На правах рукописи

ДОЛГОВА Анна Владимировна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

КОЛЛЕКТОРНО-ЩЕТОЧНОГО УЗЛА ТЯГОВЫХ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ

Специальность 05.22.07 – «Подвижной состав железных дорог,

тяга поездов и электрификация»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ОМСК 2013

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

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор ХАРЛАМОВ Виктор Васильевич.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент ШАНТАРЕНКО Сергей Георгиевич – заведующий кафедрой «Технология транспортного машиностроения и ремонта подвижного состава», ОмГУПС;

доктор технических наук, доцент БУБНОВ Алексей Владимирович – профессор кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Омского государственного технического университета.

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС)».

Защита диссертации состоится 17 мая 2013 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при ФГБОУ ВПО «Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ)» по адресу:

644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, ауд. 219.

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

Автореферат разослан 15 апреля 2013 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета Д 218.007.01.

Тел./факс: (3812) 31-13-44; e-mail: [email protected]

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор О. А. Сидоров.

© Омский гос. университет путей сообщения,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Подвижной состав железных дорог России эксплуатируется в различных климатических зонах и подвержен комплексному воздействию тепловых, электрических и механических факторов. От надежности тягового подвижного состава и эффективности его использования зависит ритмичность и устойчивость работы железнодорожного транспорта. В настоящее время надежность работы тягового подвижного состава обеспечивается за счет совершенствования системы технического обслуживания и ремонта.

Тяговые машины относятся к наиболее нагруженному оборудованию электроподвижного состава. Одним из важнейших узлов подвижного состава является тяговый электродвигатель (ТЭД). Надежность работы ТЭД определяет бесперебойность и рентабельность работы железнодорожного транспорта. Анализ отказов электровозов по сети магистральных железных дорог России показывает, что процент отказов электровозов по причине неисправностей ТЭД достигает 15 %. Известно, что от состояния коллекторно-щеточного узла (КЩУ) в значительной степени зависит качество работы ТЭД подвижного состава. В процессе эксплуатации ТЭД в наибольшей степени изнашиваются элементы КЩУ. Количество отказов ТЭД по причине неисправности КЩУ по сети магистральных железных дорог России стабильно сохраняется на уровне 10 – 15 %.

Подобное состояние электровозного парка и ТЭД обусловливается ненадлежащим качеством текущих ремонтов, неэффективным диагностированием, что свидетельствует о недостаточной степени разработанности исследуемой темы.

В связи с этим актуальной остается задача оценки технического состояния и повышения эффективности диагностирования деталей и узлов ТЭД электровозов в условиях локомотивного депо посредством применения современных средств диагностирования.

Диссертационная работа выполнена в соответствии со «Стратегическими направлениями научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г.» («Белой книгой» ОАО «РЖД»), утвержденными президентом ОАО «РЖД» 31.08.2007 г., госбюджетной научноисследовательской работой Омского государственного университета путей сообщения «Совершенствование технологической готовности технического обслуживания и ремонта железнодорожного подвижного состава» (номер государственной регистрации – 01201151856).

Целью диссертационной работы является совершенствование технологии диагностирования коллекторно-щеточного узла для обеспечения работоспособности тяговых электродвигателей магистральных электровозов в эксплуатации.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) выполнить количественный и качественный анализ влияния состояния рабочей поверхности коллектора на работоспособность тягового электродвигателя и предложить диагностические параметры для оценки его технического состояния;

2) разработать методику оценки износа рабочей поверхности коллектора тяговых электродвигателей магистральных электровозов;

3) сформировать регрессионную модель для прогнозирования технического состояния коллекторно-щеточного узла в зависимости от эксплуатационных режимов и послеремонтных технологических параметров тягового электродвигателя;

4) предложить методику диагностирования коллекторно-щеточного узла тягового электродвигателя с применением метода тепловизионного контроля;

5) усовершенствовать технологический процесс ремонта тяговых электродвигателей магистральных электровозов.

Методы исследования. Поставленные задачи решались, основываясь на положениях теории электрических машин, теорий подобия и размерности, планирования эксперимента, с применением методов физического моделирования, регрессионного анализа. В процессе расчетов и анализа математических зависимостей применялись специализированные пакеты программ Mathcad 14.0, электронные таблицы Microsoft Excel 2010 и встроенный в них язык программирования Visual Basic for Applications. Разработка оригинальных программных продуктов осуществлялась в среде Borland C++ Builder. Экспериментальные исследования проводились на специально разработанных установках и реальных электрических машинах.

