бабулер68

Тепловоз ТЭМ18ДМ: устройство тягового двигателя

П.В. ПУЛИКОВ, В.О. СВИДЕРСКИЙ ,
преподаватели Кулундинского подразделения Западно-Сибирского учебного центра профессиональных квалификаций Рисунки ЗАО «НТЦ "РИНТ"»

Тяговый двигатель тепловоза предназначен для преобразования электрической энергии в механическую в режиме тяги и преобразования механической энергии в электрическую в режиме реостатного торможения. На маневровом тепловозе ТЭМ18ДМ применяются тяговые двигатели типа ЭДУ-133ПУХЛ1 и ЭД-118АУ1. Основные технические характеристики двигателей представлены в таблице.

Тяговый двигатель представляет собой четырехполюсную электрическую машину постоянного тока последовательного возбуждения с независимой нагнетательной вентиляцией и с широким диапазоном изменения частоты вращения якоря. Электродвигатель имеет один свободный конусный конец вала якоря, на который насаживается ведущая шестерня тягового редуктора.

Электродвигатель включает в себя (рис. 1) остов 1, якорь 5, подшипниковые щиты 10 и 15, подшипники 12 и 14, щеткодержатели 2, главные 6 и добавочные 4 полюсы. Принципиальная электрическая схема соединения обмоток и маркировка зажимов двигателя приведены на рис. 2.

Электродвигатель имеет следующие выводные концы: начало и конец обмотки возбуждения D1 («К») и D2 («КК»), начало и конец якорной цепи А1, В2 («Я», «ЯЯ»). К силовой схеме тепловоза тяговый двигатель подключается четырьмя гибкими проводами, которые выведены из остова через специальные отверстия в его верхней части. Выводы кабелей 11 (рис. 3) крепятся к остову зажимами (клицами) из древесно-слоистого пластика.

Остов электродвигателя 8 (см. рис. 3), являющийся одновременно магнитопроводом магнитной системы и основой для сборки всех узлов, изготовлен из стали в виде неравностороннего восьмигранника. Это обусловлено ограниченными габаритами, расположением и конструкцией подвески двигателя на тележке тепловоза. В торце корпуса имеются горловины, в которые монтируются подшипниковые щиты 3 и 14. Со стороны коллектора в корпусе имеются четыре люка, один из которых предназначен для подачи в электродвигатель охлаждающего воздуха через сетку воздуховода 12, а три других — для осмотра и обслуживания коллекторно-щеточного узла, соединений полюсных катушек и других составных частей. Для выброса охлаждающего воздуха со стороны привода в торце корпуса имеются отверстия (см. рис. 1), которые защищены с помощью сеток и экранов (козырьков) 9 от попадания внутрь двигателя посторонних предметов, воды, снега и моющей жидкости при обмывке экипажной части тепловоза.

Главные полюсы 6 (см. рис. 3) предназначены для создания основного магнитного потока, пронизывающего якорь тягового двигателя. Главные полюсы представляют собой моноблок, пропитанный эпоксидным компаундом, состоящий из сердечника 11 и катушки 8 (см. рис. 2). Сердечник набран из штампованных листов малоуглеродистой стали толщиной 2 мм. Листы сердечников спрессованы и стянуты четырьмя заклепками с потайными головками 12. Для размещения головок заклепок и равномерного распределения усилия крайние листы (щеки полюса 13) изготовлены более толстыми.

В середине каждого листа сердечника выштамповано отверстие, куда после сборки запрессовывают стальной стержень 14. Сердечник полюса крепится к остову (см. рис. 1) тремя болтами 7 (МЗО), ввернутыми в стержень. При этом усилие от стержня равномерно передается на листы сердечника. Стержень может заменяться без нарушения целостности моноблока. Головки болтов заливают кварцкомпаундом, препятствующим просачиванию влаги внутрь остова двигателя.

Катушка главного полюса 8 (см. рис. 2) намотана из шинной меди сечением 928 мм на широкое ребро (плашмя) в два слоя. Витки катушки главных полюсов изолированы друг от друга непропитанной стеклослюдинитовой лентой ЛСКН-160-ТТ и пропитанной стеклянной тканью. Катушка состоит из двух полукатушек с числом витков 11 и 8, соединенных между собой последовательно. Различное число витков полукатушек дает лучшее заполнение междукатушечного пространства и определяется условиями размещения главных полюсов внутри остова.

