книги / Надежность электрических машин

291

Вероятность отказа щёток в этом же интервале в предположении нормального распределения отказов

при этом среднее статистическое значение времени отказов электрощёток

Рассмотренная методика оценки надёжности электрощёток основана на использовании статистических данных испытания на надёжность выборки электрощёток объёмом n.

292

Вероятность безотказной работы, или надёжность, коллек- торно-щёточного узла Pщ. у (t) практически можно определить

через вероятность безотказной работы щёточного аппарата

Pщ. а(t) , положив [34]

Расчёт надёжности щёточного аппарата машины постоянного тока Pщ. а(t) базируется на использовании кривой вероятности

безотказной работы Pщ(t) для генеральной совокупности элек-

трощёток данной марки. На практике, однако, обычно располагают только статистической оценкой указанной характеристики и областью её доверительных значений. Щёточный аппарат при данном расчёте рассматривают как некоторую резервированную систему с дробным коэффициентом резервирования, определяемым опытным путём по уравнению

число отказов щёток, не приводящее к отказу машины, которое определяется в ходе испытаний.

Комплект щёток в машине можно рассматривать как выборку объёмом N из большой генеральной совокупности, характеризуемой кривой надёжности Pщ(t) [34]. Для некоторого выбран-

ного момента времени ti по исходной кривой надёжности опре-

Если допустимое число отказов щёток в комплекте равно n1 , то по теории вероятности вероятность того, что при N испытаниях встретится не более n1 отказов [34],

293

K – отказы от 0 до n1 .

Величина PN (n1) есть суммарная вероятность появления при испытаниях K = 0,1,2,…, n1 отказов, которая по условию допустимости n1 отказов будет соответствовать вероятности безотказ-

ной работы щёточного аппарата. На основании изложенного вероятность надёжной работы щёточного аппарата можно представить в виде

K =0

Вероятность того, что при испытаниях встретится более чем n1 отказов щёток, представляет собой вероятность отказа щёточного аппарата. Например, при наличии в машине двух щёток

Следовательно, расчёт вероятности безотказной работы щёточного аппарата Pщ. а (t) сводится к использованию уравнения (219) для фиксированных моментов времени ti . Однако это

уравнение является громоздким для расчёта, поэтому удобнее воспользоваться следующим уравнением [34]:

294

Все последующие члены под знаком суммы в уравнении (219) определяются по уравнению (221). Для любого фиксированного

K =0

Расчёт надёжности щёточного аппарата машины постоянного тока по уравнениям (217) и (221) – (223) выполняют в следующей последовательности.

Выбирают интервал t1 . По интервалу t1 выбирается Pщ(t1) .

K =0

295

13.3. Повышение надёжности машин постоянного тока

Для повышения надёжности МПТ нужно при проектировании, производстве и эксплуатации этих машин обеспечить осуществление необходимых конструктивных и технологических мер, а также использование качественных активных и конструктивных материалов.

При проектировании МПТ для повышения надёжности необходимо:

–шире использоватьтеплостойкие изоляционные материалы;

–более рационально распределять удельные нагрузки на материалы отдельных частей машины;

–применять более жёсткие нормы при расчёте корпусной

ивитковой изоляции ЭМ.

При производстве ЭМ следует:

– повысить качество используемых в машинах активных

иконструкционных материалов;

–улучшить выполнение обмоточно-изоляционных работ;

–повысить уровень контроля и испытаний при производстве машин.

При эксплуатации машин требуется:

–повышение культуры эксплуатации ЭМ, обеспечение повседневного ухода и наблюдения за ними;

–строгое выполнение программы профилактических мероприятий;

–введение систематического наблюдения за режимами работы машин.

Надёжность МПТ количественно определяется совокупностью вероятностных характеристик и параметров, отражающих закономерности возникновения отказов в конкретных условиях эксплуатации. Предельное использование МПТ в значительной мере определяется их коммутационной надёжностью. Достижения в проектировании, изготовлении и настройке машин позволяют получать достаточно высокий уровень их коммутационной надёжности. Но при массовом производстве машин возникают

296

трудности из-за технологических отклонений различных параметров машин в процессе их производства. Технологическими причинами, оказывающими влияние на коммутацию машины, являются отклонения контактных нажатий и параметров магнитной системы, а также перепады уровней соседних пластин в коллекторах.

Важными мероприятиями по повышению надёжности МПТ при их массовом производстве являются количественное определение влияния на коммутацию технологических отклонений параметров магнитной системы и коллекторно-щёточного узла, а также разработка соответствующих допусков на эти отклонения.

В гл. II представлены количественные оценки показателей надёжности ЭМ, а в гл. III и гл. IX – широко используемые следующие статистические критерии:

– вероятность безотказной работы машин Р(t) в течение определённого заданного промежутка времени по уравнениям (3),

(4)и рис. 3;

–частота отказов машин а(t) , определяемая уравнением (5)

(см. гл. II);

– средняя интенсивность отказов машин λ(t) , определяемая уравнением

личество исправно работающих образцов в конце интервала ∆t. В ряде случаев для более полной количественной оценки на-

дёжности МПТ необходимо знать ещё следующие данные [36]:

297

где λ(t) – средняя интенсивность отказов машины по уравнению

(224);

– среднее время между двумя соседними отказами машины (называемое наработкой на отказ)

где r – число отказов машины за время t; ti – время исправной работы машины между (i–1)-м и i-м отказами;

– коэффициент профилактики и ремонта машины

где ∑tрем – суммарное время (ч), затрачиваемое на необходи-

мую профилактику и ремонт машины в течение года (месяца) для поддержания её в исправном состоянии; tраб – время (ч) без-

отказной работы машины в течение года (месяца);

– частоту профилактики и ремонта машины

где nрем − число ремонтов машины в течение года (месяца), ∑tраб.п – суммарное время работы и вынужденного простоя её

втечение года (месяца);

–коэффициент простоя машины

где tп – время вынужденного простоя машины в течение года (месяца);

298

– коэффициент ремонтопригодности машины

где ∑Сгод − сумма затрат времени и средств (в течение года) на

обнаружение, устранение и предупреждение отказов машины, С0 – стоимость новой машины.

