Методическая разработка "Устройства электрических машин"

 

Порядок  содержания и выполнения методической разработки.

1.Тема методической разработки.

2.Цель и задача методической разработки.

3.Описание устройства узла операции согласно темы методразработки. Эскизы, вклейки, чертежи.

4.Контроль, проверка узла при ремонте и в эксплуатации.

5.Техника безопасности при обслуживании и ремонте узла, устройства механизма.

6.Контрольные вопросы, карточки задания при получении темы.

7.Рекомендации преподавателям, мастерам при проведении темы.

8.Используемая литература.

Цели и задачи методической разработки.

 

Цель методической разработки состоит в том, чтобы разработать и полностью раскрыть тему: Устройства электрических машин; сущность применения тяговых двигателей на локомотивах  с электрической передачей, работу электродвигателей по узлам.

Для изучения этой темы руководствоваться данной разработкой как методические указания при изложении данной темы.

Эта разработка может быть использована как преподавателями спец дисциплин, так и учащимися, в методической разработке изложено не только узлы, но силы, которые действуют на тот или иной узел.

При изучении применения тягового двигателя в основу взятый материал из основ электротехники и теории электроподвижного состава.

Задача методразработки состоит в том, чтобы подробно и доступно изложить учащимся не только теоретические знания, но и  практически показать работу и ремонт оборудования тягового двигателя, чтобы учащийся знал подробно устройство каждого узла, но логически распределял назначение и работу.

Составные части материала определяют учебную работу данной темы.

Методическая разработка даст возможность учащимся хорошо подготовиться к выполнению заданий при разработке письменной квалификационной работе при сдаче государственной аттестации.

Описание устройства электрической машины.

         

Электрические машины постоянного тока нашли широкое применение на электрическом подвижном составе и  тепловозах.

Тяговые двигатели, тепловозные генераторы и некоторые вспомогательные машины, устанавливаемые на электровозах, тепловозах и моторных вагонах, эксплуатируемых в настоящее время, являются машинами постоянного тока.

Применение в нашей стране локомотивов,  оборудованных тяговыми двигателями постоянного тока, объясняются большими достоинствами этих машин.

Электровозы и тепловозы с такими двигателями обладают хорошими тяговыми характеристиками, сравнительно просты по конструкции и надежны в эксплуатации.

1.Назначение электрических машин.

 

Электрические машины разделяются по назначению  на  два вида:

1)Электрические генераторы

2)Электрические двигатели

 

а)   генераторы предназначены для выработки электрической энергии;

б) двигатели – для приведения в движение колесных пар электрических локомотивов, для вращения вентиляторов, компрессоров и т.п.

Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую.

Это означает, что для работы генератора надо вращать его  вал каким-либо двигателем, на электростанции – паровой турбиной, на гидроэлектростанции – водяной турбиной, на атомной электростанции от реактора.

          Электрические двигатели, наоборот, преобразуют электрическую энергию в механическую.

Поэтому для работы двигателя его надо соединить проводами с источником электрической энергии или, как говорят, включить электрическую сеть.

I. Принцип действия электрических машин.

 

Принцип действия электрического генератора основан на использовании явления электромагнитной индукции.

Простейшим генератором является виток, вращающийся в магнитном поле.

При вращении витка его рабочие стороны  1 и 2 пересекают магнитные силовые линии, поэтому в них индуктируется э.д.е. Если кольца, к которым припаяны концы витка, соединены между собой проводом, то по нему пойдет электрический ток.

Стороны 1 и 2 витка называются активными сторонами.

Участки 3 и 4  витка являются нерабочими, так как при вращении витка они не пересекают магнитные силовые линии и следовательно не участвуют в создании э.д.е. Эти  участки витка называют лобовыми.

Если остановить вращение витка, то исчезает э.д.е. Чем больше силовых линий магнитного поля пересекает рабочие стороны 1 и 2 витка в единицу времени, тем больше и  индуктируемая в них э.д.е.. Очевидно, наибольшее число силовых линий пересекает виток в единицу времени, когда рабочие стороны его находятся под полюсами.

В этот момент в витке индуктируется наибольшая э.д.е. и наоборот э.д.е.  в витке уменьшается до нуля, когда его рабочие стороны не пересекают силовые линии, а как бы скользят вдоль них.

Используя  правило правой руки для определения направления индуктированной в витке э.д.е. не трудно убедится, что в стороне 1 направлено от нас, а в стороне 2 направлена к нам. Значит, в витке ток течет от стороны 1 к стороне 2, а во внешней цепи он вращается от наружного кольца к внутреннему. Поэтому у наружного кольца  поставлен знак (+), а у внутреннего – знак (-).

В положении, показанном на рис. 146г со стороны витка поменялись местами, а полярность магнита осталась прежней. Значит направление э.д.е. в сторонах витка изменилась на обратное.

Итак, видно, что за полный оборот витка э.д.е. в нем возрастает от нуля (положение а) до наибольшего значения (положение б) потом падает до нуля (положение е), меняет свое направление и вновь возрастает до наибольшей величины (положение г).

Очевидно, что величина э.д.е., т.е. количество силовых магнитных линий, пересекаемых сторонами витка в единицу времени, зависит от угла, под которым виток пересекает эти линии, т.е. от положения витка относительно оси полюсов.

За один оборот витка индуктированная э.д.е. будет изменяться пропорционально синусу указанного угла т.е. по кривой, называемой синусоидой. По такой схеме (вращение витка в магнитном поле или вращение магнитного поля относительно неподвижного витка) работают все генераторы постоянного и переменного тока.

Во всех этих машинах индуктируется только переменная по величине  и направлению э.д.е.

Постоянное напряжение  от машин постоянного тока получают при помощи специального выпрямляющего устройства – коллектора.

II. Принцип действия электрического двигателя.

 

Принципиально электрический двигатель выполнен так же, как и генератор, т.е. представляет собой виток или несколько соединительных последовательно проводников, расположенных на якоре, вращающемся  в магнитном поле полюсов.

Если подключить проводники якоря к постороннему источнику электрической энергии, например к электрической сети, то по каждому проводнику начинает проходить электрический ток.

Этот ток, взаимодействуя с магнитным полем полюсов, создает силы F  действующие на каждый проводник с током.

Направление силы F определяется по правилу левой руки, ладонь левой руки нужно расположить так, чтобы магнитные линии входили  в нее и четыре вытянутых пальца совпадали с направлением тока.

Тогда расположенный под прямым углом большой палец левой руки укажет направление действия электромагнитной силы.

При указанном на рис. 148 направлении тока на проводнике расположенные под северным полюсом, будут действовать силы F, направленные вправо, а на проводники, лежащие под южным полюсом – силы F, направленные влево.

В результате совместного действия этих сил создается вращающийся момент М, направленный по часовой стрелке, который приводит якорь с проводником во вращение.

Если соединить вал якоря с каким-либо механизмом или устройством (колесной пары локомотива, станком) то двигатель будет приводить это устройство во вращение, т.е. отдавать ему механическую энергию.

Двигателю в процессе работы под нагрузкой приходится преодолевать определенное сопротивление вращению, создаваемое  приводящим им в движение механизмом.

Так, например,  в грузоподъемных механизмах поднимаемый груз  оказывает сопротивление вращению двигателя, который тянет трос  с подвешенным к нему грузом.

При работе электровоза, тепловоза вес поезда и самого локомотива, различные виды трения колес, рельс, подшипники осей в буксах, воздуха о боковую поверхность, давление воздуха на торцевую поверхность,  которое приходится преодолевать тяговым двигателем этих локомотивов.

Чем больше вес состава, скорость движения или подъем, по которому следует  поезд, тем больше сопротивление, оказываемое вращением.

Классификация тяговых двигателей. Требования, предъявляемые к ним.

 

На электровозах, тепловозах, газотурбовозах и моторных вагонах тяговыми электродвигателями электрическая энергия превращается в механическую,  необходимую для вращения движущихся колесных пар.

По роду питающего тока  тяговые двигатели разделяются на машины:

1.                 Постоянного тока

2.                 Пульсирующего тока

3.                 Асинхронные трехфазные

4.                 Вентильные    

5.                 Однофазные  коллекторные  понижений частоты

6.                 Однофазные  коллекторные промышленной частоты

 

Тяговые двигатели постоянного тока, применяются на электроподвижном составе постоянного тока.

Тяговые двигатели пульсирующего тока,  асинхронные трехфазные и вентильные на электроподвижном составе переменного тока со статическими преобразователями.

Тяговые двигатели во время работы подвергаются воздействию динамических сил, возникающих при движении колес по неровностям пути  и вибрациям, которые особенно велико в зимних условиях, когда верхнее строение пути обладает повышенной жесткостью.

Для этого существует два вида подвески тяговых двигателей:

1.Опорно-рамное подвешивание

2.Опорно-осевое подвешивание

Конструкция тяговых двигателей, его подвешивание и передача должны обеспечивать минимальное динамическое воздействие подвижного состава на путь и  на двигатель, что особо важно при высоких скоростях движения. Для этого в передаче желательно применять эластичные элементы, а вес самого двигателя  максимально снижать.