Снаружи изоляция катушки (от корпуса) имеет четыре слоя непропитанной стеклослюдинитовой ленты ЛСКН-160-ТТ. В местах соприкосновения катушки с остовом дополнительно устанавливают прокладки из стеклоткани и стеклотекстолита СТЭФ-1-0,5. Между слоями катушки также укладывают прокладки из стеклотекстолита. Каждый слой изоляции промазан компаундом. Катушку с изоляцией запекают и спрессовывают, после чего покрывают эмалью.


По другой технологии витковая изоляция катушек главных полюсов выполняется из асбестовой бумаги. Слои катушки изолированы один от другого стеклотекстолитовой прокладкой (изоляции класса нагревостойкости F). Для обеспечения закрепления катушки на сердечнике зазоры между ними заполняют асбестовой лентой ЛАЭ и затем пропитывают в компаунде «Монолит-2».

Две катушки главных полюсов имеют открытые перекрещенные выводы. Соединения главных полюсов между собой выполнены гибкими наборными медными шинами. Между катушкой и остовом установлена стальная прокладка 7 толщиной 1 мм для предохранения изоляции катушки от грубо обработанной поверхности остова. Для предупреждения перемещения катушки по сердечнику при ударах и вибрациях, при уменьшении ее высоты вследствие усыхания изоляции между катушкой и башмаком полюса проложена двухслойная пружинная рамка 10, создающая после затяжки болтов давление на катушку. Во избежание повреждения изоляции катушка отделена от башмака предохранительной рамкой из тонколистовой стали.

Добавочные полюсы 5 (см. рис. 3) предназначены для улучшения процесса коммутации тягового электродвигателя. Устанавливают их между главными полюсами и крепят к станине болтами. Они, так же как и главные полюсы, представляют собой моноблок, пропитанный эпоксидным компаундом, и состоят из сердечников б и катушек 3 (см. рис. 2). Воздушный зазор под добавочными полюсами составляет 9 мм. Сердечники добавочных полюсов б изготовлены сплошными из толстолистовой литой или прокатанной стали, так как их размеры и поток, проходящий через них, невелики и, следовательно, потери, вызываемые вихревыми токами, незначительны.

Башмак сердечника (часть сердечника, обращенная к якорю) имеет меньший размер, чем его основное тело, поэтому для удержания катушки с двух сторон башмака приклепаны немагнитные полюсные наконечники из латуни или дюрали. Для надежности крепления полюсные наконечники посажены на зуб.

Для предупреждения перемещения катушки вдоль сердечника (при усыхании изоляции) между ней и остовом установлена пружинная рамка 2. Между сердечником и остовом поставлены дюралюминиевые немагнитные прокладки 1, увеличивающие воздушный зазор в магнитной цепи с целью уменьшения рассеивания магнитного потока и влияния на коммутацию вихревых токов. Катушка 3 добавочного полюса выполнена из шинной меди сечением 635 мм, намотанной на узкое ребро.

Между витками катушки установлены прокладки из пропитанной стеклянной ткани. Полностью изолируют от корпуса только три-четыре витка с каждой стороны (непропитанной стеклослюдинитовой лентой и стеклянной лентой).

Со стороны остова и наконечника располагают прокладки из стеклотекстолита. Для повышения теплоотдачи наружную поверхность средних витков катушки не изолируют, а от корпуса они изолированы пятью прокладками из асбестовой электроизоляционной бумаги (класса нагревостойкости изоляции F). Катушка надета на стальной каркас 5. Для изоляции от корпуса ее вместе с каркасом пропитывают в компаунде и затем покрывают электроизоляционной эмалью.

Катушки добавочных полюсов соединяются последовательно между собой и с обмоткой якоря и питаются током якоря.

Межкатушечные соединения 23, 24 (см. рис. 2), выполненные шинами или гибкими кабелями, при неудовлетворительном креплении вибрируют, что приводит к изломам как самих соединений, так и выводов катушек. Поэтому предпочтение отдают шинным межкатушечным соединениям, выполненным из двух голых медных лент и закрепленных к корпусу бандажом с резиновыми прокладками, гасящими высокочастотные вибрации.

