Диплом начало

Введение.

Применяемая техника для ремонта подвижного состава железнодорожного транспорта морально и физически устарела, она не отвечает современному уровню. Ремонтный процесс должен основываться на максимальной механизации технологических установок и приспособлений.

Для поддержания работоспособности оборудования локомотивов, в частности электрических машин, на железнодорожном транспорте действует система планово-предупредительных мероприятий, включающих проведение осмотров и ремонта после определенного пробега.

Практика эксплуатации показала, что одним из трудоемких узлов в ремонте является тяговый электродвигатель локомотива.

Электрические машины подвижного состава железных дорог работают в более тяжёлых условиях по сравнению с их аналогом промышленных стационарных установок.

Тяжёлые режимы работы, значительные перепады температур, высокая запылённость, влажность влияют на качество работы электрических машин. Основным видом отказов техники на железной дороге является преждевременный износ трущихся поверхностей.

Наибольшему износу, в процессе эксплуатации, подвергается коллекторно-щеточный узел. На коллектор якоря воздействуют различные факторы, которые можно условно разделить на две группы: внешние и внутренние. К внешним факторам относятся все воздействия окружающей среды, взаимодействие колёсно-моторного блока и пути, погрешности сборки электрических машин, режимы работы и т. д.

Помимо внешних факторов на коллектор воздействуют также внутренние факторы, имеющие электрическую природу возникновения: искрение; электроэрозионный износ; и – механическую, причинами которой являются: абразивный износ, установлены слишком твердые щетки, чрезмерное давление на щетки, неправильная расстановка щеток в осевом направлении, выступание коллекторных пластин, вибрация щеток.

В связи с тем, что разные секции обмотки зубчатого якоря находятся в различных условиях по коммутации, коллекторные пластины, соединённые с ними, изнашиваются неодинаково, особенно при тех или иных нарушениях коммутационного процесса. Возникающего при этом вибрации и искрение в контакте вызывают повышенный износ щёток и коллектора, а иногда и разрушение щёток.

Резко возрастает износ коллектора при наличии в щёточном материале большого количества абразивных частиц карбидов кремния, железа и пр. Выработка коллектора при этом имеет неравномерный характер.

Воздействие всех этих факторов приводит к износу коллектора, который выражается в потере требуемых геометрических параметров, увеличению шероховатости поверхности, повышенному износу графитовых щёток, и, как следствие, снижению эксплуатационных характеристик машины.

Эксцентриситет коллектора меньше сказывается на работе узла токосъёма. Однако увеличение его свыше определённых пределов также приводит к резкому возрастанию износа. Так, например, при увеличении биения коллектора электродвигателя с 0,04 до 0,2 мм износ щеток марки ЭГ61 возрастает с 2,1 до 4,0 мм на 10 тыс. км пробега.

Если равномерная выработка коллектора по окружности и по образующей не вызывает существенного увеличения износа щеток, то неравномерная выработка по окружности равносильна наличию местного биения коллектора. Существенно влияет на износ щеток 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. Допускаемая величина биения указана в правилах ремонта и зависит от типа электрической машины и вида ремонта. Биение коллектора в эксплуатации не должно быть более 0,10 – 0,12 мм. Максимальная величина местного биения правилами ремонта не регламентирована.

Целью данной работы является увеличение межремонтных пробегов ТЭД за счет совершенствования технологии ремонта коллектора ТЭД и реконструкция участка по ремонту коллекторов электрических машин локомотивов в условиях депо с помощью надёжных, экономичных, простых в эксплуатации устройств для механической обработки и упрочнения, а также проектирование технологических процессов и решение всего комплекса вопросов, связанных с построением производственного процесса обеспечивающих высокое качество и высокую производительность работ.

4.2 Анализ исходных данных для совершенствования технологии ремонта коллекторно-щеточного узла (КЩУ) ТЭД ТЛ-2К1.

4.2.1 Анализ конструкции электрических машин локомотивов (ТЭД-ТЛ-2К1)

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.

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.

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.

Тяговый двигатель ТЛ – 2К1 имеет глухие подшипниковые щиты 7, 17 с выбросом охлаждающего воздуха вверх (со стороны противоположной коллектору) через специальный патрубок. Он состоит из остова 1, якоря, щеточного аппарата и подшипниковых щитов. Остов двигателя представляет собой отливку из стали марки 2Л – 11 цилиндрической формы, и служит одновременно магнитопроводом. К нему крепятся шесть главных и шесть дополнительных полюсов, поворотная траверса с шестью щеткодержателями и щиты с роликовыми подшипниками, в которых вращается якорь электродвигателя. С наружной поверхности остов имеет два прилива для крепления букс моторно – осевых подшипников, прилив и съемный кронштейн для подвески двигателя, предохранительные приливы и приливы для транспортировки. Со стороны коллектора имеются три люка для осмотра щеточного аппарата и коллектора. Люка герметично закрываются крышками.

