ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА (1219538), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

3 ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАБОТУ ТЭД

Во время эксплуатации тяговые электродвигатели подвергаются большим нагрузкам. Во время движения, машины подвергаются воздействием окружающей среды, динамическими ударами со стороны рельсового пути, а так же в условиях широко и резком изменяющихся значением тока, напряжения.

Основные причины можно показать схемой, которая показана на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Факторы, влияющие на работу тяговых электродвигателей

3.1 Климатические воздействия

Проведенный анализ неисправностей ТЭД в эксплуатации показал невысокую надежность конструкции ТЭД. Это выражается в большом количестве неисправностей возникающих во время работы, таким образом, необходимо выяснить причины возникновения подобных отказов. Для этого нужно рассмотреть факторы, отрицательно влияющие на работу двигателей и принять возможные причины для их устранения.

Тепловоз и все его оборудование, в том числе и ТЭД, работают в различных климатических условиях, которые оказывают свое существенное влияние на работу двигателя. При оценке климатических условий, воздействующих на эксплуатируемые в них устройства, принимаются во внимание следующие факторы: солнечная радиация, температура воздуха, влажность воздуха, атмосферные осадки, атмосферное давление (высота над уровнем моря), наличие в окружающем воздухе пыли и других загрязнений. Конструкция и технология изготовления ТЭД должны обеспечить сохранение всех параметров, установленных техническими условиями в течение предусмотренных сроков службы при воздействии этих климатических факторов. Температура окружающего воздуха непосредственно влияет на работу ТЭД. В осенний и весенний периоды острой является проблема конденсации влаги на поверхностях деталей и изоляции ТЭД из-за большого суточного перепада температур. Это приводит к увлажнению изоляции, потере влагостойкости и в итоге к снижению ее сопротивления. Увлажнение изоляции у ТЭД происходит большей частью зимой, вследствие их отпотевания при постановке в стойло в холодном состоянии. [5]

Практика показала, что при разности температуры наружного воздуха и воздуха на ремонтном стойле 30С, на якоре образуется 2 килограмма влаги. Работа ТЭД при высоких температурах ведет к ускорению старения изоляционных материалов. Высокая температура влияет на характеристики смазочных материалов, нарушает монолитность сложных узлов, в конструкции в которых использованы материалы с различными физико-механическими характеристиками (коллекторы, моноблочные полюсные системы). Низкие температуры в зимний период ухудшают физико-механические свойства материалов, применяемые в конструкции ТЭД. При низких температурах, из-за увеличения жесткости пути и увеличения количества дефектов рельс, повышается динамическое воздействие на ТЭД, особенно при опорно-осевом подвешивании. Это ведет к повышению числа отказов, особенно моторно-осевых подшипников.

Чтобы обеспечить безотказную работу дизельных локомотивов в различных условиях эксплуатации, необходимо знать, какое влияние оказывает на них факторы внешней среды. На рисунке 3.2 показано, какие внешние факторы влияют на работоспособность и эффективность использования локомотива.

3.2 Загрязнение охлаждающего воздуха

Воздух, окружающий тепловоз и используемый для охлаждения ТЭД, в любое время года содержит твердые частицы (пыль), во время дождя – капельную влагу, при низких температурах – снег. Действие пыли можно разделить на три категории: прямое влияние пыли, осажденной на поверхности деталей и узлов ТЭД, химическое действие и абразивное действие. Скопление пыли на изолированных поверхностях снижает электроизоляционные свойства материалов, и в первую очередь, поверхностное сопротивление. Осаждаясь на теплоотдающих поверхностях ТЭД, пыль повышает их термическое сопротивление, что при сохранении уровня потерь и количества охлаждающего воздуха, повышает перегревы обмоток.

Отрицательное воздействие пыли усугубляется при попадании в ТЭД капельной влаги, снега и при высокой влажности. Капельная влага, попадая на изоляцию, снижает ее поверхностное сопротивление на 2-3 порядка, даже в случаях, если это дистиллированная вода и поверхность чистая. Пыль, особенно в районах крупных городов и промышленных предприятий, содержит большое количество примесей, которые растворяются в воде и повышают ее проводимость, усиливают коррозию и гидролиз.

Попадание влаги на нагретые поверхности вызывает местное охлаждение и появление трещин в изоляционных материалах. В результате динамического абразивного воздействия пыли нарушаются изоляционные и антикоррозионные поверхности и тем самым ускоряется их старение, повышается абразивный износ подвижных частей тяговых двигателей и электрических щеток.

Под пылью подразумевается твердая фракция загрязнения воздуха всех размеров. Весовая концентрация пыли в единице объема воздуха является его запыленностью и измеряется обычно в мг/м³. Возможность проникновения пыли внутрь ТЭД связана с тем, что скорость осаждения ее частиц более чем на порядок ниже скоростей воздуха в воздухозаборных устройствах.