Якорь электродвигателя 4 (см. рис. 3) предназначен для преобразования электрической энергии, поступающей от тягового генератора на его обмотку, в механическую энергию, передаваемую через вал и редуктор колесной паре. Якорь (рис. 4) включает в себя вал 12, переходную втулку б, на которую монтируются все детали якоря, сердечник 11, обмотку 9 с уравнительными соединениями 7, коллектор 5. Н1аличие втулки позволяет выполнять операцию по замене вала без нарушения всех остальных узлов.

Вал якоря изготовлен из прокатной стали 30ХМА с термообработкой. Для насадки ведущей шестерни один его конец обработан на конус 1:10. Сопряжения участков вала двенадцати разных диаметров выполнены с плавными переходами.

Сердечник якоря 11 набран из штампованных листов электротехнической легированной стали марки 2211, 2212 (толщиной 0,5 мм), покрытых тонким слоем лака с обеих сторон. Листы набираются по массе (363 кг). Толщина крайних листов составляет 1 мм. В каждом листе выштамповано 54 паза и 32 вентиляционных отверстия диаметром 27 мм, расположенных в два ряда. Середина каждого паза должна совпадать с серединой коллекторной пластины.

Со стороны шестерни на валу установлена задняя нажимная шайба 14 (открытого типа), со стороны коллектора — передняя нажимная шайба 10. Нажимные шайбы, являющиеся одновременно обмоткодержателями, отлиты из стали. Открытая шайба улучшает охлаждение задних лобовых частей обмотки якоря 9.

Собранный сердечник без обмотки покрывают эмалью (коричневым грунтом) ФЛ-ОЗК и запекают для повышения коррозионной устойчивости. Нажимные шайбы после укладки обмотки якоря покрывают стеклотканью, пропитанной в эпоксидном лаке, опрессовывают и запекают, что создает монолитную изоляцию.

Петлевая обмотка якоря 9 уложена в прямоугольные пазы сердечника 11 и закреплена в них изоляционными пазовыми клиньями 13. Лобовые части обмотки закреплены бандажами из стеклобандажной ленты 8 класса нагревостойкости Н. Концы обмотки 9 перед входом в пазы коллекторных пластин расплющены.

Уравнительные соединения 7 предназначены для равномерного распределения тока между параллельными ветвями и жесткого фиксирования напряжения между соседними коллекторными пластинами (для улучшения коммутации). Уравнительные соединения уложены на переднюю нажимную шайбу 10 под лобовыми частями обмотки якоря. Выводные концы уравнительных соединений устанавливаются и запаиваются в пазы коллекторных пластин 16.

Коллектор 5 электродвигателя состоит из пластин 16, переходной втулки 6 и конусов 1, двух изоляционных манжет 3 и изоляционного цилиндра 4. Диаметр коллектора составляет 400 мм. Пластины коллектора (216 шт.) изготовлены из твердотянутой профильной меди, легированной кадмием или серебром. Пластины штампуют за одно целое с петушками 18. В нижней части они имеют форму «ласточкина хвоста» 19, позволяющего прочно скрепить коллектор. Втулка 6 и нажимной конус 1 коллектора, конусные выступы которых входят в выточки пластин 16, сжаты под прессом и стянуты гайкой через пружинное кольцо. Коллектор тепловозных электродвигателей работает в напряженных условиях в механическом и тепловом отношении, поэтому все детали коллектора изготовляют из высокопрочных материалов.

Пластины изолированы друг от друга пластинами 15 толщиной 1,2 мм из коллекторного миканита КФШ, а от корпуса — ми-канитовым цилиндром 4 и манжетами 3 ФФГА толщиной 2 мм. Выступающий конец миканитовой манжеты защищен от внешних воздействий бандажом из стеклянной ленты, покрытым сверху эмалью.

В прорези петушков впаивают концы секций обмотки якоря. Каждая четвертая пластина имеет более глубокую прорезь, в которую дополнительно впаивают концы уравнительных соединений. Коллектор балансируют статически при помощи грузов, закрепляемых в специальных канавках в нажимном конусе и втулке. Радиальное биение коллектора не должно превышать 0,05 мм.

