Глава 8
РЕМОНТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ И ОБЪЕМ РЕМОНТНЫХ РАБОТ
По сети дорог число отказов тяговых электродвигателей по отношению к общему числу отказов оборудования ЭПС составляет 17—20 %. Число отказов на измеритель (1 млн. км пробега) — 0,26. Как свидетельствует анализ технического состояния электровозного парка на сети дорог, начиная с 1983 г. число отказов тяговых двигателей имеет тенденцию к росту. Наименее надежны следующие тяговые двигатели (по отношению к числу эксплуатируемых типов), %: ТЛ-2К1-27; ДПЭ-400 — 24,7; НБ-406 — 22,4, а также 2AL-4846eT и НБ-412к. По элементам конструкции отказы тяговых двигателей составляют, %; якорь — 30—57, обмотка полюсов — 3—12, выводные кабели перемычки — 11—20, щеткодержатели и кронштейны — 3—20, моторно-якорные подшипники — 5—18.
Отказы вспомогательных машин составляют 6—8 % общего количества отказов оборудования ЭПС. Повреждения двигателей вентиляторов составляют 0,51 случаев на измеритель, двигателей компрессоров — 0,59, фазорасщепителей — 0,22. Наибольшее количество отказов с требованием резервного локомотива по двигателям компрессоров — 50 %, вентиляторов — 18, прочим вспомогательным машинам — 32 %.
Отказы тяговых трансформаторов и реакторов составляют 0,15—0,33 случаев на измеритель.
При ТО-2 электрических машин производят осмотр коллекторной камеры и устраняют неисправности. Ликвидируют следы кругового огня, перебросов. В зимнее время проверяют сопротивление изоляции и исправность снегозащитных устройств.
Производят внешний осмотр вспомогательных машин с открытием коллекторных люков, заменяют изношенные щетки.
Контролируют состояние изоляторов, очищают их и проверяют надежность крепления шин главного ввода. Осматривают из смотровой канавы нижнюю часть бака, добавляют масло в расширитель.
Перед ТО-3 проверяют работу вспомогательных машин, замеряют сопротивление изоляции тяговых двигателей. Очищают коллекторные камеры, заменяют изношенные щетки, машины продувают.
При ТР-1 выполняют работы ТО-3 и дополнительно следующие: производят ревизию щеткодержателей, при необходимости обтачивают коллектор, проверяют сопротивление изоляции вспомогательных машин, состояние центробежного вентилятора. Визуально определяют состояние бака тягового трансформатора, его арматуры и масляной системы, а также состояние изоляторов, качество крепления всей ошиновки, уровень масла. При необходимости добавляют масло до нормального уровня.
Для заливки тяговых трансформаторов применяют трансформаторное масло ТКп. Пробу отбирают непосредственно после установки электровоза на ремонтное стойло.
При ТР-2 выполняют работы в объеме ТР-1 и дополнительно следующие: добавляют смазку в моторно-якорные подшипники в соответствии с инструкцией; в порядке очередности снимают для ревизии щеткодержатели; коллекторы, имеющие заусенцы или затягивание коллекторных пластин, очищают, снимают фаски, коллектор шлифуют и полируют. Замеряют сопротивление изоляции обмотки тягового трансформатора. Снижение сопротивления более чем на 30 % по сравнению с паспортным значением не допускается.
При ТР-3 тяговые двигатели и вспомогательные машины снимают и ремонтируют с полной разборкой. Объем ремонта определяют по результатам диагностики.
В процессе эксплуатации тягового трансформатора не реже одного раза в 6 мес, а также после длительной стоянки электровоза (3 мес и более) производят проверку масла для анализа его качества по нормам браковки. Отбирают три пробы масла: первую — сразу после постановки в ремонт для опре деления кислотного числа и реакции водной вытяжки; вторую — после заливки в бак просушенного масла для определения электрической прочности! третью — по истечении не менее 12 ч после заливки масла в трансформатор Нормы браковки масла: кислотное число КОН на 1 г масла — болев 0,4 мг, реакция водной вытяжки — кислая при общем кислотном числе 0,2 мг КОН и выше, содержание механических примесей — более 0,007 %, содержание воды — следы, электрическая прочность — 25 кВ, температура] вспышки — ниже 125 °С.
ДИАГНОСТИКА ТЯГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
Рис. 16. Устройство для контроля расположения деталей магнитной системы:
I — самоустанавливающиеся штанги; 2, 7 — подшипники; 3 — горловины остова; 4 — вал; 5 — втулка с измерительной штангой; 6 — винт движения втулки; 8 — стопорное кольцо; 9 — рукоятка движения винта; 10 — лимб с градусными делениями; 11 — стрелка указателя угла поворота вала.
