АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ ОА “УЗБЕКИСТОН ТЕМИР ЙУЛЛАРИ”

АННОТАЦИЯ

Изложены вопросы прогнозирования остаточного ресурса и продления сроков эксплуатации тяговых электродвигателей тепловозов серии UzTE116M. Рассматриваются основные причины отказов тяговых электродвигателей и статистические данные о причинах неисправностей узлов локомотивов после капитального ремонта, а также причины повреждений тяговых электрических двигателей ЭД-118Б(А) с учетом реальных эксплуатационных режимов. 

ABSTRACT

The issues of forecasting the residual resource and extending the service life of traction electric motors of UzTE116M series locomotives are outlined. The main causes of failures of traction electric motors and statistical data on the causes of malfunctions of locomotive components after major repairs, as well as the causes of damage to traction electric motors ED-118B(A), taking into account real operating conditions, are considered.

Ключевые слова: колесо, мотор, локомотив, нагрузка, отказ, главных полюс, масса, жесткость, подшипник.

Keywords: wheel, motor, locomotive, load, failure, main pole, mass, stiffness, bearing.

Введение. Большинство отказов тяговых электрических двигателей (ТЭД) локомотивов связано с возникновением недопустимых статических или периодически меняющихся динамических нагрузок, приводящих к усталостному разрушению элементов ТЭД. При этом наиболее характерными отказами ТЭД являются: разрушение межкатушечных соединений, выход из строя главных полюсов, механические повреждения изоляции обмоток, излом соединительных болтов, повреждения моторно-осевого подшипника, пальцев щеткодержателей или поворотной траверсы [1-4].

Следует отметить, что большинство элементов ТЭД имеет низкий уровень диагностируемости, которая приблизительно может быть оценена по отношению числа плановых ремонтов к общему числу отказов данного вида элемента. А для существенного снижения расходов и ликвидации внепланового ремонта необходим индивидуальный подход к каждому тяговому электродвигателю, который можно организовать в планово-предупредительной системе диагностического контроля состояния парка локомотивов [5-6].

Целью исследования является установление причин неисправностей тяговых электродвигателей локомотивов АО «Узбекистон темир йуллари».

Метод. По данным статистики Ташкентского тепловозоремонтного завода и компании, "YO'LREFTRANS" АО, на территории Узбекистана, основными причинами преждевременного выхода из строя колёсно-моторного блока тепловозов являются: неудовлетворительный уход за локомотивами со стороны локомотивных бригад, недостаточный уровень практической подготовленности их к оперативному выявлению и устранению неисправностей и нарушение режимов управления локомотивами, заводской брак оборудования, низкое качество капитального ремонта, однако наибольший процент причин приходится на несовершенные методы диагностирования.

По данным Управления эксплуатации локомотивов АО «Узбекистон темир йуллари» наибольшее число отказов по локомотивным депо приходится на тяговый электрический двигатель тепловозов. На рис. 1 показано количество отказов тяговых электродвигателей в различных депо ОА “Узбекистон темир йуллари”, а в таблице 1 указаны причины неисправностей локомотивов по годам.

Рисунок 1.  Распределение неисправностей тяговых электродвигателей тепловозов по годам и локомотивным депо ОА “Узбекистон темир йуллари”

Таблица 1

Причины обнаруженных неисправностей узлов локомотивов

На рис.2 приведены диаграммы неисправностей ТЭД тепловозов UzТЕ16М.

Рисунок 2. Диаграмма видов неисправностей тяговых электродвигателей тепловозов ОА “Узбекистон темир йуллари”

Распределение видов неисправностей тяговых электродвигателей тепловозов ОА “Узбекистон темир йуллари” по элементам конструкции и видам отказов показаны на рисунке 2.

Так, в 2019 году среднее число заходов на неплановый ремонт из-за отказов ТЭД составило 3.82, а в 2020 году – 3.53 случая на 1 млн.км пробега.

Распределение по видам отказов ТЭД, учтенных на плановых и неплановых ремонтах, представлено на рисунке 3.

Цифрами обозначены: 1-пробой и межвитковое замыкание якоря; 2-подгар и оплавление коллекторных пластин, 3- пробой и межвитковое замыкание обмоток главных пластин, 4- повреждение компенсационной обмотки, 5- повреждение межкатушечных соединений, 6- повреждение выводов полюсов и перемычек на поворотной траверсе, 7- повреждение выводных кабелей,8-разрушение бандажа якоря, 9- повреждение якорных подшипников, 10- выплавление из «петушков» коллектора, 11- повреждения якорных подшипников, 12- внеплановая обточка коллектора [7].