На пассажирских локомотивах  и моторных вагонах рассчитанных на движение с высокими скоростями, двигатели необходимо устанавливать на раме тележки, а для грузовых составов, где требуется при трогании поезда с места необходимый максимальный вращающий момент и не велика скорость, устанавливают тяговые двигатели под  локомотивом на опорно-осевом подвешивании.

На подвижном составе  двигатель расположен в тесном пространстве, ограниченном  габаритными приближениями подвижного состава к пути, расстоянием между колесными  центрами, зависящими от ширины колен и другими частями экипажа. Поэтому двигатель должен иметь определенный габарит  и быть доступным для обслуживания, тяговые двигатели должны иметь диэлектрическую прочность.

Должны надежно работать при повышенном напряжении в токоприемнике на 21% сверх номинала,  а на локомотивах с электрическим торможением при повышении его на 27%.

Номинальные режимы работ тяговых двигателей

 

Тяговые двигатели в условиях эксплуатации работают с переменной нагрузкой. Для сравнительной оценки их работы установлены два номинальных режима:

1.                 Длительный (продолжительный)

2.                 Часовой режим

Тяговые двигатели Э.П.С. постоянного тока характеризуют двумя номинальными напряжениями:

1. Uк – напряжение на их землях

2. Uс – номинальное напряжение на контактной сети

Стандартом установлены следующие номинальные напряжения на токоприемниках локомотива постоянного тока: 200, 250, 750, 1500, 3000в.

На локомотивах отечественного производства установлено номинальное напряжение на токоприемниках  Uсн=3000в, а на зажимах  тяговых двигателей  Uдн=1500в и 750в.

Длительной (продолжительной) работой называют наибольшую развиваемую на валу двигателя мощность, при которой машина на испытательном стенде с номинально действующей вентиляцией, закрытыми коллекторными смотровыми люками и номинальным напряжением на зажимах может работать длительно.

При этом недопустимое напряжение температуры частей машин над окружающим воздухом установленного нормами.

В этом режиме превышение температуры частей двигателя достигает установившегося значения практически через 3-6 часов после этого все тепло, выделяющееся в машине, отдается окружающему воздуху.

Часовой режим – называют  наибольшую развиваемую на валу двигателя мощность, при которой  машина может работать  на испытательном стенде с номинально действующей вентиляцией, закрытыми смотровыми люками и номинальным напряжением на зажимах, начиная с холодного состояния в течение 1 часа.

Допустимое повышение температуры частей машины над температурой окружающего воздуха до +40^оС для изоляции класса Н, как в длительном, так и в часовом режиме соответствуют для обмотки якоря 160^оС.

Обмотки возбуждения 180^оС, коллектора 105^оС. для изоляции класса F - 140^оС, 155^оС, 95^оС.

Двигатель считается холодным, если температура его частей отличается от температуры окружающего воздуха не более чем + 3^оС.

На грузовых электровозах магистральных железных дорог тяговые двигатели имеют мощность 400-650кВт на одну колесную пару.

В тяговых двигателях грузовых электровозах переменного тока 700-800квт, на новых увеличено  900-1000квт на колесную пару.

На пассажирских электровозах применяют тяговые двигатели 400-850квт на одну ось, в перспективе 1200-1300квт, моторные вагоны электропоездов 165-230квт на ось.

Основные  части машин постоянного тока и их конструктивное выполнение

 

Основными частями  машин постоянного тока являются:

1.Остов

2.Полюсы

3.Якорь

4.Коллектор

5.Щетки

1. Остов:

В современных двигателях постоянного тока.

Остовы отливают  неразъемными из специальной стали, марки 25АП. Материал остова должен  обладать внешними магнитными  свойствами, зависящими от качества стали и отжига, а так же иметь  хорошую внутреннюю структуру после литья; без раковин, трещин, песочин, окалины и других дефектов.

Остов составляет часть магнитной системы машины и служит для укрепления полюсов с катушками и вводных зажимов, а так же для поддержания боковых щитов, несущих подшипники якоря.

В тепловозах генераторах, вспомогательных машинах остов имеет цилиндрическую форму и снабжается лапами для установки машины на раму локомотива или фундамент.

Остов тяговых двигателей обычно выполняют восьмигранным или цилиндрическим и снабжают приспособлениями для подвешивания тяговых электродвигателей к экипажной части локомотива.

Для установки тяговых двигателей на тележках грузовых тепловозов и электровозов применена так называемая  трамвайная, или опорно-осевая  система подвешивания.

При этой системе двигатель одной стороной опирается через моторно-осевые подшипники на ось движущей колесной пары (траверсы), к раме тележки.

На электровозах и моторных вагонах электропоездов, рассчитанных на работу при высоких скоростях движения,  применяют опорно-рамную систему подвешивания тяговых двигателей, при которой двигатель опирается на раму локомотива и полностью подрессорен. В этом      случае передачу тягового усилия от двигателя к зубным колесам (редуктору осуществляется с помощью карданного вала).

Остов тягового двигателя имеет специальные кронштейны или другие устройства для упругого или жесткого крепления к раме тележки в зависимости от системы подвешивания.

В торцевых поверхностях остова сделаны горловины, в которые вставляют подшипниковые щиты. Отверстие горловины со стороны, противоположной коллектору, выполняют таких размеров, чтобы через него можно было вынуть из остова якорь двигателя. Диаметр отверстия горловины со стороны коллектора определяются размерами подшипникового щита и местом крепления щеткодержателей. Для предупреждения ослабления крепления щита посадочные поверхности в горловинах делают достаточно широкими.

В торцевых стенках остова имеются отверстия: со стороны, противоположной коллектору, - для выхода охлаждающего воздуха, со стороны коллектора – для крепления щеткодержателей.

Охлаждающий воздух в остов подается через специальные отверстия чаще всего со стороны коллектора, а иногда с противоположной стороны.

Для осмотра щеток и коллектора в остове со стороны коллектора располагаются два проема (коллекторных люка), закрываемых крышками.

Для подъема и переноски остова или собранного тягового двигателя в верхней части остова предусмотрены проушины. Внутри остова имеются обработанные приливы под сердечники полюсов, обеспечивающие правильную их установку.

Для крепления сердечников главных и дополнительных полюсов и вывоза кабелей из остова в нем просверлены отверстия, чтобы предохранять кабели от повреждений кромки и предотвратить попадание воды в остов, в отверстия вставляют резиновые втулки, плотно охватывающие  кабели. Кабели при выходе укрепляют в выводных коробках привертываемые к остову. В выходной коробке предусмотрен зажим в виде захватывания брезентового рукава, надеваемого  поверх кабеля.  У отверстий выходных концов на остове сделаны пометки соответственно выводам.

II. Главные полюса

 

Главные полюса служат для создания основного магнитного потока.

Каждый главный полюс теплового двигателя состоит из сердечника, обмотки и выводных кабелей.

Главный полюс представляет собой стальной сердечник, на который надевается катушка из изолированного медного провода. Часть сердечника  со стороны, обращенной к якорю, выполнена более широкой и называется полюсным наконечником.

Эта часть служит для поддержания катушки,  а так же для лучшего распределения магнитного потока по поверхности якоря.

Сердечники главных полюсов изготовляют из отдельных стальных листов толщиной 0,5-1,5мм; этим достигается уменьшение вихревых токов,  вызывающих нагрев электрической машины и потери мощности.

Электрические машины могут иметь два, четыре, шесть и большее количество полюсов.

Тяговые двигатели обычно выполняют четырехполюсными и шестиполюсными: тепловозные генераторы имеют восемь и более число полюсов. Главные полюсы укрепляются на остове болтами.

Резьба под болт нарезается непосредственно в сердечнике полюса или же в специальном установочном стержне, закладываемом в сердечник при его сборке.

Остов, полюсы и якорь составляют магнитную систему машины, через которую замыкается магнитный поток, создающий э.д.е. в обмотке якоря. Воздушный зазор между  якорем и полюсами является также одним из участков магнитной цепи, полюсы в четырехполюсной машине расположены под углом 90^о, а в двухполюсной – под углом 180^о.  Линия, делящая эти углы пополам, называется нейтральной.

Магнитный ток, проходящий через полюсы и поступающий в якорь и остов, разделяются по оси симметрии полюсов на две симметричные и равные части, количество полюсов всегда  четное, все полюсы совершенно одинаковы и углы между осями соседних полюсов равны.

Обмотка главных полюсов состоит из катушки, которые создают основную намагничивающую силу возбуждения или из катушек возбуждения.

Катушки главных полюсов наматывают из гибкой меди на специальных намоточных станках, применяя соответствующую оправу-шаблон, либо плашмя в два или три слоя, либо на узкое ребро в один слой.

Для катушек главных полюсов в настоящее время применяют  стекломикалентную  изоляцию  и монолитную.

Их состав следующий:

Стекломикалентная  изоляция содержит щипаную слюду – мусковит или флагонит: толщина пластинок 10-20 или 20-30мм.

Монолитная изоляция не содержит  щипаную слюду.  Заменителем слюды в монолитной изоляции служит стеклослюдинитовое  полотно  из одного слоя слюдинитовой бумаги, обклеенной с двух сторон стеклосеткой, что обеспечивает необходимые прочные   характеристики. По нагревостойкости она относится к  классу F, но имеет лучшую теплопроводность по сравнению с текломикалентой.