Научная новизна настоящей диссертационной работы заключается в следующем:

1) предложены диагностические параметры для оценки технического состояния коллектора тяговых электродвигателей магистральных электровозов, удовлетворяющие требованиям доступности измерения и достоверности результатов;

2) разработана методика оценки износа коллекторов тяговых электродвигателей с использованием предложенных диагностических параметров;

3) сформированы критерии подобия для оценки износа рабочей поверхности коллектора тяговых электродвигателей на основе теории подобия и размерностей, учитывающие параметры модельных и натурных машин;

4) получена регрессионная модель для прогнозирования износа рабочей поверхности коллектора, учитывающая послеремонтные технологические параметры, эксплуатационные режимы тягового электродвигателя и сформированные критерии подобия.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) методика оценки износа коллектора тяговых электродвигателей с учетом предложенных диагностических параметров для оценки его технического состояния;

2) регрессионная модель для оценки износа рабочей поверхности коллектора тягового электродвигателя, учитывающая послеремонтные технологические параметры и сформированные критерии подобия;

3) алгоритм диагностирования технического состояния коллекторнощеточного узла, позволяющий усовершенствовать технологический процесс ремонта для обеспечения работоспособности тяговых электродвигателей магистральных электровозов в эксплуатации.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена результатами экспериментальных исследований. Расхождение результатов теоретических исследований износа коллектора с экспериментальными данными не превышает 8 %.

Практическая ценность диссертации заключается в следующем:

1) разработанная методика оценки износа коллектора позволяет корректировать технологический процесс ремонта тягового электродвигателя в зависимости от фактического технического состояния коллекторно-щеточного узла;

2) сформированная регрессионная модель и предложенный алгоритм оценки износа коллектора позволяют прогнозировать величину износа коллектора и ресурс тягового электродвигателя в зависимости от режимов эксплуатации и послеремонтных технологических параметров;

3) разработанный алгоритм диагностирования технического состояния коллекторно-щеточного узла позволяет усовершенствовать технологический процесс ремонта для обеспечения работоспособности тяговых электродвигателей магистральных электровозов в эксплуатации;

4) предложенный диагностический параметр – температурный градиент по направлению «щеткодержатель – щетка – коллектор» позволяет выявлять неисправности в коллекторно-щеточном узле тягового электродвигателя.

Реализация результатов работы. Основные положения диссертационной работы приняты к использованию в технологическом процессе текущего ремонта ТР-3 электровозов ВЛ-10 в ремонтном локомотивном депо Тайга Западно-Сибирской дирекции по ремонту тягового подвижного состава.

Личный вклад соискателя. Предложены диагностические параметры для оценки технического состояния рабочей поверхности коллектора тягового электродвигателя магистральных электровозов; разработана методика оценки износа коллектора тягового электродвигателя, учитывающая предложенные диагностические параметры; сформированы критерии подобия для оценки износа рабочей поверхности коллекторов с использованием физических моделей; составлен алгоритм и получены регрессионные модели для прогнозирования износа коллектора; усовершенствован технологический процесс ремонта тягового электродвигателя магистрального электровоза. Основные положения и результаты, изложенные в диссертации, получены автором самостоятельно.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на XVI международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии»

(Томск, 2010); на научно-практической конференции с международным участием «Инновации для транспорта» (Омск, 2010); на научно-практических конференциях «Инновационные проекты и новые технологии в образовании, промышленности и на транспорте» (Омск, 2011 – 2012); на всероссийской научнопрактической конференции «Транспорт-2012» (Ростов-на-Дону, 2012); на всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов» (Омск, 2012); на международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию Сибирского государственного университета путей сообщения «Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе» (Новосибирск, 2012).

Публикации. Основное содержание работы

опубликовано в 12 печатных работах, из которых три – в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, заключения, библиографического списка из 115 наименований и двух приложений. Общий объем диссертации составляет 212 страниц, включая 38 таблиц и 111 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении описывается состояние проблемы, обосновывается актуальность проводимых исследований, сформулированы научная новизна и практическая ценность работы.

