WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ГАМАЮНОВ Иван Сергеевич

МОНИТОРИНГ И УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОДТАЛКИВАЮЩИХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ВОСТОЧНО-СИБИРСКОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ

Специальность 05.22.07 – «Подвижной состав железных дорог,

тяга поездов и электрификация»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

ОМСК  2008

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

Научный руководитель:

доктор технических наук,

старший научный сотрудник

Исмаилов Шафигула Калимуллович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Авилов Валерий Дмитриевич;

кандидат технических наук, доцент

Беляев Павел Владимирович.

Ведущая организация:

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения».

Защита диссертации состоится 17 октября 2008 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» (ГОУ ВПО «ОмГУПС») по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан 15 сентября 2008 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, 2008

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В настоящее время на Восточно-Сибирской железной дороге (ВСЖД) эксплуатируются электровозы переменного тока большой мощности (до 10000 кВт). Они работают на крутых и протяженных подъемах, общая длина которых только на ВСЖД превышает 100 км. На этих подъемах электровозы нередко реализуют мощность, существенно превосходящую номинальную. Температура на участках эксплуатации достигает минус 50 °C и ниже, перепады температуры в течение суток до 20 – 35 °С.

Анализ технического состояния электровозного парка железных дорог России за последние годы эксплуатации показывает, что порчи и неисправности электровозов ВСЖД в 1,6 раза превышают среднесетевые. В аномально холодный зимний период 2001 – 2002 гг. это превышение составило 2 – 2,5 раза.

Пониженная надежность электровозов восточного региона России приводит к задержкам поездов, срыву передачи вагонов на соседние железные дороги и к снижению безопасности движения поездов.

Исследованию надежности тягового подвижного состава железных дорог, системам технического диагностирования и ремонта уделялось значительное внимание различными научными коллективами.

Большой вклад в изучение этих проблем внесли Ю. А. Бахвалов, В. И. Бервинов, И. В. Бирюков, И. Н. Богаенко, В. И. Бочаров, А. И. Володин, И. И. Галиев, З. Г. Гиоев, М. Д. Глущенко, А. А. Зарифьян, Д. Д. Захарченко, И. П. Исаев, А. А. Камаев, В. И. Киселев, В. Г. Козубенко, В. А. Кучумов, А. Л. Курочка, А. Л. Лисицин, В. Н. Лисунов, В. Б. Медель, М. Д. Находкин, Е. С. Павлович, М. П. Пахомов, А. В. Плакс, В. В. Привалов, Н. А. Ротанов, А. Н. Савоськин, И. В. Скогорев, В. В. Стрекопытов, Т. А. Тибилов, В. П. Феоктистов, В. А. Четвергов, В. Г. Щербаков, В. П. Янов и другие исследователи.

Значительный вклад в решение вопросов надежности наиболее «слабых» узлов тяговых электрических машин – коллекторно-щеточного узла и изоляционных конструкций тяговых электродвигателей внесли В. Д. Авилов, Г. Б. Дурандин, М. Ф. Карасев, В. Г. Галкин, Ш. К. Исмаилов, А. С. Космодамианский, Е. Ю. Логинова, Р. Я. Медлин, А. Т. Осяев, В. М. Попов, А. С. Серебряков, В. П. Смирнов, В. В. Харламов, А. М. Худоногов и др.

Анализ надежности электровозов ВСЖД за последние годы эксплуатации показал, что существенная часть отказов приходится на тяговые электродвигатели (ТЭД). Наблюдается дальнейшее снижение надежности ТЭД. Более половины повреждений ТЭД приходится на изоляционные конструкции. Наибольшее количество отказов изоляции наблюдается на ТЭД подталкивающих электровозов, которые эксплуатируются на протяженных (до 50 км) расчетных подъемах, при повышенных, резкоизменяющихся токовых нагрузках. В значительной степени снижение надежности ТЭД вызвано повышенной влажностью, колебаниями температуры окружающей среды по сравнению с ТЭД электровозов железных дорог западного региона страны.

Таким образом, состояние ТЭД ВСЖД свидетельствует о необходимости введения современных систем управления процессами тепло-, влагообмена в изоляции ТЭД.