Катушки возбуждения главных полюсов закрепляют полюсными сердечниками, которые имеют Т-образную форму. Во время эксплуатации происходит дыхание стекломикалентной изоляции, а, следовательно, нарушение плотности крепления. Поэтому между катушкой и приливом остова ставят стальную пружинную рамку, упруго компенсирующую нарушение плотности крепления катушки.

Дополнительные полюса

 

Они служат для создания магнитного поля в коммутационной зоне. Под влиянием этого поля в коммутирующих витках наводится э.д.е., направленная против реактивной э.д.е. Включение обмоток дополнительных полюсов последовательно с обмоткой якоря способствует автоматической компенсации реактивной э.д.е. при изменении режимов работы двигателя.

Число дополнительных полюсов всегда равно числу главных. Для тягового режима полярность дополнительных полюсов должна быть обратно полярности соседних (по направлению вращения якоря) главных полюсов, а для генератора наоборот. Чтобы магнитный  поток возрастал пропорционально току якоря, необходимо иметь слабое насыщение дополнительных полюсов.

Дополнительный полюс состоит: из сердечника и катушки.

Сердечники: имеют более простую форму, чем сердечники главных полюсов.

У тяговых двигателях постоянного тока, сердечники дополнительных  полюсов сделаны сплошными из стали в виде отливок или обработанных потоком, так как индукция в них не велика и вследствие этого потери от пульсации магнитного потока ничтожны.

Длину сердечника полюса уменьшения индукции в его теле принимают обычно максимально возможной.

Ее практически ограничивает осевой размер полюсных катушек. Так как ширина меди катушек дополнительных полюсов обычно меньше, чем у главных  полюсов, то сердечник дополнительного полюса принимают на 2-6см длиннее сердечника якоря. Ширину сердечника дополнительного полюса выбирают такой, чтобы магнитная индукция В д.п. при номинальном режиме в  полюсе была не выше 4000-6000гс.

Чтобы обеспечить работу дополнительных полюсов на прямолинейной части кривой намагничивания, необходимо иметь большой воздушный зазор δ д.п. между их сердечниками и якорем.

Однако увеличение  воздушного зазора у полюса, имеющего высокий сердечник, вызывает повышение потока рассеивания. При этом значительная часть магнитного потока замыкается не через якорь, а через сердечник главного полюса  и остов.

При разделении зазора дополнительного полюса на две части и установке между сердечниками и остовом диамагнитной прокладки (латунной, алюминиевой или текстолитовой). Рассеивание магнитного потока уменьшается, так как наконечник сердечника приближается к якорю и увеличивается магнитное сопротивление  в цепи полюсов.

Катушки дополнительных полюсов наматывают из меди прямоугольного сечения на специальном станке по шаблону, обычно на ребро. При намотке катушек шины меди, располагаясь параллельно  боковым стенкам сердечника частично выполняют роль экрана для  пульсирующей составляющей потока рассеивания .

Изоляция катушек не отличается от изоляции катушек главных полюсов.

Катушка дополнительного полюса удерживается на сердечнике бронзовой рамкой или угольниками из диамагнитного материала. Чтобы избежать нарушения плотности крепления, возникающее при дыхании стекломиканитной  изоляции, применяют пружинный фланец, состоящий из двух половин.

Якорь  тяговых двигателей

 

Основными частями якоря тягового двигателя является:

1. Вал,  2.Сердечник, нажимные шайбы, обмотка, коллектор и втулка (коробка). У некоторых тяговых двигателей сердечник насажен на вал.

1.Валы тяговых двигателей подвержены действию значительных вращающихся моментов, которые вызывают большие касательные  усилия в местах их приложения, а так же действию сил от веса деталей якоря, магнитного притяжения и сил реакции зубчатой передачи. Часто меняющаяся нагрузка с мгновенными толчками в период пуска и торможения, ударная нагрузка при выходе  движущейся колесной пары из состояния буксования, динамическое воздействие от  неровности пути, значительные перегрузки в период выхода из строя одного из тяговых двигателей создают особенно тяжелые условия для работы валов.

Форма вала должна по возможности исключать условия местной концентрации напряжений. При работе вала, как на изгиб, так и на кручение.

Это достигается сокращением до минимума различных переходов по диаметрам сечения.

Там, где переходы неизбежны по конструктивным соображениям, их выполняют с плавными галтелями без резких кромок и уступов.

Чтобы не возникали местные напряжения, стараются не допускать на валу подрезов в местах выхода резца или шлифовального круга, не делать резьбу, в тех местах вала, в которых происходит изгиб или кручение, по возможности не делать шпоночные канавки, имеющие острые кромки.

Шпоночные канавки для шпонок, используемых в качестве направляющих, делают минимально возможной глубины и протяжности.

У тяговых двигателях, имеющих втулки якоря, в средней части вала нет шпоночных  канавок.  Они сделаны по концам  под шестернями на значительную глубину.

Для изготовления валов тяговых двигателей применяют наковки, из стали с высокой механической прочностью и высокой сопротивляемостью ударным и усталостным нагрузкам.

Вместе с тем материал вала не должен обладать чувствительностью к местным поверхностным перенапряжениям. Наилучшим образом эти  требованием удовлетворяют, хромоникелевые, никелевые хромомолибденовые стали, для отечественных тяговых двигателей валы изготавливают, из стали марки 20ХНЗА.

2.Втулка (коробки) якорей.

Для того чтобы иметь возможность сменить вал в случае его поломки или порчи без полной разборки якоря, почти во всех тяговых двигателях  отечественного производства монтаж деталей якорей производят на втулках. Втулка якоря несет на себе сердечник  с нажимными шайбами и коллектор, а в самовентилирующихся двигателях – еще и вентилятор. При замене  вала двигателя все насаженные на втулку детали не снимают.

Втулки обычно отливают,  из стали марки 25Л. Втулку перепрессовывают на вал  без шпонки.

Внутри поверхности втулки обрабатывают с двумя или тремя посадочными диаметрами, со ступенями, отличающимися на 1-2мм в диаметре.

Наружные поверхности обрабатывают до размеров, указанных в чертеже. Это необходимо для получения более точной и правильной поверхности, так как при запрессовке  втулки на вал она деформируется, что выражается в небольшом искажении поверхности. Это устраняется окончательной обработкой после запрессовки.

3.Нажимные шайбы якоря тягового двигателя служат для удержания листов сердечника в запрессованном состоянии и поддержании лобовых частей обмотки якоря; их отливают, обычно из стали марки 25Л1.

а) Задние нажимные шайбы (с противоположной стороны коллектора) делают со специальными щитами – фланцами или без них. Фланцы   служат для направления охлаждающего воздуха, поступающего из каналов сердечника якоря, защиты головок обмотки от механических повреждений и попадания масла из подшипникового щита.

При отсутствии фланцев улучшается теплоотдача задней лобовой части обмотки.

б) Передняя нажимная шайба отличается от задней большей посадочной поверхностью. Кроме того, у некоторых тяговых двигателей наружная  поверхность передней шайбы приспособлена для напрессовки на нее  коллектор.

В этом случае в ней выполняют канавку для шпонки, при помощи которой фиксируют положение коллектора относительно сердечника якоря. Нажимные шайбы при отсутствии втулки якоря насаживают непосредственно на вал тягового двигателя.

Сердечник якоря тягового двигателя

 

Сердечник якоря представляет собой часть магнитной системы тягового двигателя, цилиндрической формы.

Собранный из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5мм. Для уменьшения потерь от вихревых токов, возникающих при пересечении якорем магнитного потока, листы изолируются один от другого. Листы покрывают с обеих сторон пленкой бакелитового лака  печной сушки толщиной 0,012-0,014мм или жидким стеклом.

Для того чтобы не происходило распущение, листов активной стали у сердечника, крайние 7-8 листов делают толщиной  1мм с постепенно уменьшающимся диаметром.

Листы эти в головах зубцов сваривают точечной сваркой, а у тяговых двигателей последних выпусков еще и склеивают.

          Лист сердечника штампуют в виде неразрезанных дисков, форма которых соответствует форме поперечного сечения сердечника  якоря. На наружной поверхности  листы имеют штампованные  пазы для размещения отмотки.

          Для охлаждения якоря внутри листов сердечника делают по окружности в 2 или 3 ряда (в шахматном порядке) вентиляционные каналы (обычно круглые) диаметром 20-30мм.

          В средней части листов выштамповано центральное отверстие со шпоночной канавкой для посадки сердечника на втулку якоря или вал двигателя.

          Число пазов якоря выбирают путем сравнительных расчетов и оценки, как преимуществ, так и недостатков, рассматриваемых  вариантов. Чем меньше число пазов Z, тем меньше суммарная толщина изоляции катушек по окружности якоря и при принятой величине индукции в  зубах меньше длинна  сердечника якоря l_я. это имеет особое значение для двигателей с высоким напряжением; для двигателей постоянного тока электровозов. Однако при снижении числа пазов расширяется зона коммутации,  ухудшается отдача тепла катушками, повышаются пульсации магнитного потока под полюсами и др.

