Диплом начало

Рисунок 1.3 – Статистические данные локомотивного ремонтного депо

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);

– конусность, вогнутость, бочкообразность профиля коллектора в результате обточки.

в г

4.2.4 Анализ технологического процесса ремонта КЩУ ТЭД ТЛ-2К1

Осматривают состояние рабочей поверхности коллектора. Не допускаются: наличие подгара коллекторных пластин по всей длине коллектора (это указывает на обрыв витков обмотки), следы выплавленного припоя на петушках коллектора (характеризует нарушение пайки), забоины, задиры и местный выжег коллектора [27, 28].

Неполадки, связанные с обмоткой выявляют на импульсной установке

ИУ – 57 ЦНИИ МПС ГОСТ 2582 – 81 и с помощью прибора КПЭМ «ТРАНСПОРТ» ГОСТ 2582 – 81 [27, 28].

Перед механической обработкой коллектора якорь очищают. Устанавливают на стенд и, поворачивая с помощью поворотного механизма, протирают его части, салфеткой смоченной бензином, коллектор протирают чистыми сухими салфетками [1, 2, 3]. Все технологические операции в депо выполняются согласно технологической инструкции ремонта. Технологическая инструкция предназначена для введения в депо единой технологии ремонта тяговых двигателей и для ознакомления работников депо с рациональными методами ремонта, применяемых в передовых депо. Кроме того, в технологической инструкции указан порядок пользования приспособлениями и контрольно – измерительными приборами.

Технологический процесс ремонта коллекторов электрических машин направлен на устранение дефектов, возникающих в процессе эксплуатации. Он состоит из следующих основных этапов [27, 28]:

1. Якорь устанавливается на токарном станке в люнетах и проводится центровка вала.

Люнеты устанавливаются по шейкам вала.

2. Обтачивается рабочая поверхность коллектора до выведения под шероховатость Ra = 3,2 мкм.

Проточка коллектора производится с минимальным снятием меди до выведения выработки и конусности. Минимальный диаметр рабочей поверхности коллектора при выпуске из деповского ремонта должен быть 633 мм.

При обточке коллектора разрешается:

а) углублять проточкой канавку у петушков до чертежного размера.

б) наплавлять припоем по установленной технологии местные задиры на пластинах коллектора.

Запрещается:

а) обтачивать петушки коллектора;

б) опиливать рабочую поверхность коллектора;

в) устранять местные забоины на пластинах более 0,5 мм обточкой коллектора;

г) применять при шлифовке коллектора наждачную бумагу или полотно.

Не допускается наличие не подрезанного миканита у стенок пластин. Перед обработкой закрывается обмотка якоря у петушков коллектора специальным чехлом и включают вентилятор для отсасывания пыли.

3. Далее осуществляют продорожку коллектора.

При продорожке коллектора (удаление механическим способом из межламельного пространства слюды, фенолформальдегидных пластмасс, продуктов износа щёток и меди коллектора) запрещается:

а) подрезать стенки ламелей или наносить риски фрезой на рабочей поверхности коллектора;

б) делать подрезы и забоины на петушках;

в) делать уступы по длине коллектора на дне канавки.

4. Обтачивается коллектор повторно под шероховатость Ra = 2 мкм.

5. Снимается фаска с кромок коллекторных пластин 0,2  45° на длине рабочей части коллектора.

6. Производится зачистка заусенцев коллекторных пластин.

7. Производится разделка ламелей с обеих сторон рабочей части коллектора.

Разделка заключается в снятии углов с торцов пластин 1  45° с помощью трехгранного напильника или специального приспособления.

8. После чего прошлифовывается коллектор шлифовальной шкуркой на полотне до шероховатости Ra = 0,5 мкм.

Шлифовка рабочей части делается по необходимости после снятия фасок и при повреждении пластин коллектора.

Разрешается обработку коллектора производить шлифовальными абразивными брусками марки Р – 16, Р – 117 и Р – 30 или стеклянной шкуркой № 4 – 6, а затем брезентом, натянутым на специаль­ную колодочку.

