[07-2018] Больше внимания изоляционным конструкциям двигателей
 

Больше внимания изоляционным конструкциям двигателей

Д-р техн, наук А.М. ХУДОНОГОВ, кандидаты технических наук Е.Ю. ДУЛЬСКИЙ, В.Н. ИВАНОВ, ИрГУПС

Итоги работы локомотивов приписного парка Восточно-Сибирской и Красноярской дирекций тяги в 2017 г. свидетельствуют, что почти 17 % случаев привлечения их на межпоездной ремонт (МПР) связано с повреждениями тяговых двигателей (ТД). Распределение отказов узлов ТД грузовых электровозов на дорогах Восточного полигона приведено на рис. 1. Как видно, около 90 % отказов и заходов на МПР приходится на три группы электромагнитной системы ТД, причем на щеточный аппарат и якорь — около 70 %.

Основная причина повреждений электрических машин — низкая надежность изоляционных конструкций, в частности, пальцев кронштейнов щеткодержателей коллекторных ТД. Пополнение парка тягового подвижного состава электровозами новых серий — 2ЭС6 «Синара», 2ЭС4К «Дончак», 2(3)ЭС5К «Ермак» — заметно снизили объем МПР. Однако число заходов на МПР из-за низкой надежности изоляционных конструкций ТД все еще остается весомым.

Все детали электровоза выполнены из стали для того чтобы избежать износа при эксплуатации. Лучшая сталь для ножа и других инструментов и деталей, к которым предъявляются особые требования по прочности - закаленная. именно закаленную сталь применяют в элементах локомотива.

Многолетние исследования сотрудников Иркутского государственного университета путей сообщения (ИрГУПС) привели к появлению основ локальных методов упрочнения изоляционных конструкций ТД [2 — 3]. Сейчас специалисты проводят теоретические и экспериментальные исследования по повышению трекингостойкости изоляционных пальцев кронштейнов щеткодержателей различных типов ТД локомотивов.

Трекингостойкость — один из показателей диэлектрика. Он показывает, насколько диэлектрик препятствует появлению проводящих треков (дорожек), которые возникают при воздействии электрических токов дуговых разрядов, протекании электрического тока через образовавшиеся иней и токопроводящую дорожку из графитовой пыли. Данная характеристика важна при выборе способов крепления кронштейнов щеткодержателей на изоляционных пальцах, а также для технологий их изготовления (восстановления).

При изготовлении упомянутых конструкций на большинстве ТД в качестве диэлектрика используют прессматериал из волокнита типа АГ-4В в сочетании с другими полимерами. Для повышения электрической прочности и трекингостойкости некоторые исследователи рекомендуют использовать прессматериал из аминопласта типа МФЕ-2.

Однако согласно характеристикам соответствующего стандарта электрическая прочность волокнита на 1 кВ/мм выше по сравнению с аминопластом. После изготовления или восстановления боковая поверхность пальца должна быть ровной и чистой, шероховатость поверхности — не более VRa 6,3.

На наш взгляд, этот показатель, в основном, и определяет прочность и трекингостойкость изоляционных пальцев. Такой вывод подтверждается многочисленными исследованиями локальных методов упрочнения лобовых частей электрических машин тягового подвижного состава с использованием теплового (инфракрасного) излучения, призванных повысить надежность ТД.

Заслуживает внимания анализ конструкции щеточного аппарата ТД электровозов переменного тока с позиций наиболее вероятных причин перекрытия и пробоя изоляционных пальцев. Щеточный аппарат тягового двигателя состоит из траверсы разрезного типа с поворотным механизмом, шести кронштейнов с изоляционными пальцами, шести щеткодержателей и разжимного устройства.

Кронштейн щеткодержателя (рис. 2) — разъемный. Он состоит из корпуса 2 и накладки 3, которые болтом М16 закреплены на двух изоляционных пальцах 4, установленных на траверсе. Пальцы представляют собой стальные шпильки, опрессованные прессмате-риалом типа АГ-4В и покрытые электроизоляционным лаком типа ФЛ-98. К траверсе пальцы крепятся корончатыми гайками. Между собой кронштейны соединены изолированными медными проводами ППСТ площадью 95 мм2, которые закреплены на траверсе стальными скобами.


Щеткодержатель к кронштейну крепят шпилькой М1б, гайкой с пружинной шайбой. В осевом направлении щеткодержатель фиксируют относительно петушков коллектора специальной шайбой, размещенной на шпильке крепления корпуса щеткодержателя к кронштейну. На сопрягаемых поверхностях (кронштейна и щеткодержателя) для более надежного их крепления сделана гребенка, которая позволяет выбрать и зафиксировать положение щеткодержателя по высоте относительно рабочей поверхности коллектора при его износе.

