«Локомотивы и локомотивное хозяйство»

Вид материала

Документы

Содержание Кручек Виктор Александрович Кашников Геннадий Филиппович Общая характеристика работы Целью диссертационной работы Объектом исследования Основные задачи исследования Методы исследования. Научная новизна Основные положения, выносимые на защиту. Достоверность научных положений и результатов диссертации Апробация работы. Структура и объем работы. Содержание работы В первой главе В 5 о второй главе В 7 третьей главе В 8 четвертой главе В пятой главе Основные выводы и рекомендации Основные положения диссертации опубликованы ... Полное содержание

Подобный материал:

• «Локомотивы и локомотивное хозяйство», 213.38kb.
• Московский Государственный Университет Путей и Сообщения (миит) Институт Транспортной, 505.11kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине «Общий менеджмент», 924.05kb.
• Обязательное Описания группировок Раздел a сельское хозяйство, охота и лесное хозяйство, 7598.94kb.
• А сельское хозяйство, охота и лесное хозяйство, 6351.3kb.
• 1. Сущность современного мирового хозяйства, 187.97kb.
• A сельское хозяйство, охота и лесное хозяйство, 5371.45kb.
• А сельское хозяйство, охота и лесное хозяйство, 3044.15kb.
•   А: сельское хозяйство, охота и лесное хозяйство стр, 3601.95kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине Начертательная геометрия (название), 723.17kb.

На правах рукописи


ГРИЩЕНКО

Марина Александровна


ПОВЫШЕНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ЯКОРЕЙ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ЗА СЧЕТ ОГРАНИЧЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБМОТОК


Специальность 05.22.07 – Подвижной состав железных дорог,

тяга поездов и электрификация


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Санкт-Петербург

2010

Работа выполнена на кафедре «Локомотивы и локомотивное хозяйство» Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» (ФГОУ ВПО ПГУПС)

Научный руководитель	доктор технических наук, профессор Кручек Виктор Александрович
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор Киселев Игорь Георгиевич
	кандидат технических наук Кашников Геннадий Филиппович
Ведущая организация:	ГОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения»

Защита диссертации состоится « 22 » октября 2010 г. в 13.30 ч. на заседании диссертационного совета Д218.008.05 в Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, г. Санкт-Петербург, Московский пр., д.9, ауд.5-407.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петербургского государственного университета путей сообщения.


Автореферат разослан «_____» сентября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д218.008.05 доктор технических наук, профессор

Иванов И.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Несмотря на то, что в перспективе существует тенденция к более широкому использованию на локомотивах тяговых электрических машин переменного тока, в настоящее время на тяговом подвижном составе широко применяются тяговые электродвигатели (ТЭД) постоянного тока, благодаря своей устойчивости к перегрузкам и мягкой регулировочной характеристике. Но перепады температуры окружающей среды, влажность или чрезмерная сухость воздуха, ограниченное габаритом локомотива пространство, различные воздействия электродинамической природы и прочие неблагоприятные факторы снижают эффективность их работы на тяговом подвижном составе.

Наиболее уязвимой при воздействии критических температур является обмотка якоря электрических машин. Перегрев коллекторных ТЭД может возникнуть по многим причинам. Но независимо от причины возникновения, перегрев нарушает контакт между концами проводников обмотки якоря и петушков коллектора, вызывает ускоренное старение изоляции, повреждение бандажей, преждевременный выход из строя коллектора и т.п.

По данным ВНИИЖТа, более 50% тяговых электродвигателей требуют ремонта КР (КР-2) не по пробегу, а по техническому состоянию по причинам повреждений, связанных с межвитковыми замыканиями обмотки якоря и катушек полюсов, пробою их изоляции, трещинам валов якорей, износу моторно-осевых горловин и т.д. Поэтому своевременное выявление неисправностей коллекторных ТЭД способно предотвратить не только поломку дорогостоящего оборудования, но и обеспечить бесперебойную работу тягового подвижного состава.

