Презентация текст

Тяговый электродвигатель постоянного тока ТЛ – 2К1 предназначен для преобразования электрической энергии, получаемой из контактной сети, в механическую. Вращающий момент с вала якоря двигателя передается на колесную пару через двустороннюю одноступенчатую цилиндрическую косозу-бую зубчатую передачу. При такой передаче подшипники двигателя не получают добавочных нагрузок по аксиальному направлению [1].

Подвеска электродвигателя опорно – осевая. Электродвигатель с одной стороны опирается моторно – осевыми подшипниками на ось колесной пары электровоза, а с другой, на раму тележки через шарнирную подвеску и резиновые шайбы.

Тяговый электродвигатель имеет высокий коэффициент использования мощности 0,74 при максимальной скорости электровоза [1].

Система вентиляции независимая, аксиальная, с подачей вентилирующего воздуха сверху в коллекторную камеру и выбросом вверх, с противоположной стороны вдоль оси двигателя.

Количество воздуха, подаваемого в двигатель, а также потери полного напора определяют аэродинамическими характеристиками двигателя ТЛ – 2К1.

Нагрев электродвигателя при тяговых расчетах определяется по кривым нагрева и охлаждения.

1.2 Устройство коллектора

Коллекторы ТЭД (рисунок 1.2) состоят из медных пластин 3, имеющих в поперечном сечении клиновидную форму [3]. Со стороны, обращенной к валу двигателя, коллекторные пластины конструктивно выполнены в форме «ласточкина хвоста». Между собой коллекторные пластины изолированы миканитовыми прокладками 7 толщиной 1,3 мм. От корпуса пластины коллектора изолируют миканитовыми манжетами 5, а также миканитовым цилиндром 4. Нажимной конус 2 коллектора напрессовывают на переднюю нажимную шайбу 6 якоря и с помощью болтов 1 стягивают с ней.

Отмечая большую важность качества ремонта коллектора ТЭД на его общую надежность, следует отметить ряд обстоятельств [2]:

1) тяговые двигатели локомотивов работают в тяжелых климатических условиях: большой перепад температур и атмосферного давления, повышенная влажность и запыленность воздуха. В процессе эксплуатации идет интенсивное воздействие на поверхность коллектора, в результате чего происходит его из­нос, который имеет неравномерный характер; увеличивается шероховатость.

2) дефекты коллектора, возникающие в эксплуатации, имеют две ос­новных причины возникновения: механическую и электрическую, которые тесно связаны между собой.

3) технологический процесс ремонта коллекторов ТЭД направлен на устранение различных дефектов, возникающих в процессе эксплуатации, и со­стоит из следующих операций: продорожки коллектора, обточки, снятия фасок, шлифовки, и полировки рабочей поверхности.

Эксцентриситет коллектора меньше сказывается на работе узла токосъемника. Однако увеличение его свыше определенных пределов также приводит к резкому возрастанию износа. Так, например, при увеличении биения коллектора тягового электродвигателя с 0,04 до 0,2 мм износ щеток возрастает с 2,1 до 4 мм на 10000 км пробега.

СЛАЙД ДЕФЕКТЫ

Все дефекты коллектора можно разделить на дефекты, возникающие в процессе эксплуатации ТЭД, и дефекты, связанные с проведением некачественного ремонта.

ТЭД электровозов работают в весьма трудных условиях. Исходя из условий их работы можно выделить основные дефекты коллекторов, возникающих при их эксплуатации [1].

1. Подгар пластин коллектора. Причиной данного дефекта может быть заедание щетки в гнезде щеткодержателя и ее искрение.

2. Выступание одной или группы коллекторных (миканитовых) пластин. Эти дефекты вызваны собственной вибрацией ТЭД. Обычно вибрация возникает при прохождении состава по стыкам рельсов, при повышенном износе зубчатой передачи, при боксовании колесных пар. Причем величина динамического воздействия при вибрациях зависит от степени жесткости пути. Зимой, при низкой температуре, путь более жесткий и величина динамических воздействий больше. Это приводит к увеличению износа коллектора.

3. Механический износ (царапины, выщерблины, износ рабочей поверх-ности). Механический износ может быть вызван попаданием пыли, абразивных частиц и частиц щеточного материала на рабочую поверхность коллектора. Отрицательное воздействие пыли может усугубляться попаданием в ТЭД капельной влаги, снега при высокой влажности.