В первом разделе проведен анализ технического состояния магистральных электровозов сети железных дорог России, отказов ТЭД и факторов, обусловливающих износ КЩУ. Проведен анализ известных методов контроля профиля коллектора и диагностических параметров для оценки его технического состояния.

Исследованию надежности работы тягового подвижного состава магистральных железных дорог в условиях эксплуатации, системам технического обслуживания и ремонта уделялось значительное внимание такими учеными, как В. Д. Авилов, Ю. А. Бахвалов, В. И. Бервинов, И. И. Галиев, А. И. Володин, З. Г. Гиоев, В. А. Четвергов, Р. Ф. Бекишев, В. Г. Щербаков, А. Д. Глущенко, М. П. Пахомов, И. П. Исаев, В. А. Камаев, В. И. Киселев, В. А. Кучумов, А. Л. Лисицын, В. Н. Лисунов, В. Б. Медель, А. П. Павленко, Е. С. Павлович, А. В. Плакс, В. В. Привалов, С. И. Качин, А. Н. Савоськин, В. П. Феоктистов и др.

Анализ статистических данных по отказам узлов магистральных электровозов и ТЭД показал, что значительное число отказов ТЭД обусловлено неудовлетворительным состоянием рабочей поверхности коллектора, полученной при ремонте. На основе анализа современного состояния вопроса сформулированы цель и задачи настоящего исследования.

Во втором разделе выполнен количественный и качественный анализ влияния состояния рабочей поверхности коллектора на работоспособность ТЭД магистральных электровозов. По результатам исследований, проведенных на базе локомотивного депо с помощью прибора контроля профиля коллектора электрических машин ПКП-4М, разработанного на кафедре «Электрические машины и общая электротехника» ОмГУПСа, получены профилограммы 75 коллекторов ТЭД на различных этапах ремонта. Из полученных профилограмм сформированы выборки для следующих групп двигателей: до ремонта, после ремонта, после проведения приемо-сдаточных испытаний. Наиболее характерные профилограммы тяговых двигателей приведены на рис. 1 – 3.

Математическая обработка экспериментальных данных выполнена с помощью разработанного пакета программного обеспечения Profilometr. Рассчитаны известные диагностические параметры и значения средних квадратических отклонений (СКО) относительных высот ламелей коллектора, перепадов, их СКО. Осуществлено разложение периодической функции профиля коллектора h(x), заданной рядом значений hj, по тригонометрическим функциям и построено распределение относительных высот ламелей, что позволило оценить состояние профиля коллектора.

Отклонение профиля коллектора от идеальной цилиндрической формы в значительной степени зависит от состояния оборудования, используемого для формовки коллектора на заводе и его ремонта. Некачественная сборка ТЭД также приводит к появлению эксцентриситета коллектора.

При значительных по амплитуде первой и второй гармонических составляющих (рис. 4 – 6) распределение относительных высот ламелей не может быть описано нормальным законом.

Амплитуда, мкм -> Рис. 1. Профилограмма коллектора ТЭД Рис. 3. Профилограмма коллектора ТЭД после приемо-сдаточных испытаний Установлена степень соответствия между гипотезой о нормальном распределении относительных высот ламелей и статистическими данными с помощью критерия согласия 2 Пирсона.

1-й – 5-й гармоник коллектора ТЭД Установлено, что распределение относительных высот коллекторных пластин без учета первой и второй гармонических составляющих (рис. 7) близко к нормальному (значение 2 = 8,9 меньше критического).

-19,87-17,61-15,34-13,08-10,81 -8,55 -6,29 -4,02 -1,76 0,50 2,77 5,03 мкм 8, Рис. 7. Гистограмма распределения высот коллекторных пластин ТЭД после приемо-сдаточных испытаний без учета первой и второй гармоник По результатам количественного и качественного анализа влияния состояния рабочей поверхности коллектора на работоспособность ТЭД ТЛ-2К1 магистральных электровозов предложены диагностические параметры для комплексной оценки состояния профиля коллектора. Качество механической обработки и сборки следует оценивать по изменению значений амплитуды 1-й – 5-й гармонических составляющих периодической функции профиля коллектора на всех стадиях ремонта; качество формовки коллектора – по виду и параметрам закона распределения относительных высот ламелей (математическому ожиданию и СКО относительных высот ламелей коллектора) до и после проведения приемо-сдаточных испытаний ТЭД без учета первой и второй гармонических составляющих.

