Диплом Воробьев 03.06.16 (Организация эксплуатационной работы на участке Волочаевка - 2), страница 2

Результаты сравнительного анализа выхода из строя тяговых электродвигателей ЭД-118 за 12 месяцев 2014/2015 годов приведены на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Результаты сравнительного анализа выхода из строя тяговых электродвигателей ЭД-118 за 12 месяцев 2014/2015 годов

Исходя из анализа диаграммы по сезонности смены тяговых электродвигателей (рисунок 1.2) видно, что максимальный рост количества выхода из строя тяговых электродвигателей происходит в весенний период (с марта по май) – в период больших суточных перепадов температуры окружающего воздуха, а также в период ноября – также при резких колебаниях температур окружающего воздуха.

Результаты сравнительного анализа выхода из строя тяговых электродвигателей ЭД-118 в зависимости от сезонности приведены на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Результаты сравнительного анализа выхода из строя тяговых электродвигателей ЭД-118 в зависимости от сезонности

Анализ диаграмм показывает, что в 2014/2015годах большинство случаев выхода из строя тяговых электродвигателей допущено по следующим неисправностям: низкое сопротивление изоляции обмоток якоря и возбуждения, пробой и МВЗ обмоток якоря и возбуждения. Возникновение данных неисправностей связано с несоблюдением температурного режима работы электрических машин в процессе эксплуатации. Максимально допустимые температуры в тяговых электродвигателях ограничены нагревостойкостью изоляционных материалов. В тяговых электродвигателях ЭД-118 применены изоляционные материалы класса F, для которой предельно допустимое превышение температуры составляет: для обмотки якоря – 140⁰С, для обмотки полюсов – 155⁰С, для коллектора – 95⁰С. Эксплуатация тяговых электродвигателей с температурами выше допустимых вызывает преждевременное старение изоляции и влечёт за собой выход из строя ТЭД. Нагрев обмоток тяговых электродвигателей сверх допустимого превышения температуры возникает при эксплуатации тяговых электрических машин при движении локомотива со скоростью менее установленной на критических подъёмах в особенности при следовании с поездами превышающими унифицированную весовую норму.

При расшифровке скоростемерных лент выявлено значительное количество случаев невыполнения критических скоростей поездами с весами превышающими унифицированную весовую норму на участках обслуживания эксплуатационного локомотивного депо Комсомольск, данные по расшифровке приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 – Невыполнение критических скоростей при следовании с поездами превышающими унифицированную весовую норму за 12 месяцев 2015 года

Согласно Правил тяговых расчётов (данные приведены в таблице 6.4) реализация силы тяги без её дефицита на участках с критическими подъёмами Оунэ – Косграмбо, Косграмбо – Откосная, Откосная-Кузнецовский при следовании с поездами превышающими унифицированную весовую норму возможна только при ведении поезда 6-ю секциями тепловоза на 15-ой позиции контролера машиниста, при любых других условиях имеется дефицит силы тяги и в особенности при следовании с поездом 5-ю секциями (что в процессе эксплуатации используется локомотивными бригадами для экономии дизельного топлива). Для примера при движении 5-ю секциями на 15 позиции контролера машиниста дефицит силы тяги составит 258060 кН, что не позволит выполнить критическую скорость при движении на критическом подъёме и приведёт к работе тяговых электродвигателей под токовыми нагрузками превышающими допустимые. При движении по критическим подъёмам даже шестью секциями на 13-ой позиции контролера машиниста дефицит силы тяги составит 77418 кН, а при движении на более низких позициях дефицит силы тяги составит ещё большие величины, данные по которым приведены в таблице 6.4.

Таблица 6.4 - Реализация силы тяги (кН) при расчётной скорости

При движении локомотивов с поездами, превышающими унифицированную весовую норму значительно возрастает вероятность невыполнения установленных для данных участков скоростей на критических подъёмах. Невыполнение критической скорости в свою очередь приводит к работе тяговых электродвигателей с токами, превышающими допускаемые значения и, следовательно, к их чрезмерному нагреву, что ускоряет старение изоляции и ограничивает полное использование их мощности. При движении с неполным числом работающих на локомотиве тяговых двигателей (что нередко случается из-за отказа какого-либо двигателя) токи в них могут значительно превысить их допускаемые значения. Такие даже кратковременные перегрузки могут вызвать повышенное искрение под щетками, нарушить коммутацию, а при определенных условиях привести к образованию кругового огня на коллекторе и как следствие к пробою изоляции или возникновению межвиткового замыкания обмоток (в связи с тем что допустимое превышение температуры для якоря и коллектора ТЭД ниже чем у обмоток полюсов, то и выход их из строя происходит чаще).