          Зубовое деление по окружности якоря  t₁= ПД_я                                                                                                                                                                                              Z

                Его обычно берут равным 20-35мм. Большое значение t₁  принимают, как правило, для двигателей, рассчитанных на значительные напряжения  и имеющие малое число полюсов.

          Число пазов на полюс Z_p=Z

                                                                                          2_P              

          Эту величину  обычно выбирают в пределах 12-16, хотя возможны отклонения  в меньшую и в большую  сторону.

          Для тяговых двигателей с петлевыми обмотками наибольшее число пазов на полюс Z_р равно 12,5; 13,5; 14,5.

          От числа пазов  якоря зависит число коллекторных пластин на паз.

          Объем сердечника якоря определяет как его вес, так и вес двигателя в целом.

          Якорные листы имеют зубчатую форму, поэтому при сборке их в пласты образуют пазы (впадины), в которые укладывается обмотка якоря. Пазы бывают открытые и полузакрытые. Тяговые электрические машины имеют открытые пазы.

          Перед сборкой сердечника в начале насаживают  заднюю нажимную шайбу. По окончанию сборки сердечник сначала подпрессовывают, затем проверяют его размеры. Для большей точности сборки в пазы сердечника  закладывают временные направляющие оправки. Сердечник должен быть совершенно монолитным, не иметь ослабших листов и распушения отдельных крайних листов стали.                                   

коллектор тягового двигателя.

 

          Коллектор двигателя служит для изменения направления тока в проводниках якоря при переходе их под главный полюс другой полярности.

          Размеры коллектора зависят от диаметра якоря, максимальной скорости, тока якоря, напряжения на зажимах машины, напряжения  между соседними коллекторными пластинами и  устройство щеткодержателей.

          Поэтому конструкция тяговых двигателей  в значительной степени определяется конструкцией коллекторов.

          Длинна коллектора L_k зависит от ширины пылевой канавки ширины петушка и длины рабочей части L_кр, которая определяется размерами щеток, ширина щеток обычно принимается в пределах 1,6-2,5см.

          В тяговых двигателях чаще всего применяют коллектор арочного типа.

          Основными деталями такого коллектора являются:

1.Коллекторные пластины, которые осуществляют скользящий контакт между вращающимися вместе с якорем секциями обмотки и неподвижными щетками.

2.Изоляционные пластины, с помощью которых коллекторные пластины изолируют друг от друга.

3.Изоляционные манжеты и изоляционный цилиндр для изоляции пластин от корпуса, на котором производится сборка коллектора.

4.Нажимного корпуса служащего вместе с корпусом коллектора для коллекторных пластин.

5.Болты, закрепляющие нажимной конус на корпусе коллектора.

6.Коллекторные пластины имеют клинообразное сечение, изготовляют их из твердотянутой коллекторной меди.

          При работе коллекторные пластины должны выдерживать без остаточных деформаций напряжения на изгиб до 1300кг/см². Иногда применяют медь с присадкой кадмия или серебра.

          Пластины изолируют одну от другой миканитовыми прокладками. Выступающая часть коллекторной пластины, к которой припаивают провода обмотки якоря, называется «петушком». Узкие края пластин имеют форму ласточкина хвоста, после сборки коллектора эти края зажимаются  между двумя нажимными шайбами.

          Пластины изолируют от нажимных шайб и вала якоря миканитовыми манжетами и цилиндрами.

          Когда коллектор окончательно собран, его поверхность обтачивают на токарном станке и тщательно изолируют.

          Чтобы миканитовые прокладки при срабатывании коллектора не выступали над пластинами и  не вызывали вибрации щеток, их профрезеровывают на 0,8-1,5мм ниже поверхности коллектора.  Эту операцию называют продораживанием коллектора. Толщина коллекторных пластин у  двигателях НБ40в составляет4,38мм по поверхности скольжения.

Обмотка якоря

         

          На тяговых двигателях постоянного тока электроподвижного состава обычно применяют простые волновые  и петлевые обмотки.

          Простая волновая обмотка якоря наиболее проста в производстве и двигатель получается меньшего веса на 600кг при номинальной мощности 500квт и напряжении на зажимах 1500В.

          Волномер обмотки не чувствителен к магнитным асимметриям машины, так как параллельные цепи этой обмотки размещаются под всеми полюсами, и магнитная асимметрия сказывается одинаково на э.д.е.  всех параллельных цепей обмотки. Поэтому в обмотке не возникает уравнительных токов, как, например, в случае петлевой обмотки, а, следовательно, нет нужды в специальных уравнительных соединениях.

          При простой петлевой обмотке значительно снижаются величины максимальных межламельных  напряжений и реактивной э.д.е. и облегчаются условия коммутации на пульсирующие токи.

          В пазах сердечника уложена простая петлевая обмотка, имеющая шаг по пазам 1-14 шаг по коллектору 1-2.  В пазу размещены две стороны различных катушек. Каждая катушка состоит из четырех  элементарных одинаковых секций. Секция в свою очередь состоит из трех параллельных проводников, которые расположены по высоте паза, а четыре витка, входящих в катушку по ширине паза, т.е. имеют горизонтальную укладку.

          Разделение секции на три параллельных провода сделано для уменьшения вихревых токов.

          Обмотку якоря выполняют из медной изолированной проволоки, а в машинах большой мощности – из медных стержней.

          Обычно обмотка якоря состоит из отдельных, заранее изготовленных якорных катушек,  которые обматываются изоляционными лентами из миканита, асбеста, стеклоткани или хлопчатобумажной ткани  и укладывают в пазе якоря. В каждом пазу укладывается обычно по две стороны различных якорных катушек, одна поверх другой. Каждая якорная катушка включает в себя несколько секций,  концы которых припаиваются к соответствующим коллекторным пластинам.

          Якорная обмотка имеет следующую изоляцию.

1.Витковую изоляцию обмотки якоря независимо от напряжения на отечественных тяговых двигателях выполняют одним слоем в полуперекрышу  миколентой  МФ42 толщиной 0,1мм  или кремнийорганической стеклолентой  С2ЛФК толщиной 0,13мм.

2.Корпусная изоляция является основной. Ее  выполняют миколентой ЛФ42, толщиной 0,1 или0,13мм в полуперекрышу или стеклолентой С2ЛФК толщиной 0,13 или 0,15мм. Число слоев и общая толщина изоляции катушки зависит от напряжения по отношению к корпусу. При толщине миколенты 0,1мм   и напряжения 750, 1500 и 3000В соответственно изоляция имеет 3,5 и 8 слоев, а полная двухсторонняя толщина изоляции катушки равна 1,2, 2,0 и 3,2мм.

3.Покровная изоляция защищает корпусную изоляцию от механических повреждений.

          В независимости от напряжения ее выполняют стеклолентой толщиной 0,15мм в один слой, в полуперекрышу катушки  в пазу имеют еще общую покрывную изоляцию в виде гильзы из электрокартона, толщиной 0,2мм. На дно паза, между сторонами катушек ставят прокладки из миканита толщиной 0,5мм (или реже 0,3мм).

          Применяют различные способы герметизации обмотки якорей для предохранения от воздействия окружающей среды и попадания во внутрь обмотки, влаги, масла, грязи, угольной пыли и т.д.

          После пайки проводников обмотки якоря в шлицах коллекторных пластин впадины между проводниками у петушков коллектора, а также угловые впадины заполняют электроизоляционными пастами, замазками или полимерными материалами.

          Обмотку якоря в пазах сердечника с миканитовой изоляцией в настоящее время закрепляют текстолитовыми клиньями, а на лобовых частях крепят проволочными бандажами или стеклобандажами. Проволочные бандажи изготавливают из стальной луженой магнитной или немагнитной проволоки, которые наматывают обычно в два слоя с натяжением 215-250кб. Витки друг с другом скрепляют вспомогательными жестяными скобами и припаивают в общий пояс  оловянисто-свинцовым припаем ПОС-40.

          После укладки обмотки, пайки, наложения бандажей, проверки электрической прочности изоляции производят по установленной технологии пропитку и сушку.

Подшипниковые щиты

         

          Подшипниковые щиты закрывают  торцевые горловины остова тягового двигателя. Щиты отливают,  из стали.

          При обработке их следят, чтобы была обеспечена сносность якоря с внутренним отверстием остова под установку главных и дополнительных полюсов, а торцевые и радиальные биения поверхности бурта, служащего для соединения с остовом, относительно отверстия под подшипники были бы минимальными, что достигается обработкой этих поверхностей с одной установки.

          Подшипниковые щиты плотно пригоняют к выточкам в остове и крепят к нему болтами  с шайбами, предохраняющими от самоотвертывания, равномерно затягивая все  крепящие болты. В щитах имеются специальные отверстия с резьбой, в которые ввертываются отжимные болты при снятии щитов. У щитов с подшипниками качения имеются камеры для смазки, крышки, закрывающие эти камеры,  и уплотняющие лабиринтовые (уплотнения)  устройства.

Якорные подшипники

 

          Для тяговых двигателей отечественного производства применяют в основном однорядные роликовые подшипники, а для тяговых двигателей электроподвижного состава зарубежных железных дорог – однорядные и двухрядные.