Режим шлифовки:

Число оборотов – 350 – 500 об/мин.

Продольная подача – 0,2 мм/об.

Время для шлифовки – 2 – 3 минуты

Допускается накатка коллектора.

9. Продувается коллектор сжатым воздухом с включённой отсосной вентиляцией станка.

10. Все эти операции производятся на отдельных станках в такой последовательности:

– обтачивается коллектор (в два прохода: черновом и чистовом) до выведения выработки и конусности под шероховатость Ra = 2 мкм на токарном станке

1Н65.

Запрещается производить проточку коллектора без проверки правильности центров вала в люнетах.

– продороживается, на дорожном станке А 591, изоляция между коллекторными пластинами на глубину 1,46 – 1,66 мм. Для отсоса миканитовой пыли при продорожке применяют пыле­сос «Буран». По окончании обработки коллектор продувается сухим сжатым воздухом.

– снимаются фаски и прочищается коллектор.

– коллектор шлифуется на шлифовальном станке и продувается сжатым воздухом.

4.3 Повышение качества функционирования коллекорно-щеточного узла тягового электродвигателя за счет совершенствования технологии ремонта

4.3.1 Разработка мероприятий, повышающих качество функционирования КЩУ ТЭД ТЛ-2К1

В технике под поверхностью деталей понимают их наружный слой, который по строению и другим физическим свойствам отличается от внутренней части материала детали. Комплекс свойств, приобретаемых поверхностью детали в результате её обработки, характеризуется обобщённым понятием качества поверхности.

Качество поверхности определяется геометрией поверхности как границей тела и физико-механическими свойствами, обусловленные процессом её образования при обработке детали. Качество поверхности деталей машин влияет на многие их служебные свойства: усталостную прочность, износостойкость, и связано с такими свойствами сопряжений, как прочность прессовых посадок и плотность подвижных и неподвижных соединений [5, 6].

Детали на чертежах изображаются в виде элементов, ограниченных поверхностями строго определённой геометрической формы, и мысленно такими нам представляются.

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.

В процессе механической обработки коллектора из – за высокой пластичности меди (δ = 40 – 50% [14]) на сбегающей поверхности коллекторной пластины, на ее кромке образуются заусенцы. Налипание продуктов резания на передней поверхности режущего инструмента приводит к увеличению шероховатости обработанной поверхности. Вышеуказанные проблемы можно объяснить низкой обрабатываемостью коллекторной меди.

Эти положения позволяют сформулировать задачи, направленные на повышение обрабатываемости коллекторной меди:

1) Определить факторы, влияющие на обрабатываемость коллекторной меди.

2) Исследовать степень влияния факторов.

3) Разработать математическую модель, оценивающую влияние факторов на обрабатываемость коллекторной меди и шероховатость рабочей поверхности коллектора.

Под обрабатываемостью материалов понимают их способность подвергаться резанию по ряду технологических показателей. К ним относятся допускаемая скорость резания, возникающие в процессе резания силы, шероховатость обработанной поверхности, тип стружки и условия ее отвода из зоны резания и т.п.

Обрабатываемость рабочей поверхности коллектора напрямую зависит от факторов, действующих при резании. Различные факторы, действующие при резании, по разному влияют на деформационные и контактные процессы в зоне резания. Одни факторы оказывают непосредственное влияние на процесс стружкообразования, другие косвенно, через те факторы, которые влияют непосредственно [18].

Основными факторами, влияющими на обрабатываемость мягких материалов, являются [10, 11]:

– угол действия;

– значение переднего угла;

– скорость резания;

– материал режущей части инструмента;

– механические свойства обрабатываемого материала.

Для оценки влияния материала режущей части на шероховатость поверхности было проведено экспериментальное исследование.

