Admin

Электрические машины и система вентиляции электровоза 2ЭС6 «СИНАРА»

И.А. ОСИНЦЕВ, преподаватель Тайгинского подразделения Западно-Сибирского учебного центра профессиональных квалификаций

В статье приводится описание конструкции электрических машин и системы вентиляции грузового электровоза постоянного тока 2ЭС6 «Синара». Даны сведения о выполняемых работах при техническом обслуживании и ремонте.

ТЯГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
На грузовых электровозах постоянного тока 2ЭС6 «Синара» в процессе выпуска устанавливались тяговые двигатели различных модификаций, а именно ДПТ-810 (Карпинский электромеханический завод, Россия, г. Карпинск), ЭДП810 («Электротяжмаш», Украина, г. Харьков), СТК-810 (Украина, Смелянский электромеханический завод), ЭК-810 («Татэлектромаш», Россия, г. Набережные Челны). Начиная с 2011 г. на электровозы этой серии устанавливают только двигатели ЭДП810 и ЭК-810. Глубокая унификация указанных тяговых двигателей позволяет рассмотреть их конструкцию на примере одной из модификаций, а именно, ЭК-810.
Тяговый двигатель постоянного тока ЭК-810 (рис. 1) используется на грузовых электровозах постоянного тока серии 2ЭС6 в составе механического привода с двухсторонней зубчатой передачей. Вращающий момент на тяговый редуктор передается шестернями, установленными на валу. Тяговый двигатель имеет опорноосевое подвешивание. По габаритно-присоединительным размерам и электромеханическим характеристикам тяговый двигатель ЭК-810 взаимозаменяем с тяговыми электродвигателями ЭДП810 и СТК-810. Основные параметры двигателя приведены в табл. 1, а их предельные значения — в табл. 2.


Двигатель ЭК-810 имеет климатическое исполнение У1 по ГОСТ 15150-69. Для его якоря, катушек главных и добавочных полюсов, компенсационной катушки используются изоляционные материалы класса Н. Двигатель представляет собой шестиполюсную машину постоянного тока. Питание обмотки возбуждения осуществляется от управляемого выпрямителя статического преобразователя. Допускается ее работа в режиме как независимого, так и последовательного возбуждения.
Двигатель имеет независимую систему вентиляции. Охлаждающий воздух поступает в двигатель сверху со стороны коллектора (рис. 2) через прямоугольное отверстие и выходит через щелевые отверстия подшипникового щита со стороны, противоположной коллектору. Электромеханические характеристики электродвигателя приведены на рис. 3 — 5, а характеристики холостого хода и нагрузочные представлены на рис. 6.
Двигатель (см. рис. 1) состоит из остова 1, якоря 21, щеткодержателей 14, жестко закрепленных на поворотной траверсе 32 с помощью изоляторов 13 и планок, и двух подшипниковых щитов 2. Магнитная система включает в себя остов 1, главные полюса 22 с компенсационной обмоткой 17 и добавочные полюса 18. Остов имеет сварную конструкцию из листовой стали. С наружной стороны остова предусмотрена выступающая площадка, которая используется для жесткого крепления двигателя к раме тележки.


Для обслуживания коллектора и щеточного узла в остове предусмотрены два люка, закрываемые съемными крышками с уплотнениями из губчатой резины. На нижней крышке коллекторного люка для измерения давления охлаждающего воздуха приварена бобышка. В бобышке просверлено сквозное резьбовое отверстие М12-6Н, в которое закручивается болт. Зависимость статического давления Рст от количества охлаждающего воздуха Q в контрольной точке приведена на рис. 7. В электродвигателе имеются два отверстия диаметром 14 мм для слива конденсата: одно — в остове со стороны, противоположной коллектору, а второе — в крышке нижнего коллекторного люка.
На главных полюсах (см. рис. 1) расположены катушки обмотки возбуждения, создающие основной магнитный поток. Катушки намотаны из мягкой медной ленты марки ПММ и имеют 16 витков. Для лучшего прилегания катушки к внутренней поверхности остова и к поверхности полюса ее опрессовывают в специальном приспособлении, чтобы придать соответствующую форму. К крайним виткам катушки припаяны выводы из гибкого медного провода. Корпусная изоляция катушки состоит из слюдинитовой ленты, а междувитковая изоляция выполнена из стеклослюдопласта ГИК-Т-ЛСК(В).
Сердечники главных полюсов 22, набранные из листовой электротехнической стали толщиной 0,5 мм, в спрессованном состоянии закреплены заклепками и крепятся к станине тремя болтами МЗО. В каждом сердечнике имеются пазы, в которые укладывают катушки компенсационной обмотки 17, которые служат для компенсации вредного воздействия реакции якоря.