З
1
начительный вклад в решение проблемы повышения надежности и эффективности работы коллекторных ТЭД локомотивов внесли такие известные ученые и специалисты, как Алексеев А.Е., Балычев П.К., Гуревич Э.И., Идиятуллин Р.Г., Киселев В.И., Киселев И.Г., Каримов А.А., Климченков В.Т. Космодамианский А.С., Кузьмич В.Д., Лапотников Ю.И., Логинова Е.Ю., Луков Н.М., Новиков М.Н., Плохов Е.М., Попов В.Н., Попов Ю.В., Серебряков А.С., Смирнов В.П., Тверитин В.Н., Фоменко В.К., Худоногов А.М. и зарубежные специалисты Г.И.Сканави, В.В.Толкунов, А.А.Уоллес, Л.Ф.Ференц и многие другие, но, следует отметить, что данная проблема остается по-прежнему острой и актуальной.

Целью диссертационной работы является повышение остаточного ресурса якорей тяговых электродвигателей, путем совершенствования методов контроля их теплового состояния, и создание методики прогнозирования перегрева обмотки якоря в эксплуатации.

Объектом исследования является тяговый электродвигатель постоянного тока тепловоза.

Предметом исследования являются тепловые процессы в якоре тягового электродвигателя постоянного тока тепловоза.

Основные задачи исследования:

- выполнить анализ и систематизацию теоретических методов исследования теплового состояния тяговых электрических машин и способов повышения надежности коллекторных ТЭД в эксплуатации;

- разработать математическую модель тепловых процессов в якоре ТЭД, позволяющую исследовать процессы нагрева обмотки якоря и коллектора при различных эксплуатационных режимах;

- аналитически исследовать параметры температурного поля якоря ТЭД в осевом и радиальном направлении и установить зависимости их величины от технологических и эксплуатационных факторов;

- предложить технологию бесконтактного непрерывного контроля температуры якоря коллекторного ТЭД в эксплуатации.

Методы исследования. Поставленные в диссертационной работе задачи были решены с применением методов математического моделирования, основных уравнений теплового баланса, теплопередачи и теории нагревания составного твердого тела с использованием метода конечных элементов для решения задач теплопроводности. Построение конечно-элементной модели тепловых процессов в якоре ТЭД типа ЭДУ-133 проводилось в программном пакете Solid Works 2005 – COSMOS Works. В процессе анализа полученных результатов на конечно-элементной модели тепловых процессов в якоре ТЭД и экспериментальных данных использовались электронные таблицы Microsoft Excel 2003.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем:

1. Р
   2
   азработана математическая модель тепловых процессов в якоре ТЭД локомотива, позволяющая оценить распределение температуры в его узлах и интенсивность теплопередачи от проводников через сердечник в окружающую среду при переменных величинах токов нагрузки и режимах охлаждения.
   
2. Предложена методика расчета температурных полей якоря коллекторного ТЭД с использованием метода конечных элементов, позволяющая оценивать его тепловое состояние с учетом особенностей конструкции и режимов работы.
   
3. Уточнены кривые нагревания ТЭД при различных токах якоря и расходах охлаждающего воздуха. Определены зависимости изменения температуры коллектора и обмотки якоря при нестационарных режимах работы в эксплуатации при движении локомотива по равнинному и перевалистому профилю пути.
   
4. Проведено теоретическое обоснование и построены зависимости, описывающие остаточные тепловые процессы в системах «обмотка якоря – сердечник якоря» и «коллектор – обмотка якоря».
   
5. Получены уточненные зависимости изменения коэффициента теплоотдачи поверхности якоря от величины тока нагрузки и расхода охлаждающего воздуха.
   
6. Теоретически обоснована методика бесконтактного непрерывного контроля температур якоря коллекторного ТЭД с помощью инфракрасного пирометра и алгоритм обработки результатов измерений.
   