Цель диссертационной работы – повышение надежности изоляции тяговых электродвигателей подталкивающих электровозов путем мониторинга и управления качеством их эксплуатации.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

проведен анализ надежности изоляции тяговых электродвигателей подталкивающих электровозов переменного тока ВСЖД;

созданы математическая модель температурно-влажностного процесса ТЭД и «Бортовой программный комплекс расчета степени увлажнения изоляции обмоток ТЭД»;

определены степень и характер влияния эксплуатационных факторов на развитие процессов повреждения изоляции ТЭД подталкивающих электровозов переменного тока;

уточнен процесс изменения надежности изоляции в зависимости от эксплуатационных воздействий – изменения свойств изоляции под действием повышенных температуры и влажности;

разработаны методики и средства поддержания требуемого температурно-влажностного режима изоляции ТЭД подталкивающих электровозов с применением современной техники.

Методы исследования. В теоретической части работы использованы методы теории нагревания и охлаждения твердого тела, электродвигателей постоянного и пульсирующего тока, автоматического управления технологическими процессами. Экспериментальные исследования проводились на оборудовании подталкивающих электровозов серии ВЛ80Р и заключались в измерении параметров, характеризующих режим работы и состояние ТЭД при тягово-эксплуатационных испытаниях, текущем ремонте, техническом обслуживании и нахождении электровозов в ожидании работы. Исследования осуществлялись в соответствии с методами планирования эксперимента. Обработка и анализ опытных данных велись с использованием теорий и методов математической статистики: теории проверки гипотез и оценивания; корреляционного и регрессионного анализа.

Научная новизна работы заключается в следующем:

разработана математическая модель температурно-влажностного процесса ТЭД, позволяющая установить влияние всех стадий эксплуатации электровоза (работа под нагрузкой, выбег, нахождение в ожидании работы) на состояние его изоляции;

установлены степень и характер влияния эксплуатационных факторов на развитие процессов повреждения изоляции ТЭД подталкивающих электровозов переменного тока ВСЖД;

уточнен процесс изменения надежности изоляции в зависимости от эксплуатационных воздействий;

разработаны методы и средства мониторинга и управления качеством эксплуатации ТЭД подталкивающих электровозов с применением современной техники.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена экспериментальными исследованиями. Расхождение результатов теоретических исследований с экспериментальными данными не превышает пяти процентов.

Практическая ценность диссертации заключается в разработке следующих методик и средств:

комплексного мониторинга и управления вентиляцией силового электрооборудования подталкивающего электровоза переменного тока по величине активной мощности приводных электродвигателей, что позволяет проводить регулярную объективную проверку и регулировку вентиляции при проведении технического обслуживания и текущего ремонта и обеспечивать существенное повышение надежности электровозов без увеличения времени их простоя;

экспресс-оценки режима работы ТЭД при прохождении технических обслуживаний, текущих ремонтов и нахождении электровоза в ожидании работы, устанавливающей влияние эксплуатационных воздействий на температурно-влажностное состояние изоляции и исключающей ее интенсивное тепловое старение и переувлажнение у отдельных двигателей;

контроля ТЭД эксплуатируемого парка подталкивающих электровозов депо, позволяющего определять температурно-влажностное состояние изоляции и планировать мероприятия по обеспечению необходимого уровня ее диэлектрической прочности;

мониторинга и управления качеством эксплуатации ТЭД, обеспечивающей непрерывный контроль и регулирование температурно-влажностного режима ТЭД при ведении поезда на участке железной дороги.

Предложена математическая модель температурно-влажностного процесса ТЭД, которая позволяет создать «Бортовой программный комплекс расчета увлажненной изоляции обмоток ТЭД».

