ДП 190303.65.12.152.ПЗ (1232038), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Рисунок 1.1 – Процент отказов двигателей НБ-514Б по причине перегрева
В период с 2012 по 2015 год, на Дальневосточной железной дороге зафиксировано 133 случая отказа двигателей НБ-514Б, из них, по причине повышенной температуры – 18 случаев, что составляет 13,5 %. Из этого можно сделать вывод, что эффективная и оптимальная вентиляция тяговых двигателей, может сократить количество выходов их из строя почти на 14 %.
Анализируя таблицу 1.2, можно сделать вывод что, обмотка якоря является наименее устойчивым, к высоким температурам, узлом. За период равный трем годам, по причине перегрева обмотки якоря, было зафиксировано 11 случаев выхода из строя тяговых электрических двигателей. За тот же период, по причине перегрева коллекторного узла, зафиксировано всего 4 подобных случая. Перегрев дополнительно полюса, стал причиной 3-х выходов из строя двигателей. По результатам анализа так же строится гистограмма (рисунок 1.2), которая наглядно показывает устойчивость узлов к повышенным температурам.
Рисунок 1.2 – Статистика отказов узлов двигателя от воздействия высоких температур
Уменьшение воздействия высоких температур преимущественно на обмотку якоря, может значительно снизить количество выходов из строя тяговых электрических двигателей.
2 АНАЛИЗ ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТА
Двигатель НБ-514Б (рисунок 2.1), представляет собой компенсированную, шестиполюсную, электрическую машину пульсирующего тока с последовательным возбуждением и независимой системой вентиляции и выполнен для опорно-осевого подвешивания [2]. Охлаждающий воздух поступает в тяговый двигатель со стороны коллектора через вентиляционный люк и выходит из двигателя со стороны, противоположной коллектору, вверх под кузов электровоза через специальный кожух.
а
б
Рисунок 2.1 – Двигатель НБ-541Б: а – поперечный разрез; б – продольный
2.1 Конструкция
2.1.1 Вал
Вал якоря тягового двигателя служит для соединения всех деталей якоря и как несущая конструкция этих деталей, а также для передачи вращающего момента от двигателя через шестерню к зубчатому колесу [2]. Вал выполнен из стали 20ХНЗА, которая имеет параметры, указанные таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Параметры стали 20ХНЗА
| Параметр | Значение |
| 1 | 2 |
| Плотность | 7900 кг/м3 |
| Удельная теплоемкость | 500 Дж/(кг·°К) |
| Тип проводимости | Изотропная |
| Коэффициент теплопроводности | 16,299 Вт/(м·°К) |
Жесткость вала должна быть такой, чтобы максимальные нагрузки, в том числе и электрические, не приводили к большим прогибам, которые могут вызвать задевание ротора о статор, появление значительных сил одностороннего магнитного притяжения, перекос в подшипниках и в зацеплении зубчатых передач. При всех режимах работы, напряжения на валу не должны превышать допустимых для данного материала значений. Шероховатость посадочных поверхностей должна быть не ниже 7 класса.
Вал якоря изображен на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – Вал якоря тягового двигателя из программы SolidWorks
Для придания валу необходимой прочности все изменения его диаметра выполнены плавно без кольцевых выточек и шпоночных канавок.
2.1.2 Втулка якоря
Втулка якоря имеет коробчатую конструкцию, по наружному диаметру втулка обработана под посадку задней нажимной шайбы, сердечника якоря и коллектора, по внутреннему – под посадку на вал [2]. Втулка напрессовывается на вал с натягом 0,13—0,19 миллиметра. На выступающем конце втулки имеется резьба M175X3 для гайки крепления коллектора. Втулка, так же как и остов двигателя, изготавливается из стали марки 25Л, которая имеет параметры указанные в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Параметры стали 25Л
| Параметр | Значение |
| 1 | 2 |
| Плотность | 7830 кг/м3 |
| Удельная теплоемкость | 571 Дж/(кг·°К) |
| Тип проводимости | Изотропная |
| Коэффициент теплопроводности | 38,001 Вт/(м·°К) |
Вид втулки представлен на рисунке 2.3.
а б
Рисунок 2.3 – Втулка якоря из программы SolidWorks: а – вид слева; б – вид спереди
2.1.3 Сердечник якоря
Сердечник якоря тягового двигателя служит для передачи магнитного потока, крепления обмотки и является одной из важнейших деталей тягового двигателя [2]. Сердечник якоря выполнен из наборных пластин электротехнической стали Э1300, толщиной 0,5 миллиметра с электроизоляционным покрытием, которые напрессовываются на втулку якоря, а затем вместе с втулкой надевается на вал якоря, образуя с ним и коробкой якоря единую конструкцию. Параметры стали указаны в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – Параметры стали Э1300
| Параметр | Значение |
| 1 | 2 |
| Плотность | 7870 кг/м3 |
| Удельная теплоемкость | 472 Дж/(кг·°К) |
| Тип проводимости | Изотропная |
| Коэффициент теплопроводности | 59,1 Вт/(м·°К) |
Для предотвращения распушения, крайние листы выполняют из стали толщиной 1 мм и скрепляют сваркой. Пазы шлифуют и в них, с краёв, во избежание перетирания изоляции, вставляют изоляционные гильзы. Сердечник якоря закреплен с одной стороны задней нажимной шайбой, с другой — коллектором. В сердечнике имеются 87 пазов открытой формы для размещения обмотки, которые калибруют до размеров по ширине 9,8 и глубине 42,1 миллиметров, и 44 аксиальных отверстия, диаметром 30 миллиметров, расположенных в два ряда для прохождения вентилирующего воздуха. Лист сердечника якоря двигателя изображен на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 – Лист сердечника якоря тягового двигателя из программы SolidWorks
2.1.4 Обмотка якоря
Проводники, уложенные в пазах якоря и соединенные с коллекторными пластинами, образуют обмотку якоря.