В третьем разделе приведены результаты разработки методики оценки износа рабочей поверхности коллектора ТЭД магистральных электровозов.

В результате анализа существующих методов определения износа применительно к коллекторам электродвигателей выбраны методы микрометрических измерений и шаблонный.

Исследования изнашивания коллектора ТЭД проведены на модельной машине постоянного тока П31М с номинальной частотой вращения якоря 3000 мин –1, что позволяет широко варьировать частоту вращения при экспериментальных исследованиях.

Для определения электромеханического износа коллектора получены его профилограммы в четырех точках: три следа щеток и базовый (неизнашиваемый) след. Для оценки электромеханического износа из расчета исключены первая и вторая гармонические составляющие, учитывающие эксцентриситет и овальность коллектора. Профилограммы базового следа на различных этапах экспериментальных исследований приведены на рис. 8.

Рис. 8. Профилограмма базового следа коллектора в холодном состоянии без учета первой и второй гармонических составляющих: 1 – до испытаний;

Определены значения относительных высот ламелей коллектора базового следа в исходном состоянии как множество Ax0, значения выбранного для оценки износа следа Bx0; значения относительных высот ламелей коллектора базового следа после проведения испытаний как множество Axm, значения выбранного для оценки износа следа Bxm.

Для множеств Ax0 и Bx0, Axm и Bxm найдены соответствующие разности, обозначенные как множества Сx0 и Сxm:

Для полученных множеств Сx0 и Сxm также определено абсолютное значение износа xm как разность:

Ввиду того, что электроэрозионному износу в наибольшей степени подвергаются пластины коллектора, соединенные с последними секциями в пазу, целесообразно выделить эти пластины из общего множества. В модельной машине П31М такому износу подвергается каждая четвертая ламель, следовательно, электромеханический износ при наличии электродугового искрения где n 2, 3,..., – число ламелей, соответствующее последним секциям в пазу;

d – шаг ламелей, подключенных к последним секциям в пазу; x – число ламелей коллектора; Exk – значение электромеханического износа k-й ламели при наличии электродугового искрения.

В свою очередь электромеханический износ без учета электродугового искрения где t [1,...,72]; t 4 j; j [1,..., ] ; Mxi – значение электромеханического износа i-й ламели.

Алгоритм определения электромеханического износа коллектора приведен на рис. 9.

Рис. 9. Алгоритм определения износа коллектора В предложенной методике оценки износа коллектора особое внимание уделено оценке электромеханического износа при наличии электродугового искрения. С применением микрометрического и визуально-оптического методов определения износа получены фигуры изменения интенсивности электромеханического износа коллекторных пластин при наличии электродугового искрения (рис. 10). Кривые, ограничивающие полученные фигуры, аппроксимированы кубическим сплайном (рис. 11).

Рис. 10. Коллектор машины постоянного тока П31М после 670 мин испытаний По результатам математической обработки экспериментальных данных рассчитана площадь фигур изменения интенсивности электромеханического износа при наличии электродугового искрения (табл. 1).

Результаты вычисления площади фигур изменения интенсивности электромеханического износа при наличии электродугового искрения Результаты оценки электромеханического износа коллектора по предложенному алгоритму, реализованному в программном продукте Wear 1.0, приведены на рис. 12.

Рис. 12. Диаграмма электромеханического износа (2) и электромеханического износа при наличии электродугового искрения (1) В четвертом разделе приведены результаты экспериментальных исследований изнашивания коллектора ТЭД магистральных электровозов с использованием модельной машины постоянного тока П31М и выполнена математическая обработка результатов экспериментальных исследований.

С использованием методов теории подобия и размерностей сформированы критерии подобия для оценки износа рабочей поверхности коллектора ТЭД.

На основе уравнения износа Р. Хольма выделены основные параметры, оказывающие влияние на износ коллектора ТЭД.

Применительно к ТЭД ТЛ-2К1 и модельной машине постоянного тока П31М критерии подобия для механического м и электромеханического износа при наличии электродугового искрения h принимают следующий вид:

где pщ – удельное давление на щетку; n – частота вращения якоря; D – диаметр коллектора; HB – твердость поверхности коллектора; ia – ток якоря; iп – ток подпитки; лин – линейная скорость точки на коллекторе; jщ – плотность тока в щетках; La – индуктивность обмотки якоря; Sщ – площадь щеток.