Компенсационная обмотка выполнена из 12 витков мягкого медного провода марки ПММ. Крепление компенсационных обмоток в пазах сердечника главного полюса выполнено стеклопластиковыми клиньями марки Б.
Для улучшения коммутации между главными полюсами установлены дополнительные полюса 18. Сердечники дополнительных полюсов по высоте состоят из двух частей, изготовленных из стального листа. На нижней части сердечника, расположенной со стороны якоря, с помощью заклепок устанавливают латунные или алюминиевые наконечники, которые предназначены для предотвращения рассеивания магнитного потока.
На самом сердечнике устанавливают катушку возбуждения и закрепляют немагнитной планкой, выполняющей одновременно роль второго немагнитного зазора. Катушки возбуждения дополнительного полюса 18 намотаны из медной ленты ПММ на ребро и имеют 6 витков. Дополнительные полюса крепят к остову тремя болтами 20 (М20), изготовленными из немагнитной стали.


Корпусная изоляция катушек главных и дополнительных полюсов выполнена из слюдинитовой ленты, межвитковая изоляция выполняется из асбеста или электрокартона, а покровная — из восьми слоев стеклослюдинитовой ленты с полиэтилентерефта-лантовой пленкой. Межкатушечные соединения выполнены соединительными шинами. Магнитная система пропитана в компаунде «Элпласт-180ИД» класса изоляции Н.
Выводные провода обмоток через резиновые втулки выведены в коробку выводов и подсоединены к колодке. Для вывода проводов от колодки наружу в коробке имеются отверстия, в которые вставлены резиновые втулки, закрепленные накладками. Коробка выводов закрывается крышкой из стеклотекстолита. Для исключения проникновения пыли и влаги применены прокладки из губчатой резины.
Якорь тягового двигателя является подвижной частью электрической машины. Он состоит из коллектора 12, сердечника 21, нажимной шайбы 19, установленных на втулку 33, запрессованную на вал 7, и обмотки 25. Втулка якоря 33 представляет собой трубу, на которой закреплены три кольца. Кольца соединены ребрами.
По наружному диаметру втулка якоря обработана под посадку нажимной шайбы, отфрезерован шпоночный паз. На выступающем конце втулки имеется резьба со стороны коллектора для установки гайки крепления. Наличие втулки позволяет заменить вал в случае повреждения без разборки якоря.
В конструкции двигателя применен коллектор арочного типа. Он состоит из втулки, комплекта пластин 12, разделенных между собой пластинами из межколлекторного миканита или амбирита, срезанного на глубину 0,7... 1,3 мм, манжет, миканитового конуса 10 и нажимного конуса 11. На втулку якоря 33 коллектор посажен с натягом и дополнительно закреплен гайкой.

Сердечник якоря 21 набран из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм и спрессован между нажимной шайбой 19 и втулкой коллектора. Обмотка якоря 25 — простая петлевая с уравнителями 16 первого рода, изготовленными из провода марки ПЭТВСД (провод эмалированный тепловлагостойкий с двойной стеклянной изоляцией). Основная корпусная изоляция выполнена из ленты элмикатерма. Короностойкий слой корпусной изоляции выполнен из имидофлекса, покровный — из стеклянной ленты.
В пазовой части обмотка крепится стеклопластиковыми клиньями марки Б, на лобовых частях — фиксируется с помощью стеклобандажной ленты. Соединение проводников катушек якоря и уравнителей с коллекторными пластинами осуществляется дуговой сваркой в среде защитного газа припоем марки ПСР-2,5.