В качестве параметров для оценки степени пластической деформации срезаемого слоя при обработке коллекторной меди, приняты среднее значение заусенца, образующегося на кромках коллекторных пластин и шероховатость рабочей поверхности коллектора.

Угол действия ω связан со значением переднего угла выражением:

ω = ξ – γ, (2.1)

где ξ – угол трения;

γ – передний угол.

Угол трения зависит от физико – химических свойств, шероховатости контактирующих поверхностей и температуры, зависящей от скорости резания. При постоянном значении угла трения ξ, угол действия уменьшается при увеличении γ, а уменьшение угла действия приводит к уменьшению степени деформации срезаемого слоя и работы стружкообразования.

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].

На рисунке 2.1 показана экспериментальная зависимость размера заусенца от значения переднего угла.

Рисунок 2.1 − Зависимость размера заусенца от величины переднего угла

Из графика (рисунок 2.1) видно, что при увеличении переднего угла в интервале значений γ = 2 – 15° размер заусенца уменьшается незначительно.

По графику (рисунок 2.2) видно, что увеличение твёрдости коллекторной меди и повышение скорости резания, до определённого уровня, положительно влияют на уменьшение величины заусенца.

1

2

Рисунок 2.2 − Зависимость размера заусенца от скорости резания и твердости при обточке рабочей поверхности коллектора: 1 – HB85, 2 – HB109

Обточка коллектора в интервале скоростей резания V = 4 – 660 м/мин сопровождалась значительным уменьшением размера заусенца от значения 0,74 мм до 0,3 мм (рисунок 2.2, кривая 1). При скорости резания 330 м/мин величина заусенца составляет 0,33 мм, при увеличении скорости резания до 660 м/мин величина заусенца составляет 0,26 мм, что можно сделать вывод о незначительном ее уменьшении.

В интервале скоростей резания V = 400 – 660 м/мин дальнейшее уменьшение размера заусенца не отмечается. Следовательно, рабочую поверхность коллектора рекомендуется обтачивать со скоростями резания 400 – 600 м/мин превышающих скорость резания при обточке коллектора в условиях депо.

Затем коллектор при помощи накатника, в соответствии с разделом 2.3, упрочняется на глубину 0,6 мм до твердости HB 109. Анализируя кривую 2 (рисунок 2.2) видно, что после упрочнения рабочей поверхности коллектора размер заусенца уменьшился на 30%.

Для оценки влияния инструментального материала на стружкообразование и деформацию срезаемого слоя использовался метод оценки усадки стружки.

Влияние инструментального материала на стружкообразование и дефор-мацию срезаемого слоя.

В процессе стружкообразования в срезаемом слое происходит пластическая деформация, поэтому размеры срезаемого слоя отличаются от размеров стружки:

l_c < l; b_c < b; a_c < a, (2.2)

где l_c, b_c, a_c – соответственно длина, ширина и толщина стружки;

l, b, a – соответственно длина, ширина и толщина срезаемого слоя.

Степень изменения размеров характеризуется следующими коэффициентами:

1. коэффициентом укорочения или усадки:

; (2.3)

2. коэффициентом утолщения:

; (2.4)

3. коэффициентом уширения:

. (2.5)

Уширение стружки невелико, поэтому можно пренебречь и считать, что .

При использовании весового метода коэффициент усадки определяется по формуле:

, (2.6)

где G – вес стружки, мг;

s – величина подачи, мм/об;

t – глубина резания, мм;

ρ – плотность обрабатываемого материала.

В качестве режущих инструментов использовались токарные проходные резцы, материалы режущей части Р6М5, ВК8 и синтетический алмаз; геометрия инструментов: γ = 2°, α = 8°, φ = 45°, φ₁ = 45°. Геометрия резцов выбиралась исходя из исследований приведенных в работе [10].

Заготовка: медный цилиндр марки М1 диаметром 27,7 мм, ρ = 8,96 мг/мм³ со следующими механические свойствами: σ_в = 200 – 250 МПа; σ_т = 90 – 150 МПа.