          В однорядных подшипниках можно использовать сферические ролики быкообразной формы, которые допускают небольшие перекосы наружного кольца подшипника относительно внутреннего. Это предотвращает защемление вала при изгибе и облегчает условия работы при неточностях установки с обоих подшипников вала.

          Наружные кольца роликовых подшипников запрессовывают в гнезда подшипниковых щитов в холодном состоянии, внутренние – сажают на вал, предварительно нагрев их в печах или индукционных нагревателях до 100-110^оС.

          Смазывают роликовые подшипники консистентной смазкой, которая наиболее соответствует условиям работы их в тяговых двигателях. В консистентной смазке не должно быть даже следов грязи. Грязь и посторонние твердые частицы, проникающие в подшипник со  смазкой, вызывают интенсивный износ колец и роликов и преждевременный выход из строя.

          Отсутствие или недостаточное количество смазки приводят к чрезмерному нагреву его в процессе работы и, следовательно, к резкому понижению твердости металла его деталей, искажению конфигурации роликов и разрушению подшипника.

          Чрезмерное количество смазки вызывает перегрев подшипника вследствие увеличения сопротивления вращению.

          Кроме того, при этом смазка выдавливается через  лабиринтное уплотнение, попадает на щетки, коллектор и обмотки двигателя, что может вызвать разъединение изоляции им образования кругового огня на коллекторе.

Моторно-осевые подшипники

 

          При опорно-осевом подвешивании тягового двигателя служат опорой его на ось колесной пары.

          Моторно-осевой подшипник скольжения имеет разъемный  вкладыш 4 из бронзового литья, латуни или стального литья, который по внутренней поверхности залит баббитом 5 марки Б-16 слоем толщиной около 3-3,5мм. Иногда вкладыши выполняют  из свинцовой  бронзы без заливки. Для лучшего сцепления баббита с телом вкладыша, в последнем имеются канавки в виде ласточкина хвоста. Половина вкладыша находящаяся в шапке, имеет прямоугольное окно для подачи смазки.  Вкладыш в горловину остова двигателя ставят с натягом и фиксируют шпонкой 3.

          Размеры вкладышей предварительно выбирают по конструктивным соображениям, а затем проверяют давление на работу трения.

          Существуют различные системы смазки моторно-осевых подшипников скольжения, с постоянным уровнем, с польстером, с польстером и циркуляцией смазки, осуществляемой шестеренчатым насосом.

          На отечественных двигателях наибольшее распространение получили моторно-осевые подшипники с постоянным уровнем смазки.

          Смазка из камеры А по шерстяной подбивки 7 к оси 6 колесной пары через вырез  во вкладыше 4.

          При вращении оси смазка захватывается из промасленной подбивки 7 и покрывает всю рабочую поверхность баббитовой заливки 5. Высота уровня смазки в  камере А зависит от высоты ниппеля 8  соединяющую камеру А  с камерой  Б -  запасным резервуаром для смазки. При работе локомотива уровень масла в камере А будет понижаться вследствие расхода  его на смазывающие  рабочие поверхности заливки вкладыша.

          Как только уровень смазки в камере А станет ниже уровня ниппеля, воздух находящийся в этой камере, начнет проходить через ниппель в камеру Б будет поступать  в нее через камеру В до тех пор пока не закроет конец ниппеля и не прекратится поступление воздуха в камеру Б. заполнение камеры Б производят при давлении 3,5ат через специальный шланг с наконечником, который вставляют в коническое отверстие камеры В.

Щетки, щеткодержатели, кронштейны и треверсы

 

Работа щеток и коллектора во многом определяет надежность эксплуатации тяговых двигателей. Нарушение скользящего контакта приводит не только к усилению искрения под щетками,  но и вызывает повышенный износ коллектора и щеток. Профиль коллектора, износ его рабочей поверхности, износ щеток, интенсивность искрения и перебросы зависят друг от друга. Так, искажение рабочей поверхности коллектора приводит к отрыву щетки от пластин, что сопровождается интенсивным искрением под щеткой и быстрым износом щеток и щеткодержателей по их направляющим поверхностям.

          Отсутствие, на щетке поколов и других повреждений, зеркальное состояние их контактной поверхности и наличие на рабочей поверхности коллектора оксидной пленки темно-коричневого цвета, называемой «политурой», являются верными признаками нормальной работы щеток и коллектора. Повышенный износ щеток,  поколы  и плохая притирка их к коллектору, отсутствие «политуры», неравномерная выработка рабочей  поверхности коллектора свидетельствует о неудовлетворительной  работе скользящего контакта. В эксплуатации  иногда наблюдаются такие неисправности щеткодержателей, как разработка гнезд, изломы нажимных пальцев и пружин, излом механизма регулировки нажатия на щетку. На работу щеток влияет также окружающая температура. Так в зимнее время нажатие щетки необходимо повышать, а для того чтобы щетки не примерзли к щеткодержателю, они должны быть хорошо просушены.

          Щетки – качество щеток зависит от твердости, удельного сопротивления, коэффициента трения, износоустойчивости. Для тяговых двигателей применяют электрографитированные щетки марок ЭГ-2А; ЭГ-74А; ЭГ-61 с допустимой плотность тока соответственно 10; 13; и 13а/см². коэффициент трения щеток ЭГ-2А и  ЭГ-74А обычно равен 0,22-0,23.

          Щетки применяют как цельные, так и разрезные  состоящие из двух или трех частей. В разрезных щетках каждая часть  работает  как бы самостоятельно.

          При этом ширина ее в 2 или 3 раза меньше, уменьшается возможное отклонение поверхности контакта, а, следовательно, и коммутацию двигателя. Однако разрезные щетки  по конструкции сложнее цельных и имеют повышенный  износ по ширине вследствие увеличения числа трущихся поверхностей.

          При выборе размеров щеток L_щ х в_щ руководствуются стандартами. Обычно длина щеток составляет 32, 36, 40 или 50мм ширина для цельных (разрезных) соответственно 16 (8+8); 20 (10+10); 25 (12,5+12,5)мм.

          Щетки, применяемые для электрических машин,  подразделяются на четыре основные группы:

1.Угольно-графитовые

2.Графитовые

3.Электрографитированные

4.Металлографитные

          На электродвигателях, имеющих петлевую обмотку якоря, должны быть установлены щетки  одной марки, так как различие в марках щеток может вызвать протекание больших токов по уравнительным соединениям и перегрузку отдельных щеток. Для удобства замены и осмотра щеток на щеткодержателях установлены стойки с заплечиками, позволяющие фиксировать пружины в приподнятом состоянии.

          Щетка должна иметь равномерную плотность однородную структуру и хорошо притягиваться к коллектору.

         

          Щеткодержатели и их кронштейны.  Основными  требованиями, предъявляемыми к щеткодержателям  тяговых двигателей, являются:

          1.Обеспечения равномерного и постоянного нажатия на щетку и правильной установки щеток относительно коллектора.

          2. Высокая механическая прочность деталей, устойчивость против вибраций и толчков.

          3. Высокая электрическая прочность изоляционных деталей.

          4. Износоустойчивость и обеспечение легкой смены нормально изнашивающихся деталей.

          5. Доступность для обслуживания и возможность регулирования нажатие на щетки по мере износа.

          Щеткодержатель состоит: из корпуса с гнездами для направления  щеток и нажимных пружинных устройств. Его крепит на изолированном от корпуса кронштейне.

          Гнезда располагаются или на большой консоли по отношению к месту крепления или малой консоли. Применение малой консоли, а так же приближение щетки к месту закрепления щеткодержателя уменьшает влияние вибрации на щетку, а, следовательно, и крепление под щеткой.

          Для гашения колебаний высокой частоты нажатие на щетку осуществляется на некоторых тяговых двигателях через резиновую прокладку, которую закрепляют непосредственно на щетке или устанавливают на нажимном  пальце.

          Кронштейн выполнен из стали и состоит из двух половин (рис. 142) 1 и 2 скреплен болтом. К половине 2 крепят болтом наконечник с кабелями, подводящий ток к коллектору, и перемычке для щеткодержателей одной полярности. Каждая половина кронштейна имеет две выточки для охвата пальцев 3 и 4 .  Пальцы представляют собой, стержни из стали  марки 45 переменного сечения или шпильки спрессованы прессмассой АГ-4. Для предохранения ее от повреждения разъемным кронштейном  на пальцы надеты стальные трубки. Пальцы имеют фарфоровые изоляторы с глянцевой поверхностью. Наличие двух пальцев исключает возможность поворота кронштейна относительно остова.

          Корпус 11 щеткодержателя отлит из латуни АС-59-1А и имеет одно, два или три гнезда для щеток.

          Корпус крепят к кронштейну на шпильке гайкой 5 или болтом 14. Поверхности соприкосновения корпуса и кронштейна сделаны рифлеными для правильной (параллельной) установки его.

          Чтобы можно было  передвинуть корпус вниз или вверх, т.е. менять расстояние от корпуса щеткодержателя до рабочей поверхности коллектора, отверстие под болт или шпильку имеет продолговатую форму.

          Фиксацию щеткодержателя в осевом направлении относительно петушков коллектора производят специальной запорной шайбой, помещенной на шпильке или болте кронштейна.