Рисунок 3. Распределение по видам отказов ТЭД, учтенных на плановых и внеплановых ремонтах

Первопричиной того, что остается высокая повреждаемость ТЭД, являются механические воздействия. Они создают дополнительные процессы в виде нестабильности щеточного контакта, непостоянства воздушного зазора между якорем и сердечником полюса, изменения распределения напряжения по окружности коллектора, особых условий дугообразования на коллекторе и ряда других особенностей. Так было выявлено, что при воздействии на тяговый электрический двигатель внешних вибраций с эффективной величиной 10g в районе моторно-осевых подшипников интенсивность искрения коллектора тягового двигателя ЭД-118Б(А) соответствует классу 1 1/2. При работе этих двигателей в тех же режимах, но при отсутствии вибрации, двигатели имели темную коммутацию.

Повышенная интенсивность искрения щеток при воздействии вибрации существенно увеличивает износ щеток, коллектора, значительно повышает их температуру. Увеличение износа щеток по мере роста энергии вибрационного воздействия объясняется следующим образом: электрощетки, вертикальная продольная ось которых совпадает с направлением действия динамической силы, вызванной воздействием внешних вибраций, получают соответствующее ускорение и при определенном соотношении сил нажатия и сил инерции могут прервать контакт с коллектором, что приведет к возникновению вспышки искрения. Под действием дуги часть коллекторных пластин получают микроплавления (подгары), в результате чего шероховатость рабочей поверхности коллекторных пластин увеличится, а, следовательно, увеличится и интенсивность абразивного воздействия на щетки.

Распределение отказов тяговых электрических двигателей ЭД-118Б(А) по годам приведено в таблице 2.

Таблица 2.

Повреждение тяговых электрических двигателей ЭД-118Б(А) 

Вал тягового двигателя подвержен действию значительных вращающих моментов, которые вызывают большие касательные силы в местах их приложения, а также действию сил магнитного притяжения и сил реакции зубчатой передачи; вал воспринимает, кроме того, вес деталей якоря.

Часто меняющаяся нагрузка с мгновенными толчками в период пуска и торможения, ударная нагрузка при выходе движущей колесной пары из состояния буксования, динамические воздействия от неровностей пути, значительные перегрузки в период выхода из строя одного из тяговых двигателей создают особенно тяжелые условия для работы вала якоря.

Неравномерность токораспределения усиливается из-за большого коэффициента динамики во всем диапазоне рабочих частот кинематической системы щеткодержателей при воздействии на них внешних вибраций, природа которых зависит от характеристики подвижного способа подвешивания тягового двигателя на локомотиве, что подтверждается параметрами амплитудно-частотных характеристик кинематических систем щеткодержателей тяговых электрических двигателей ЭД-118Б(А). У двигателя ЭД-118Б(А) в диапазоне частот от 10 до 100 Гц коэффициент динамики не превышает 4, а максимум равен 14 на частоте 165 Гц.

Из-за действия вибрационных нагрузок в эксплуатации остается еще высокой повреждаемость щеточно-коллекторного узла ТЭД по причине кругового огня и подгаров, подплавления коллекторных пластин, повреждений щеткодержателей и кронштейнов.

Вывод по работе: необходимо провести исследования по определению амплитудно-частотной характеристики и коэффициента динамики вибрирующих элементов ТЭД, которые являются причинами неисправностей коллекторов, щеточного узла и кронштейнов ТЭД.

Спиок литературы:

1. Глущенко А.Д., Юшко В.И. Динамика тяговых электродвигателей электровозов. Ташкент: Изд-во «Фан» , 1980. -168 с.
2. Динамика локомотивов /М.А. Ибрагимов, В.И. Киселев , В. А. Рамлов, А.В. Скалин: Уч. пос.-М.: РГОТУПС, 2005.- 128 с.
3. Djanikulov, A. T., Mamayev, S. I., & Kasimov, O. T. (2021, April). Modeling of rotational oscillations in a diesel locomotive wheel-motor block. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1889, No. 2, p. 022017). IOP Publishing.
4. Simon Iwnicki. Handbook of Railway Vehicle Dynamics. 2006. Taylor & Francis Group.- 527 p.
5. Курбасов А.С. Повышение работоспособности тяговых электродвигателей. М.: Транспорт, 1977.- 354 с.
6. Kasimov, O. T., Djanikulov, A. T., & Mamayev, S. I. (2021, November). Modeling the bending of the tire surface by pads during braking. In AIP Conference Proceedings (Vol. 2402, No. 1, p. 070030). AIP Publishing LLC.
7. Курочка А.Л., Зусмановская Л.Л. Увеличение срока службы электродвигателей. М.: Транспорт, 1970. – 423 с.