Наиболее уязвимым участком для возникновения перекрытия является зазор в 3 мм (см. рис. 2) между корпусом и накладкой кронштейна щеткодержателя. Попадание увлажненной пыли в этот промежуток способствует увеличению напряженности электрического поля крайних областей пылевого участка, что приводит к последующему неблагоприятному результату. Чтобы предупредить перебросы дуги, рекомендуется периодически очищать этот зазор.

На сегодняшний день эксплуатируемые магистральные электровозы оснащены различными моделями тяговых двигателей (НБ-418К6, НБ-514 и др.), конструктивно отличающихся по многочисленным показателям. Однако устройство щеточного аппарата остается неизменным. В процессах длительной эксплуатации ТД формируется дорожка из токопроводящей пыли между щеточным контактом и траверсой. Она образуется не только из-за несовершенства конструкции крепления кронштейна щеткодержателя к изоляционному пальцу, но и из-за наличия или появления микротрещин на боковой поверхности изоляционного пальца. При неблагоприятных условиях, в основном, по этой дорожке и происходит разряд перекрытия (рис. 3).

Технология изготовления и восстановления пальцев предусматривает несколько этапов нагрева детали. В заводских и деповских условиях такие операции проводят в сушильных печах с конвективным принципом нагрева деталей до и после пропитки. Причем в деповских условиях в сушильную печь с мощностью 100 кВт устанавливают для нагрева подставку всего лишь с 12 — 18 пальцами. Время восстановления в соответствии с технологическими картами может превысить 12 ч.

Чтобы уменьшить загрязнение поверхности пальцев токопроводящей пылью и предотвратить перекрытия на корпус, в справочной литературе содержатся рекомендации устанавливать на поверхность изоляционных пальцев трубки из фторопласта. Сотрудники ИрГУПСа предлагают использовать локальные технологии в процессах производства и восстановления изоляционных пальцев электрических машин тягового подвижного состава. По их мнению, более эффективным и менее затратным является полирование боковой поверхности прессматериала, покрытого полимером, до «зеркального блеска», с использованием (инфракрасного, терморадиационного) некогерентного или когерентного теплового излучения [4, 5].

Предварительные экспериментальные исследования по упрочнению изоляционных конструкций на основе использования теплового излучения подтвердили высокую эффективность предлагаемых способов в сравнении со штатным методом конвективной сушки по таким показателям, как время сушки, напряжение перекрытия или пробоя, шероховатость поверхности после обработки. Сейчас специалисты разрабатывают проекты производственных установок для упрочнения изоляционных пальцев в заводских и деповских условиях.

Библиография
1. Авилов, В.Д. Оптимизация коммутационного процесса в коллекторных электрических машинах постоянного тока: монография / В.Д. Авилов; Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2013. - 356 с. 6. Электровоз ВЛ85. Руководство по эксплуатации / Тушканова Б.А., Пушкарев Н.Г., Позднякова Л.А. - М.: Транспорт, 1992 г. - 480 с.

2. Дульский, Е.Ю. Влияние химических свойств полимеров и режимов ИК-энергоподвода на прочность и пластичность изоляции в локальных технологиях продления ресурса электрических машин тягового подвижного состава / Е.Ю. Дульский, А.М. Худоногов, Е.М. Лыткина // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2015. № 1 (21). С. 6 —11.

3. Худоногов А.М. Инновационные технологии повышения надежности электрических машин / А.М. Худоногов, Е.М. Лыткина, А.А. Васильев, В.Н. Иванов, Д.Ю. Алексеев, В.И. Исаченко //Журнал «Локомотив» № 10,2012. - С. 27,28.

4. Пат. на изобр. РФ, МПК F 26 В 3/30 Способ сушки полимерной изоляции пальцев кронштейнов щеткодержателей электрических машин инфракрасным лазерным излучением и устройство для его реализации/ Дульский Е.Ю. и др,- № 2622595; заявл.13.07.15. опубл.16.06.17 бюл. № 17. - 7 с.

5. Пат. на изобр. РФ, МПК Н 02 К15/00 Конвейерный способ сушки полимерной изоляции пальцев кронштейнов щеткодержателей электрических машин инфракрасным излучением / Дульский Е.Ю. и др.-№ 2596149 Р.