-

|рта II -г:/" г.уочгюо;". •', : ; ■ лг/ол-;^

у-злел - ¡'.".т•"чнико^:;: огмр, ■ :"ipoлсгёзгдэ-

»роплслил Г'.Ч'^'ЧГ; ,п.сто.' .••^••«•¡■¡»^ч '-.••«ср" 'л о.чог-мч ч.с ллче'"-ки, чс-ши^рсми) р"-'' * л ло nr.?- т.«««» я^гль.'стч п&ч<зтл кг г$ч

r>ytkl'/;i СйудачЧЛКЛ J.-г, ПрИИС. V-ИП I'OWtt ПроЦ'.'СЛН

идносааоеоЯ пронитяа якорей двойным ьакуумированием и изоляции уаяок электрических малин -термоу саживающиыисл потшв[нши мата- , риалами.

Примятая в эдектром:\1шюстрсен'.:и методика расчета внла ТЭД ün прочность'рассматривает вал как баяку на двух жестких опорах ti из учитывает непосредственного воздействия динамичзских факторов от нзроьностой рельсового пути, зазореь и кинематических по-грелмостзй зубчатой передачи тягового привода, зазоров в якорных подшипниках, напряжений, возникающих и вале, при сборке сердечника якоря, в л няни.'! взаимосвязанных механцчзсклх и электромагнитных колебаний.

В предложенной методике, в связи со' сложностью формы реального пала н напрессованных на няго деталей, для вывода уравнений изгибно-крутильных колебаний вала за расчетную принята схема сплошного круглого вала со ступенчатым изменением диаметра, опирающегося на две шарнирные податливые опоры,и имеющего на консоли постоянную по величине массу Шп , эквивалентную массе шестерни ТЭД.

На участке вала 2, - от ведущей шестерни до сердечника действует постоянный крутящий момент jwCg(i-Qu)) , а на участке

2¡>- на длине сердечника якоря - распределенный иоыент. с интенсивностью нагружения JU(i-QUJ) , где JV1 и 0. постоянные для осданного диапазона скоростей, определяемые по тяговой характерно-* vhko локомотива; сО - текущие значение угловой скорости вращения ¿ana; ^«j. - длина сердечника якоря.

Переменные составляющие сопротивления вракецию вала к вде крупного иомену« Mn(t) и радиальных усилий Ptx(i) (Tt у , '• 6j (z,') » Двйствуших ка i:acTepHi> sana, прикимагась

кнмнкй^имися по гярмоничзскому «акону.

- 19 -

Сопрстивление упругим крутильным колебаниям Кк пропорцио-

Эе»

нально скорости угловой деформации '^Г" вала, а интенсивность сил сопротивления изгибным колебаниям Кп учитывалась л пределах участка 7% пропорционально величинам упругих деформаций X , У

С учетом введенных допущений пелучьны системы уравнений колебаний ваза на участке 2, :

+ ЕГ), ^ РиСО<П (20 ; (п)

^ с- - ■^ ж- - «о - +

(12)

Iff -

\

на участке :

% ~ ^ У, ■«- 2а» + £Уе) - U +

+ E^i -у -кп(ъ)-Р*<СО ; (и)

- ¡. -Що ♦

» -Щг + КпУг « ^"'J (1) ЪСЬ) ) (15)

at* ' * Э23 Кк at - С i - [ С?*) - 0'а (гя - Р3) ] i (16)

где (ц (!',) , ~ импульсизныз фуккь-ни первого рода к единич-

ные.

Рейв

ние vpar.HbHisii колзбани'Л сучений вала выполнялось с использованием опсеоидгигч'Го и-гчгсел^нйя по одной переменной и учетом грда'чнп:-- н (попеяг'№зльных условий связи, получаемых из рас-

смотрения фкзмчзской KipuHiiLi яилений, возникающих и ваче при его деформации. Í

Алгоритм раската, ьляа вкличает составление расчетной схемы вал* и внсода уравнений иогионо-крутильных колебаний; расчет на 3UM напряжений по сечениям вала для различны* скоростей движения теплоьоза; определение среднего значения цикла иаирямышй но сечениям вала с учетом вероятностного режима работы локомоиша и коэфцициеьтоь запаса прочности сечений вака.

Влияние зазоров в зубчатой передаче учитываюсь изменением эквивалентной песткости зубьев ъедуией шестерни в заиисмыости от величины зазора в аубьяк редуктора КМБ.

*

Влияние зазоров в якорних подшипниках на нагрузка в опорах и ьапрмешн в вале учитывалось коэффициентами jíuctküci е!1 ипор нала.

Кон^йицмоьты запаса прочности для двух наиболее нагруменных сечении, п:> которым происходили изломы усталостного.характера, по ранее принятой ывтодикь составляютhfc =2,32 и 3,13, по разработанной ыетид«ке с учетом переменного режима действия нагрузок-Tlg - 1,43 и 1г4о. Технические предложения по изменению сечений вала позволяют псшсить Hg соответственно до 4,1 и 3,1.