          В гнездо  корпуса устанавливают щетки 9. Давление  на щетки осуществляется нажимными пальцами 6 от цилиндрических пружин или специальных, спиральных многовитковых пружин. Давление регулируют натяжением пружин.

          Кроме того, при максимально допустимом износе щетки нажатие пальца на нее автоматически прекращается.  Это позволяет предотвратить повреждение рабочей поверхности коллектора шунтами срабатывающих щеток.

          Щеткодержатель с цилиндрическими пружинами обеспечивает более стабильное нажатие  на щетки в допустимом диапазоне их износа. Давление пальцев на неизношенные щетки от цилиндрических  пружин составляет не более 500 Г/см², а с предельно изношенными щетками – не менее 375 Г/см².

Траверсы: число щеткодержателей всегда равно числу главных полюсов. При  четырех полюсах щеткодержатели с кронштейнами обычно крепят жестко  на торцевой стенке остова со стороны коллектора и осмотр их осуществляют через два коллекторных люка.

При большем числе полюсов для осмотра и ухода за щетками пришлось бы открывать почти всю коллекторную камеру. Поэтому у тяговых двигателях с числом полюсов шесть и более, кронштейны со щеткодержателями обычно крепят на траверс.

Поворот траверсы осуществляю зубчатым колесом, укрепленным на оси в остове двигателя. Применение траверсы позволяет поднести любой щеткодержатель под коллекторный люк. После осмотра щеток траверсу поворачивают в нужное положение и закрепляют фиксированным болтом.

Охлаждение тяговых двигателей.

 

На электроподвижном составе в качестве охлаждающей среды для  тяговых машин всегда используют воздух.

          Эффективность вентиляции тяговых двигателей зависит как от состава воздуха, прогоняемого через вентиляционную систему машин, так и от его количества, скорости движения относительно нагретых поверхностей и характера его движения. Интенсивность  вентиляции оценивается значением длительной мощности двигателя в процентах от его  часовой мощности. Отношение  длительной мощности к часовой принято называть коэффициентом вентиляции.

          Коэффициент вентиляции тяговых двигателей 85-88%, а мотор-вагонных подвижного состава 70-74%.

          Тяговые двигатели электровозов, как правило, с независимой вентиляцией, а электропоездов с самовентилирующей.

          По способу выполнения электрические машины разделяют  на закрытые и открытые. В машине  закрытого типа воздух, находящийся внутри машины не имеет никакого сообщения с наружным воздухом.

          Охлаждение ее происходит лишь за счет отдачи тепла наружной поверхности машины окружающего воздуха. В машинах открытого типа воздух, находящийся внутри машины, свободно сообщается с окружающим воздухом и охлаждение ее  более эффективным.

          В открытых машинах на валу якоря, как правило, устанавливают вентилятор. Такой способ охлаждения электрических машин называется самовентиляцией, а машины этого типа – машинами самовентиляцией.

          Тяговые двигатели моторных вагонов, тепловозные генераторы и вспомогательные машины, установленные на электровозах и тепловозах, являются машинами с самовентиляцией. В этих машинах засасываемый воздух распределяется на два параллельных потока.

          Один из таких потоков омывает поверхность коллектора, катушки полюсов и пространство между полюсами и якорем.

          Другой поток проходит под коллектором и по вентиляционным каналам внутри сердечника  якоря.

          Нагретый воздух выбрасывается через специальные отверстия, имеющиеся  в остове и подшипниковом щите со стороны, противоположной коллектору.

          В тяговых двигателях электровозов и тепловозов доля улучшения охлаждения воздух в машину  нагнетают извне особым вентилятором, приводимым во вращение отдельным электродвигателем (мотор-вентилятор).

          Такие машины называются машинами с независимой вентиляцией.

          При этом типе вентиляции воздух распределяется внутри машины такими же двумя параллельными потоками, как и при самовентиляции.

          В машинах с независимой вентиляцией количество попадаемого в машину воздуха и его напор не зависит от режима ее работы, в то время как  в машинах с самовентиляцией режим работы вентилятора определяется той скоростью, с которой вращается в данный момент  генератор или двигатель.

          На рисунке 183 приведена схема независимой вентиляции тяговых двигателей одной секции восьмионного электровоза. Охлаждающий воздух падают в тяговые двигатели двумя мотор-вентиляторами.

          Один вентилятор подает воздух для охлаждения двигателей, установленных на 1-й тележке электровоза, второй мотор-вентилятор обеспечивает охлаждение двигателей 2-й тележки.

          При вентиляции электрических машин надо принимать меры против проникновения в них влаги, пыли и грязи. Содержащиеся в них абразивные частицы повреждают изоляцию обмоток, что приводит к возникновению различных неисправностей и сокращению срока службы машин.

          Поэтому в системе вентиляции устанавливают специальные фильтры для отделения от охлаждающего воздуха влаги и посторонних механических примесей.

          Мощность, которую можно получить от электрической машины, ограничена предельной температурой, которую может выдержать изоляция обмоток.

          Поэтому при интенсивном охлаждении значительно снижается нагрев обмотки, что позволяет повысить мощность машины.

Контроль,  проверка узла при ремонте и в эксплуатации.

 

 

          Основные неисправности электрических машин.  

Неисправности электрических машин можно подразделить  на неисправности электрических и механических частей.

          К наиболее существенным неисправностям по электрическим и токоведущим частям относятся: пониженное сопротивление изоляции, пробок, механические разрушения, старение изоляции.

          У токопроводящих проводов – трещины и надломы, износ, перегрев и расплавление контактных соединений.

          По механическим частям:

1.Трещины валов якорей и подшипниковых щитов.

2.Ослабление посадки малого зубчатого колеса на конусной части вала и внутренних колец подшипников на шейках вала якоря тягового двигателя.

3.Разрушение сепараторов подшипников.

4.Деформация горловин остов и ослабление подшипниковых  щитов в остовах.

5.Дефект вкладышей и деформации деталей моторно-осевых подшипников.

6.Ослабление болтов крепящих полюсы, щеткодержатели, крышки моторно-осевых подшипников.

7.Просадка и поломка пружин подвески тяговых двигателей.

          По электрическим частям:

1.Понижение сопротивления изоляции  токоведущих частей. Часто вызывается увлажнением и загрязнением поверхностного слоя из-за попадания в электрическую машину выли, масла, влаги.

2.Пробои изоляции обмоток на корпус чаще всего возникают при значительном понижении сопротивления изоляции, но могут также появиться при механических повреждениях  изоляции.

          а) межвитковых замыканиях в катушках, замыкании между двумя изолированными проводниками или старение изоляции.

          б) искрение на коллекторе может быть различной интенсивности вплоть до кругового огня (образование на коллекторе мощной дуги замыкающейся между  разноименными щетками). При этом может быть  переброс дуги на корпус с оплавлением деталей, машин попавших в область горения дуги. Он  возникает при неудовлетворительном обслуживании коллекторно-щеточного узла, загрязнений и замасливании коллектора, скопление угольной пыли в межламельных канавках при механических повреждениях или неравномерной выработке коллектора.

          На коллекторах тяговых электродвигателей также может возникнуть чередующееся потемнение коллекторных пластин.

          в) нарушение коммутации возникает по причинам электрического и механического характера.

          Сдвиг щеток с нейтрала, нарушение цепи обмотки  добавочных полюсов, в частности  ослабление межкатушечных соединений, работа при неисправных (сколотых и сильно изношенных) щетках, вибрации щеток.

          Причины  механического  характера сводится к нарушению в процессе эксплуатации правильной формы коллектора (местные биения, электричность, экситричность), а также  и его повреждения при попадании посторонних предметов.

          г) межвитковое замыкание в обмотках возникают при нарушении целостности изоляции, необходимо заменить.

          д) распайка петушков коллектора (нарушение вентиляции, длительные нагрузки или как следствие перекрытия). Повреждение можно удалить только при ремонте.

          Межкатушечные соединения, выводные  провода и перемычки, осматривают на целостность надежность соединений и крепления. Целостность и надежность соединений определяют визуально по состоянию и цвету изоляции, так как подвижность (тряска и вибрация) нарушает покровную изоляцию, а ослабление контактов изменяет цвет изоляции вследствие нагрева.

          Поврежденные места изоляции проверяют на прочность и измеряют их сопротивления постоянному току.

          Изоляцию соединительных и вводных шин восстанавливают  наложением стеклоленты и стеклолентоткани, пропитанными  в изоляционном лаке и предварительным нанесением его на шину перед ее изолировкой. Изолированные шины покрывают тремя слоями эмали ГФ-92ХС.

          Механические части машин осматривают на целостность, надежность креплений и проверяют герметичность масляных полостей подшипниковых узлов.

          Выход из строя роликоподшипников чаще всего происходит из-за провертывания внутреннего кольца. Недостаточный натяг, не своевременная смазка или образования в кольце трещины при увеличении натяга.

          Иногда разрушаются сепараторы или снимаются ролики от попавших частиц металла.

          Перегрев моторно-осевых подшипников тяговых электродвигателей возникает при недостаточном количестве смазки или ее обводнении, при значительном перекосе колесной пары, при больших зазорах «на масло».