Практическую ценность работы составляют:

1. Эксплуатационные и технологические рекомендации по повышению надежности ТЭД в эксплуатации.
   
2. Технология бесконтактного непрерывного контроля температур якоря коллекторного ТЭД с помощью инфракрасного пирометра.
   
3. Выработаны рекомендации предотвращения перегрева корпусной изоляции якоря коллекторного ТЭД при вождении длинносоставных и тяжеловесных поездов.
   
4. Показана необходимость учета тепловых потоков связи при выполнении тяговых расчетов и расчетов перегрева обмотки якоря ТЭД.
   

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Математическая модель тепловых процессов в якоре коллекторного ТЭД, учитывающая конструктивные особенности и теплофизические свойства материалов, из которых он изготовлен.
   
2. М
   3
   атематические зависимости между температурой узлов якоря ТЭД при его нагревании и охлаждении и такими величинами, как ток якоря и расход охлаждающего воздуха.
   
3. Теоретическое обоснование влияния качества пропитки и химических свойств пропиточного состава на процессы теплопередачи от проводника обмотки якоря к сердечнику якоря.
   
4. Технология бесконтактного непрерывного контроля температур узлов якоря коллекторного ТЭД с помощью инфракрасного пирометра, позволяющая учитывать тепловое состояние ТЭД при подаче охлаждающего воздуха и ограничивающая величину максимального тока в зависимости от фактической температуры коллектора, и рекомендации по ее внедрению в эксплуатацию на перспективных локомотивах.
   

Достоверность научных положений и результатов диссертации подтверждена путем проверки сходимости результатов моделирования температуры отдельных узлов якоря с данными, полученными в ходе экспериментальных исследований на стенде и в эксплуатации. Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает 9 %.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции “Современные технологии - транспорту” (г. Санкт-Петербург, 2010), Межвузовских научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых “Шаг в будущее. Неделя науки – 2009, 2010” (г. Санкт-Петербург, 2009, 2010), Международной научно-технической конференции “Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты” (г. Санкт-Петербург, 2009), Всероссийской научно-технической конференции “Транспорт, наука, бизнес: проблемы и стратегия развития”, посвященной 130-летию Свердловской железной дороги (г. Екатеринбург, 2008), Уральской международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники (г. Екатеринбург, 2009), Всероссийской научно-практической конференции “Актуальные проблемы транспортного комплекса 2009” (г. Самара, 2009), XII Республиканской научной конференции студентов и аспирантов “Новые математические методы и компьютерные технологии в проектировании, производстве и научных исследованиях” (г. Гомель, 2009), Всероссийской научно-практической конференции “Транспорт-2009” (г. Ростов-на-Дону, 2009).

Н
4
а международном научно-практическом семинаре студентов и аспирантов “Системы автоматизированного проектирования на транспорте” (г. Санкт-Петербург, 2010) представленная на конкурс модель тепловых процессов в якоре тягового электродвигателя была награждена дипломом международной премии имени Н.Г. Неболсина.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано пятнадцать печатных работ, из них две в периодических изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, библиографического списка из 87 наименований и приложения. Общий объем диссертации составляет 148 страниц, включая 68 рисунков и 2 таблицы.


СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и задачи исследования, определены научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе произведена оценка уровня надежности работы коллекторных ТЭД по сети железных дорог РФ.

Анализируя известные данные по отказам ТЭД в эксплуатации отмечается, что основными причинами выхода их из строя в результате разрушения или пробоя изоляции являются:

• нарушения в процессе эксплуатации локомотивов;
  
• применение электроизоляционных материалов низкого качества;
  
• несовершенство технологии наложения и пропитки изоляции;
  
• устаревшее ремонтное оборудование;
  
• недостаточный уровень квалификации обслуживающего персонала.
  