С цель« снижения динамических нагрузок на подитшиноьио узлы т.орвй 1'ЭД разработано техническое решение и методики расчета демпферных опор для снижения динамических составляющих на подшипники алла. Демпфирующий узел ¡выполнен из пакета упругих колец, опирнюатхся na поверхность подшипникового щита ь средней части, а /¡о м<ьяы - через властичние элементы из резины. Силч ьившнего трении нажру ковархностягли металлических до ¿meй способе!• byj,v:-npovM,v..;üf:TBoHtio гпшинш* ниэкочаиотннх сос*ап?»лмш. динамических Har('y.ni¡i, н ciir.u fchyíípoHHfcru '.-ренки ¡»пасшчных злем.лтт - rams-

H¡<*' bL'í-OK-j-UK'.'rO'i b't'.': í'. .OT^liU'-' !,I.I,,; .

Аналитическими и экспериментальными исследованиями автора установи у э, что раэнотолциннооть пакета сердечника по г-исоте, после его нанрессопки на вал и "запирания" нажимными шайбами, является дополнительным концентратором напряжений в вале и ребрах шайб. Экспериментальная часть исследований выполнялась с использованием тензомотрированип нэлрлкеллЯ в ребрах иажиыипК г.айб в радиальной но оси вала плоскости.

При идеально точном выполнении листов пакета жепэза якоря по jj';-jots,после с«отчя ткита ускяи&м Рсд.пее сечения уалп якоря между нашитыми гаайбачи оказываются равномерно растянутыми напряжениями (Г= , где Р& - усилие сдвиг^ищее шайбу гдсль па-1Г ге»

ла, создаваемое упругостью пакета, определяемое при расчетах а пи l/З усилия прессовки сердечника на вале якоря; * во- радиус вала якоря.

При отсутствии специальных компенсаторов высоты пакета сердечника по егj округлости в имеющихся погрешностей изготовления листов возможно зояникконзийо различая в высоте пакета на величину большую йСд - величину осе лого еяпгкя пакета сердпчнико якоря, с;:роД',е.чяз1!Ой по формуле Гукп. В evow случае псе усилие Pg будет прияокзно к сектору нажимных тайб, спредевлекнх центральным углом wr.ír.ji'.jy 18С° , т.е. вся нагрузка Яудзт псспрюшчатьсд двумя ребррми hwk^wü pcüOTííí/iu:'.'.)? на изгиб з радиальной плоскости, лрох.-.дг.щ.»з чорез ось рраясния ваяя, и дпу'.тп сечекиями после,аг.-го у cvs«в cvíni*. нехкжгей

Наличие прокг. ^ежду n.iaev/.i-.aNr.i пакета сердечника г-;з-за какости iianpPi^i".<i\ н-i поверхностях•листов под действием .усилия Р& ко нра:сд!П' к остэтм'пмм г.С'101;.<;г»иия-л этих прокладок, коплен-оирухщчм рДОЗИ'-МЯ 5 гмсспе якора:« лкстод. Поэтому условии eos) — нигиоаии»,'! напр.тк'.-'а«?. тсаб г в робких нгшшшйс naií6 и »ase якоря'

возможны и составляют для ТЭД типа ЭД 118 по сечашим ааяа у торцов задней накиммой umJ)6i» соответсвепно 61 и 64,5 Wia.

Напряжения ьДребрЛк шайб от действия изгибающего момента в средней части ребри, 21ЖУЛа, т.о. близки к пределу текучести материала нажимных шайб. Ддя обеспечения равномерного распределения усилий по всем ребрам шайба п сечениям вала предложил ряд технических решений по компенсации разнотолщинности пластин пакета сердечника якоря по высоте (а.с, № 542290, 1354339, 1663698), предусматривающих введение в конструкцию пакета сердечника якоря в качество кокпенс/руюдих-злементов с жесткостью,меньшей местности пласгин езрдечника.

Алализ технического состояния деталей якорей ТЭД тепловозов при разборке позволил установить, что.повторная нанрессовка сердечника на вал снижает величину его натяга. В ТЭД, где пакет сердечника напрессовывается непосредственно на вал, по мори снижения фрикционной связи мевду сердечником и валом создается возможность тангенциальных: смещений сердечника относительно нажимных шайб с послсд>»мйм механическим повреждением обмотки якоря при выходе из паза сердечника. Устранение смещений сердечника достигается заминай наиимной шайбы с ребрами на дисковую, аксиальные отверстия которой выполнены сг.осиымч с вентиляционными отверстиями сердечника, и введением соединительных алиментов ыизду шайбами п сердечником (е.с. У I2G263Q).

¡¡редлеженнои техническое решение, наряду о предотвращением сыяыний сердечника, ешкаде аэродинамическое сопротивление якоря. РазраЗотонпия конструкция на*имной шайбы способствует повышению siJiJckv изноет и сис?имн охиалдычия ТЭД.

практика эксплуатации иокаэала, что Ел^еиа пу.,ошлочних' бандажей на сто/яобцндачи, народу с повкиекизм '.'¿лг-.^логлчности оптации 1«: намо*;<и, сня*:ад-г прэц«нт выхода из строи якорей по

причине разрушений баадааа. Однако в якорях, поступающих на средний заводской ремонт, набдодается отрыв задних лобовых частей . от поверхности на.гимн ей япйбы. Попадание в образующийся при зге

V

|»азор масляных паров, пьши и влаги приводит к снижении прочнос-' си электрической изоляции.