Крышка верхнего коллекторного люка укреплена на основе специальным пружинным замком, крышка нижнего одним болтом М20 и специальным болтом с цилиндрической пружиной и крышка второго нижнего люка четырьмя болтами М12.

Для подачи воздуха имеется вентиляционный люк. Количество подаваемого воздуха определяется следующим образом. На крышке коллекторного люка, устанавливают штуцер, который резиновой трубкой соединен с V – образным манометром или микрометром, по нему определяют величину статического напора Н_ст под крышкой коллекторного люка.

Выход вентилирующего воздуха осуществлен со стороны, противоположной коллектору, через специальный кожух, укрепленном на подшипниковом щите и остове. Выводы из двигателя выполнены из специального кабеля ПМУ – 4000 сечением 120 мм². Кабели защищены брезентовыми чехлами с комбинированной пропиткой.

Сердечники главных полюсов собраны из листовой электротехнической стали толщиной 0,5 мм, скреплены заклепками и укреплены на остове четырьмя болтами М24 каждый. Между сердечником главного полюса и остовом имеется одна стальная прокладка толщиной 0,5 мм. Катушка главного полюса, имеющая 19 витков, намотана на ребро из специальной мягкой ленточной меди ЛММ размерами 1,9565 мм, изогнута по радиусу для обеспечения прилегания к внутренней плоскости остова [3].

Для улучшения рабочих характеристик двигателя применена компенсационная обмотка, расположенная в пазах, проштампованных наконечниках главных полюсов, и соединенной обмоткой якоря последовательно.

Сердечники дополнительных полюсов выполнены из толстолистового проката или поковки и укреплены на основе тремя болтами М20. Для уменьшения насыщения добавочного полюса между остовом и сердечником дополнительных полюсов предусмотрены латунные прокладки толщиной 7 мм. Катушки дополнительных полюсов, намотаны на ребро из мягкой медной проволоки ПММ сечением 620 мм и имеют 10 витков каждая.

Щеточный аппарат тягового электродвигателя состоит из траверсы разрезного типа с поворотным механизмом и шести щеткодержателей.

Траверса стальная, отливка швеллерного сечения, имеет по наружному ободу зубчатый венец, входящий в зацепление с шестерней поворотного механизма. В основе фиксирована и закреплена траверса щеточного аппарата болтом фиксатора, установленным по наружной стенке верхнего коллекторного люка, и прижата к подшипниковому щиту двумя болтами стопорного устройства: одно – внизу остова, второе – со стороны подвески. Электрическое соединение кронштейнов траверсы между собой выполнено кабелями ПС – 4000 сечением 50 мм². Кронштейны щеткодержателей разъемные (из двух половин) закреплены болтами М20 на двух изоляционных пальцах, установленных на траверсе. Стальные шпильки пальцев опрессованы прессмассой АГ – 4, на них насажаны фарфоровые изоляторы.

Щеткодержатель имеет две цилиндрические пружины, работающие на растяжение. Пружины закреплены одним концом на оси, вставленной в отверстие корпуса щеткодержателя, другим на оси нажимного пальца с помощью регулирующего винта, которым регулируется нажатие пружины. Кинематика нажимного механизма выбрана так, что в рабочем диапазоне обеспечивает практически постоянное нажатие на щетку. Кроме того, при максимально допустимом износе щетки давление нажимного пальца на нее автоматически прекращается. Это позволяет предотвратить повреждение рабочей поверхности коллектора шунтами сработанных щеток марки ЭГ – 61 размеров 85060 мм с резиновыми амортизаторами. Крепление щеткодержателей к кронштейну осуществлено шпилькой и гайкой. Для более надежного крепления и для регулировки положения щеткодержателя относительно рабочей поверхности по высоте при износе коллектора на корпусе щеткодержателя и кронштейна предусмотрена гребенка.

Якорь двигателя состоит из коллектора, обмотки, вложенной в пазы сердечника, набранного в пакет, из лакированных листов электротехнической стали Э – 22 толщиной 0,5 мм, стальной втулки, задней и передней нажимных шайб, вала. В сердечнике имеется один ряд аксиальных отверстий для прохода, вентилирующего воздуха.

Передняя нажимная шайба одновременно служит корпусом коллектора. Все детали якоря собраны на общей втулке коробчатой формы, напрессованной на вал якоря, что обеспечивает возможность его замены.

Якорь состоит из 75 катушек и 25 уравнительных секционных соединений, концы которых впаяны в петушки коллектора.

