Повышение эксплуатационной надежности коллекторно-щеточного узла тяговых двигателей электроподвижного состава железных дорог

• Автор: Девликамов, Рашит Музаферович
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 151 с. : ил.

1.1. Критерии безыскровой работы коллекторных электрических машин .

1.1.1. Энергетические критерии .

1Л .2. Критерии, связанные с формой кривой тока коммутации секции .

1.1.3. Потенциальные критерии .

1.2. Выработка требований к критерию коммутационной надежности

ТЭДЭПС .

1.2.1. Анализ существующих критериев безыскровой работы МПТ .

1.2.2. Требования к новому критерию .

Выводы но главе 1 .

ГЛАВА 2. ФИЗИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ

КОММУТАЦИОННОГО ИСКРЕНИЯ

2.1. Условия токопередачи через скользящий контакт МПТ
2.1.1. Электрические характеристики щеточного контакта и объясняющие их теории
2.1.2. Экспериментальные данные о контактной поверхности коллектора .
2.1.3. Условия токопередачи через слой политуры коллектора .
2.1.4. Экспериментальное определение контактной разности потенциалов
2.1.5. Микропараметры скользящего контакта и удельное контактное сопротивление щеток .
2.1.6. Вольтамперные характеристики щеточного контакта
2.2. Методика расчета среднестатистических микропараметров скользящего контакта ТЭД
2.3. Упрощенная методика расчета средней температуры контактной поверхности коллектора ТЭД .
2.4. Расчетные значения напряжений искрообразования
Выводы по главе 2 .
ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ИСКРООБРАЗОВАНИЯ
В СКОЛЬЗЯЩЕМ КОНТАКТЕ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
3.1. Электрический фактор искрообразования
3.1.1. Расчетное уравнение для электрического фактора
3.1.2. Условия устранения влияния электрического фактора .
3.1.3. Электрический фактор без учета принятых допущений
3.2. Магнитный фактор возникновения искрения .
3.2.1. Решение дифференциального уравнения для магнитного фактора .
3.2.2. Расчет для ТЭД индуктивности обособленной секции и коэффициентов магнитного фактора
3.2.3. Устранение бесконечности в коэффициентах магнитного фактора .
3.3. Механические факторы, влияющие на процесс искрообразования
Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. КРИТЕРИЙ КОММУТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ
ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ИХ КОЛЛЕКТОРНОЩЕТОЧНОГО УЗЛА.
4.1. Общее уравнение искрообразования под щетками ТЭД и критерии для частных случаев безыскровой работы скользящего контакта
4.2. Методика прогнозирования коммутационного искрения в ТЭД
4.2.1. Экспериментальные и теоретические исследования ОБР МГГГ .
4.2.2. Расчет ЭДС небаланса при новообразовании .
4.2.3. Теоретические параметры ОБР ТЭД .
4.2.4. Параметры ОБР ТЭД при оптимальной настройке их ДП .
4.3. Анализ условий повышения коммутационной надежности ТЭД .
4.4. Способы дальнейшего повышения эксплуатационной надежности токосъемного узла ТЭД
4.5. Корреляционная связь между критерием коммутационной надежности ТЭД и показателями надежности эксплуатационной работы их щеток.
Выводы по главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .
Библиографический список использованной литературы .
Экономическая эффективность от эксплуатации токосъемного узла
ТЭД ТЛ2К1 новой конструкции .
Акт опытной эксплуатации щеток марки ЭГ новой конструкции
Список принятых сокращений
ВБР вероятность безотказной работы
В.а.х. вольтамперная характеристика ГП главный полюс ДП дополнительный полюс КО компенсационная обмотка МДС магнитодвижущая сила МПТ машина постоянного тока ОБР область безыскровой работы
ОАО ВЭлНИИ открытое акционерное общество Всероссийский научноисследовательский и проектноконструкторский институт электровозостроения
ОАО ДМЗ открытое акционерное общество Демиховский машиностроительный завод
ОАО НЭВЗ открытое акционерное общество Новочеркасский электровозостроительный завод
ОАО РЖД открытое акционерное общество Российские железные дороги
ТЭД тяговый электродвигатель
ЭВМ электронная вычислительная машина
ЭДС электродвижущая сила
ЭПС электроиодвижной состав
ВВЕДЕНИЕ