Существуют два объяснения этого явления - необратимость деформации стеклобандажа (в период длительных боксований кодосних пар) и успхание изоляции обмотки якоря в процессе эксплуатации.

Аналитические расчеты автора и экспериментальные исследования доказывают, что основной причиной подъема лобовых частей следует считать недостаточную механическую жесткость обмотки в зоне перегиба ее на т-^нвго слоя в верхний (в головках задних лобовых частей обморки).

I

Разработанное техническое решение повышает жесткость головок лобовых частей. Ято достигается изменением схемы уклад*;» головок лобовых частей обмотки якоря путем размещения обмотки в зоне перегиба ее из нижнего слоя з верхний по винтовым поверхностям, оси которых наклонены к оси вращения якоря под углом с наложением ловэрхноотей изогнутых витков секций обмотки друг на друга (положительное решение по заявке № 477о6Ш/0?).

По предложенной методике расчета головок лобовых частей на механическую прочность напряжения я них после модернизации сос-

а о

тьвили и г -= 0,0*10 Па, Хс = 1,840 Па, что ниже допустимых значений (в серийной конструкции (Гг - 3,7*кАта^рГ] и Тг = 1,8х хЮ8Па>[г].

Предложен принципиально новый способ крепления добоаых идс-•го'а о;5мотс;: якорей электрических малин путем наложения на нух сгокло.мсталякческого бвндака, обладающего преимуществом проьолоч-бацг.ехзй - прочности нл рпст/йсение и достоинством сфзклоЗаи-дчгл -. темюлогнчнос.тьэ тготопл^нип-'-.(«.с, МЗСШОЙ).

Стыклометадличесвий бандгж наматывается из слоев стеклояеиты, внутрд которойраьмещснп, намотанная о порекршу, металлическая яьнта тскоГ? жещйршч Как й стеклолента, причем витки'металлической ленты разделены мезду собой с/геклолентой. Намотка стекломе-таллического бзндыко, внедренная на Ташкентском телловозоремонт-нои заводе, аналогична намотке стеклобандажя и производится на тех я.о биндак'чювочных: станках одновременно стеклолелтоЯ к металлической лентой с сохранением непрерывности натякекия сток-лолен-гм в процэссе намотки.

Стегаокеталяический бандаи по сраплению со етеклобавдаком

> ■

обладает болов высокой прочностью, лучшей теплоотвсд;,це»4 способностью. , .

Методика расчета на прочность етвкломоталяическсгЭ бандажа радрчбэтака с учетом упругой деформации лобовых частей обмотки с:и'ся по их длине, что но учитывалось в известных методиках.

Методика базируется на положениях равных деформаций металлической ленты I'. стекиол'лии бачдажа из условия его монолитности и восприятии нагрузки металлической лентой. Стекяолентг служит изоляцией и свяэувдзй металлической ленты, ито следует из разнести модулей упругости Ест = '¿, Г юЦ.'/м2 Дсб' = 0,7• Ю^К/гА

Модадь падчеИ ло6оеой части обмотки якоря прздетазяона в виде егер«ия, авдамленнсго с одной стороны, и кнеадаго возможность перемещения противополоичого конца. ДиЗ/реронциальное уравнение изгиба стердня е подо цо.чтробигкьх сил и сил упругой деформации обмотхя „ Ц _ . п о

ь м Л --£ ЧМ1 * е„ Л ( 17)

гдз - моие.чт иизрц::!: сечения проводников обмотки добояых. частей откосится'..;::? акснульноД сси •'лоялч! к.чтуааи; - прогиб лобоэси часта обг;оты п^рл; - дли на лобовоЬ чгел'и об мот-

- 2Ь -

ки; £ - расстояние до рассматриваемого учнсгка oí выхода обмотки из сердечника; - плотность меди обмотки; F¿ - площадь :поперечного сечения проводника; - частота вращения якоря; >Ro - радиус окружности касания обмотки с бапдаяом; - высота раза; fyso - реакция баидака ла деПсгга;ч цош'^бежник сип от лотовых частей обмотки яксрл с учетом шс упругой деформации; <кс. -I

коэффициент изменения интенсивности упругих деформаций дроюдни-ков обмотки по длине добоких частей,

Методика позволяет рассчитать усилия в каждом сечении бандажа и определить схему размещения витков по длине лобовой части обмотки якоря с учетом реальной кпртины нагружения баздааа. Установлено, что дли намотки переднего бандажа якоря ТЭД типа ЭД~ 118 требуется 30 витков металлической ленты, размещаонш равномерно по длине лобовой части обметки,' Дял намотки званого беида-ка требуется 35 ewíkcb л<л1ты. Размещение витков производится с учетом превышения нагрузок в бандажа а районе головок лобожс частей обмотки в -i по сравнении и нагрузкой бандажа у сердечника якеря.

Результат аналитических расчетов и экспериментальных исслв-довышй в зкслиуатзц.'.а показали, что кримецешю коао'Грукци'л стен-яометгллйчоеккх бандамой к ухладли головок задних лабошк частей обмотки по тохнологни, обеопвчкбйццеД повышение их кеетаости, увеличивает срок слуил; якорчй до аторого заводского ремонта Т.ИД.

Инструкция по намотке стеклоиетяляичаского бандаиа и результаты осмотра технического сосгопнил якорей з процессе аксплуета-цин привздеим в ирило-кении к длссерггции.