Щеткодержатели 14 (см. рис. 1) закреплены на траверсе 32 с помощью изоляционных пальцев 13 и планок. Изоляционный палец изготовлен из пластмассы, армирован обоймой и стальной вставкой с резьбовым отверстием, предназначенным для соединения изолятора с корпусом щеткодержателя 14 через планку. Фторопластовая трубка, надетая на изолятор, предотвращает скапливание угольной пыли на его поверхности.
Щеткодержатели являются токопроводящими узлами. Каждый щеткодержатель состоит из корпуса 14, двух спиральных пружин и двух фиксаторов. В окна корпуса вставлены две электрографит-ные щетки марки ЭГ-б 1 размером 20x40x62 мм (рис. 8).

Нажатие на щетки создается в результате закручивания пружины при вращении фиксатора. В щеткодержателе такой конструкции не требуется регулировать нажатие на щетки при их замене и осмотре в процессе эксплуатации. Щеткодержатели соединены попарно проводами.
В процессе эксплуатации двигателей ЭДП-810 иногда наблюдается излом шплинта оси щеткодержателя из-за воздействия динамических нагрузок, со сдвигом оси и механическим повреждением петушков коллекторных пластин якоря. Для предупреждения выпадения валика в сервисном локомотивном депо Тайга валик заменяют на модернизированный (рис. 9). Наличие упорного бурта не позволяет произойти смещению в сторону коллектора при изломе стопорного шплинта.
Разрезная траверса (см. рис. 1) по наружному ободу имеет зубчатый венец, входящий в зацепление с зубьями шестерни поворотного устройства. В двигателе траверса крепится фиксирующим 28 и тремя стопорными 30 устройствами, а также специальным разжимным устройством. Поворотное устройство 31 представляет собой шестерню с валиком. Валик, имеющий квадратную головку, установлен в отверстие станины. Шестерня входит в зацепление с зубьями траверсы. Вращая валик, с помощью шестерни поворачивают траверсу, чтобы осуществить осмотр и обслуживание каждого щеткодержателя через верхний и нижний смотровые люки. Устройство фиксации траверсы состоит из болта и накладки, имеющей отверстие.
После установки щеток на нейтраль, вставив болт в это отверстие, траверсу крепят к щиту. Установку траверсы в нейтральное положение в эксплуатации контролируют по совпадению рисок, нанесенных на остове и траверсе. Стопорное устройство 30 траверсы состоит из болта, установленного в отверстии остова, накладки и обоймы. Накладка при вращении болта входит в обойму и прижимает траверсу к подшипниковому щиту.


Разжимное устройство состоит из оси и двух шарниров, закрепленных на траверсе накладками с болтами. Один шарнир имеет отверстие с правой резьбой, другой с левой. В шарниры вкручена ось, имеющая шестигранник, что позволяет вращать ее ключом. При вращении оси в ту или другую сторону происходит разжатие или сжатие траверсы по диаметру. В рабочем положении траверса должна быть разжата. Зазор в траверсе в сжатом положении составляет 2 мм, в разжатом — 4...7,5 мм. На поворотной траверсе на диаметрально расположенных планках для крепления щеткодержателей установлены разрядники, предназначенные для защиты двигателя от последствий возникновения перенапряжений на коллекторе.
Подшипниковые щиты 2 (см. рис. 1) закрывают торцевые горловины остова. В щиты запрессованы наружные кольца роликовых подшипников 4, а их внутренние кольца насажены на вал 7 и зафиксированы в осевом направлении лабиринтными втулками 5. В подшипниковых узлах предусмотрены уплотняющие устройства, которые предотвращают проникновение в подшипники жидкой смазки из кожуха зубчатой передачи и утечку смазки из подшипниковых камер.
С внутренней стороны лабиринтные кольца 6 через отверстия сообщаются с атмосферой. Это способствует выравниванию давления в подшипниковых камерах с атмосферным, тем самым исключается выдавливание смазки из них под действием давления, возникающего в работающем двигателе при продувке через него вентилирующего воздуха.
С внутренней стороны узел закрыт подшипниковым щитом с уплотняющей втулкой 5. С наружной стороны установлено лабиринтное кольцо 6. При добавлении смазки в подшипники отработанная смазка попадает в камеру 29 и через отверстия крышек выбрасывается в специальные камеры, закрытые крышками с прокладками из резины. Удаление отработанной смазки из камер производится при каждом добавлении смазки в подшипники.