Выполнен анализ и систематизация известных теоретических и практических методов исследования тепловых процессов, протекающих в тяговых электрических машинах локомотивов, который показал, что наиболее предпочтительным из них для исследования теплового состояния якоря является метод конечных элементов. Данный метод позволяет проводить расчеты с минимальными затратами времени и достаточной для инженерной практики точностью. При этом имеется возможность анализа тепловых процессов в различных элементах конструкции якоря при переменных токах нагрузки и расходах охлаждающего воздуха.

В
5
о второй главе разработана математическая модель тепловых процессов в якоре ТЭД локомотива, отличающаяся тем, что изоляция якорной обмотки представлена в виде многослойной конструкции с различными тепловыми характеристиками. Для разработки математической модели тепловых процессов в якоре ТЭД разработана уточненная тепловая схема якоря, представленная на рис.1.



Рис.1. Тепловая схема якоря ТЭД.

– тепловой поток от поверхности коллекторной пластины в окружающую среду; – тепловой поток от обмотки якоря в окружающую среду через передний бандаж; – тепловой поток от верхнего слоя обмотки якоря в окружающую среду и сердечник якоря; – тепловой поток от обмотки якоря в окружающую среду через задний бандаж; – тепловой поток от обмотки якоря в заднюю нажимную шайбу; – тепловой поток от коллекторной пластины во втулку коллектора; – тепловой поток от нижнего слоя обмотки в сердечник якоря; – тепловой поток от сердечника якоря в окружающую среду; – тепловой поток от обмотки уравнительных соединений в сердечник якоря; – тепловой поток от сердечника якоря в вал; – тепловой поток от задней нажимной шайбы в окружающую среду.

Так как якорь ТЭД постоянного тока является составным телом, то в общем виде можно записать следующую систему дифференциальных уравнений, описывающую распределение температуры в его элементах:

(1)

где – температура, К;


6
– координаты, м;

– время, с;

– коэффициент теплопроводности, Вт/м·К

– удельная теплоемкость, Дж/кг·К;

– плотность твердого тела, кг/м³;

– удельная производительность источников теплоты, Вт/м³.

В диссертационной работе рассматривается нестационарное трехмерное температурное поле. В качестве граничных условий были приняты граничные условия IV рода, характеризующие теплообмен поверхности якоря с окружающей средой или теплообмен соприкасающихся поверхностей при условии, что их температура одинакова:

при , (2)

где - коэффициенты теплопроводности твердых тел, Вт/м·К;

- температура соприкасающихся твердых тел, К.

Начальные условия имеют вид: ==const, т.е. температура якоря ТЭД перед прогревом (охлаждением) во всех точках одинакова.

Для решения поставленной задачи теплопроводности в якоре коллекторного ТЭД выбирается численный метод – метод конечных элементов (МКЭ), основанный на идее аппроксимации непрерывной функции дискретной моделью, которая строится на множестве кусочно-непрерывных функций.

Разработано математическое обеспечение для подготовки и анализа расчетов конструкции якоря ТЭД по методу конечных элементов, а также организован диалого­вый процесс проведения таких расчетов на персональных ЭВМ.

В
7
третьей главе разработана конечноэлементная модель тепловых процессов в якоре ТЭД типа ЭДУ-133 в программном пакете Solid Works 2005 (см.рис.2). Моделирование производилось с учетом конструктивных размеров и материалов, из которых изготовлен якорь электрической машины, также учитывалось то, что якорь ТЭД является составным телом, а изоляция обмотки якоря представлена в виде многослойной конструкции, что выгодно отличает разработанную конечноэлементную модель от предложенных ранее другими авторами.



Рис. 2. Твердотельная математическая модель якоря ТЭД типа ЭДУ-133.

1 - гайка; 2 – втулка коллектора; 3, 6 – конус нажимной; 4, 5 – манжета;

7 – прокладка изолирующая; 8 – электроизоляционная прокладка;

9 – коллекторная пластина; 10, 12 – шайба нажимная; 11 – сердечник якоря; 13 – кольцо уплотнительное; 14 – вал; 15 – втулка вала.