Техническое обслуживание и ремонт.

 

          I. Техническое обслуживание ТО 1.

Выполняется локомотивной бригадой при приемке в пути следования и сдаче тепловоза, электровоза.

При приемке и сдачи электровоза локомотивные бригады наружным осмотром убеждаются в надежности крепления крышек смотровых люков, крепление болтов и нормальном состоянии вводных кабелей.

В случае срабатывания защиты тяговых двигателей во время работы электроподвижного состава на линии машинисту разрешено два раза восстановить ее действия.

При срабатывании в  третий раз необходимо выяснить причину его, устранить неисправность или отключить дефектный двигатель. Поврежденный тяговый двигатель осматривают при первой же возможности.

При этом проверяют доступные осмотру места: убеждаются в надежности крепления щеткодержателей и отсутствии следов перекрытия  изоляторов и пробоя кронштейнов щеткодержателей.

Во время осмотра видимых частей  катушек и перемычек проверяют состояние их изоляции. Выступающую часть переднего  меканитового конуса  контролируют на  отсутствие в нем прогара и следов переброса  электрической дуги.

Внимательно проверяют так же внутреннюю часть остова тягового двигателя (коллекторную камеру), где упавшим шилиптом, болтом, гайкой, щеткой возможно соединение токонесущей части заземленной.

О случаях срабатывания защиты тяговых двигателей машинисты записывают в журнал технического состояния электровоза или в книгу записи ремонта.

II. Техническое обслуживание ТО 2

При техническом осмотре электровоза слесарь-моторист, очистив снаружи остов двигателя около смотровых люков, открывает люки и осматривает коллектор, щеткодержатели, кронштейны щеткодержателей и их изоляторы, конус и проверяет крепление кабелей и перемычек. Очищает все детали от пыли, зачищает на коллекторе следы перебросов.  Щетки, изношенные с отколами, трещинами, заменяют.

 

III. Техническое обслуживание ТО 3

На профилактическом ремонте, кроме очистки снаружи, продувают внутренние части машин сухим сжатым воздухом давлением 2,5-3 кг/см², после чего протирают чистыми техническими салфетками. При наличии в остове влаги или смазки сначала их удаляют, а потом уже продувают сжатым воздухом. Наконечник продувочного шланга держат не ближе 150мм от обдуваемой изоляционной поверхности.

 

IV. Технический ремонт ТР 1

На профилактическом осмотре тяговых электродвигателях выполняют все работы по характеристике технического осмотра  и дополнительно в том же объеме проверяют состояние вспомогательных машин. На двигателях со следами кругового огня и перебросов осматривают все щеткодержатели с поворотом траверсы.

При замене щеток их ставят только той марки, которая указана в технических условиях завода изготовителя  данной машины, щетки разных марок на один двигатель не ставят. У тяговых двигателей с самовентиляцией проверяют состояние и крепление вентиляторов.

На всех тяговых двигателях проверяют состояние вентиляционных патрубков и  их крепление.

V. Технический ремонт ТР 2

Во время малого периодического ремонта электроподвижного состава выполняют все работы по характеристике профилактического осмотра и дополнительно измеряют величину сопротивления изоляции тяговых электродвигателей и вспомогательных машин, проверяют состояние и крепление выводных проводов или у коллекторов.

Сопротивление изоляции электрических машин проверяют мегомметрами: на напряжение 2500В – тяговых электродвигателей и вспомогательных машин  на 3000В; 1000В – вспомогательных машин на  380В; 500В – электрических  машин на 50В.

Через один малый периодический ремонт производят ревизию всех или, на каждом малом периодическом ремонте,  половины всех щеткодержателей тяговых двигателей, установленных на электровозе, обычно снимают их для ревизии в цехе. Так же через один малый периодический ремонт запрессовывают смазку марки  1ЛЗ в каждый якорный подшипник.

 

VI. Технический ремонт ТР 3

При малом периодическом ремонте обмеряют некоторые детали электрических машин с тщательной проверкой состояния; например, проверяют специальным шаблоном зазор а (рис.58) между коллектором и щеткодержателем.

Для проверки ширины окна  щеткодержателя под щетки, установления предельного износа щетки по толщине, ширине и высоте, а также для определения абсолютных размеров зазора между коллектором и нижней кромкой корпуса щеткодержателя рекомендуют специальный щуп-шаблон (рис.59). Для каждого типа электрической машины или нескольких типов с одинаковыми щеткодержателями необходимо иметь свой щуп-шаблон. Поэтому на поверхности шаблона указывают тип машины или машин,  при  ремонте которых   его используют. Щеткодержатели устанавливают строго параллельно пластинам коллектора. При осмотре внутренней части в остове поверяют крепление к нему межкатушичных соединений перемычек крепление наконечников и состояние проводов.

Перемычки с отрывами жил более 15% заменяют. Коллектора очищают от пыли волосяной или капроновой кистью (рис. 60), а при сильном загрязнении тщательно протирают  технической салфеткой, смоченной спиртом.

Следы оплавления (подгары, медные,  брызги) на коллекторе устраняют стеклянной бумагой W20 и 000  вращением якоря. Наличие выработки, а так же биение коллектора  в передовых депо проверяют специальным приспособлением. Его монтируют в машине вместо щеткодержателя. Установку стрелки индикатора на «нуль» проверяют по нерабочей части коллектора, а выработку и биение коллектора измеряют на его рабочей поверхности.

При наличии выработки коллектор иногда обтачивают специальным приспособлением (рис. 62) установленным на  остове тягового двигателя, чаще  двигатель с выработкой или  биением коллектора более нормы заменяют.

При заводском ремонте глубокая  продорожка  коллекторов тяговых двигателей – 1,5мм. Поэтому в депо после обточки продорожка коллектора обычно не требуется.

При необходимости продорожку производят вручную  несложным приспособлением, показанным на рис. 63.

В ряде депо рационализаторами предложены специальные приспособления, где используются для приведения фрезы  или ножовочистого  полотна пневматического или электрического привода.

После продорожки специальным приспособлением, таким, как показано на рис. 64, снимают  срезки на продольных ребрах коллекторных пластин размером 0,2-0,3мм под углом 45^о к вертикали.

Шлифовку и очистку коллектора выполняют различными приспособлениями, показано на рис.65, устанавливаемым  вместо одного из щеткодержателей. Данный механизм позволяет одновременно шлифовать коллектор и продувать его сжатым воздухом. Брезент, укрепленный на колодке, увлажняют спиртом или бензином, подсоединяют сжатый воздух  и, вращая якорь попеременно в обе стороны по 10-15 мин, шлифуют и очищают коллектор.

Миканитовый корпус  якоря протирают и при наличии трещин или поджогов ремонтируют. Для этого корпус  шлифуют стеклянной бумагой, зачищают, протирают салфеткой и  окрашивают эмалью ГФ-92ХК.

На коллекторных люках проверяют состояние уплотнения и пружинные замки. При неполном прилегании люка, износе или повреждения уплотнения заменяют, неисправные замки ремонтируют. Болты, крепящие главные и дополнительные полюсы, проверяют обстукиванием молотка. О состоянии болтов, залитых компацидной массой, судят по состоянию заливки.

Вводящие провода тяговых электродвигателей проверяют и ремонтируют.  Протертые  места очистки проводов защищают изоляционной лентой. При повреждении слоя резины его удаляют, создавая срез краев основной изоляции на конце длинной 20-25мм. Затем плотно, без морщин, в полуперекрышу по всей  длине вырезанной изоляции накладывают ленту натуральной резины.

Слой накладываемой резины перекрывает на 10-15мм прямые (несрезанные ) части основной изоляции провода.

Слои резины чередуют со слоями лакоткани, образуя трещину наложенных слоев не менее толщины основной изоляции. Последний слой лакоткани перекрывает первый начальный слой на 5-10мм. Поверх последнего слоя накладывают в полуперекрышу два слоя прорезиненной  изоляционной ленты, перекрывающие нижние слои на 5-10мм.

В случае отсутствия натуральной резины изолируют провода лакотканью.

 

VII. Технический ремонт ТР 3

На большом техническом ремонте электроподвижного состава выполняют весь объем работ малого периодического ремонта по тяговым двигателям и по вспомогательным машинам.

Проверяют состояние, крепление и плотность посадки катушек и сердечников полюсов; обмотку якоря контролируют на межвитковое замыкание, проверяют состояние пайки коллектора. Очищают и осматривают щеткодержатели и щетки, негодные заменяют, притирая их по коллектору.

Сборка и контроль после ремонта электродвигателя

 

 

1.                 Сборка и испытание электрических машин.

Электрические машины в электромашинных цехах ремонтных заводов и в крупных депо собирают на специальных площадках, оснащенных конвейерами, мощными понтователями, подъемно-транспортными механизмами, специальными приспособлениями и ручным механизированным инструментом.

В большинстве депо при небольшом количестве одновременно ремонтируемых двигателей сборку производят в ремонтном цехе, используя средства индивидуальной механизации, например, кантователи, прессы для   поставки подшипников и подшипниковых щитов, гайковерты и др.