В iieivrx предотвращения наизбидных а эксплуатации Т£>Д явлений усыкакип кзодяцли предложено техлииеског р&щздзд по установке махлу ii¿rui;.-.uo.n и.гь.ооЛ к кобст-ш частям уаругсдещорккруеиого

•депонта (положительное! решение по заявке № 4652727/07).

Предложены тонические решения по изменению узла крапления задних лобовиг частей обмоток якоря (а.с. 792489, ББС'ЗЗб).

Пробой изоляции обмотки якоря и мостах выхода с-е из паза якоря является наиболее характерным повреждением 1ЭД. Мероприятий технологического и конструктивного харсктера - выстилка паза сердечника пленкестеклоткачъю, иаоляция концеаых зубцов фторопластовыми коронками, применение "таери^ов" доя устранеия "эффекту отьетьр" крайних зубцов, сварка концевых зубцов в пакет - пре-

елч,гс/ют цель предотвращения мехеннчеечнх повреждении пяОяяини

!

обмотки распуряюеы и вибраций крайних зубцов сордсчшг.» под дз,1сгвисм скс'ИальноГ. состарю- шой шдпштиого поля рассеяния в ло-боштх частях обмотки якоря, [^полненными исследования*-'* .обоснова-нм необходимость- повьгаччл жесткости концевых пластин пакета же-ио!*ч якоря и продлш'оны технические решения по усовершенствование данного узда (а.с. }?1Й2490У, 817С65, В51Й651, 13743 Щ, ¡4!'/073). ' '

Тгсшячесг.по репечие по и.о. 7224Ю7 предусматривав'..' удаление ум'аея по дну пая« у ряда яки о»;, ппедоосгвуиги"« крайне», с как-1ч ш-у {'уопов крайних листов к поперечной пси симметрии якоря» За «"от шмйонп лгглол к псп:;ре».-!Юй оси си>.;;,'егош сердечника и евар-кг. г/: с я»ст«»!И, росиолоиеиш'ми радкально, возрастает кесткссть (ср;<Л:.»-х листов о.'рдечниио з'шсир.пьно*« ивлраьиении. Выбор чкем листов с.ердеч;шку с удэлздлкмп цу^исмк, схона рэям&Фекян их сро-ди ког'Г.пил киотов к ко.пччостпз оубаоп заниснт о г мощ-

ности эяемг^ичоокий »»юшн, Пкедешю дачного гохническ-^с решения чо:"ш";1'яс Д1Ч!1'КЧЬ боль'лзй крс-гкостч кшп^п&го пак^тя сердечника цри 7 листах по ер:м<ус .азястои из 10 листов

Б ц:\Г'\:,х нрсдотл^ник-кия шхг.ич'гк;.':.* "овре.жден;;:; изоляции

проводников якоря 74Д ь пазовой части сердечника и на выхода из него, возникающих от действия центробежных перемещений вследстшм уснхания изоляции и температурам перемещений в аксиальном направлении, предложены перспективные технические решения по а.с. 1336160, 133У78Э, 1354342, 14^:7493.

Разработанный технологический процесс одноразовой пропитии якорей двойным вакуумированием по сравнению с существующей дъу-кратной пропиткой показал, что заполняепость якорей ?,Д 118 Б при пропитке лаком ПЭ—933 ьа 1-1,1 кг. Повторное ваиуумироваиив осуществляется в автоьдаве после пропитки якоря и удаления лака из автоклава. При этом достигается интенсивное испарение летучих реществ из лака якоря, тто способструот повышению его вязкости и уменьшению количества лака, вытекающего из якоря под действием Гравитационных сил. Уменьшение роли летучих веществ в лаке предотвращает образование пор в лаковом слое в процессе последующей оушки якоря.

Эксплуатационные наблюдения опытной партии 'ГЛД, прошедших заводской ремонт по 'технологии одноразовой пропитки о деойнми вакуумированием, показали положительные результаты.

В четвертой главе изложена методика .:<мм на динамическую прочность крайнего витка каяугаки глаыюго 1'г,,, , разработаны технический решения ро вДОр.озачи'Уа элег/ектов мап.чу;,-ной систеш "ЛД,

Исследования по виброяагруггенноста уздоь магнитной систск;.-^ атояйвннье ШЙТИ, ШГ, БНИКЙГ, НИИ ПО' "Э'лвктротяжмаш') право;»«-' ли установись вибрационные параметры, ипкяюадги на нэдмносгь -оя?» увйтов магнитной системы. На основе анэяиза эиброуотойчивясти уз,;оэ магнитной систэ^к сфошуяцрозани основные направления ср» верхьистБ'ЛйГ1г:ш «ок-гглукций катулек глсгных полисов о цель» ис-их о^рояэдечщасти: моадаоиьц «остксст<< еуьодор пэдосов

- 2В -

с иель»> ичводпшш их собственны* частот из рабочего диапазона зубцопых частот редуктора КШЗ п интервале эксплуатационных ско-рнс-х-й; уменьшение инерционных нагрузок на вывода полюсов снижением в(?са иохтсатушочных проводов; разработки коробчатой конструкций, объединяющая слои катушки и вывода полюса и способст4 вуютоЯ П0в:-й10и'.)') жесткости синода.