Рис. 15. Набор шариковых щупов
Диагностика в стационарных условиях. Тяговые двигатели постоянного) и пульсирующего тока отличаются недостаточной коммутационной устойчивостью, что приводит к частым случаям возникновения кругового огня, снижает производственные возможности электровоза (ограничение по коммутации), сокращает долговечность коммутационного узла, повышает стоимость эксплуатации. Выполнить настройку коммутации двигателя после стендовых испытаний в полном объеме не представляется возможным. В практике эксплуатации наблюдаются случаи существенного ухудшения коммутации вследствие значительной вибрации и ухудшения технического состояния коммутационного узла, изоляции якоря и магнитной системы. Несмотря на расширенный контроль при выполнении приемо-сдаточных послеремонтных испытаний в эксплуатацию попадают двигатели с низкой коммутационной устойчивостью, что является причиной отказов электровоза. Поэтому целесообразно выполнять комплекс диагностических проверок на всех этапах ремонтные эксплуатации тягового двигателя. Цель таких проверок — оценка технического состояния тягового двигателя после эксплуатации в течение планового периода, а также качества выполненных за этот период ремонтов, выявление дефектов, которые могут быть определены после разборки. Уточнение полного объема ремонтных работ производится с учетом результатов диагностических проверок (табл. 67).
Рис. 17. Проверка симметрии обмотки якоря:
1 — якорь; 2 — электромагнит; 3 — линейка; 4 — милливольтметр; 5 — контактная вилка.
Комплекс устройств для диагностических и контрольных проверок. Индикатор искрения ИИ-5 основан на фиксации высокочастотной составляющей напряжения, возникающей на щетках противоположной полярности в результате изменений магнитного потока, вызванного нарушениями коммутации. Шкала стрелочного прибора (М82) разделена на зоны допустимого и не допустимого искрения методом экспертных оценок. Может быть использован как при стендовых, так и при эксплуатационных испытаниях с целью выявления двигателей с недопустимой степенью искрения (см. поз. 2 рис. 5). С целью исключения влияния электрически связанных с испытуемым двигателем машин снабжается специальным фильтром. Разработка ВНИИЖТа.
Рис. 18. Функциональная схема прибора контроля коммутации:
1 — коллектор; 2 — основная щетка машины; 3 — щетка-датчик; 4 — диоды, разделяющие сигнал по полярности; 5 — линейный ключ; 6 — амплитудный селектор; 7—аттенюатор уровней селекции; 8 — делитель напряжения; 9 — интегратор; 10 — аттенюатор постоянный времени интегрирования; 11 — делитель установки «О»; 12 — балансный усилитель постоянного тока; 13 — вибратор шлейфового осциллографа; 14 — стрелочный микроамперметр; 15 — потенциометр установки «О» шлейфа.
Прибор контроля коммутации ПКК-2м усредняет импульсы искрения на сбегающем (набегающем) крае щетки раздельно от недокоммутированных и перекоммутированных секций, фиксирует результат усреднения стрелочным индикатором. Балл коммутации устанавливается методом экспертных оценок (рис. 18). Применяется для стендовых и лабораторных исследований. Датчиком прибора является измерительная щетка 3, которая устанавливается на соответствующем крае основной 2. Разработка ОмИИТа. Индикация степени искрения может производиться цифровым прибором и фиксироваться цифропечатающим устройством.
Устройство для выявления межвиткового замыкания в обмотке якоря — бесконтактное импульсное устройство на полупроводниковых приборах — разработано ВНИИЖтом и проходит опытные испытания. Основные элементы устройства: генератор импульсного напряжения, индуктор и индуктивный датчик. Индикация дефекта производится по загоранию сигнальной лампы.