Для аналитического исследования выбраны следующие режимы работы ТЭД:

1. Пуск с нагрузкой номинального режима при различных начальных условиях.

2. Движение тепловоза с расчетной скоростью при переменных условиях охлаждения (различные позиции контроллера машиниста).

3. Нагревание и охлаждение обмотки якоря ТЭД при отсутствии технологических нарушений в целостности корпусной изоляции.

4. Нагревание обмотки якоря ТЭД при наличии технологических нарушений в целостности корпусной изоляции.

6. Нагревание и охлаждение коллектора при различных параметрах охлаждения ТЭД.

7. Резкое снижение интенсивности охлаждения якоря ТЭД при сбросе позиций или остановке дизеля.

В
8
четвертой главе приводятся результаты выполненного аналитического исследования распределения температурных полей в элементах якоря ТЭД в зависимости от величины тока нагрузки и интенсивности охлаждения.

Для оценки адекватности разработанной модели в настоящей работе использованы материалы заводских испытаний ТЭД ЭДУ-133, выполненные специалистами ООО «Привод-ТЭМО». На рис.3 представлены кривые нагревания (а) и охлаждения (б) обмотки якоря ТЭД, полученные в результате расчета и снятые экспериментальным путем.



а) б)

Рис.3. Кривые нагревания (а) и охлаждения (б) обмотки якоря при =1 м³/с: экспериментальные данные; - - - расчетные данные

Максимальная погрешность вычисленной и измеренной температуры поверхности коллектора составила 8,4 %, обмотки якоря – 9,0 %, поверхности якоря – 8,8 %, передних лобовых частей – 7,9 %, задних лобовых частей 7,7 %.

В
Рис.4. Расчетные зависимости нагревания элементов якоря


9
результате аналитических исследований получены зависи-мости нагревания элементов якоря ТЭД при токе нагрузки продолжительного режима, номинальных частоте вращения якоря и расходе охлаждающего воздуха (рис.4). Полученные зависимости нагревания коллек-тора (), активной (), передних () и задних () лобовых частей обмотки якоря свидетельствуют, что процесс нагревания элементов якоря и распределение температуры в его продольном и поперечном сечении постоянно меняются.

Т
Рис.5. Температурное поле расчетного сектора якоря

емпературное поле расчетного сектора якоря в установившемся режиме работы тепловоза при движении с расчетной скоростью (25 км/ч) представлено на рис. 5. При выполнении тепловых расчетов на первом этапе предполагалось, что изоляция имеет качественную однородную пропитку без посторонних включений пузырьков воздуха и отсутствуют непропитанные участки.

В результате расчета получена максимальная температура обмотки якоря 104 … 106 ^ОС под клином, где наименее благоприятные условия охлаждения, а на дне паза она несколько ниже и составляет 95 … 96 ^ОС.

Принятая в настоящее время отраслевая технология изготовления и капитального ремонта ТЭД предполагает использование в качестве пропитывающих составов применение лаков ФЛ-98, ПЭ-9180, ПЭ-9153, которые содержат 60 … 80 % летучих веществ. Это приводит к тому, что, в процессе сушки в структуре изоляции появляются пустоты и раковины, которые заполняются воздухом, а в последствии атмосферной влагой.

Наличие пустот, раковин и непропитанных участков корпусной изоляции приводит к значительным местным превышениям температуры обмотки якоря и резко снижает срок службы электрической машины. В процессе вычислений локальное увеличение температуры отдельных проводников обмотки якоря составляет 170 ^ОС и более, что в скором времени приводит к выходу из строя якоря ТЭД (рис.6). По результатам аналитического исследования предлагается вместо пропиточных лаков использовать пропиточные компаунды, в которых доля летучих веществ составляет не более 3 … 5 %.