Каждая катушка имеет 14 отдельных стержней, расположенных по высоте в два ряда, и по семь проводников в ряду. Они изготовлены из ленточной меди размером 0,98,0 мм марки ЛММ и изолированы одним слоем с перекрытием в половину ширины пленкослюдинитовой ЛС1К – 110 – СП толщиной 0,08 мм.

Коллектор двигателя с диаметром рабочей поверхности 660 мм состоит из 525 медных пластин, изолированных друг от друга миканитовыми прокладками. От нажимного конуса и корпуса, коллектор изолирован миканитовыми манжетами и цилиндром. Обмотка якоря имеет следующие данные: число пазов – 75, шаг по пазам – 1 – 13, число коллекторных пластин – 525, шаг по коллектору – 1 – 2, шаг уравнителей по коллектору – 1 – 176.

4.2.2 Устройство коллектора

Коллекторы ТЭД состоят из медных пластин 3, имеющих в поперечном сечении клиновидную форму. 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.

Рисунок– Коллектор ТЭД: 1 – стяжной болт; 2 – нажимной конус; 3 – коллекторные пластины; 4 – цилиндр; 5 – миканитовая манжета; 6 – шайба; 7 – миканитовая прокладка

4.2.3 Анализ факторов, влияющих на качество функционирования КЩУ ТЭД ТЛ-2К1

Тяговые электродвигатели (ТЭД) электровозов являются одним из важных узлов подвижного состава. Тяговые электродвигатели (ТЭД) локомотивов предназначены для преобразования электрической энергии в механическую работу, затрачиваемую на движение локомотива.

Электрические машины подвижного состава железных дорог работают в более тяжелых условиях по сравнению с их аналогами промышленных стацио-нарных установок.

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.

Факторы, воздействующие на коллектор, имеют между собой очень тесную взаи­мосвязь, поэтому необходимо рассматривать процесс ремонта коллектора с точки зрения взаимодействия всей совокупности воздействующих факторов. Так, например, при воздействии внешней вибрации колесно – моторного блока, в коллекторно – щеточном узле может начаться искрение из – за отрыва щетки от поверхности коллектора. При этом будет возникать электроискровой износ по­верхности коллектора. Из – за этого вида износа увеличивается ше­роховатость поверхности коллектора.

Высокие требования к надежности и экономичности учитываются при изготовлении и ремонте электрических машин подвижного состава.

Тяжелые режимы работы, значительные перепады температур, высокая запыленность, влажность влияют на качество работы электрических машин. Коллектор является одним из наиболее сложных в изготовлении и ответственных в эксплуатации узлов электрической машины. Коллектор собран из медных пластин трапецеидального сечения, изо­лированных друг от друга миканитовой или слюдинитовой изоляцией.

В процессе эксплуатации ТЭД происходит потеря его работоспособности вследствие износа основных его узлов: моторно – осевых подшипников, подшип-никового узла якоря, полюсов, обмоток, коллекторно – щеточного узла и т. д.

Наибольшему износу, в процессе эксплуатации, подвергается коллектор. На коллектор якоря воздействуют различные факторы, которые можно условно разделить на две группы: внешние и внутренние. К внешним факторам относятся все воздействия окружающей среды, взаимодействие колесно – моторного блока и пути, погрешности сборки электрических машин, режимы работы и т.д.

Помимо внешних факторов на коллектор воздействуют также внутренние факторы, имеющие электрическую природу возникновения: искрение, электрон-ный износ; и механическую: абразивный износ, нестабильные механические свойства коллекторной меди, дефекты при изготовлении коллектора.

В связи с тем, что разные секции обмотки зубчатого якоря находятся в различных условиях по коммутации, коллекторные пластины, соединенные с ними, изнашиваются неодинаково, особенно при тех или иных нарушениях коммутационного процесса. Возникающие при этом вибрации и искрение в контакте вызывают повышенный износ щеток и коллектора, а иногда и разрушение щеток.

Резко возрастает износ коллектора при наличии в щеточном материале большого количества абразивных частиц, карбидов кремния, железа и других элементов. Выработка коллектора имеет при этом неравномерный характер.

Воздействие всех этих факторов приводит к износу коллектора, который выражается в потере требуемых геометрических параметров, увеличению шероховатости поверхности, повышенному износу графитных щеток, и, как следствие, снижению эксплуатационных характеристик машины.

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.

Если равномерная выработка коллектора по окружности и по образующей не вызывает существенного увеличения износа щеток, то неравномерная выработка по окружности равносильна наличию местного биения коллектора.

Неравномерный износ по длине пластины коллектора вызывает увеличение износа в контакте в основном при наличии больших разбегов якоря, так как при этом возникают колебания щеток в продольном направлении.

