ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены показатели надежности тяговых электрических машин локомотива.

ABSTRACT

The article considers the reliability indicators of electric traction machines of the locomotive.

Ключевые слова: тяговых электродвигатель, изоляции, безотказность, старению изоляции, отказ, катушки, обмотка.

Keywords: traction motor, insulation, fail-safety, insulation aging, failure, coils, winding.

Введение. Поток отказов тяговых электродвигателей по пробою изоляции обмоток можно представить в виде трех независимых потоков:

• поток приработанных отказов (некачественное изготовление или капитальный ремонт);
• поток отказов по старению изоляции, в том числе, по причине попадания влаги во внутрь электрической машины;
• поток случайных отказов, вызванных аварийными режимами эксплуатации тяговых электрических машин и механическими повреждениями изоляции.

Методы. Проведены многочисленные исследовании по повышению надежности и улучшению условий работы электрических машин [1,2].

Известно, [3,4,5], что зависимость интенсивности приработанных отказов описывается распределением Вейбулла, а отказов по старению изоляции – распределением Релея.

Другими применяемыми в химической технологии законами распределения являются законы, характеризующие контактную усталость, а также комплексный вид разрушения: износ, усталость и старение [6]. Эти виды разрушений описываются распределением Вейбулла, плотность которого имеет вид:

                                           (1)

Широкое применение закона Вейбулла объясняется тем, что он, обобщая экспоненциальный закон, содержит дополнительный параметр [7]. Подбирая нужным образом параметры и, можно получить лучшее соответствие опытным данным. Экспоненциальный закон является частным случаем закона Вейбулла при =1 (рис. 1. – при> 1 опасность отказа монотонно возрастает от нуля, при <1 опасность отказа монотонно убывает и не ограниченна при т = 0).

Рисунок 1. Распределение Вейбулла

При значении параметра < 1 распределение Вейбулла описывает приработанные отказы элементов, обусловленные скрытыми дефектами (но которые в течение долгого времени не «стареют»), при = 1 – внезапные отказы в период нормальной эксплуатации, при 1 < < 2 – отказы быстро стареющих элементов (объектов), у которых почти нет скрытых дефектов, при > 2 – отказы из-за износа. Кроме того, принимая = 2 (распределение Рэлея), можно описывать функционирование объекта, состоящего из нескольких последовательно соединенных дублированных элементов. При > 3,5 распределение Вейбулла близко к нормальному.

Закон распределения Рэлея используется в основном для анализа работы элементов, имеющих ярко выраженный эффект старения (элементы электрооборудования, различного рода уплотнения, шайбы, прокладки, изготовленные из резиновых или синтетических материалов). Функция частоты отказов в этом случае определяется выражением

                                       (2)

где  С – параметр распределения. Количественные характеристики безотказности в случае закона распределения Рэлея имеют вид [8,9]:

• интенсивность отказов,

                                                      (3)

• вероятность безотказной работы

                                             (4)

• наработка до первого отказа

                                                      (5)

Рисунок 2. Функции , ,  для распределения Рэлея

Характер изменения во времени функций безотказности для закона распределения Рэлея показан на рис.2.

Пример. Для величины наработки 120 тыс. км требуется определить вероятность безотказной работы, интенсивность отказов и среднюю наработку до первого отказа катушки тяговых электрических машин. Известно, что наработки тяговых электрических машин до отказа по параметрам старения изоляции катушек можно описать функцией распределения Рэлея с параметром С = 260 тыс. км. По выражениям (3)–(5) находим:

Задача по определению достоверности причин выхода из строя изоляции тяговых электрических машин сводится к определению функциональной зависимости интенсивности отказов и разложению ее на составляющие компоненты [10,11].

Результаты. Решение поставленной задачи усложняется тем, что потоки отказов по различным причинам зависят от климатических условий и режимов эксплуатации. Поэтому функциональная зависимость интенсивности отказов может быть получена при анализе данных эксплуатации при известной величине доверительной вероятности.

Техническими условиями на тяговые электрические машины предусматривается длительная их работа в широком диапазоне изменения скоростей движения, нагрузки и атмосферных условий.