Объем диагностических проверок
Диагностический | Предельное значение признака и технические требования | Применяемое оборудование и метод диагностики |
| Предремонтная диагностика | |
Зазор между якорем и главными полюсами, мм | ДПЭ-400 —4,5—4; НБ-406 — 8—7; ТЛ-2К1, НБ-412К — 4,5— 4; AL-4846zT, 2AL-4846eT- 8-7,25; НБ-418К—5—4,5 | Набор шариковых проходных щупов (рис. 15). Поочередно измерить зазор проходным щупом |
Максимальное смещение щеток с геометрической нейтрали, мм | ДПЭ-400, НБ-406—5; двигатели без компенсационной обмотки с траверсами—1,5; с компенсационной обмоткой с траверсами — 0,5 | Бумажная лента, ложная щетка. Лентой охватить коллектор, ложной щеткой сделать оттиск от каждого щеткодержателя. Измерить и сопоставить расстояния между оттисками |
Микрорельеф и биение коллектора, измеренное по рабочей поверхности, мм (не более) | ДПЭ-400, НБ-406 — 0,08; ТЛ-2К1 — 0,07; AL-4846zT, 2AL-4846eT —0,07; НБ-412К- 0,08; НБ-418К —0,06 | Индикатор часового типа (0,01 мм). Вставить в гнездо щеткодержателя. Биение и микрорельеф определить по показаниям стрелки за полный оборот якоря |
Выработка рабочей части коллектора, мм | Все тяговые двигатели — 0,2— 0,5 | Линейка лекальная, устанавливаемая на нерабочие поверхности пластин, пластинчатый щуп |
| Поэлементная диагностика | |
| Остов в сборе |
|
Трещины от отверстий под болты щитов к кромке горловины, в углах коллекторных люков, в средней части моторноосевой горловины | Запрещается заваривать трещины, выходящие на ярмо, торцевые стенки моторно-осевой горловины длиной более 100 мм. Запрещается заваривать трещину между двумя соседними отверстиями под полюсные болты | Электромагнитный или капиллярный методы дефектоскопии, метод магнитных карандашей или цветной метод для определения размеров и дислокации трещин |
Посадки подшипниковых щитов и шапок моторноосевых подшипников | Посадочные поверхности шапок, щитов и остова должны быть перпендикулярны к соответствующим привалочным поверхностям. Натяг при посадке подшипниковых щитов в горловины и шапок в остов — 0,1— 0,15 мм | Измерительная скоба, нутромеры, калибры. Диаметр посадочной поверхности щита измерить в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и вычислить средний диаметр |
Асимметричное расположение главных полюсов в остове | При контроле размещения полюсов соблюдать углы: между осями главных полюсов угол в четырехполюсных тяговых двигателях — 90°, в шестиполюсных — 60°, между главными и дополнительными полюсами в шестиполюсных соответственно 45 и 30°. Разница расстояний между кромками главных полюсов не более, мм: НБ-406, НБ-412М —4; AL-4846zT, 2AL- 4846еТ — 3; ТЛ-2К1, НБ-412К. НБ-418К —2. Разница расстояний между кромками дополнительных полюсов не более, мм: НБ-406. НБ-412М —4; AL-4846zT, 2AL-4846eT — 3; ТЛ-2К1, НБ-412К, НБ-418К — 2 | Измерительное устройство ДИИТа (рис. 16). Технология проверки: обозначить оси полюсов центроискателем; установить самоустанавливающиеся штанги 1 в горловины остова и проверить концентричность их подшипников относительно горловин, в подшипники 3 и 7 вставить вал и закрепить, расстояния между кромками и осями полю, сов измерить вращением вала и совмещением измерительной штанги на втулке 5 с осями (кромками) полюсов. Результаты — по показаниям стрелки на лимбе 10. Параллельность осей полюсов проверить совмещением острия измерительной штанги с осью полюса в его начале и конце и передвижением втулки. Концентричность расположения полюсов определить выдвижением иглы измерительные штанги |
Несовпадение оси якоря с осью остова | Расстояние от оси вращения якоря до поверхностей сердечников по оси полюсов, мм: главных - НБ-406 — 337,7; НБ-412К, НБ-412М—374,5; 2AL-4846eT — 459; AL-4846zT — 458—0,5; ТЛ-2К1 — 374,5|; НБ-418К —334,7 дополнительных— НБ-412м, НБ-412К, ТЛ-2К1 - 337; НБ -406 — 338; 2AL-4846eT —462; AL-4846zT - 463—0,5 | Измерительное устройство ДИИТа. Технология проверки: совместить измерительную штангу с осью полюса, принимаемого за базу. Вращением вала и поочередным совмещением измерительной штанги С остальными полюсами проверить смещение оси якоря относительно оси полюса |
Нарушение сплошности междукатушечных соединений главных и дополнительных полюсов, катушек компенсационной обмотки, контакта выводных кабелей. Внешние признаки: перегорание мест соединений, излом выводов, потемнение изоляции соединений, перегрев | Превышение температуры отдельных мест соединения на 10—20" по сравнению с остальным соединением | Надежность контакта проверить, пропустив в течение 7—8 мин двойной часовой ток. Ощупывая соединения, определить место дефекта (перегрев). ВНИИЖТом разработан прибор, действие которого основано на восприятии инфракрасного излучения от зоны местного нагрева |