4. Электроэрозионный (расстояние) износ (искрение, круговой огонь). Электроэрозионный износ может быть вызван повышенным искрением под щетками и возникновением кругового огня. Повышенное искрение связано с колебаниями щетки в аксиальном направлении.

Причинами кругового огня являются заволакивание межламельного пространства медью. При высокой скорости вращения коллектора чешуйки сдвинутой в межламельное пространство меди, попадая в контакт, действуют как абразив, увеличивая износ щеток и коллектора. Накопление оторванных чешуек в межламельном пространстве и образование из сдвинутых на сбегаю­щий край пластины чешуек нароста может привести к замыканию двух со­седних пластин между собой и, как следствие, к возникновению кругового огня; попадание масла на рабочую поверхность коллектора. Особое внимание стоит обратить также на дефекты коллектора, возникающие при низком качестве ремонта. Так, свыше 70 % случаев связанных с отказом ТЭД, вызвано некачественным ремонтом ТЭД на электроремонтных заводах и в локомотивных ремонтных депо. Такими дефектами являются [3]:

– остатки стружки между ламелями при обточке (рисунок 1.4, а);

– зарез пластин коллектора с торца при выполнении операции по продорожке коллектора (рисунок 1.4, б);

– царапины на пластинах коллектора, остающиеся при снятии фасок с пластин (рисунок 1.4, в);

– неровный профиль снятых фасок (рисунок 1.4, г);

Всякое реальное тело имеет отклонения от идеальной геометрической формы, именуемые погрешностями. Погрешности обработанной поверхности с точки зрения причин их образования и методов, применяемых для их измерения, можно подразделить на три категории [5, 6]:

– макрогеометрические отклонения;

– волнистость поверхности;

– шероховатость поверхности.

Макрогеометрическими называются отклонения, при которых форма поверхности отклоняется от заданной формы как единое целое. Возникновение макрогеометрических погрешностей происходит в основном из – за неточностей станка, погрешностей установки заготовок, силовых и температурных деформаций системы – станок – заготовка – инструмент и из – за износа инструмента в процессе обработки им детали.

Под волнистостью поверхности понимают совокупность более или менее регулярно чередующихся возвышений и впадин с шагом волны, значительно превышающим её высоту. Волнистость в направлении главного движения при резании называется продольной, а в перпендикулярном направлении – поперечной. Волнистость поверхности образуется в результате неравномерности подачи при точении и шлифовании, неплоскостности направляющих и вынужденных колебаний системы станок – изделие – инструмент, возникающих вследствие неравномерности усилия резания, наличия неуравновешенных масс и т.д. От шероховатости волнистость отличается значительно большим шагом между неровностями.

Реальная поверхность не является гладкой; она имеет неровности, выступы и впадины с относительно малым расстоянием между ними. Эти неровности, образующие в совокупности рельеф поверхности, называют шероховатостью поверхности. Иногда их именуют микронеровностями. Контур сечения реальной поверхности плоскостью, перпендикулярной к соответствующей идеальной геометрической поверхности, образует профиль, характеризующий микрогеометрию поверхности изделия.

При точении след режущей кромки представляет собой винтовую поверхность с шагом, равным подаче резца за один оборот заготовки. Шероховатость обработанной поверхности в направлении главного движения при резании именуют продольной шероховатостью, а в направлении подачи – поперечной. Преобладающее направление следов механической обработки поверхности или следов трения называют направлением неровностей. Шероховатость поверхности – это размерная характеристика микронеровностей [5, 6].

Восстановление эксплуатационных показателей качества рабочей поверхности коллекторов электрических машин постоянного тока является сложной задачей и во многом зависит от качества обточки рабочей поверхности коллекторов. В процессе механической обработки коллектора могут возникать следующие проблемы, ухудшающие качество рабочей поверхности коллектора после обточки [3]:

– низкое качество обточки рабочей поверхности коллектора;

− образование заусенцев на кромках коллекторных пластин после обточки;

– низкая стойкость режущего инструмента.

В процессе эксплуатации поверхность коллектора неравномерно изнашивается, на ней могут возникать задиры, величина биения коллектора может превышать допустимую норму. Для выведения следов износа и восстановления правильной геометрической формы коллектор обтачивают в условиях депо [2].

Из – за конструктивной особенности коллектора его обработка представляет собой точение прерывистой поверхности, при которой режущий инструмент испытывает ударную нагрузку.