В результате расчетов для модельной машины определены значения удельного давления на щетку pщ.м = 0,245 кг/см2, суммарной площади щеток Sщ.м = 372,65 мм2, а также тока якоря iам = 32,9 А при прочих номинальных значениях выбранных параметров.

Для исследования изнашивания коллектора на базе лаборатории ОмГУПСа создана экспериментальная установка, параметры которой экспериментального стенда лен эксперимент (табл. 2).

В качестве отклика системы приняты величина электромеханического износа h и площадь электромеханического износа ламели коллектора Sh при наличии электродугового искрения.

Для анализа полученных профилограмм использован специально разработанный программный продукт ProfilShift. По результатам математической обработки данных, полученных в ходе исследования, рассчитаны коэффициенты регрессионных моделей, для которых определены доверительные интервалы.

Оценка значимости коэффициентов уравнения регрессии выполнена с помощью t-критерия Стьюдента.

По результатам оценки значимости коэффициентов сформированы уравнения регрессии электромеханического износа коллектора (9) и площади электромеханического износа ламели коллектора при наличии электродугового искрения (10) в кодированных значениях.

С помощью критерия согласия 2 Пирсона определена степень соответствия распределения экспериментальных значений износа коллектора нормальному закону распределения. Адекватность полученной регрессионной модели оценена при помощи F-критерия Фишера (Fр = 0,63; Fт = 2,83; Fр < Fт):

2,82 0,0672 x1 0,0673x2 0,0656 x3 0,0423x4 0,0414 x5 0,032 x Sh 9,67 1,2 x1 1,48x2 2,35x3 1,49x4 1,21x5 1,05x1 1,04x3.

На основе перехода от кодированных значений факторов к натуральным получены регрессионные модели электромеханического износа коллектора модельной машины П31М при наличии электродугового искрения (рис. 14, 15), позволяющие с учетом ранее приведенных критериев подобия оценивать величину износа коллектора ТЭД ТЛ-2К1:

15,31 0,002I a 3 10 4 Sщ 0,97 A 0,005n 45,55 pщ 4,72 10 6 I a Sh 9,67 0,08I a Для оценки адекватности полученных результатов исследований проведена серия экспериментов, в ходе которых регистрировались профилограммы базовой поверхности коллектора в различные моменты времени и при разной частоте вращения.

мин- Рис. 14. Зависимость электромехани- Рис. 15. Зависимость площади электроческого износа от интенсивности механического износа от интенсивности искрения и частоты вращения якоря искрения и частоты вращения якоря Адекватность полученных результатов оценивалась при помощи tкритерия Стьюдента и F-критерия Фишера (Fр = 1,01; Fт = 1,74; Fр < Fт).

В пятом разделе приведены результаты термографических исследований состояния КЩУ модельной машины П31М и тягового электродвигателя ТЛК1. Термографами «Иртис» и «Flir» регистрировались термограммы в различных точках КЩУ. По полученным данным строились кривые нагрева и охлаждения, которые аппроксимировались логарифмическими функциями (рис. 16).

до 600 с. На основании анализа результатов термографических исследований можно утверждать, что различие Рис. 16. Кривые нагрева щеток маши- значений температуры в неисправном ны П31М с предварительно внесенны- и исправном коллекторно-щеточных ми неисправностями: 1 – уменьшено контактах в соответствующих точках нажатие на щетку; 2 – исправный ще- достигает 23°С и проявляется во вреточный контакт; 3 – щетка не притерта менном интервале до 600 с для ТЭД По результатам исследований для оценки состояния КЩУ предложено использовать температурный градиент по направлению «щеткодержатель – щетка – коллектор» в течение периода активного изменения температуры в работающем коллекторно-щеточном узле.

В шестом разделе приведены результаты усовершенствования технологического процесса ремонта ТЭД. Исходными данными при анализе существующего технологического процесса являлись действующие технологические карты ремонта ТЭД. Для оценки технического состояния ТЭД составлен алгоритм его диагностирования (рис. 17). После демонтажа ТЭД (рис. 18) из-под электровоза с помощью аппаратно-программного комплекса Profilometr следует регистрировать профиль коллектора до деповского ремонта. По величине математического ожидания и СКО относительных высот ламелей коллектора, а также по значениям амплитуды 1-й – 5-й гармонических составляющих профиля коллектора следует сделать вывод о степени отклонения профиля коллектора от идеальной цилиндрической формы и о необходимости механической обработки коллектора.

