CC BY
44
lui
Транспорт
Таблица 3
Основные показатели генерации оружейного магазина_
Номер строения Площадь ос- 2 нования, м Число этажей Общая площадь, Генерация, ед./сут. Прибытие 128 Удельный объем генерации, чел/ м2 Удельный объем генерации, м2/чел
Инд. Пешком
6 150 1 150 58 70 0,853333 1,171875
чуть более 3,5 часов - в середине дня с 11:00 до 14:30. Помимо коэффициентов суточной неравномерности были получены коэффициенты часовой неравномерности, которые характеризуют неравномерность распределения посетителей магазина в течение часа (табл. 2, рис. 6).
Ввиду того что коэффициенты часовой неравномерности имеют, в общем, большую величину, часовая неравномерность посещения магазина значима.
Наибольшая неравномерность приходится на интервал с 12:00 до 13:00, на который приходится максимальная активность работы магазина.
Дальнейшие исследования в этой области могут быть направлены на определение основных показателей и характеристик других оружейных магазинов и специализированных магазинов вообще, находящихся в различных частях города.
Библиографический список
1. Бурков Д.Г., Зедгенизов А.В. Оценка генерации корре-спонденций к офисным зданиям в центральной части города // Вестник ИрГТУ. 2012. №12. С.156-160.
2. Справочник проектировщика. Градостроительство / под общ. ред. В.Н. Белоусова. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Стройиздат,1978. 367 с.
3. Лобанов Е.М. Транспортная планировка городов: учебник для студентов вузов. М.: Транспорт, 1990. 240 с.
4. СНиП 2.07.01-89*. Градостроительство, планировка и застройка городских и сельских поселений.
УДК 621.313.333.2
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ЭКСПЛУАТАЦИИ АСИНХРОННЫХ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МАШИН ЭЛЕКТРОВОЗОВ
© А.М. Худоногов1, П.Ю. Иванов2
Иркутский государственный университет путей сообщения, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15.
Рассмотрены условия работы асинхронных вспомогательных машин (АВМ) электровозов переменного тока. Приведены имеющиеся наработки учёных в исследовании вопроса качества эксплуатации АВМ. Представлены результаты исследования надёжности АВМ электровозов серии «ЕРМАК» на основе статистических данных с депо станции Вихоревка. Выявлена проблема низкой надёжности АВМ. Произведён обзор научных трудов по решению вопроса надёжности асинхронных двигателей в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. На основе собранной информации сделан вывод и предложено решение. Ил. 6. Библиогр. 8 назв.
Ключевые слова: асинхронные вспомогательные двигатели; качество эксплуатации; электровозы переменного тока; надёжность асинхронных двигателей; условия эксплуатации асинхронных вспомогательных машин электровозов переменного тока; количественные показатели надёжности.
OPERATION QUALITY CONTROL OF AUXILIARY INDUCTION MOTORS OF ELECTRIC LOCOMOTIVES A.M. Khudonogov, P.Yu. Ivanov
Irkutsk State University of Railway Engineering, 15 Chernyshevsky St., Irkutsk, Russia, 664074.
The article examines operation conditions of auxiliary induction motors (AIM) of AC electric locomotives. It discusses available scientific groundworks in the field of studying the problem of AIM exploitation quality. Based on statistical data from Vikhorevka station locomotive depot the results of studying AIM reliability of electric locomotives series "Ermak" are presented. The problem of AIM low reliability is detected. The scientific works dealing with the solution of the problem of
1Худоногов Анатолий Михайлович, доктор технических наук, профессор кафедры электроподвижного состава, тел.: 89149022536, e-mail: [email protected]
Khudonogov Anatoly, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Electric Motive Stock, tel.: 89149022536, e-mail: [email protected]
2Иванов Павел Юрьевич, аспирант кафедры электроподвижного состава, тел.: 89500652177, e-mail: [email protected] Ivanov Pavel, Postgraduate of the Department of Electric Motive Stock, tel.: 89500652177, e-mail: [email protected]
induction motor reliability in various branches of industry and agriculture are reviewed. A conclusion is made and a solution is proposed on the basis of collected information. 6 figures. 8 sources.
Key words: auxiliary induction motors (AIM); exploitation quality; AC electric locomotives; induction motor reliability; operating conditions of auxiliary induction motors of AC electric locomotives; quantitative reliability indices.
Транспорт
При проектировании и изготовлении электрической машины в её элементы закладывается определённый ресурс работы. От выработки машиной заложенного ресурса зависит экономическая оправданность её использования и эффективность технического объекта, в конструкцию которого она входит. Также нужно отметить, что преждевременная выработка ресурса машины, как правило, является внезапным событием и влечёт за собой остановку технологического процесса, в случае с асинхронными вспомогательными машинами (АВМ) электроподвижного состава (ЭПС) происходит остановка или снижение интенсивности перевозочного процесса. Проектировщики рассчитывают ресурс машины для определённых условий эксплуатации и указывают их в паспорте.