Размеры частиц в охлаждающем воздухе пыли колеблются в очень широких пределах. Наименьшие приближаются к размерам молекул, наибольшие достигают 160 микрон. Частицы размером 7,5 микрон и выше составляют около 50% от общего веса пыли, а запыленность воздуха, поступающего в систему охлаждения тепловоза, составляет 10-24 мг/м³, а во время пыльных бурь достигает 100 мг/м³ и более. [7]

Весовое содержание пыли в охлаждающем воздухе зависит от состояния атмосферы, места его забора, особенности местности, по которой проходит железнодорожный путь. Химический состав пыли, попавшей с охлаждающим воздухом в тяговые двигатели, зависит от географического места эксплуатации, характера массового груза, длительности эксплуатации данного участка, характеристик материалов, применяемого для повышения сцепления колес с рельсами и других факторов. процентное содержание пыли в воздухе отражено в таблице 3.1. [8]

Таблица 3.1 - Процентное содержание веществ в пыли

Компоненты загрязнения охлаждающего воздуха	Содержание пыли % (по весу)
Кварц	35-100
Окись железа	1,3-30
Железо	2.7-17
Окись алюминия	4,8-15,7
Окись кальция	1,7-7,56
Окись магния	1,5-2,28
Сульфаты	0,35-3,1
Медь, свинец	0,5-0,7
Органические составляющие	6,4-24,1
Масло	0,5-4,0

Степень воздействия загрязнения воздуха на ТЭД зависит от состояния сетчатых фильтров. К сожалению в эксплуатации нередко эти фильтры забиваются пылью, тем самым снижается нормальный приток охлаждающего воздуха.

3.3 Механические нагрузки

Механические нагрузки, возникающие в ТЭД при работе тепловоза, можно разделить на три группы. Первая группа - механические нагрузки, вызванные статически весовым нагружением и кратковременными переходными режимами (прицепка к составу, трогание, торможение, изменение режима работы ТЭД). Вторая группа - механические нагрузки, вызванные взаимодействием железнодорожного полотна и тепловоза: прохождение стыков рельс и неровности пути. Третья группа – механические нагрузки, вызванные собственной вибрацией ТЭД и другого оборудования.

Нагрузки первой группы рассматриваются как постоянно действующие. Их уровень определяется конструкцией или нормируемыми режимами работы тепловоза. Нагрузки второй и третьей группы – это динамические колебательные нагрузки, значение которых определяется не только конструктивными особенностями тепловоза и ТЭД (весом, типом и характеристиками связей отдельных частей, характеристиками амортизирующих устройств), но и случайными нерегулярными возмущениями, определяемых внешними факторами. [8]

Рисунок 3.3 - Вибрация ЭД-118 на тепловозе ТЭ10

На рисунке 3.3 цифрами обозначены: 1 - вибрация в вертикальном направлении; 2 – вибрация вдоль тепловоза; 3 – вибрация поперек тепловоза (путь исправный, прямолинейный участок, летний период, скорость 40 км/ч).

Анализ отказов ТЭД в эксплуатации показывает, что на их число существенно влияют колебания сравнительно малой амплитуды – вибрации. ТЭД должны обладать способностью безотказно выполнять свои функции в промежутке между плановыми ремонтами, как в момент воздействия вибрации, так и после большего числа случаев их воздействия, т. е. иметь определенную виброустойчивость и вибропрочность.

Величина динамического воздействия при вибрации зависит от степени жесткости пути. Зимой, при низких температурах, путь более жесткий и величина динамических воздействий больше. Это является одной из причин того, что количество отказов тяговых двигателей в зимний период выше, чем летом.

3.4 Влияние режимов работы дизель-генераторной установки на ТЭД

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 ТЭД с температурами выше допустимых вызывает преждевременное старение изоляции и влечёт за собой выход из строя ТЭД. Нагрев обмоток ЭД-118 сверх допустимого превышения температуры возникает при движении тепловоза со скоростью менее расчетной скорости 24 км/ч. Невыполнение расчетной 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 мощности тепловоза. В процессе эксплуатации возникают случаи выхода из строя тяговых электродвигателей. При движении с неполным числом работающих на локомотиве тяговых двигателей 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. [7]

Кроме того при невыполнении расчетной скорости возрастают случаи боксования колёсных пар, при этом частота вращения якоря тягового двигателя резко возрастает. Вследствие чего возникают большие центробежные силы, которые вызывают повреждение валов якорей и шестерен тяговых двигателей, ослабление или повреждение якорных бандажей. При повышенной частоте вращения якоря заметно усиливается искрение под щетками, ухудшается коммутация машины, и создаются условия для 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.

При таких обстоятельствах на 40% увеличивается неравномерность распределения тока между одноимёнными щёткодержателями. В результате плотность тока, протекающего через щётку, на 20 – 40% превышает его значение для продолжительного режима. 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 является искрение на коллекторе, что способствует перебросу дуги на корпус с оплавлением деталей машины, попавших в область горения дуги.

Эксплуатация ТЭД при повышенных токовых нагрузках при несоблюдении расчетных скоростей на лимитирующих подъёмах, при следовании с поездами повышенной массы усугубляет и без того тяжёлые условия их работы. 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 достигают 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 в большей степени в осенне-зимний период. Понижение сопротивления изоляции происходит в период отстоя холодного тепловоза в отапливаемом цехе, при резких оттепелях и при выбеге по уклону. [7]

Характеристики

Список файлов ВКР