Так, в примере, приведенном в гл. I, для шести прокатных двигателей постоянного тока типа ПКБ250/145 по формуле (225) получено среднее время безотказной работы (2 года), а по формуле (226) – наработка на отказ (1,4 года). Для иллюстрации по вышепредставленным формулам рассчитаны дополнительные оценки надёжности этих двигателей: по фомуле (227) коэффициент профилактики и ремонта kрем = 0,03 ; по формуле (228) час-

тота этой профилактики и ремонта fрем = 0,10 ; по формуле (230)

коэффициент ремонтопригодности с учётом затрат на капиталь-

ные ремонты kрп = 0,14 −0,16 [36].

С целью повышения надёжности двигателей ПКБ250/145 в период их эксплуатации были внедрены отдельные усовершенствования в конструкцию якоря и улучшены условия эксплуатации. Было проведено конструктивное изменение лобовой части обмотки якоря и обмоткодержателя путём создания вентиляционных каналов между секциями для снижения их нагрева, установлен автоматический контроль нагрева обмотки якоря и улучшено выравнивание нагрузок между двумя прокатными двигателями.

В период эксплуатации одной из частых причин выхода МПТ из строя является повреждение коллекторно-щёточного узла, поэтому особое внимание следует уделять улучшению конструкции и работы коллектора и щёточного аппарата. Этому способствует тщательно разработанная технология изготовления ротора. Она должна предусматривать заготовку коллекторных пластин с точными размерами профиля для данного диаметра

299

коллектора и числа коллекторных пластин, применение высококачественной миканитовой изоляции между пластинами и обеспечение подходящих значений арочного распора пластин для получения необходимой монолитности коллектора.

Под точностью размеров профиля пластин для коллекторов машин с повышенной нагрузкой подразумевается требуемая конусность их с допуском в пределах ±0,010 мм, а также точность

профиля пластин для коллекторов нормальных машин – в преде-

лах ±0,015 мм.

В целях уменьшения износа коллекторов во время эксплуатации ответственных машин постоянного тока нужно для изготовления коллекторных пластин применять материал с повышенной износостойкостью, например кадмиевую медь или сплав меди с серебром. Но для коллекторов нормальных МПТ массового производства находит широкое применение обычная твёрдотянутая электролитическая медь. Сборка и формовка коллекторов в их корпусах и насадка на вал якоря представляют собой особо ответственные технологические операции, от тщательного выполнения которых зависит монолитность коллектора и срок его службы.

Для повышения надёжности работы скользящего контакта за счёт снижения износа электрощёток на коллекторе, как показывает опыт, нужно вводить в углеродистые материалы электрощёток при их изготовлении небольшое количество фторопласта, что ведёт к возрастанию их износостойкости и улучшению антифрикционных свойств. Испытания образцов щёток показали, что введение фторопласта-4 в их металлографитовую композицию в количестве 2–4 % от общей массы улучшает её износостойкость, но одновременно приводит к возрастанию переходного падения напряжения под щётками.

Эффект повышения износостойкости щёток наблюдается также при применении электрощёток с пропитывающими веществами, например углеродистым литием, линолеатом кобальта. Но пропитка щёток несколько снижает их коммутационные свойства.

300

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. пособие для втузов/ В.Е. Гмурман. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1977. – 479 с.

2.Мацкевич И.П. Высшая математика. Теория вероятностей и математическая статистика / И.П. Мацкевич, Г.П. Свирид. – Минск: Вышэйшая школа, 1993. – 270 с.

3.Ермолин Н.П. Надёжность электрических машин / Н.П. Ермолин, И.П. Жерихин. – Л.: Энергия, 1976. – 248 с.

4.Кузнецов Н.Л. Методы экспериментальной оценки надёжности электрических машин: учеб. пособие по курсу «Надёжность и контроль электрических машин» / Н.Л. Кузнецов; Московский энергетический институт. – М., 1990. – 82 с.

5.Котеленец Н.Ф. Испытания и надёжность электрических машин: учеб. пособие для вузов по спец. «Электромеханика» / Н.Ф. Котеленец, Н.Л. Кузнецов. – М.: Высшая школа, 1988. –232 с.

6.Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин / Г.К. Жерве. – 4-е изд., сокр. и перераб. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1984. – 408 с.

7.ГОСТ 10169–77. Машины электрические трёхфазные синхронные. Методы испытаний.

8.ГОСТ 16264.0–85 – ГОСТ 16264.5–85. Машины электрические малой мощности. Двигатели и общие технические условия.

9.Судаков А.И. Экспресс-анализ результатов автоматизированных испытаний синхронных машин: автореф. дис. … канд. техн. наук / А.И. Судаков; Урал. политехн. ин-т. – Свердловск, 1991. – 20 с.

10.Судаков А.И. Идентификация переходных процессов электрических машин вероятностными методами и методами математической статистики / А.И. Судаков // Электрические машины и электромашинные системы: сб. науч. тр. / Перм. гос.

техн. ун-т. – Пермь, 1999. – С. 128 – 137.