Практика эксплуатации асинхронных двигателей в различных отраслях показывает, что они не дорабатывают до ресурса, заложенного при проектировании. Здесь возникает вопрос о надёжности двигателей, в большей степени о её свойствах, таких как безотказность и долговечность. Вопрос о лимите ресурса имеет две составляющих: контроль качества технологического процесса при производстве двигателей и качество их эксплуатации. Качество эксплуатации состоит из множества факторов, таких как соблюдение требований к качеству питающей электрической энергии, режим работы, температура и влажность окружающего воздуха, допустимое содержание в воздухе химически активных веществ, сопротивление и норма увлажнённости изоляции, момент сопротивления на валу механизма. На практике сокращение ресурса машин зависит от организации и управления качеством эксплуатации, которое влияет на их надёжность.
Среди последних работ по анализу эксплуатационной надёжности асинхронных вспомогательных машин (АВМ) электровозов переменного тока следует отметить труды В.П. Смирнова [6], выполнившего исследования в рамках докторской диссертации. В работе проанализирована надёжность АВМ практически всех серий электровозов переменного тока за длительный период времени. При этом были детально проанализированы работы таких предшественников, как Некрасов О.А., Мирошниченко Р.И., Горин Н.Н., Шевченко В.В., Козорезов М.А., Бочаров В.И., Янов В.П., Щербаков В.Г., Маханьков Л.В., Астраханцев Л.А., Рябчёнок Н.Л, Орленко А.И. и других исследователей.
Было установлено, что АВМ ЭПС переменного тока работают при следующих условиях:
1. Изменении напряжения питания от +25 до -39% номинального значения.
2. Коэффициенте несимметрии напряжения Ки=и0/ип до 0,10 (здесь Ц0 и Ц - соответственно напряжение обратной и прямой последовательности).
3. Коэффициенте несимметрии фазных токов
К=10/1 п до 0,70. Здесь 10 и 1п - токи прямой и обратной последовательности. Когда токи в фазах при крайних значениях напряжения в контактной сети отличаются более чем в два раза (рис. 1).
и
с
В
1 А
О 300 400 500 600 М.В
Рис. 1. Зависимости фазных токов двигателя АНЭ225 от величины напряжения питания
4. Снижение вращающего момента до 0,372 номинального при снижении напряжения с 380 до 280 В (рис. 2, а).
5. Значительном возрастании момента сопротивления компрессоров при низких температурах воздуха (рис. 2, в).
Увеличенной продолжительности пуска мотор-компрессоров (МК) из-за существенного уменьшения вращающего момента при понижении питающего напряжения (рис. 2, б).
Продолжением исследования качества эксплуатации АВМ занимался А.В. Невинский [8]. В его работе изучалось воздействие коммутационных процессов, происходящих в ВИП, на качество энергии питания АВМ.
В результате исследования установлено, что фазные токи имеют искажения и их формы сильно отличаются от синусоидальных. Так, при работе электровоза в режиме тяги в середине 4 зоны регулирования при напряжении ^=27,5 кВ и максимальной нагрузке тяговых двигателей при консольном питании ток вспомогательных двигателей имеет вид, представленный на рис. 3.
Результаты приведенных исследований указывают на отсутствие системы по организации управления качеством эксплуатации АВМ. Как будет показано ниже, при проектировании и производстве электровозов серии «Ермак» были допущены просчёты по конструкционной надёжности асинхронного вспомогательного электропривода. С целью оценки конструкционной и эксплуатационной надёжности АВМ приведём расчёты последствия низкого качества эксплуатации на количественные показатели надёжности.
а б в
Рис. 2. Влияние эксплуатационных факторов на АВМ: а - механические характеристики двигателя АНЭ225при напряжении питания 380 (1) и 280 (2) В; б - продолжительность пуска МК с асинхронным двигателем в зависимости от напряжения контактной сети; в - изменение момента сопротивления компрессора в зависимости от
температуры воздуха
Фаза А Фаза В Фаза С
Рис. 3. Фазные токи вспомогательного асинхронного двигателя, полученные в результате численного эксперимента и замера на электровозе ВЛ85
Проанализируем надёжность АВМ электровозов серии «ЕРМАК», впервые поступивших в депо Вихо-ревка (ВСЖД) и Смоляниново (Дальневосточная железная дорога), за разные периоды времени.
Анализ статистики за 2006-2009 гг. показал (по данным техотделов локомотивных депо), что отказы асинхронных двигателей НВА-55 происходили по следующим причинам: выплавление ротора - 79%, короткое замыкание в обмотке статора - 17%, неисправность подшипника - 14%. При этом общее количество
отказов АВМ составило 537 случаев, а такие показатели надёжности, как средняя наработка до отказа и параметр потока отказов, составили 143319 км и 6,96 случаев на 106 км соответственно. Статистическая обработка данных по выходу из строя двигателей свидетельствует о том, что плотность распределения отказов имела близость к экспоненциальному закону распределения, коррелируя с ним на 83,14%. Графически это представлено на рис. 4.
Интервалы наработок до отказа, км -103 Рис.4. Закон распределения отказов асинхронных вспомогательных двигателей электровозов серии «ЕРМАК» приписного парка депо Вихоревка и Смоляниново за период с января 2007 г. по июль 2009 г.