При движении поезда устанавливаются самые различные сочетания скорости движения, нагрузки, расхода воздуха и атмосферных условий. Разнообразие их зависит от профиля пути участка обслуживания, веса поезда, допустимой скорости движения, что определяет режимы работы тяговых электрических машин.

Обсуждение. Для анализа эксплуатационной надежности тяговых электрических машин необходимо выбрать такой участок обслуживания, где возможна длительная работа локомотива при различных нагрузочных режимах и атмосферных условиях, предусмотренных техническими условиями. Таким требованиям могут удовлетворять удлиненные плечи обслуживания. Характер участков обслуживания должен обеспечивать возможность длительной работы локомотива с номинальной и частичной нагрузкой, а также следование с различными скоростями движения от расчетной до максимальной [12].

В реальных условиях эксплуатации наработка элементов тяговой электрической машины различна. У одних она соответствует начальному периоду эксплуатации, у других – конечному. Такое распределение по интервалам наработки позволяет определить количественные характеристики надежности за более короткие сроки наблюдения, так как имеется возможность одновременно наблюдать за системами с различными наработками [13].

Для сбора информации о работе тяговых электрических машин используются методы наблюдения. Время наблюдения выбирается равным периоду эксплуатации локомотивов, то есть за это время все локомотивы должны отработать во всех интервалах наработок. На основании полученных данных составляется выборка, которая является исходной для определения показателей надежности.

В якорях тяговых генераторов и тяговых электродвигателей применена петлевая обмотка с уравнительными соединениями. Якорные обмотки предназначаются для индицирования в них электродвижущей силы, в результате действия которой возникает электромагнитный момент. Обмотка состоит из соединенных между собой витков, а каждый виток из двух заложенных в пазах сердечника активных сторон, имеющих передние и задние лобовые соединения. Все проводники покрыты специальной изоляцией.

Обмотки якоря тягового генератора и тягового электродвигателя состоят из катушек и имеют изоляцию класса Ф [14,15]. Каждая катушка обмотки якоря состоит из трех или четырех элементарных одновитковых секций. Каждая секция в свою очередь состоит из двух или трех параллельных про­водников, расположенных по высоте паза, а витки, входя­щие в катушки, располагаются по ширине паза, то есть осуществлена горизонтальная укладка.

Заключение. Увлажнение изоляции обмоток тяговых электрических машин локомотивов при их эксплуатации или хранении в естественных условиях представляет собой динамический процесс, связанный с периодическими и случайными изменениями параметров, обусловленными соответствующими колебаниями внешних условий. Задача прогнозирования сохранности обмоток включает в себя разработку методов расчета этого процесса.

Исследование изменения свойств изоляции тяговых электрических машин показывает, что сезонные изменения некоторых параметров достигает нескольких порядков. Увлажнение изоляции физически представляет собой диффузию влаги и описывается диффузионным уравнением. Поэтому основной целью исследования уравнения диффузии в данном случае является определение возможной амплитуды изменения параметров обмотки под влиянием внешних (граничных) условий на ее поверхности.

Список литературы:

1. Djanikulov, A. T., Jamilov, S. F. O. G. L., & Miravazov, A. R. O. G. L. (2022). LOKOMOTIV TORTUV ELEKTR MASHINALARINING O’TKAZGICHLARI IZOLYATSIYASIGA NAMLIKNING TA'SIRI. Oriental renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences, 2(3), 953-956.
2. Djanikulov, A. T., Jamilov, S. F. O. G. L., & Miravazov, A. R. O. G. L. (2021). ELEKTR MASHINALARNING IZOLYATSIYA PARAMETRLARINI ALMASHTIRISH SXEMASI BILAN TEKSHIRISH. Academic research in educational sciences, 2(11), 877-882.
3. Жамилов, Ш., Абдурасулов, Ш., & Азимов, С. THE EFFECT OF MOISTURE ON ELECTRICAL INSULATING PARTS OF ELECTRIC MACHINES OF LOCOMOTIVES ВЛИЯНИЕ ВЛАГИ НА ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ЧАСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ЛОКОМОТИВОВ.
4. Shuhrat Jamilov, Asror Shoimqulov. ―O‘ztemiryo‘lmashta‘mir korxonasi sharoitida elektr mashinalarining izolyatsiyani dielektrik xususiyatlarini tiklash. Scientific progress scientific Journal. 2021 yil, yanvar, 140-144 betlar.
5. Shuhrat Jamilov, Asror Shoimqulov. Elektr mashinalarning izolyatsiyasini harorat ta’sirida o'zgarishini tahlil qilish. Scientific progress scientific Journal. 2021 yil. may, 673-676 betlar.
6. Jamilov Shuhrat Farmon o‘g‘li, Shoimqulov Asror Abdunabiyevich, Abdulatipov Ulug‘bek Islomjon o‘g‘li, AFROSIYOB (TALGO-250) ELEKTROPOEZDINI AKKUMLYATOR BATERAYALARNI ISHLASH JARAYONI BILAN TANISHISH. Oriental renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences, 1(4), 1403-1407.
7. Khamidov, O., Yusufov, A., Jamilov, S., & Kudratov, S. (2023). Remaining life of main frame and extension of service life of shunting Locomotives on railways of Republic of Uzbekistan. In E3S Web of Conferences (Vol. 365, p. 05008). EDP Sciences.
8. Khamidov, O., Yusufov, A., Kudratov, S., & Yusupov, A. (2023). Evaluation of the technical condition of locomotives using modern methods and tools. In E3S Web of Conferences (Vol. 365, p. 05004). EDP Sciences.
9. Разработка метода для определения динамической нагруженности узлов подвижного состава с применением неразрушающего контроля / Н. С. Кодиров, А. М. Юсуфов, О. Р. Хамидов, М. Ш. Валиев // Приборы и методы измерений, контроля качества и диагностики в промышленности и на транспорте : Материалы V всероссийской научно-технической конференции с международным участием, Омск, 27–28 октября 2022 года. – Омск: Омский государственный университет путей сообщения, 2022. – С. 98-105. – EDN KAMPZS.
10. Аблялимов, О. С. Обоснование параметров перевозочной работы локомотивов дизельной тяги в эксплуатации / О. С. Аблялимов, А. М. Юсуфов, А. П. Вохидов //. – 2016. – № 4(58). – С. 15-20. – EDN WXQSXH.
11. Хамидов, О. Р., Юсуфов, А. М. У., Кодиров, Н. С., Жамилов, Ш. Ф. У., Абдурасулов, Ш. Х., Абдулатипов, У. И. У., & Сейдаметов, С. Р. (2022). ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ГЛАВНОЙ РАМЫ И ПРОДЛЕНИЕ СРОКОВ СЛУЖБЫ МАНЕВРОВЫХ ЛОКОМОТИВОВ НА АО “УТЙ”. Universum: технические науки, (4-5 (97)), 47-54.
12. Хамидов, О. Р., Юсуфов, А. М., Абдурасулов, А. М., Жамилов, Ш. Ф., & Кудратов, Ш. И. (2022). ПРОДЛЕНИЮ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ГЛАВНОЙ РАМЫ ТЕПЛОВОЗА СЕРИИ ТЭМ2 С МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (МКЭ). Инновационные подходы, проблемы, предложения и решения в науке и образовании, 1(1), 148-153.
13. Yusufov, A., Azimov, S., & Jamilov, S. Determination of Residential Service of Locomotives in the Locomotive Park of JSC. Uzbekistan Railways"" Published in International Journal of Trend in Scientific Research and Development (ijtsrd), ISSN, 2456-6470.
14. Хамидов, О. Р., Юсуфов, А. М. У., Кодиров, Н. С., Жамилов, Ш. Ф. У., Эркинов, Б. Х. У., Абдулатипов, У. И. У., & Сейдаметов, С. Р. (2022). ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ (ДГУ) ТЕПЛОВОЗОВ С ПОМОЩЬЮ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА «БОРТ». Universum: технические науки, (4-5 (97)), 41-46.
15. Jamilov SH.F., Begaliyeva B.X., & G‘aybullayeva S. S. (2023). O‘ZGARMAS TOKDA ISHLAYDIGAN TORTUV ELEKTR MOTOR CHULG ‘AMLARINI ISSIQLIK HOLATINI TAHLIL QILISH. Oriental renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences, 3(1), 491-496.