При удовлетворительном состоянии поверхности коллектора необходимо оценить площадь фигур изменения интенсивности электромеханического износа ламелей коллектора по отношению к площади контакта ламели и щетки.

Sh соответствует качество сборки При проведении механической обработки осуществляется регистрация профиля коллектора ТЭД. По изменению значений амплитуды 1-й – 5-й гармонических составляющих профиля коллектора формируется заключение о качестве его механической обработки.

Регистрация профиля электромеханического профиля коллектора Рис. 18. Предлагаемый маршрут качества работ и формируется комплекс Удовлетворительное состояние рабочей поверхности коллектора ТЭД позволяет исключить операцию его механической обработки.

Проведение сборочных операций (рис. 19) целесообразно завершать регистрацией профиля коллектора тягового двигателя. По изменению значений амплитуды 1-й – 5-й гармонических составляющих функции профиля коллектора после сборочных операций оценивается качество сборки электродвигателя.

В процессе испытания ТЭД на нагревание (рис. 20) предложено регистрировать термограммы деталей коллекторно-щеточного узла в период активного изменения температуры в работающем КЩУ и контролировать интенсивность искрения. По температурному градиенту в направлении «щеткодержатель – щетка – коллектор» предложено оценивать техническое состояние КЩУ.

При удовлетворительном состоянии КЩУ регистрируется профиль коллектора в горячем состоянии. По изменению СКО относительных высот коллекторных пластин без учета первой и второй гармонических составляющих функции профиля коллектора, а также по изменению степени соответствия закона распределения относительных высот коллекторных пластин нормальному закону предложено судить о качестве формовки коллектора на заводеизготовителе. На заключительном этапе ремонта предложено комплексно оценивать качество механической обработки коллектора, обеспечение режимов резания и состояние металлообрабатывающего оборудования в депо, качество сборки тягового двигателя, качество формовки коллектора на заводеизготовителе.

Внедрение усовершенствованного технологического процесса ремонта ТЭД позволяет повысить достоверность и объективность диагностирования состояния рабочей поверхности коллектора электродвигателя в условиях локомотивного депо. Это приведет к повышению работоспособности ТЭД магистральных электровозов в эксплуатации: снижению количества отказов, уменьшению числа неплановых ремонтов и увеличению срока службы. Ожидаемый экономический эффект от внедрения предложенных решений должен составить 5 тыс. р. из расчета на один электровоз; срок окупаемости внедрения усовершенствованного технологического процесса должен составить менее одного года на программу ремонта 100 локомотивов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Выполнен количественный и качественный анализ влияния состояния рабочей поверхности коллектора на работоспособность тяговых электродвигателей магистральных электровозов и предложены диагностические параметры для оценки технического состояния коллекторов, удовлетворяющие требованиям доступности измерения и достоверности результатов. Качество механической обработки и сборки коллектора следует оценивать по изменению значений амплитуды 1-й – 5-й гармонических составляющих периодической функции профиля коллектора на всех стадиях ремонта; качество формовки – по виду и параметрам закона распределения относительных высот ламелей (математическому ожиданию и СКО) без учета первой и второй гармонических составляющих до и после проведения приемо-сдаточных испытаний тягового двигателя.

2. Разработана методика оценки износа рабочей поверхности коллектора тягового электродвигателя с использованием предложенных диагностических параметров, позволяющая корректировать технологический процесс ремонта тягового электродвигателя в зависимости от фактического технического состояния коллекторно-щеточного узла.

3. Сформированы критерии подобия для оценки износа рабочей поверхности коллектора тягового двигателя, позволяющие рассчитывать параметры для физического моделирования с возможностью распространения результатов исследований на тяговый электродвигатель.

4. Получены регрессионные модели и составлен алгоритм, позволяющие прогнозировать износ коллектора в зависимости от эксплуатационных режимов и послеремонтных технологических параметров тягового электродвигателя.

5. Предложена методика диагностирования коллекторно-щеточного узла с использованием температурного градиента в направлении «щеткодержатель – щетка – коллектор» в период активного изменения температуры в работающем коллекторно-щеточном узле тягового электродвигателя.