Диагностический | Предельное значение признака и технические требования | Применяемое оборудование и метод диагностики |
Межвитковые замыкания в полюсных катушках с образованием мостиковых контактов или сплошного повреждения межвитковой изоляции | Проверка активного сопротивления катушки неэффективна, так как при наличии замыкания до 20—25 % витков активное сопротивление катушки находится в допустимых пределах | Выявить межвитковые замыкания при демонтаже катушек с помощью трансформатора с разъемным магнитопроводом по завышенному току холостого хода. Установка ВНИИЖТа диагностирует межвитковые замыкания без демонтажа катушек по значению ЭДС, наведенной в измерительной катушке установки |
Якорь | ||
Основные линейные размеры: диаметр коллектора, длина петушков, диаметр шеек и конусов вала, резьба гаек | Диаметр коллектора, мм: НБ-406 - 567—533; ТЛ-2К1- 662—663; НБ-412—662-633; НБ-418—522—508; AL-4846eT— 830—802. | Штангенциркуль ШЦ-1, ШЦ-2. Скоба измерительная с микрометрической головкой, калибр-пройма, резьбовой калибр |
Целость вала | Наличие трещин не допускается | Дефектоскоп ДКМ-1Б, метод суспензии. Проверить в двух положениях вала |
Сопротивление корпусной изоляции | Не ниже 5 МОм | Мегаомметр МС—2,5 кВ |
Влажность изоляции | Соотношение емкостей С2/С50— не менее 1,4 | Прибор контроля влажности ПКВ |
Электрическая прочность изоляции | Испытать переменным током в течение 1 мин. В: НБ-406, ТЛ-2К1—6000; НБ-412, | Испытательная установка |
Наличие межвитковых замыканий | Замыкание не допускается | Импульсная установка ИУ-57 или бесконтактная установка ВНИИЖТа |
Дефект обмотки | Место повреждения межвитковой или корпусной изоляции | Установка ОВЗП-1 (ВЭлНИИ) |
Диагностический | Предельное значение признака и технические требования | Применяемое оборудование и метод диагностики |
Качество пайки обмотки к петушкам. Активное сопротивление обмотки | Отклонение стрелки прибора от средних показаний —не более 20% | Подвести к группе коллекторных пластин напряжение 12 В, измерить падение напряжения между соседними парами пластин милливольтметром. Метод двойного моста Р3009 постоянного тока при температуре обмоток 20 °С |
Контроль разности количества пластин по полюсным делениям | Разность не должна превышать 0,5 пластины | Устройство для снятия оттиска на бумажную ленту |
Контроль микрогеометрии коллектора | Вылезание отдельных пластин («распушение») не допускается | Прибор ВНИИЖТа с емкостным датчиком |
Контроль симметрии обмотки якоря (рис. 17) | При правильном соединении количество пластин относительно централи одинаково | Прибор ВНИИЖТа: электромагнит, устанавливаемый на двух смежных зубцах, линейка, контактная вилка с милливольт, метром |
Для определения места дефекта в блок индикации установлен стрелочный индикатор-микроамперметр. Место межвиткового замыкания фиксируют по указателю стрелки при горящей сигнальной лампе, В серийное производство устройство еще не поступило.
Устройство для выявления замыканий в полюсных катушках — малогабаритное импульсное устройство, позволяющее обнаружить дефект без разборки магнитной системы, создано ВНИИЖТом. Основные элементы устройства: генератор импульсного напряжения и индикатор — плоская прямоугольная катушка. Наличие межвитковых замыканий определяется по значению ЭДС, наведенной в катушке-индикаторе. Показание, заниженное по сравнению со средним значением на 50 % и более на полюсе, свидетельствует
о наличии дефекта. При определении места пробоя в катушках магнитной системы ВНИИЖТ рекомендует использовать устройство для выявления витковых замыканий. При этом один конец выхода генератора импульсного напряжения подсоединяют к выводам К или КК, другой — к корпусу. Измерительной катушкой касаются поочередно середины полюса, и место пробоя определяют по появлению или исчезновению показаний индикатора.
Установка щеток на геометрической нейтрали — устройство конструкции ВНИИЖТа, состоит из измерителя напряжения, источника питания, повышающего трансформатора в схеме источника питания. Измерительный механизм — микроамперметр с резисторами, позволяющими расширить пределы измерений, Необходимым условием при установке щеток на нейтраль является фиксация наименьшей ЭДС, наведенной в обмотке якоря. Предварительная притирка щеток не требуется.