П
10
ри этом полимеризация компаундов происходит не в процессе удаления летучих веществ, в результате химической реакции. Входящий в состав компаунда активный разбавитель при температуре примерно 120 °С вступает в реакцию с полиэфиром или эпоксидной смолой, в зависимости от типа компаунда. В результате пропитки и последующей сушки не менее 95% полимеризованного компаунда остается в изоляции электрической машины, что практически исключает образование пустот и раковин.

В
Рис.6. Температурное поле расчетного сектора якоря при наличии дефектов изоляции

работе исследованы остаточные тепловые потоки связи для систем: «обмотка якоря – сердечник якоря» и «коллектор – обмотка якоря». Если связь «обмотка якоря – сердечник якоря» не оказывает существенного влияния на надежность работы ТЭД, то при определенном значении потока связи «обмотка якоря - коллектор» наступает такое состояние, когда выделенная в обмотке якоря теплота частично отдается в коллектор, а при уменьшении интенсивности или отсутствии охлаждения (дизель заглушен или работает с минимальной частотой вращения коленчатого вала), наблюдается перегрев коллектора, величина которого достигает 45 … 55 ^ОС. Это приводит к ускоренному старению изоляции коллектора и преждевременному выходу ее из строя.

Исходя из полученных результатов рекомендуется, при производстве тяговых расчетов необходимо выполнять проверку нагрева элементов якоря с учетом тепловых потоков связи по предлагаемым аналитическим выражениям для участков, где возможно ведение поезда с остановленным дизелем одной секции тепловоза.

В пятой главе предложена технология бесконтактного непрерывного контроля температур узлов якоря коллекторного ТЭД с помощью инфракрасного пирометра, приведены результаты стендовых и эксплуатационных экспериментальных исследований нестационарных тепловых процессов в якоре ТЭД. Разработаны рекомендации по внедрению в эксплуатацию на перспективных локомотивах бесконтактных инфракрасных измерителей температуры, позволяющих учитывать тепловое состояние ТЭД при подаче охлаждающего воздуха и ограничивающие величину максимального тока в зависимости от фактической температуры коллектора.

В
11
данной работе для измерения температуры элементов вращающегося якоря использован бесконтактный инфракрасный пирометр АТТ-2508, который состоит из измерительного модуля и измерительного зонда (рис.7).



а) б)

Рис.7. Инфракрасный пирометр АТТ-2508:

а) внешний вид; б) размещение на смотровом люке ТЭД.

В результате выполненных стендовых испытаний получены зависимости нагревания коллектора при различных режимах работы ТЭД и условиях его охлаждения с целью накопления данных для оценки адекватности математической модели и разработки стратегии эксплуатационных испытаний. Получены зависимости изменения коэффициентов теплоотдачи поверхности отдельных элементов якоря при различной величине расхода охлаждающего воздуха.

Эксплуатационные испытания выполнялись в сентябре-ноябре 2009 года на участках обращения Октябрьской ж.д. локомотивов 2ТЭ116, принадлежащих ООО «ТрансОйл», в условиях рядовой эксплуатации без каких-либо ограничений.

В нестационарном режиме работы тепловоза наиболее неблагоприятным в отношении нагрева коллектора ТЭД является переход от режима тяги к выбегу с последующей остановкой дизеля. Увеличение температуры коллектора в таком режиме работы, зарегистрированное в процессе экспериментальных исследований, составило 44 ^ОС.

Для исключения случаев перегрева коллектора и обмотки якоря ТЭД в эксплуатации необходимо на перспективных локомотивах внедрить устройства постоянного контроля температуры, которые, с одной стороны, обеспечат ограничение максимального тока в зависимости от фактической температуры коллектора и обмотки якоря, а с другой стороны, сигнал датчика температуры будет определять требуемую производительность вентиляторов охлаждения ТЭД.

Н
12
аличие высокопроизводительных вычислительных средств и возможность получения необходимой информации на борту локомотива позволяет решать на новом уровне задачи снижения энергозатрат, исключения аварийных режимов, предупреждения перегрева и диагностирования ТЭД локомотивов, без увеличения количества аппаратных средств.