Динамические пармдзтры элементов катушки главного полюс«

оалислт от массы вывода и способа его крапления к крайнем вит"

i,

KrjM катушки. Предложены технические рзшоцля конструкции вывода, кагуие.ч глыньге полюсов ГЛД; /<\;

вннадхгошсм ркводо, сяватывююлы крайний bwoic катушки 1-Х:338.1); распояосгением ыэвду выводами .катушки изоляционной истопчи (е.с. Ъ~()гЛ'о); размещением ггвэда катушки мэтду ее слоями, из'Чкой его к перрону питку катушки со стороны сордечьтлм полмп и устаотпк.оП между слоями п од це рп и в о юи.'.е i.1 о вывод хри^гтойна (и.о. 1429327). Технически решения по л..с. Ш2-1С>5, М7СС.7П прпд'зтавдлг-? колструплш, п которж крайний каток кагушш кяояиг-от ро;и» ее тьодг:. Г» атнх в другхс твуни-чесi:srx регоасл;:, прижууляп-и и дчссортац!,-!, краКннз кго.» катушки, in'iííi.'r'.'O подг:,:-рг<ег1'"-,о ycTi;-.o<nnot.';r ь'гшому, почти полполть»

раогру 5f;|:í,r,

pt КОЧСТрУКУДИ ОЦУНЛЗПЛССЬ по

вол'.1ч-1!!.'М члчр-.уйн.*^ з f:pa;-H'j.< г-'.тегсс •.'.аг.пыг.ч но д\;:ке пг-f гка. В приюте;.'! г^'^чпон с■:•:■■.»-.;<■! i-i-..ч:!-!:.'"t n¡wo:t кте.р;кл прздсмес'1« в вгда кх'-лого cícckisk с псстошлгс: í'.'vv'j*com иягаба r в одной пдоокссгл ОКУ к г^с'.сп:;:!;?«"« по ;п -л.) шач-.зиксностьй г/зг.'-.<ло1Ч> umsuva iwrcví ¡\" я .сЛ »írccu fi ; конец. с.7о(;:-ч!Л

«cc'tóo > ■ ip i з t з г j3 :j и r:"" {) í ¿ i -; мллс.-'&м упрут:» ппигл

'? '.'.*: "i ■" ' .7о0.0:хстс!-; Сх , Cv¡; » со'=-;:--1Л стерки:-, но рас-сястач ; 2- 'л деЛслггк? со^рудо-точишая нагрузка, т«;згьннпя

инерционными кояабаниями сосредоточенной масса с моментом инерции и , эквивалентной массе вывода и соедшштельыгк алиментов; в том же сечении плеегсл упругая опора, удехшптющан уывод от колебаний 4 с коофЬициентомн местности свййс.Ч Сцо, стержень опирается на податливиз основания, экпивилелтшч изолирующему слою, расположенному мовду витками катуоин, с пос-

/

тояннымн по дцине коэффициентам^: жостксстей К*, Кц , К деформации стержня определяете? функциями прогибов по осям 0Х-Х(2), 0Ч~У(2) V углом {.окручивания в плоскости сечения ^(¿Х где £ -расстояние от аедеилгнпого кокци с-.чэржнп; на стержень действует постоянная, распре.!.« >м;ная по дл;шб нагрузка Ь:(О.ЬСО> вызванная вибрацией сяаъ'ора, и постоянное продольно-) усилие Р , обусловленное та1/лвратурн.йш деформациями я предварительным натяжением крайнего витка; введены обоа.чечения жесткости стержня на изгиб ЕЗ* в плоскости 42 , Е Зц я плоскости Х Л и - а плоскости ХЧ Ух , Оу , р •• моменты мгарцми сйкблия площади поперечного сечения'стержня стлоситедьпо опей ОХ, ,02.

С учетом введенных допущений система дифференциальная уравнений колебаний стержня, составленная а испольэоланне» принципа Остроградскогд-Гаиильт'о!»;, цм.чет ньД:

Э1* г-м ( а1»«- а аях х \ „ эгх

- - — * ■ I г»---- ,

аг*

м « * г ч ( . а зях х \ „ эг + Кк X - (с„х + т 0 ) О, (г -ц) в М* )

31г С их 324 ^ V Эг* К Эг*./

р + Куу - (С,„'.Н " С19)

- ( С V« •+ I

< к^ ф -

гд; 'лС?)~ импульсивная функция 1-го рода.

Гашение уравнения позволяет определить функции перемещений стл'пнп У(Х) ,°ФООи их производные для последулщего определения изгибающего и крутящего моментов; продольных сил, возни-каадих в различных сеч"ии;тх витка по его длине,

Гассчитанные по данной методике напряжения, возникающие в селениях крайнего витка катулки главного полюса, к которому припаян вывод, от воздействия среднвчсстотчых и высокочастотных вабреускорениЯ при температурах Т =20°С и Т ^120°С приведены а таилпц'Э для вариантов: серийной катушки главного полюса; катушки с текстозитовш соединительным олементом ыеяду ее выво-дпчп; катушки с металлическим кронштейном, размещенным между ее с/.олми, и поддерживающие вывод, припаянный к крайнему витку;

Нормальные и касательные- напряжения р сечениях крайнего китха катушки главного полюса

Нэпря-ж^ияе

у-чрианты

1

Оряднечастотные _Высокочастотные

ГТ~2 Нз

вар^анти

3

О'

0,163 0,134 0,106 0,174 0,1ЬЗ 0,130 0,23Л 0,300 0,240 0.290 0,140 0,085

СГ 0,725 0,792 . 0.69Ь 2,360 0,434 0,240 X 0,315 0,250 0,212 1,600 0,170 0,090

Рейульт«»; пнадчтччтеких расчетов показывают, что конструкция к&т:гдаи главного полиса по 3-му варианту обладает более

высокими вибропрочностными свойствами но сравнению с серийной конструкцией полюса.