Кроме того при следовании локомотивов с поездами превышающими унифицированную весовую норму и невыполнения критических скоростей возрастают случаи боксования колёсных пар, при этом частота вращения якоря тягового двигателя резко возрастает. При этом возникают большие центробежные силы, которые могут вызвать повреждение валов якорей тяговых двигателей, ослабление или повреждение якорных бандажей. Кроме того, при повышенной частоте вращения якоря заметно усиливается искрение под щетками, ухудшается коммутация машины и создаются условия для возможного возникновения кругового огня на коллекторе. В момент восстановления сцепления боксующей колесной пары частота ее вращения (а следовательно, и связанного с ней якоря двигателя) мгновенно уменьшается. При этом запас кинетической энергии вращающегося якоря превращается в удар, передающийся на зубчатую передачу, вал якоря, подшипники и другие элементы двигателя, вызывая их повышенный износ, а иногда и поломку. При боксовании возникает увеличение амплитуды ускорений тягового электродвигателя, что оказывает существенное влияние не только на механическую прочность его узлов, но и на происходящие в нём электромагнитные процессы. Так на 40% увеличивается неравномерность распределения тока между одноимёнными щёткодержателями. В результате плотность тока, протекающего через щётку, на 20 – 40% превышает значение для продолжительного режима. Кроме этого, увеличение амплитуды вертикальных ускорений приводит к возрастанию на два класса интенсивности искрения под щётками. Износ щёток и коллекторов при этом увеличивается примерно в 1,5 раза. Следствием неисправностей коллекторно-щеточного узла может быть появление искрения на коллекторе, которое может быть различной интенсивности вплоть до кругового огня. При этом может быть переброс дуги на корпус с оплавлением деталей машины, попавших в область горения дуги.

Эксплуатация тяговых электродвигателей при повышенных токовых нагрузках при невыполнении установленных скоростей на критических подъёмах при следовании с поездами превышающими унифицированную весовую норму усугубляет и без того тяжёлые условия работы тяговых электродвигателей. С течением времени поверхностный слой изоляции теряет влагостойкость, что объясняется появлением трещин в поверхностном слое изоляции в результате различного теплового расширения меди обмотки и стали сердечника якоря. Вначале трещины носят поверхностный характер, а при определенных условиях в некоторых местах могут достигать верхних проводников обмотки. В последствии в эти трещины и другие поры изоляции проникает вода и масло, загрязненных токопроводящими частицами. По этим каналам повышенной проводимости происходит утечка тока через изоляцию. Сопротивление изоляции заметно снижается и становится недостаточным для безопасной работы электрических частей. Увлажнение изоляции тяговых двигателей, происходит главным образом в осенне-зимний период. Чаще это происходит при постановке холодного тепловоза в отапливаемое помещение и при резких оттепелях на открытом воздухе.

Электрический пробой изоляции наступает, когда изоляция теряет свои диэлектрические свойства (электрическую прочность) и происходит короткое замыкание между проводником тока и корпусом (замыкание на корпус, землю) или между витками катушки или между двумя изолированными проводниками тока (межвитковое замыкание).

На коллекторах тяговых двигателей (в частности ЭД-118) может возникать чередующееся потемнение коллекторных пластин – три светлых и одна темная, что вызывается неравномерной нагрузкой параллельных ветвей обмотки якоря.

В процессе эксплуатации тяговые двигатели испытывают значительные динамические нагрузки. При прохождении неровностей пути колесные пары локомотива воспринимают значительные динамические силы. Эти удары, частично сглаженные рессорной подвеской, передаются тяговым двигателям. От действия динамических сил в элементах двигателей могут возникать трещины, изломы, повышенная выработка трущихся поверхностей, усиливаться искрение на коллекторе, слабнуть узлы соединений.

Данные по отказам и неплановой смене тяговых электродвигателей в период с марта по август месяцы 2015 года предоставлены в таблицах 1.5 и 1.6.

Большинство отказов тяговых электродвигателей происходят при пробеге после тяжёлых видов ремонта (ТР-3, СР и КР) от 50 до 150 тыс.км (54,9%), т.е. по истечении срока гарантии на произведённый ремонт и в основном обусловлены тяжёлыми условиями эксплуатации.

Исходя из полученной информации от визуального осмотра и проверки параметров тяговых электродвигателей, смененных в неплановом порядке, произведем разделение их повреждений на эксплуатационные (перегрузки при движении со скоростями ниже критических, боксование колесных пар) и ремонтные (недостатки в ремонте и обслуживании). К эксплуатационным повреждениям отнесем пробои изоляции обмоток якоря и возбуждения на корпус, низкая

Таблица 1.5 – Количество вышедших из строя и непланово смененных тяговых электродвигателей в зависимости от их пробегов в период 2015 года

изоляция обмоток якоря и возбуждения (возникает из-за преждевременного старения изоляции при работе с перегрузками). К ремонтным повреждениям отнесем замазученность внутренних полостей ТЭД, задиры коллекторов, повреждения от недопустимого износа щеток, повреждения выводных шин полюсов и наконечников перемычек из-за ослабления креплений.

По результатам проведенного анализа неисправностей ТЭД за период с марта по декабрь 2015 года установлено, что из 266 непланово сменных ТЭД количество ТЭД с повреждениями эксплуатационного характера составило 206 шт. или 77,4% от общего количества внепланово сменных ТЭД, а