В действительности скользящий контакт дискретен, а щетка является пассивным элементом, основное назначение которой заключается в осуществлении надежной безыскровой токопередачи на вращающийся коллектор. Углеродистые щетки, обладая высоким значением удельного сопротивления и низким коэффициентом трения, больше всего способствуют их спокойной работе на коллекторе и ограничению величины токов разрыва до допустимых по условиям искрообразования значений и поэтому широко используются в коллекторных машинах. Втретьих, разработанные на основе этих теорий критерии безыскровой коммутации не раскрывают физическую сущность возникновения под щеткой низковольтного искрения. В них односторонне учтены основные факторы, влияющие на этот процесс. Предложенные критерии непосредственно не связаны с экспериментальными методами настройки коммутации и поэтому не позволяют прогнозировать область безыскровой работы ОБР машин постоянного тока МПТ и производить теоретическую оценку ее надежности к различному роду коммутационных нарушений. Иными словами, предложенные критерии безыскровой коммутации МИТ не в полной мере характеризуют их коммутационную надежность и поэтому практически не связаны с эксплуатационной надежностью их коллекторнощеточного узла. В предлагаемой диссертационной работе для объяснения основных электрических характеристик скользящего контакта углеродистой щетки с медным коллектором уточнена теория фриттингов Р. Хольма, на основе которой разработана методика расчета среднестатистических микропараметров контактной поверхности коллектора и упрощена методика расчета ее средней температуры нагрева, а также теоретически обоснованы физические условия возникновения под щеткой низковольтного коммутационного искрения. Анализ схем замещения коммутируемых контуров позволил вывести уравнение для электрического фактора искрообразования, при помощи которого получены расчетные формулы для напряжения, приложенного к разрываемой ламели коллектора от ЭДС, наведенных в коммутируемых секциях. Путем решения дифференциального уравнения для разрываемого контура секция щетка получена расчетная формула для магнитного фактора искрообразования с учетом реальных свойств щеточного контакта и индуктивности обособленной секции, коммутируемой последней в пазу железа якоря. Выявлено влияние на устойчивую работу скользящего контакта ГЭД внешних и внутренних механических факторов и предложены меры по снижению их воздействия на процесс искрообразования под щеткой. ДП. На основе этого общего уравнения выведены расчетные формулы для ЭДС небаланса при искрообразовании и для оптимальной величины ЭДС вращения от магнитного поля ДП. Расчетные формулы для ЭДС небаланса при искрообразовании позволили разработать методику прогнозирования ОБР ТЭД. Ее теоретические параметры дали возможность получить критерий для оценки коммутационной надежности ТЭД, на основе которого проанализированы условия ее повышения и предложены конструктивные решения по скользящему контакту, реализующие эти условия. Результаты опытной эксплуатации разработанной конструкции щеток позволили установить корреляционную связь между критерием коммутациионной надежности ТЭД ЭПС и показателем надежности работы их щеток. Хотя приведенные в диссертации экспериментальные исследования и расчетные методики относятся к ТЭД отечественных электровозов, но полученные результаты этих исследований можно использовать для любых типов коллекторных электрических машин. Так, при помощи предложенного в диссертации критерия безыскровой работы МГ1Т без ДП удалось оптимизировать коммутационные параметры коллекторного двигателя с магнитоэлектрической системой возбуждения для электропривода стрелочного перевода ,,. Целью диссертации является повышение эксплуатационной надежности коллекторнощеточного узла тяговых двигателей электроподвижного состава железных дорог путем разработки новых конструктивных решений по их скользящему контакту, основанных на уточнении теоретических взглядов на процесс коммутации. ТЭД ЭПС и показателями надежности работы их щеток. ГЛАВА 1.