В якорях электродвигателей применена петлевая одноходовая обмотка 9 с уравнительными соединениями 7 первого рода. Она состоит из 54 катушек и имеет изоляцию класса F. Обмотка якоря имеет шаг по пазам 1-14, шаг по коллектору 1-2. Катушка обмотки якоря состоит из четырех элементарных одновитковых секций. Каждая секция, в свою очередь, состоит из трех параллельных проводников, расположенных по высоте паза, а четыре витка, входящих в катушки, располагаются по ширине паза, т.е. осуществлена горизонтальная укладка. Виток разделен по высоте на три параллельных провода для уменьшения потерь от вихревых токов, наводимых магнитным потоком рассеяния.
В пазовой части катушка изолирована тремя слоями стеклослюдинитовой ленты ЛСЭП толщиной 0,1 мм вполовину нахлеста и одним слоем стеклянной ленты ЛЭС толщиной 0,1 мм также вполовину нахлеста. Каждый проводник покрывается изоляцией из одного слоя стеклянной ленты толщиной 0,1 мм. В задних лобовых частях дополнительно между элементарными секциями устанавливают прокладки из стеклоленты. Для исключения межвитковых замыканий при осадке и бандажировке обмотки передние лобовые части дополнительно имеют между витками секций прокладки из слюды. Концы катушек в изгибах дополнительно изолируются одним слоем полиамидной пленки ПМА толщиной 0,04 мм.

На дне паза и под клин устанавливают прокладки из стеклотекстолита толщиной 0,35 мм. Обмотка якоря удерживается в пазах стеклотекстолитовыми клиньями 13 толщиной 6 мм, в лобовых частях — стеклобандажами 8. В электродвигателе применяют стеклобандаж, который наматывается с натяжением не менее 1,4 кН.

Стеклобандаж изготавливают из специальной стеклоленты ЛСБ-F размером 0,220 мм (стеклянные волокна расположены только в продольном направлении и склеены эпоксидным связующим компаундом). Бандажи в процессе сушки запекают, в результате чего они становятся монолитными. Преимущество стеклобандажа состоит в том, что он не разрушается при круговом огне на коллекторе.

Под передними лобовыми частями обмотки якоря находятся уравнительные соединения 7, выполненные из меди МГМ размером 1,68x5,1 мм (с изоляцией 2,23x6,87 мм). Шаг уравнительных соединений по коллектору составляет 1-109, 1-113 (т.е. уравнительное соединение делается одно на паз).

Для крепления балансировочных грузов в конусе коллектора и на задней нажимной шайбе предусмотрены специальные канавки.

Щеткодержатель 2 (см. рис. 1) отлит из латуни. Он имеет гнезда для установки трех разрезных щеток ЭГ-61 размерами (2х12,5)х40х64 мм с резиновыми амортизаторами для защиты от ударной и вибрационной нагрузки. Разрезные щетки улучшают коммутацию: резиновые амортизаторы поглощают небольшие толчки и удары, не допуская отрыва щеток от коллектора. Fla электродвигателе должны быть установлены щетки одной и той же марки. Это особенно важно при петлевой обмотке, так как различие в сортах щеток может вызвать протекание больших токов по уравнительным соединениям.


Латунный корпус щеткодержателя укреплен в кронштейне, вваренном в торцовую стенку остова. В корпус запрессованы два стальных пальца, служащих для крепления щеткодержателей в кронштейне. Пальцы изолированы от корпуса прессматериалом АГ-4С или твердым изоляционным слоем из эпоксидного компаунда, на который надеты изоляторы из прессматериала К-78-51. Такое исполнение пальцев щеткодержателей позволило повысить их изоляционные свойства и тем самым избежать снижения сопротивления изоляции в эксплуатации, которое наблюдалось при использовании фарфоровых изоляторов.

В корпусе щеткодержателя имеются два гнезда для щеток. В одно гнездо вставлена одна пара щеток, в другое — две пары. Е1ажатие щеток на коллектор осуществляется спиральными пружинами. Е1ажатие величиной в 4,2 — 4,8 FI регулируется поворотом втулки, находящейся в центре пружины. Характеристики спиральных пружин подобраны таким образом, чтобы регулировка давления до полного износа щетки не требовалась. Щетки снабжены гибкими шунтами, прикрепленными болтами к корпусу щеткодержателя. Для удобства замены и осмотра щеток на щеткодержателях установлены стойки с заплечиками, позволяющие фиксировать пружины в приподнятом состоянии.

Подсоединение кабелей питания электродвигателя осуществляется в специальной коробке зажимов. Е1аконечник кабеля закрепляется двумя болтами. Его ввод в коробку герметизируется при помощи уплотнительной втулки, обжимаемой на кабеле при затяжке болтов крепления нажимной крышки.