Рассмотрен способ изоляции частей электрических машин полимерными термоусаживающимнся материалами (использование "эффекта памяти" полимеров^, упрощающий процесс наложения изоляции, пропитки и супки. Разработана технология изготовления изоляции частей электрических машин на базе использования термсусаживаю-щихся полимерных материалов (а.с. 1555770),

В пятой г л в V рассмотрены методы и средства диагностирования технического состояния узлов НМЕ (подшипников,

.1

коллекторно-щеточного узла Т?Д, зубчатой передачи).

В условиях эксплуанации локомотиьсь требуется оперативная интегральная оцонка технического состояния коллекторно-щеточного узла. Предусмотренный ГОСТ визуальная оценка, по степени искрения под сбегающим краем щетки,является субъективной, не отражающей истинную картину процесса.

Разработаны и внедрены в депо Таякент, Чарджоу Саз.ж.д. методика' и прибери альтернативной оцонки технического состояния коллекторно-щеточного узла электродвигателя по объективному критерию - величине'электромагнитной, энергии, вццелнемой :• зона контакта коллектор-щетка.

Диагностический параметр технического состояния коллектор-но-щеточного узла

Щ = —Г-¡Г- » . (21)

® Р14 *

где ( - ток коммутируемой секции, - удельное сопротивление,

Ееличина отскока щетки от коллектора, Рщ - статическое нажатио щетки на коллектор, Р^ - динамические силы, действующие на щетку, Р - удедьнсз дэвление щетки ни коллектор.

Из (21) видно, что, наряду с механическими факторглм, на диагностический параметр влияет и электромагнитный фактор - величина тока в обмотках якоря электродвигателя.

Методика контроля технического состояния коллекгорно-ще-точного узла ТЗД основана на соответствии каждого вид? дефекта определенной частоте электромагнитного излучения и позволяет диагностировать механичоские параметры узла - подъем коллекторных пластин, скол щеток, зубьев редуктора и их износ.

Магнитная антенна прибора размещается в коллекторной камере ТЭД и регистрирует электромагнитное излучение в' широком диапазоне частот. Полученная при испытании электрических малин зависимость между классом коммутации по ПОСТ 163-74 и подводимой к ТЭД иоцностк позволяет прогнозировать техническое состояние коллекторн'о -щеточного узлэ при различнюс режимах нагруже-ния электродвигателя. При этом двигатели диагностируются на малых нагрузках (5-10 кЗ?)« что дает возможность совмещать операции контроля состояли я ко.тлектошо-щеточного узла, якорных подшипников л тягозиго редукгора. С целью упрощения дифферен-ииации дефектов используотся ЭВМ, позволяющая одновременно определись остаточный рясурс диагностируемого ТЭД с выдачей рекомендации на ремонт.

С целью повышения точности диагностирования и расширения (¡-ункциончльн^А вози'олшостей стендов безразборной диагностики 1".Е разработана усовершенствованные конструкции стендов (а.с. .Т0167ЯЗ, П*23К, 1211623).

Принципы, зяьожеиные в конструкции стендов безразборной диагностики узлов КМБ, и методика диагностирования подшипников качения ГЛД позволили разработать конструкцию стенда для диагностики п-лчцпу. железнодорожных вагонов (а.с. 1374081).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результата анализа динамических процессов в тяговых электродвигателях установлена закономерность всзникноезния виброударных колебаний в тяговых электрических приводах локомотивов. Показано, что переменная составляющая электромагнитного момента электродвигателей постоянного и пульсирующего тока хотя и имеет небольшие умтлнтуды, но широкий диапазон ж частот перекрывает собственные,Частоты упругих колебаний элементов ко-лесно-моторного блока и .'зызылает увеличение амплитуд моментг. при резонансных явлениях, й ¿вязи с этим необходимо учитывать |их при проектировании '.•'ягдв'^х приводов поксмотивов.

2. Установлено, что основными источниками возбуждения колебаний в т1?оеой электрической передаче локомотивод является параметрические изменения крутильной жесткости тяговой зубчатой передачи в процессе эксплуатации и неровности рельсового пути,

3. Выдвинула гипотеза о возможности усиления колебаний якоря переменной составляющей электромагнитного момента и занятного влияния этого процессе на механизм сцепления колеса с ргльсом, экспериментально подтвержденная на модели. В зарубежной литературе имеются сведения о регистрации данного явления в эксплуатационных условиях. Однако требуете,; проведение жиранте эксплуатационных испытании для оконча-геленого подтверждения гипотезы.

4. На основании установъешгой закономерности взаимосвязи механических и электромагнитных колебаний разработана методика уточненного расчета на динамическую прочность с учетом непосредственного воздействия на вал электродвигателя неровностей рельсового пути, зазоров в зубчатой передача и якорных подшипниках, кинематических погрешностей тягозого редуктора, напряжений, весьиндадих в иале при сборке якоря.

б. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, чю разнотолщичнос.ть пакета сердечника по высоте, после его напрессовки на вал,является дополнительным источником напряжении в сечениях вала и ребрах нажимных шайб якоря электродвигателя. Предложены технические решет я по устранению раэно-толщинноети пакога сердечника по высоте.

6. Повышена вибрационная жесткость зубцов крайних листов сердечника якоря. Конструкция по устранению распушепкя крайних листов сордччника и технология изоляции их зубцов внедрены на Даугавпилгжом локомотиворемонтном и Тазкечтском тепловозоремонт-ном заводах.

7. Разработаны конструкция и методика динамического расчета, технология намотки стеклометаляического бандажа ка лобовые части обьюткя якоря тягевоге электродвигателя. Сэбес'симость стеклома-тпяличезкого бзпдняса по сравнению со стекяобачда*ом ниже на

ЮД руб. при одновременном увеличении срока слу.пбы стеклометал-лического банл.'ча г,двое. При внедрении стеклометаллическкх бандажей на сотлльны/. заводах Ц'ОВР МПС зкономичэский эффект достигнет т мл?:.руб. в гсд-

й. Преодолен спосоо повылекия механической прочности головок задних лобовых частей обмотки якоря и разработаны технология и схема их уклад/а;. ,,

9. Разработана методика расчета на прочность крайнего витка катужсл главного полюса и предложен*! технические решения, направленные на повгаеяке вибрационной надежном:« магнитной системы тягезого электродвигателя„

10. Предкгхеи способ изо*:яциг. частей электрических марин термоус.^иг.'ггцмиоп полимерными материалами на основе "эффекта памяти" по.-:1м.>роч, упродагздй процесс наложения изоляции.

11, Раард^ошны и внедрены методика и приборное обеспечение альтернативной оценки тонического состояния коллекторно-пеусчюы узла тягового электродвигателя го объективчому критерии - величине элеитромагнитнсП энергии выделяемой в зоне контакта коллектор-шетка. Методика рчтквотирования прогнозирует остаточный ресурс эксплуатации тягового электрс^цьигатолл по техническому состояний коллекгорно-щеточного узла. Прибор контроля коммутации внедрен ;з пунктах технической диагностичк депо Ташкент и Чардкоу с эк люшкеосим эффектом 3598 руб. на I мин, км пробега тепловоза. . ,

12. Разработанная технология одноразовой пропитки якорей г.'ягевых электрических м. .« двойном вануумированием повнпает наполняемость якоря пропиточшм лаком на Технология гро-питки внедрена в электромашинам цоче Ташкентского гопчоьозорз-монтносо завода с экономически, о^йктом 106 тыс.руб. в год.

Есе разработанное п диссертации технически!1. решения и способа их реализации зашидены аыорскими сйидетелог.таами.

Таним образом, в диссерт агии и.зл океан теоретические не годи оценки динамических воздействий на узлн тяговых двмгчтел.'й, приводки! уточнения расчетов ус'ииий ь отдольни* элементах тягового двигателя. Ия это") п^-ковз даны пред'шженнп по соперьенстров.*-ш-.п к.тстрги'Щ.п узлон '.'т^оик алоктродвигатзлвй и технологии и>: изготовления. Разработана сьсгеып массовой диагностики оос- , тояния тягоиых дь.и'амлей и кияьгения иг дефектов в условиях депо.

Основные научные результаты опубликованы г следующих работах:

1. Kisel.pw V. У. - AnaLitic examinations of the shaft vibrations of the electric engines of transport machines. 894h S4mposium rnodcLLing in mechanics. PoLitechni fea Slasfta . GLiwice . 1990. p i45-IMS .

2. Киселев В.И. Исследование динамики тяговых электродвигателей тепловозов. //I Всесоюзный съезд "Теория механизмов и машин". Тез.докл. Ляма-Лгз. 197*;. С.16-17.

3. Киселев Б.И. Исследование силового нлгруженап и колебаний велев тяговых электродвигателей тепловозов. //Республиканская научне-техн.конференция НТО Ма'чпром. УгССР: Тез.докя. Ташкент, 1975. С.31-32.

4. Глушенко А.Д.; Киселев В.И., Кятанов М.М. Диагностирование технического состояния кол/скгорно-щеточного узла тяговых электродвигателей локэметивоь. Труды ВНИТИ. Вш. 57, Коломна, 1903. С.117-118.

5. Кисель в В,И., Кзуаноч iV.l.i. Диагностика коялекгорно-ще-точпого уаяп тягового алектродьигателя тепловоза с применением вычислительного ккиплчкеа на бане ЯВИ CM-I, Ташкент. 1986. Деп. g ЩШТЭИ. МТС. г4.1^.36. Ш6Л6. 41с.

6. Киселев В.И., Катанов М.М. Разработка методики и прибора диагностирования кмумкторночдеточниго узла ТЭД тепловоза. /Метгупоз.со.нау'ш-тр. Повышение надежности и экономичности тепловозов Омск. 1988, С. 17-2?..