Реализация результатов работы. Полученные автором результаты работы приняты к внедрению Улан-Удэнским локомотивовагоноремонтным заводом (УУЛВРЗ), выполняющим средний и капитальный ремонт подталкивающих электровозов переменного тока, и локомотивными депо Иркутск-Со-ртировочный и Северобайкальск ВСЖД, эксплуатирующими эти электровозы.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на II международной науч.-техн. конференции (Тобольск, 2004); всероссийской научной конференции аспирантов «Молодежь и наука – третье тысячелетие» (Красноярск, 2006); всероссийской науч.-практ. конференции (Чита, 2006); всероссийской науч.-практ. конференции «Актуальные вопросы охраны интеллектуальной собственности» (Иркутск, 2006); IV Байкальском международном экономическом форуме (Иркутск, 2006); всероссийской науч.-практ. конференции «Транспорт-2007» (Ростов-на-Дону, 2007); III международной науч.-техн. конференции «Энергетика, экология, электроснабжение, транспорт» (Омск, 2007); заседаниях кафедры «Электроподвижной состав» ИрГУПСа (Иркутск, 2004 – 2008); совместном заседании кафедр «Подвижной состав электрических железных дорог» и «Электрические машины и общая электротехника» ОмГУПСа (Омск, 2006 – 2008); заседании кафедры «Электроподвижной состав» ДвГУПСа (Хабаровск, 2007). Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 17 научных работ – 16 статей (из них одна – в издании, определенном ВАКом) и один патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, приложения, библиографического списка из 98 наименований и содержит 182 страницы основного текста, 25 таблиц и 63 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы, отражена структура диссертации, характеризуется научная новизна и практическая ценность результатов исследований.

В первой главе представлен проведенный анализ надежности изоляции тяговых электродвигателей электровозов. Установлено, что на отказы ТЭД ВСЖД в последние годы эксплуатации приходится около одной пятой повреждений электровозов. С увеличением времени эксплуатации наблюдается рост количества случаев отказа тяговых электродвигателей НБ-418К6 и НБ-514. Наибольшее число отказов ТЭД имело место в аномально холодный период эксплуатации. На изоляционные конструкции приходится от 36,1 % (НБ-418К6) до 66,6 % (НБ-514) отказов ТЭД. Исследованиями сотрудников МИИТа установлено определяющее влияние температуры на скорость старения изоляционных конструкций ТЭД. Воздействие отрицательной экстремальной температуры приводит к уменьшению сопротивления изоляции, повышению токов утечки. Циклические воздействия отрицательной и положительной температуры вызывают необратимые изменения сопротивления изоляции и снижение ее пробивного напряжения. Анализ надежности изоляции тяговых электродвигателей, выполненный сотрудниками ОмГУПСа показал, что увеличение случаев отказа изоляции ТЭД отмечено в годы с более суровыми метеорологическими условиями зимних периодов. Анализ повреждения изоляции ТЭД по временам года показывает, что ее пробои имеют наибольшую частость в месяцы с наиболее низкой температурой окружающей среды, а также в снегопады и метели. Увлажнение изоляции ТЭД возможно при постановке охлажденного электровоза в отапливаемый цех и резких оттепелях в период нахождения его в запасе. Причиной увлажнения является то, что на поверхности яко­ря и катушек полюсов при охлаждении воздуха до точки росы образуются капельки влаги или твердый кристалличе­ский налет (иней). Состояние изоляции существенно изменяется в процессе работы ТЭД после длительного отстоя при низкой температуре. При нагревании изоляции ТЭД в первые 30 – 40 минут движения с поездом после длительного отстоя электровоза происходит ее увлажнение. Установлено, что значительная часть отказов (до 80 %) является следст­вием внезапного понижения уровня свойств изоляции вследствие увлажнения. Во второй главе приведены результаты экспериментально-статист-ического исследования надежности изоляции ТЭД подталкивающих электровозов. Установлены степень и характер влияния эксплуатационных факторов на развитие процессов повреждения изоляции ТЭД подталкивающих электровозов. На основании анализа надежности ТЭД рассчитаны параметры потока отказов тяговых электродвигателей ТЭД, электрических отказов ТЭД ЭЛ, якорей Я, главных, дополнительных полюсов и компенсационных обмоток. При установлении связи между ЭЛ и метеорологическими условиями эксплуатации в период с января 2002 по декабрь 2006 г. использованы данные о среднемесячных значениях параметра потока электрических отказов ТЭД, температуры в и колебания температуры воздуха в, давления водяного пара, содержащегося в воздухе, и его колебания, числа циклов перехода температуры окружающего воздуха через нулевое значение Nп, а также глубины промерзания грунта Н, которая, согласно результатам исследования сотрудников ОмГУПСа, определяет величину вертикальных ускорений ТЭД. Зависимости между эксплуатационными факторами и результирующим признаком приведены в табл.1.

Таблица 1

Характеристики связи между параметром потока электрических

отказов ТЭД и эксплуатационными факторами

Уравнение связи

Корреляционное отношение

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»