Внедрение предлагаемых технических решений обеспечит в полной мере соблюдение межремонтных пробегов ТЭД локомотивов.

По результатам эксплуатационных испытаний рекомендовано увеличить весовую норму поездов на 600 тонн без ухудшения условий работы ТЭД.


ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

В процессе выполненных теоретических и экспериментальных исследований получены следующие результаты:

1. Выполнен анализ и систематизация теоретических методов исследования теплового состояния тяговых электрических машин и способов повышения надежности коллекторных ТЭД в эксплуатации, а также определены основные направления повышения остаточного ресурса корпусной изоляции якоря ТЭД.

2. Разработанная конечноэлементная модель тепловых процессов в якоре, реализованная в пакете конечно-элементного моделирования Solid Works, достаточно полно отражает физическую сущность нагревания отдельных элементов якоря при исследовании нагревания в стационарных и нестационарных режимах работы тепловоза, что дало возможность получить новые результаты по исследованию теплового поля элементов якоря, позволяющая более детально исследовать процессы нагрева и охлаждения обмотки якоря и коллектора при различных эксплуатационных режимах. Максимальная погрешность между вычисленным и измеренным значением температуры отдельных элементов якоря не превышает 9%, что подтверждает практическую применимость разработанной методики расчета температуры отдельных элементов якоря ТЭД.

3
13
. Аналитически исследованы параметры температурного поля якоря ТЭД в осевом и радиальном направлении и установлены зависимости их величины от технологических и эксплуатационных факторов, определившие реально существующую неравномерность распределения теплового поля в элементах якоря, достигающую 35 … 45 ^ОС, которую невозможно обнаружить при использовании традиционных методик расчёта теплового состояния.

4. Установлено, что при нарушении целостности изоляции или не качественной ее пропитке местное увеличение температуры обмотки якоря может достигать 170 ^ОС и выше.

5. Экспериментальным путем уточнены выражения для определения коэффициентов теплоотдачи коллектора ТЭД с учетом нагрузки и расхода охлаждающего воздуха, позволяющие повысить точность тепловых расчетов якоря.

6. Для повышения надежности работы изоляции ТЭД при разработке режимных карт вождения поездов и выполнении тяговых расчетов необходимо учитывать тепловые потоки связи, которые приводят к повышению температуры коллектора до 52 … 55 ^ОС. Проверка теплового состояния изоляции якоря ТЭД должна производиться по пиковым значениям температуры нагрева, которые свойственны отдельным его элементам, при нестационарных режимах работы тепловоза.

7. Научно обоснована, разработана и предложена к внедрению в локомотивных депо на базе существующей микропроцессорной системы управления технология бесконтактной непрерывной оценки теплового состояния ТЭД, позволяющая определять превышение температуры лимитирующей по нагреву обмотки якоря при изменяющемся количестве охлаждающего воздуха и отслеживать ее перегрев при нарушениях в режимах управления тепловозом и вождении поездов повышенной длины и веса, что обеспечивает повышение надежности их работы в эксплуатации.

8. Проведены эксплутационные и стендовые испытания разработанной технологии контроля теплового состояния якоря и коллектора ТЭД, которые показали работоспособность и высокую эффективность обнаружения возможного перегрева изоляции якорей.

9. Сформулированы эксплуатационные и технологические рекомендации по повышению надежности ТЭД в эксплуатации. Предложены принципы построения превентивной защиты ТЭД от перегрузки на существующей микропроцессорной базе, позволяющие контролировать в реальном масштабе времени температурный режим обмотки якоря.

1
14
0. Обоснована возможность повышения весовой нормы наливных поездов на 600 т и проведена оценка эффективности внедрения системы непрерывного бесконтактного контроля температуры якоря. Экономический эффект от внедрения в одном локомотивном депо разработанной технологии контроля теплового состояния якорей, по оценке ООО «ТрансОйл», составляет около 2 750 000 руб. в год.