Критерием, характеризующим качество рабочей поверхности коллектора, является шероховатость поверхности, регламентированное значение данного параметра должно составлять Ra = 0,5 мкм после шлифовальной операции [27, 28].

На шероховатость обработанной поверхности влияют следующие факторы [9, 13]:

– геометрия режущего инструмента (углы в плане, радиус скругления при вершине резца, углы в главной секущей плоскости);

– материал режущего инструмента;

– жесткость оборудования;

– режимы резания (скорость резания, величина подачи режущего инструмента, глубина резания).

На шероховатость рабочей поверхности коллектора после обточки в значительной степени оказывающие влияние – радиус скругления при вершине резца, величина подачи, адгезионная стойкость материала режущей части инструмента.

адгезионная способность - способность материала противостоять разрушающему действию солей, щелочей, кислот, масел, нефтепродуктов, с которыми они могут находиться в соприкосновении в эксплуатационном процессе. Основными химическими свойствами являются химическая, биологическая и коррозионная стойкость, экологическая чистота, адгезионная способность. Причины искрения 'на щетках можно подразделить на механические и электромагнитные.

Механические причины искрения большей частью связаны с нарушением контакта между щетками и коллектором. Такие нарушения вызываются: 1) неровностью поверхности коллектора, 2) плохой пришлифовкой щеток к коллектору, 3) боем коллектора, если он превышает 0,2—0,3 мм, 4) выступанием отдельных коллекторных пластин, 5) выступанием слюды между коллекторными пластинами, 6) заеданием щеток в щеткодержателях (тугая посадка), 7) вибрацией щеток (нежесткость токосъемного аппарата, плохая балансировка машины, слишком свободное расположение щеток в щеткодержателях с зазорами более 0,2—0,3 мм, слишком большое расстояние между обоймой щеткодержателя и коллектором — более 2— 3 мм и т. д.). Искрение может быть вызвано также неравномерным натягом щеточных пружин, несимметричной разбивкой щеточных пальцев и щеток по окружности и другими причинами механического характера.

Электромагнитные причины искрения на щетках связаны с характером протекания электромагнитных процессов в коммутируемых секциях. Обеспечение достаточно благоприятного протекания этих процессов является важной задачей при создании машин постоянного тока, в особенности крупных. Изучение этих вопросов составляет основное содержание последующих параграфов настоящей главы.

Актуальность исследования подтверждается статистическим данным которые представлены на слайде. Коллекторы машин постоянного тока (МПТ) являются одними из наиболее ответственных узлов МПТ.

Основными неисправностями коллекторов МПТ, возникающими при их эксплуатации, являются износ рабочей поверхности, электроэрозионное разрушение и замыкание (вследствие затяжки ламелей из-за пластической деформации меди) пластин коллектора, выступание одной или группы коллекторных или миканитовых пластин, которые часто приводят к интенсивному искрению под щетками и к возникновению кругового огня по коллектору.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. оценить влияние параметров, характеризующих качество рабочей поверхности коллекторов МПТ, на коммутационную устойчивость КЩУ;

2. выполнить экспериментальные исследования влияния параметров режима резания, геометрии и материала режущей части инструмента, механических свойств срезаемого слоя коллекторной меди на ее обрабатываемость резанием (используя алмазные резцы)

3. разработать математические модели, учитывающие влияние параметров режима резания, геометрии режущей части инструмента, механических свойств срезаемого слоя на шероховатость обрабатываемой поверхности и размер заусенца, возникающего на кромке коллекторной пластины, при обточке рабочей поверхности коллектора;

4. провести экспериментальные исследования влияния параметров режима ударно-акустической обработки (УАО) рабочей поверхности коллектора на износостойкость, шероховатость, свойства поверхностного слоя коллекторных пластин;

5. разработать технологию повышения качества рабочей поверхности коллекторов при ее механической обработке.

Методы исследования. В своей работе я буду ссылаться на труды наших профессоров и кандидатов наук как например РАУБА А.А Исследование влияния технологических параметров на качество рабочей поверхности коллектора после обточки (статья)Повышение износостойкости рабочей поверхности коллекторов тяговых электродвигателей методом ударно-акустической обработки (статья)

Эффективность ударно-акустической обработки рабочей поверхности коллекторов машин постоянного тока (статья) Кузахметов Р. Т.Муравьев Д. В.

Так же была написана диссертация Петроченко С.В

Технология повышения качества рабочей поверхности коллекторов электрических машин постоянного тока при ее механической обработке