Для подачи смазки в подшипниковые камеры в отверстия щитов ввинчены специальные трубки 3 (тавотницы), закрытые резьбовыми пробками. Для смазывания подшипников применяется пластичная смазка «Буксол». Выводные провода двигателя снаружи защищены термоусаживающимися полиэтиленовыми трубками. Схема соединения обмоток тягового двигателя приведена на рис. 10.
Изоляция обмоток тягового двигателя относительно корпуса и между обмотками должна выдерживать в течение 60 с испытательное практически синусоидальное напряжение 8100 В частотой 50 Гц. Сопротивление изоляции обмоток электродвигателя относительно его корпуса и сопротивление между обмотками
должно быть в соответствии с ГОСТ 2582-2013 при нормальных климатических условиях по ГОСТ 15150-69 — не менее 40 МОм. Браковочная величина сопротивления изоляции в эксплуатации
составляет менее 1,5 МОм. Предельные допускаемые превышения температур частей электродвигателя для класса изоляции Н по ГОСТ 2582-2013 составляют:

• для обмотки якоря (при измерении методом сопротивления)—160 °C;
• для остальных обмоток (при измерении методом сопротивления) —180 °C;
• для коллектора (при измерении термометра) — 105 °C.

Своевременное проведение текущего обслуживания и ремонта обеспечивает надежную эксплуатацию тягового двигателя. Для обнаружения и устранения неисправностей и, следовательно, обеспечения работоспособности проводят ревизии, замену или восстановление отдельных узлов и деталей. Работы выполняют без снятия двигателя с электровоза при текущем ремонте (ТР) и со снятием его при среднем ремонте (СР). Средний ремонт является наиболее сложным и трудоемким из всех, выполняемых в депо.
Планово-предупредительной системой ремонта и технического обслуживания электроподвижного состава предусмотрен также капитальный ремонт (КР) двигателя, который проводится на ремонтных заводах. Капитальный ремонт предназначен для
полного восстановления характеристик и ресурса двигателя путем замены или восстановления изношенных узлов и деталей, а также их модернизации.
Техническое обслуживание ТО-1 тяговых двигателей проводят при смене бригад в локомотивном депо и в пути следования, обслуживание ТО-2 — не более чем через 180 ч.


При техническом обслуживании осмотром проверяют:

• > целостность, отсутствие следов замасливания и закрепление рукава, по которому подводится охлаждающий воздух (при ТО-1, ТО-2);
• > наличие и надежность крепления крышек смотровых коллекторных люков (при ТО-1, ТО-2);
• > состояние видимой части поверхности коллектора и траверсы (без ее проворота), а также щеткодержателей и щеток в видимой части траверсы (при ТО-2);
• > сопротивление изоляции обмоток относительно корпуса в холодном состоянии двигателя (при ТО-2);
• > состояние разрядника, установленного на траверсе; проверяют зазор между контактом разрядника и щитом (при ТО-2).
• Ремонты двигателя совмещены с аналогичными видами ремонтов электровоза. Их периодичность приведена в табл. 3.
• При текущих ремонтах ТР-30, ТР-300 и ТР-600 двигателя выполняется следующие работы:
  
• предусмотренные техническим обслуживанием;
• проверка состояния устройств для фиксации, проворота и стопорения траверсы, изоляторов, щеткодержателей и щеток с проворотом траверсы;
• прочистка для удаления конденсата отверстий
• диаметром 20 мм в нижней части остова двигателя с обеих сторон;
• проверка работы подшипников на слух или с помощью специальных приборов при вращении якоря на каждом ТР-30 (через
• 30 тыс. км пробега);
• добавление смазки в якорные подшипники;
• проверка болтов крепления полюсов, головки которых не
• заполнены замазкой, на TP-300, ТР-600 (через каждые, соответственно, 300 и 600 тыс. км пробега электровоза);
• проверка обстукиванием крепления крышек подшипников и подшипниковых щитов в доступных местах;
• при снятой крышке коробки выводов — осмотр колодки, проверка надежности ее крепления к остову, состояния и крепления наконечников кабелей, надежности посадки на кабели резиновых втулок;
• измерение сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса в холодном состоянии двигателя;
• измерение статического давления воздуха.