Основные положения диссертации опубликованы:

а) В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Грищенко М.А. Анализ теплового состояния обмотки якоря тягового электродвигателя // Научно-технический журнал «Транспорт Урала». - 2009. - №1 (20). – с. 73 – 76.
   
2. Грищенко М.А. Математическое моделирование процесса теплопередачи в якоре тягового электродвигателя тепловоза // Известия петербургского университета путей сообщения. – 2010. - №1 (22). – с. 33 – 44.
   

б) В других изданиях:

3. Грищенко М.А. Эксплуатационные режимы работы тепловозов 2ТЭ116. / Афонин Г.С., Базилевский Ф.Ю., Грачев В.В. // Повышение надежности и экономичности локомотивов. Сборник научных трудов ПГУПС. - 2008.- с. 17 – 24.
   
4. Грищенко М.А. Оценка надежности тяговых электродвигателей. Повышение надежности и экономичности локомотивов. Сборник научных трудов ПГУПС. - 2008. – с. 79 – 82.
   
5. Грищенко М.А. Влияние теплового состояния коллектора и обмоток якоря на работу электрической машины и методика ее оценки // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Транспорт, наука, бизнес: проблемы и стратегия развития», посвященной 130-летию Свердловской железной дороги. Сборник научных трудов УрГУПС. - 2008. – с. 205 – 206.
   
6. Грищенко М.А. Диагностика теплового состояния обмотки якоря и повышение надежности тяговых электрических машин постоянного тока // Материалы V всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы транспортного комплекса 2009», Самара. - 2009. – с.70 - 73.
   
7. Грищенко М.А. Повышение надежности обмотки якоря тягового электродвигателя // Известия петербургского университета путей сообщения. - 2009. - № 1(18). – с. 62 – 68.
   
8. Г
   15
   рищенко М.А. Моделирование тепловых процессов в тяговом электродвигателе локомотива // Материалы XII Республиканской научной конференции студентов и аспирантов «Новые математические методы и компьютерные технологии в проектировании, производстве и научных исследованиях». Гомель: ГГУ им. Ф. Скорины. - 2009. – Ч.1. – с.80 – 81.
   
9. Грищенко М.А. Анализ теплового состояния тягового электродвигателя постоянного тока // Материалы межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Шаг в будущее». Неделя науки-2009. - 2009. – с. 19 – 21.
   
10. Грищенко М.А. Повышение надежности и тепловой расчет тяговых электродвигателей локомотивов // Научные труды XVI Уральской международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники. - 2009. – Ч. 2. – с.89 – 90.
    
11. Грищенко М.А. Тепловой расчет тяговых электродвигателей постоянного тока // Труды всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2009». - 2009. – Ч.3. – с. 207 – 208.
    
12. Грищенко М.А. Анализ теплового состояния обмотки якоря тягового электродвигателя постоянного тока // Известия петербургского университета путей сообщения. – 2009. - № 3 (20). – с. 74 – 79.
    
13. Грищенко М.А. Анализ теплового состояния якоря тягового электродвигателя ЭДУ-133 // Тезисы докладов VI Международной научно-технической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты», ПГУПС. – 2009. – с.50.
    
14. Грищенко М.А. Оценка остаточного ресурса локомотивов промышленного транспорта / Грищенко А.В., Насыров Р.К. // Вестник Петровской академии. – 2009. - №1 (12).
    
15. Грищенко М.А. Совершенствование системы технического обслуживания локомотивов / Грищенко А.В. // Вестник Петровской академии. – 2008. - №11 (4). – с. 32-35.
    

Подписано в печать	Формат 60 х 84 1/16	Бумага для множ. аппарат.
Заказ	Усл. печ. листов 1,0	Тираж 100 экз.
Типография ПГУПС. 190031, СПб, Московский пр., 9

16