6. Составлен алгоритм диагностирования коллектора ТЭД и усовершенствован технологический процесс ремонта тягового электродвигателя ТЛ-2К1, позволяющие повысить объективность оценки технического состояния ТЭД, и обеспечить его работоспособность в эксплуатации.

7. Ожидаемый экономический эффект от внедрения предложенного технологического процесса ремонта ТЭД должен составить около 5 тыс. р. из расчета на один электровоз; срок окупаемости внедрения усовершенствованного технологического процесса должен составить менее одного года на программу ремонта 100 локомотивов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Определение диагностических параметров для оценки состояния профиля коллектора тягового электродвигателя / В. В. Х а р л а м о в, А. В. Д о л г о в а и др. // Омский научный вестник. Сер. «Приборы, машины и технологии». – 2011. – Вып. 1(97). – С. 121.

2. Х а р л а м о в В. В. Применение теории подобия при моделировании износа коллекторно-щеточного узла тягового электродвигателя / В. В. Х а р л а м о в, П. К. Ш к о д у н, А. В. Д о л г о в а // Известия Транссиба. – 2011. – Вып. 4(8). – С. 57.

3. Д о л г о в а А. В. Совершенствование метода оценки износа коллектора тягового электродвигателя / А. В. Д о л г о в а // Омский научный вестник. Сер.

«Приборы, машины и технологии». – 2012. – Вып. 3(113). – С. 227.

4. Д о л г о в а А. В. К вопросу о совершенствовании технологии ремонта тяговых электродвигателей локомотивов / А. В. Д о л г о в а, П. К. Ш к о д у н // Молодой ученый. – 2010. – Вып. 1-2 (13). Т. I. – С. 51.

5. А х у н о в Д. А. Оценка состояния профиля коллектора тяговых электродвигателей / Д. А. А х у н о в, А. В. Д о л г о в а // Современные техника и технологии: Сб. тр. XVI междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых / Томский политехн. ун-т. – Томск, 2010. – С. 418 – 420.

6. Комплексная оценка состояния профиля коллектора тягового электродвигателя / В. В. Х а р л а м о в, А. В. Д о л г о в а и др. // Трансвуз-2010. Инновации для транспорта: Сб. науч. ст. с междунар. участием / Омский гос. ун-т путей сообщения. – Омск, 2010. – Ч. 2. – С. 27 – 32.

7. Совершенствование технологии диагностирования тяговых электродвигателей после проведения ремонта в условиях локомотивного депо / В. В. Х а р л а м о в, А. В. Д о л г о в а и др. // Инновационные проекты и новые технологии в образовании, промышленности и на транспорте: Материалы науч.-практ. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. – Омск, 2011. – С. 23 – 31.

8. Х а р л а м о в В. В. Использование математического аппарата теории подобия для оценки износа элементов коллекторно-щеточного узла тягового электродвигателя / В. В. Х а р л а м о в, П. К. Ш к о д у н, А. В. Д о л г о в а // Труды всерос. науч.-практ. конф. «Транспорт-2012» / Ростовский. гос. ун-т путей сообщения. – Ростов-на-Дону, 2012. – Ч. 1. – С. 426 – 428.

9. Обоснование выбора метода определения износа коллектора тяговых электродвигателей / В. В. Х а р л а м о в, А. В. Д о л г о в а и др. // Инновационные проекты и новые технологии в образовании, промышленности и на транспорте:

Материалы науч.-практ. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. – Омск, 2012. – С. 90 – 97.

10. Х а р л а м о в В. В. Алгоритм оценки износа коллектора тягового электродвигателя / В. В. Х а р л а м о в, П. К. Ш к о д у н, А. В. Д о л г о в а // Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе: Материалы науч.практ. конф. / Сибирский гос. ун-т путей сообщения. – Новосибирск, 2012. – С. 378 – 380.

11. Оценка механической составляющей износа коллектора тяговых электрических двигателей / В. В. Х а р л а м о в, А. В. Д о л г о в а и д р. / / Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов: Материалы всерос. науч.-практ. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. – Омск, 2012. – С. 133 – 138.

12. Совершенствование метода оценки механической и электроэрозионной составляющих износа коллектора тяговых электродвигателей / В. В. Х а р л а м о в, А. В. Д о л г о в а и др. / / Молодой ученый. – 2010. – Вып. 12 (47). Т. I.

– С. 107.