7. Киселев В.И. Сопершенотпочшме конструкций бандажей якорей эчгктрлдгг.гртелей локомотивов. //Состояние и перспективы ялг-птр^гк^осгрооннп в птра^э: Тез. докл. У1 Всесоюзной научно-техн,уо-^роицан 11-13 ионбря 1987. Тбилиси. И.: Информэлзктро. 1987. С.М.

8. Киселев В.К.» Каганов М.М. Диагностика тягового электродвигателя. //Электрическая и тепловозная тяга. 1987. л»5. G.26-3?, . •

9. Киселев В.И., Катанов М,М. Диагностирование и прогнозирование коллзкторио-аеточного узла тягового электродвигателя тепловозов с применением вычислительного комплекса ЭВМ CM-I. //Совершенствование средств и методов диагностики при техническом обслуживании и ремонте транспртных средств: Тез.докл. Все-союзн. конференции 15-17 апреля 1987. ВДНХ СССР, M., I&87. С.24,

10. Киселев В.И. Стеялометаялические бандз.ии якооей электрических мааин пзстога-ног'о трка. //Перспективы развития злектро-

.машвдостроанич на Укравде. Часть Я. Машины постоянного тока и

*

-охлаждение электрических машин: Тез.докл. Республиканского научи о-техн. конф. 6-8 декабря. Харьков; ХГ1И. 1988. С. 145.

11. Киселев В.К-, Мартьянов M.S. Технология изготовления стеклометаллических бандамей якорей тяговых электродвигателей локомотивов. //.Чзтоды и средства диагностирования технических

; ¿редстз железнодорожного транспорта. Тез.докл. Всесоюзной науч-■rfo-техи,'конференции 7-9 июня I9Ü9. Омск. С.124.

■ 12. Глущонко А.Д., Беляев А.И., Киселав В.И,, Четвергов В,А, Виброударные колебания узлов тяговых электрических передач локомотивов. //'Методы и средства диагностирования тохнических средств железнодорожного транспорта. Тез,докл. Всесочзэн.научно-техн. конференции 7-9 ишя 1989. Омск. 1989. С.137-136,

13. Киселев В.И., Готгильф Т.Л. Ксрроль выводов катушек ' • главных полюсов «тяговых электродвигателей тепловозов. Ташкеье^,

1990, 33с, Дел. ЦЦИИГЭИ МПС. 1990. Я5346.

14, Киселев В.И. Виброударниэ колебания в тяговых электродвигателях локомотивов. //Проблемы развития локомотивосгроечия. Тез.докл. Ш Всесоюзной конференции. Воропшлосград. 22-24 мая 1990. С.25

-- 39 -

т. Киселее И.И. Однорззовал пропитка nuopoli электрических ыкгаин локомотиьов двойным яаг.уук^рованием. //Состояние и перс-пектины развития электровозостроения р стране. Тез.докл. УН Всесоюзной нэучтт-техн. конференции 15-10 октября IVi'.l. Нсчо-(.-••ркокск, 1991. С.78.

16. Киселев В.Й., ¡¿артьянор, М.З. Сгеклометалличесг.ие бьи-

я«;цизй. //ЭязМ|ягг»всчая и тепле, вопнея тяга. 1992. №?.. С.30-

JV. Киселев В.И., Б.Омран. Устранение распукмнкя крайнкл ■стов сердечинча якерч. //Электрическая и тепловозная тяга, »2, G.3I.

]3, Киселев В,И. Ичочяция зубцов крайних листов сердечники якоря. //Электрическая и тепловозная тяга. 1Э92. №2. С.32.

приоритет НОИ5.Х технических речений и технологических процессов. х'оааиэувашх научные результаты диссертации, заппгаен В!!ТО(1г:ким'л <;в:у:зтел!:С?е:ми нп нзоЗрегенилг (огпнзкоше иззвпния и.п. не »пятерлотся к перечьсяякгся только иг. номера: "Оялле-текь игобрстечи:'." оЗотг&вди БН; «се изобретения - в соавторство) s

—_ 52Р —ils.1 ИПТ ITi îîUJi-i} iîTtl^ л1^ ? У' 1 Якорь еюкткнчченей маличы - 5у-%УЗ ШШ, I?V7V, 792489 (Ы1 îvè, Ш», OïTCôv (БИ №12, 19П1), 8ГЯ651 (БН Ю), I9UI), ИЗб (СП Jits, 1931), 8967J7 (БН Щ, Щ?2), 905345 (БИ Ш, 1902] 122-1907 (Г". M 4, 12'"2630 (БИ Ш, 1436), I33G160 (oil ЮЗ,

1987?, Iï'j-1339 (БИ КЗ, Г:*7), В39579 (ЕЧ KJô, IPC'7), 1'} 07073 (БИ Г'15. 1935), 1363698 (Г" Ш, 1991), нолот.иг.речения по ап-:nrv »ttieSSQ/» (Ï9C9), JWOS2727/07 (1990), Ш7Р5Э5/07 ЦУ9Х)! Ротор 571!. гричгской vamiK* - о.с, 514043 "Ц'-И ',"3, 1°77) ; Устройство дял cr-îa-uieHUf выводов гатуиок полкг.ся с Me3jio;ivcms>;t со-еди"иге 1ы-№лИ ррс-г»од-;ии яяелтрвчсской wxtitv носгогиного iv-km •-