В тяговых двигателях обмотка выполняется в виде секций или катушек. Такая секция содержит несколько проводников из прямоугольной меди [2]. Параметры меди приведены в таблице 2.4. Для тяговых двигателей применяют обычно волновую и петлевую обмотки. Причем волновую обмотку применяют для двигателей мощностью примерно до 500 кВт. Секция обмотки якоря изображена на рисунке 2.5
Таблица 2.4 – Параметры прямоугольной меди
| Параметр | Значение |
| 1 | 2 |
| Плотность | 8960 кг/м3 |
| Удельная теплоемкость | 397,5 Дж/(кг·°К) |
| Тип проводимости | Изотропная |
| Коэффициент теплопроводности | 327 Вт/(м·°К) |
Обмотки тяговых двигателей специальным образом изолируют. Различают три основных вида изоляции:
- витковая;
- корпусная;
- покровная.
Витковая изоляция во всех двигателях выполняется стеклослюдинитовой лентой, в один слой каждый проводник.
Корпусная изоляция является основной, эта изоляция пакета проводников. Её толщина определяется величиной напряжения и видом материалов. Между секциями вставляется изоляционная прокладка.
Покровная изоляция – это самый верхний слой изоляции в пазу – служит для защиты секций от механических повреждений. Крепление секции в пазу осуществляется клиньями. Обычно это секционированные текстолитовые или буковые клинья (в последнее время используются редко). Передние и задние лобовые вылеты обмоток бондажируются. Это может быть либо металлический, либо не металлический бандаж.
Рисунок 2.5 – Секция обмотки якоря
2.1.5 Коллекторный узел
Коллекторный узел включает в себя коллектор, втулку и нажимной конус.
Коллектор – это устройство электромеханической коммутации. Это очень нагруженный узел и у современных машин находится на пределе использования возможностей материалов и технологии. Каждая коллекторная пластина, соединена с соответствующей секцией обмотки якоря. Пластин обычно более 300 [2].
В тяговых двигателях обычно применяют коллекторы арочного типа. Пластины коллектора (рисунок 2.6), трапецеидальные, изолированные друг от друга миканитовыми прокладками и изготавливаются из меди с присадкой серебра. Параметры сплава приведены в таблице 2.5.
Таблица 2.5 – Параметры меди с присадкой серебра
| Параметр | Значение |
| 1 | 2 |
| Плотность | 8960 кг/м3 |
| Удельная теплоемкость | 397,5 Дж/(кг·°К) |
| Тип проводимости | Изотропная |
| Коэффициент теплопроводности | 327 Вт/(м·°К) |
Рисунок 2.6 – Коллекторная пластина из программы SolidWorks
Втулка коллектора, изготовленная из стали 25Л, служит для фиксации коллекторных пластин и насаживается на втулку якоря [2]. Нажимной конус необходим для закрепления пластин. Коллектор изображен на рисунке 2.7.
Рисунок 2.7 – Коллектор тягового двигателя
2.1.6 Главные и добавочные полюса
Сердечники главных полюсов, так же как и сердечник якоря, выполнены из штампованных листов малоуглеродистой стали [2]. Технология изготовления и набора приблизительно такая же, как и сердечника якоря, конечные листы сваривают на точечную сварку. Пластина главного полюса изображена на рисунке 2.8.
Рисунок 2.8 – Пластина главного полюса из программы SolidWorks
У машин с компенсационной обмоткой на главных полюсах выполнены пазы для её укладки.
Главные полюса крепятся к остову и удерживают обмотку возбуждения.
Вид главного полюса показан на рисунке 2.9.
Рисунок 2.9 – Главный полюс тягового двигателя
В тяговых двигателях катушки главных полюсов выполняют из шинной прямоугольной меди в основном наматываемую на ребро.
Межвитковую изоляцию выполняют в зависимости от необходимого класса изоляции F или Н. Есть некоторые отклонения при выполнении катушек главных полюсов двигателей последовательного и независимого возбуждения. У последних обмотка многовитковая, а ток в 3–5 раз меньше, чем ток якоря.
Компенсационные катушки изготавливают отдельно и готовые секции вкладывают в пазы главных полюсов.
Катушки обмоток возбуждения производят тремя способами:
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