Существенно влияет на износ щеток 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.

Перечисленные дефекты поверхности коллектора отрицательно сказываются на работе коллекторно-щеточного узла, а, следовательно, и на эксплуатации тягового электродвигателя в целом. А так же данные дефекты в значительной степени усложняют ремонт коллекторов электрических машин, повышают трудоемкость выполняемых работ и снижают его качество.

В процессе эксплуатации происходит износ коллекторно – щеточного узла. Коллекторно – щеточный узел состоит из коллектора и щеток. В процессе ремонта изношенные сверх допустимой нормы щетки заменяют, поверхность коллектора восстанавливают обточкой. От качества ремонта коллектора зависит работоспособность всего ТЭД в эксплуатации.

Статистические данные локомотивного ремонтного депо ТЧ – 1 «Московка» показывают, что более 13% от общего числа всех повреждений ТЭД связаны с повреждениями коллектора. Так за период с 2007 по 2010 гг. отмечается высокий уровень неисправностей ТЭД, связанных с повреждением коллектора (14%, 75 случаев в 2007 г.; 13%, 66 случаев в 2008 г.; 13%, 47 случаев в 2009 г.; 15%, 46 случаев в 2010 г.).

Следует особо обратить внимание на неисправности коллектора вызвавшие неплановые ремонты ТЭД за период с 2011 по 2013 гг. (9%, 9 случаев в 2011 г.; 11%, 15 случаев в 2012 г.; 18% ; 42%, 79 случаев в 2010 г.).

Особо следует отметить тот факт, что в 2010 году наблюдается резкий скачок внеплановых ремонтов связанных с перебросами, оплавлениями, подгарами пластин, а так же с затяжками ламелей.

Практика эксплуатации показала, что одним из трудоемких узлов в ремонте является тяговый электродвигатель локомотива, а именно коллектор ТЭД.

Электрические машины подвижного состава железных дорог работают в более тяжёлых условиях по сравнению с их аналогом промышленных стационарных установок.

Тяжёлые режимы работы, значительные перепады температур, высокая запылённость, влажность влияют на качество работы электрических машин. Основным видом отказов техники на железной дороге является преждевременный износ трущихся поверхностей.

Наибольшему износу, в процессе эксплуатации, подвергается коллектор.

На коллектор якоря воздействуют различные факторы, которые можно условно разделить на две группы: внешние и внутренние. К внешним факторам относятся все воздействия окружающей среды, взаимодействие колёсно – моторного блока и пути, погрешности сборки электрических машин, режимы работы и т. д. Всё это подтверждает тот факт, что технологический процесс ремонта коллектора требует существенных доработок.

Всё это подтверждает тот факт, что технологический процесс ремонта коллектора требует существенных доработок.

ГДЕ ВЗЯТЬ ДАННЫЕ?

Таблица 1.1 – Неисправности ТЭД ТЛ – 2К1 за двенадцать месяцев 2007, 2008, 2009, 2010 гг

№	Характер повреждения	Всего повреждений					На 1 млн. км пробега					Повреждения вызвавшие внеплановый ремонт
		2007	2008	2009	2010	2007		2008	2009	2010	2007		2008	2009	2010
1	Выплавление припоя из петушков	51	29	7	5	0,83		0,48	0,14	0,12	0		4	0	3
2	Биение по поверхности коллектора	10	26	30	38	0,16		0,43	0,59	0,88	3		8	9	16
3	Задир коллектора	9	3	4	2	0,15		0,05	0,08	0,05	1		0	1	0
4	Перебросы, оплавления, подгары, затяжка ламелей	5	8	6	1	0,08		0,13	0,12	0,02	5		4	5	60
5	Пробой и МВЗ обмотки якоря	98	116	89	73	1,6		1,93	1,76	1,7	21		65	38	62
6	Повреждение якорных подшипников	109	111	124	87	1,78		1,85	2,45	2,02	21		13	0	2
7	Излом или задир вала якоря	1	1	1	0	0,02		0,02	0,02	0	1		1	0	0
8	Ослабление задней нажимной шайбы якоря	0	0	1	0	0		0	0,02	0	0		0	0	0
9	Всего повреждений по коллектору	75	66	47	46	1,22		1,09	0,93	1,07	9		16	15	79
10	Всего повреждений по якорю	208	228	214	160	3,4		3,8	4,25	3,72	43		79	38	64
11	Прочие повреждения	242	231	105	95	3,96		3,86	5,18	4,79	44		46	30	46
12	Всего повреждений по ТЭД	525	525	393	301	8,58		8,75	7,77	7,0	96		141	83	189