При проведении среднего ремонта проводятся следующие основные работы:

• разборка двигателя;
• продувка двигателя сухим сжатым воздухом и очистка от загрязнений его узлов;
• измерение сопротивления изоляции обмоток в холодном состоянии относительно корпуса;
• очистка полюсных болтов от замазки и заполнение замазкой головок этих болтов;
• восстановление покрытия внутренних поверхностей магнитной системы;
• смазывание отверстий в остове под болты фиксатора, стопоров и валика шестерни поворотного устройства траверсы;
• осмотр и проверка исправности траверсы;
• осмотр изоляторов и щеткодержателей;
• покрытие эмалью поверхностей траверсы, кроме посадочных;
• ревизия подшипниковых узлов;
• покрытие эмалью внутренних поверхностей щитов;
• проверка состояния бандажей обмотки и рабочей поверхности коллектора;
• покрытие эмалью поверхности якоря;
• динамическая балансировка якоря в случае замены бандажей и клиньев, проточки коллектора;
• сборка двигателя.

Во время оттепелей зимой, когда температура окружающего воздуха резко повышается, происходит интенсивное образование инея на коллекторе и обмотке двигателя электровоза, находящегося в ожидании работы или в резерве. Иней при оттепелях не будет образовываться, если температура обмоток отличается от температуры окружающего воздуха не более чем на 5 — 6 °C. Чтобы обеспечить это в условиях, когда температура окружающего воздуха (не ниже -20 °C) повышается в течение 6 ч на 5 — 6 °C, обмотки двигателя необходимо подогревать, включая на 30 — 40 мин вентиляторы электровоза или подавая ток от контактной сети при медленном перемещении электровоза. После каждого очередного повышения температуры воздуха на 5 — б °C за 6 ч следует снова подогревать обмотки двигателя.
Появившийся иней удаляют, продувая двигатель вентилирующим воздухом. Для этого, не подавая напряжения на двигатель, включают вентилятор охлаждения и подают холодный вентилирующий воздух в течение 20 — 30 мин. Если за это время иней не будет удален, а также если сопротивление изоляции ниже нормы, электровоз ставят в депо для сушки изоляции.
Причинами снижения сопротивления изоляции являются:

• отсутствие защитных патрубков на подшипниковом щите с противоколлекторной стороны;
• отсутствие методов подогрева электрических машин перед постановкой в отапливаемые цеха.

Из проведенного анализа видно отсутствие какой-либо зависимости понижения сопротивления изоляции от типа тягового двигателя (рис. 11).
Перед пуском в эксплуатацию такого электровоза двигатель продувают воздухом в течение 1 —1,5 ч и измеряют сопротивление изоляции. Если оно меньше допустимого, двигатель просушивают. При постановке электровоза для ремонта в отапливаемый цех температура обмоток двигателя не должна отличаться от температуры цеха более чем на 5 — 6 °C во избежание конденсации на них влаги.


Как правило, электровоз ставят в отапливаемый цех сразу после эксплуатации с нагретым двигателем. Если это невозможно, то после постановки электровоза в цех немедленно приступают к подогреву обмоток двигателя. Для этого включают собственные вентиляторы электровоза или подогревают обмотки воздухом от вентиляторов цеховой калориферной установки, не включая калорифер. Продувку продолжают до тех пор, пока температура двигателя не станет равной температуре воздуха в цехе.
Запрещается холодный двигатель обдувать горячим воздухом от калориферной установки, так как под действием потока горячего воздуха остывший двигатель сначала отпотевает, а затем влага медленно испаряется. При этом происходит быстрое старение изоляции и увеличивается число ее пробоев в зимний период.
Запрещается вводить в отапливаемый цех электровоз с холодным двигателем, если оборудование цеха не позволяет производить подогрев обмоток. Перед постановкой электровоза в отапливаемый цех допускается обмотки двигателя подогреть током от контактной сети в течение 1 — 1,5 ч при медленном перемещении электровоза.
В случае снегопадов и метелей при движении электровоза на выбеге и при стоянке вентилятор, подающий воздух в двигатель, должен работать, что позволяет избежать попадания снега в двигатель через вентиляционные отверстия. В зимнее время при каждой постановке электровоза в цех измеряют сопротивление изоляции двигателя. Если оно ниже допустимого, а также если в двигателе обнаружен снег или признаки увлажнения обмоток, двигатель просушивают.
(Окончание следует)