Конвейер для сборки тяговых двигателей гидропульсирующий, шагающий (рис. 103) имеет автоматическое управление для нормальной работы и ручное, которым пользуются только в случаях неисправности отдельных механизмов конвейера или его оснастки, гидросистем, отсутствия электроэнергии.

В соответствии с технологическим процессом сборки тягового электродвигателя конвейер имеет семь позиций (рис. 104).

На сборочную площадку подают все узлы и детали двигателя:  остов, главные и дополнительные полюсы, якорь,  подшипниковые щиты и подшипники, щеткодержатели и их кронштейны, крепежный материал.

При сборке тяговых двигателей в подшипниковые щиты запрессовывают подшипники, устанавливают остов двигателя коллекторной стороной кверху и, подняв якорь краном, опускают его в остов медленно и плавно, точно по осевой линии. При необходимости на вал надевают втулку – удлинитель вала.

Подшипниковый щит с противоколлекторной стороны с запрессованным в него подшипником поднимают краном  и устанавливают в горловину остова и запрессовывают, не допуская перекоса.

Повернув остов с установленным в нем якорем горизонтально, проверяют вращение якоря в подшипниках, который при правильной сборке от усилия руки свободно проворачивается без заедания и стопорения.  Затем, сняв временно поставленные крышки проверяют радиальные  зазоры в роликовых подшипниках как со стороны коллектора, так и с противоположной стороны. При величине зазоров, не соответствующих нормам, двигатель разбирают и подшипники заменяют.

Торцевое биение наружных колец роликоподшипников проверяют     специальным приспособлением с индикатором часового типа и ценой деления 0,01мм. В случае превышения норм торцевого биения проверяют затяжку всех болтов подшипникового щита и тщательно очищают  посадочные листы от заусенцев и загрязнений.

Замеряют осевой разбег якоря, для чего сдвигают якорь до упора в сторону коллектора, укрепляют на подшипниковом щите специальное приспособление с индикатором. Затем якорь сдвигают в сторону индикатора и замеряют разбег, повторяя операцию два три раза.

В собранном двигателе проверяют биение коллектора.

Для этого прикрепляют струбциной к  верхнему коллекторному люку остова стойку индикатора специального приспособления. Равномерно вращают вал якоря, наблюдая за отклонением стрелки индикатора.

При обнаружении биения коллектора больше нормы двигатель разбирают, якорь устанавливают на токарный станок проверяют величину биения, и затем коллектор обтачивают, продораживают и шлифуют.

По окончании замеров устанавливают крышки подшипниковых щитов и закрепляют  болтами с пружинными шайбами.

Потом устанавливают щеткодержатели, строго соблюдая указанные в нормах размеры для соответствующего типа двигателя. Обязательно выдерживают расстояние между корпусом щеткодержателя, не должен превышать ¼ ширины коллекторной пластины, перекос по высоте между коллектором и нижней гранью корпуса щеткодержателя – не более 0,75мм.

Контролируют так же расстояние между корпусом щеткодержателя и торцевой  поверхностью петушков коллектора при сдвинутом якоре в сторону щеткодержателя, которое  должно быть не более 5-8,5мм. В установленных щеткодержателях проверяют давление нажимных пальцев на щетку  специальным приспособлением и притирают щетки по коллектору.

Для притирки щеток на коллектор укладывают шкурку порошком кверху, устанавливают щетки в щеткодержатели и притирают их по поверхности коллектора, вращая якорь вручную вправо и влево на угол до 35^о. по окончанию притирки двигатель продувают сжатым воздухом, а изоляторы кронштейнов и миканитовый корпус  протирают чистыми техническими салфетками.

По окончании сборки двигатель проверяют в режиме холостого хода, подключая его к источнику постоянного тока напряжением до 400В (рис.105), вращая якорь реверсируемых машин в обе стороны по 30мин со скоростью не менее скорости часового режима и не более скорости длительного режима.

Нереверсируемые машины  проверяют только при вращении якоря в рабочем направлении.

При этом контролируют качество сборки машины и работу подшипников, стопорения якоря  и неплавной остановки.

Допустимое превышение установившейся температуры нагрева подшипников над температурой окружающего воздуха не более 55^оС для машин, расположенных  под кузовом и не более 45^оС для машин, расположенных в кузове. Кроме того, проверяют работу щеток, их притирку, отсутствие биения якоря.

Требования безопасности во время работы при ремонте электрических машин.

 

При ремонте электрических машин должны  соблюдаться  следующие меры безопасности.

1.Проверять изоляцию электрических машин высоким напряжением необходимо  в камере, двери которой оборудованы блокировкой.

2.Во время промывки коллекторов электрических машин на тепловозе рубильники тяговых электродвигателей должны быть отключены.

3.При обточке и шлифовке коллектора  тегового генератора непосредственно на тепловозе, не разрешается выполнять другие работы.

4.Перед началом испытания электрических машин необходимо проверять правильность их подключения, надежность заземления, отсутствие посторонних лиц на испытательной станции.

5.Измерение сопротивления изоляции контроль нагрева подшипников, состояние электрощеточного механизма, при испытании электрических машин, необходимо производить только после полной остановки якоря и отключения напряжения.

6.Все металлические емкости и баки в пропиточном отделении должны быть заземлены.

7.При смене люков, очистки баков и пропиточных  ванн необходимо пользоваться противогазами и респираторами.

8.Для извлечения тягового электродвигателя в сборке с колесной парой из-под  тепловоза соблюдают особую осторожность и выполняют следующим образом:

Локомотив ставят на электрический подъемник  скатоопускной канавы так, чтобы колесная пара, подлежащая выкатке,  установилась на площадке подъемника, а впадина остова тягового электродвигателя – над винтом домкрата подъемника.

9.При разборке тягового электродвигателя якорь вынимают из остова краном. При выполнении этой операции, команды подает мастер.

10.Выполняя работы при разборке тягового электродвигателя, используют различные слесарные инструменты: ключи, гайкоотвертыватели, различные приспособления.

При работе с ними соблюдать осторожность и следить за исправностью инструмента.

Требование безопасности во время работы

(демонтаж оборудования)

 

1.Все маневровые работы по постановке тепловоза в стойло цеха, передвижению тепловоза, выводу их из цеха осуществляется по команде и под руководством сменного мастера. Он же является ответственным лицом за крепление тепловоза в стойле от  самопроизвольного трогания с места.

2.При постановке на ремонт под крайние противоположные пары, должны быть подложены два башмака.

3.Отсоединение кабелей, чехлов, опор кузова, суфле охлаждения тяговых электродвигателей, нископадающих шлангов, ручного тормоза, производить при положении кузова тепловоза на тележках.

4.Работу по подъему кузова выполнять под руководством мастера.

5.Домкраты устанавливают только над домкратными опорами кузова. Во избежание, проскальзывания опор домкрата относительно кузова, между опорами домкратов и кузовом укладывать деревянные прокладки, толщиной 30-40мм, которые  должны быть равны площади опоры на раме кузова.

6.Расстановка людей при подъеме кузова:

- у пульта управления домкратами мастер, он же управляет домкратами;

- возле каждого домкрата находится слесарь, который внимательно следит за работой домкрата и  в «стоп домкраты» мастеру;

7.Перекос кузова на домкратах более 100мм не допускается.

8.При подъеме кузова вначале его приподнять на 50-100мм и только  после осмотра завершать подъем.

9.Выкатку тележек производить путем подключения 3 или 4 тягового электродвигателя к источнику постоянного тока напряжением до 250В двумя кабелями, один из которых является ключевым, а с другой «замкнут» на массу. Кабели, идущие к ТЭД не должны иметь скруток.

10.Нахождение людей в кузове на крыше во время подъема кузова запрещается. Доступ под кузов находящихся на домкратах разрешается только для подключения ТЭД и для  постановки и выкатки технологических подставок. Управляет выкаткой тележек мастер. При работе на скатоподъемнике   по выкатке колесномоторного блока колесную пару следует обязательно закрепить 4-мя башмаками под крылья букс ставить регулируемые подставки.

Рекомендации преподавателям, мастерам при проведении темы.

 

В методической разработке подробно описаны узлы тягового электродвигателя, кроме описания основных частей во внимание взяты элементы работы каждой части, которые изложены в основах электротехники, так же дано точное определение  назначения и работа по элементам, материал изготовления, а так же указано, почему выбран тот или иной материал для изготовления узла.

В  методразработке описано взаимная связь различных частей, которая дает возможность познать сущность работы электродвигателя.

Эта методическая разработка рассчитана не только для преподавателей и мастеров, но и для учащихся особенно при изучении этой темы и разработке письменной квалификационной работы.

При проведении этой темы преподаватели особое внимание должны обратить на методику проведения, пользоваться не только плакатами, схемами и эскизами, но дать определения, какую роль играет тот или иной узел.

В разделе при обслуживании, ремонте узла изложены основы ремонта, на что необходимо обратить внимание, объяснить учащимся, какую роль играет тот или иной узел при эксплуатации?

Объяснить учащимся, какие последствия бывают при выходе их строя одного из узлов.

Для мастеров  производственного обучения методическая разработка является пособием при подготовке и проведении данной темы.

При изложении темы можно брать основы, которые изложены в методической разработке.