Устройство для измерения частоты вращения якоря — фотоэлектрический датчик, разработанный ВНИИЖТом к типовому тахометру ТЭСА и рекомендуемый взамен зубчатого ферромагнитного диска. Применение такого фотоэлектрического датчика частоты вращения возможно в комплекте с любым электронным частотомером.
Виброакустическая диагностика подшипниковых узлов. Отказы моторно-якорных подшипников составляют 6—18 % общего количества отказов.
Основная причина — нарушение технологии их ремонта и сборки тягового двигателя. С целью предупреждения отказов в процессе стендовых испытаний производят диагностику технического состояния подшипников по их виброакустическим характеристикам с помощью виброакустической диагностической установки ВДУ-2.
В установке используется вибропреобразовательный прибор АС-0803, стробоскопический тахометр 2ТСт. Акселерометр устанавливается и закрепляется электромагнитным креплением в выбранных контрольных точках остова. На эксплуатационном диапазоне частот вращения вала фиксируют уровень ускорений вибрации остова, по значению которого диагностируют состояние подшипниковых узлов. Зону дефектного уровня устанавливают для каждого типа тягового двигателя.
Диагностика технического состояния тягового двигателя в условиях эксплуатации. Контроль состояния изоляции. Применяемый мегаомметр МС-0,5 на 2,5 кВ с ручным приводом не отвечает требованиям, так как фиксирует только ток сквозной проводимости, но не скорость снижения тока абсорбции (коэффициент абсорбции). Рекомендуется мегаомметр Ф4100, в котором для определения коэффициента абсорбции встроено реле с выдержкой времени 15 и 60 с и сигнальная лампа. Питание — от сети переменного тока напряжением 127 и 220 В, частотой 50 Гц. Прибор используется как в эксплуатации, так и при ремонте.
Контроль коммутационной надежности. С помощью комплекса диагностирующей аппаратуры (управляющие коммутирующие аппараты и индикатор искрения) ДИИТа выявляют тяговый двигатель с неудовлетворительной коммутацией непосредственно на электровозе в различных эксплуатационных режимах. Коммутирующие аппараты могут быть изготовлены из электромагнитных контакторов (реле) путем установки на якорь изоляционной планки с раздельными контактами. Управляющий аппарат — переносной пульт со встроенными кнопками управления и стрелочным прибором— индикатором искрения типа ИИ-5. Коммутирующие аппараты и индикатор искрения (фильтр) устанавливают в высоковольтной камере, управляющие аппараты — в кабине машиниста. Технология диагностики следующая: наблюдатель в процессе движения поезда массой, соответствующей установленной норме, выбирает устойчивый режим работы тягового двигателя на всех эксплуатационных режимах. Каждый двигатель комплекта поочередно подключают к измерительной схеме, фиксируют степень искрения и сопутствующие факторы: ток, скорость, напряжение. За время следования накапливают данные, обрабатывают их и устанавливают дефектный двигатель, который исключают из эксплуатации, и настраивают коммутацию. Практическое применение схемы подтвердило ее высокую эффективность.
Для повышения коммутационной надежности тяговых двигателей следует учитывать, что допустимая степень искрения в 1,5 балла, измеренная при стендовых испытаниях, является следствием расстройства электромагнитных процессов, однако в эксплуатации искрение возрастает за счет механической составляющей в среднем на 1—ll/2балла и достигает 2-й и 3-й степеней искрения, что и является причиной частого появления круговых огней [13].
Проверка правильности установки щеток на нейтрали. В процессе эксплуатации наблюдается значительное смещение щеток с нейтрали несмотря на контроль этого показателя при стендовых испытаниях. Показатель смещения — значительное расхождение токов тяговых двигателей на электровозе, вследствие чего происходит перегрузка или недогрузка двигателя. Рекомендуется периодически (особенно при частой смене двигателей) проверять в опытных поездках токораспределение и исправлять положение щеток с помощью описанного выше устройства.
Выявление межвитковых замыканий в обмотке якоря. Для решения поставленной задачи без выемки якоря применяют устройство для установления щеток на нейтрали. В обмотку возбуждения подают переменный ток 8— 10 А, медленно поворачивают якорь не менее чем на полюсное деление и одновременно контролируют напряжение на щетках противоположной полярности. При отсутствии межвитковых замыканий это напряжение практически не будет изменяться, при наличии замыкания — имеет волновую форму.