Анализ статистики отказов в период с февраля по сентябрь 2010 г. показал распределение по причинам отказов в следующем соотношении: выплавление ротора - 43%, короткое замыкание в обмотке статора -39%, неисправность подшипников - 11%, прочие причины - 3%. Общее количество отказов за рассмотренный период составило 96 случаев, средняя наработка до отказа 273843 км, параметр потока отказов составил 3,65 случая на 106 км. Случайная величина коррелировала с нормальным законом распределения на 70,3% (рис. 5).
Анализ статистики отказов за период с сентября 2010 г. по март 2011 г. показал распределение по причинам отказов в следующем соотношении, выплавление ротора 49%, короткое замыкание в обмотке статора 39%, неисправность подшипников 4%, прочие причины 8%. Общее количество отказов за рассмотренный период составило 151 случай, средняя наработка до отказа 275713,7 км, параметр потока отказов составил 3,63 случая на 106 км. В данном случае можно рассматривать х-распределение в качестве закона (рис. 6).
Данный анализ статистики позволяет сделать некоторые выводы о надёжности АВМ электровозов серии «ЕРМАК»:
1) Время эксплуатации с 2006 по 2009 гг. можно отнести к так называемому в теории надёжности периоду приработки [4], в данный период выявляются отказы по вине проектировщиков, конструкторов и изготовителей. В случае с АВМ электровозов серии «ЕРМАК» недостаточно эффективно работала система конденсаторного фазорасщепления. После неудачного начала эксплуатации с большим количеством отказов АВМ был предпринят ряд мер, в том числе решение о замене статического фазорасщепи-теля электромашинным, который был назван «пусковым двигателем». Полученная после модернизации схема практически не отличается от «проверенной временем» системы питания АВМ всех отечественных электровозов переменного тока. После чего можно отметить некоторую стабилизацию, прослеживаемую в статистике отказов с 2010 г. по 2011 г. Количественные показатели надёжности, такие как средняя наработка до отказа и параметр потока отказов за
Рис. 5. Закон распределения отказов асинхронных вспомогательных двигателей электровозов серии «ЕРМАК» приписного парка депо Вихоревка за период с февраля по сентябрь 2010 г.
100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650
Интервалы наработок до отказа, км • 10 Рис. 6. Закон распределения отказов асинхронных вспомогательных двигателей электровозов серии «ЕРМАК» приписного парка депо Вихоревка за период с сентября 2010 г. по март 2011 г.
различные периоды времени демонстрируют постоянство, это говорит о переходе к периоду, называемому в теории надёжности «периодом нормальной эксплуатации». Плотность распределения отказов в данном периоде близка к нормальному закону, а математическое ожидание наработки до отказа постоянно и равно 27104 км.
2) Как установлено в трудах исследователей, указанных выше, на АВМ ЭПС влияют множество факторов, установление степени действия и сочетания которых не представляется возможным. По этой причине законы распределения наработок до отказа имеют низкую корреляцию (степень достоверности) 83,12; 70,3; 85,1 и не могут служить моделью для эффективного функционирования существующей системы планово-предупредительного ремонта.
3) Полученное математическое ожидание наработки до отказа 27104 км на 32% меньше срока первого ТР-3 и на 175,5% меньше ресурса, заданного производителем с предположительным коэффициентом использования локомотива 0,65. Соответственно уровень количества отказов очень высок и надёжность АВМ электровозов серии «Ермак» неудовлетворительна.
Данные исследования ставят нас перед проблемой нестабильности показателей надёжности АВМ, что делает существующую на сегодняшний день планово-предупредительную систему ремонта неэффективной, о чём свидетельствует статистика их отказов. Таким образом, вопрос низкой надёжности остаётся открытым и требует решения.
Одним из путей решения, используемых для повышения надёжности асинхронных двигателей в различных отраслях, является мониторинг их состояния в эксплуатации. Как правило, выход из строя машины является следствием воздействия на неё различных факторов, степень влияния и частота которых является не только переменной, но и случайной величиной. Разнообразие комбинаций этих факторов создаёт большое множество предаварийных ситуаций, причём вероятность данных событий слабо коррелирует с каким- либо законом распределения. По этой причине события отказов АВМ электровозов серии «ЕРМАК» подчиняются тому или иному закону распределения с низкой достоверностью 0,7 - 0,85.
Мониторинг состояния асинхронных электрических машин применяется практически на всех техни-
ческих объектах со сложными условиями эксплуатации, будь то электростанции, краны, объекты сельского хозяйства и т.д. Мониторинг включает в себя наблюдение за объектом, диагностику его состояния и прогнозирование остаточного ресурса, обладание данными сведениями позволяет управлять эксплуатационной надёжностью и делает возможным эффективное соблюдение качества эксплуатации.
Техническим объектом, рассматриваемым в данной статье, является электровоз серии «ЕРМАК». Работа АВМ данного электровоза осуществляется под воздействием множества факторов, сокращающих их ресурс, то есть условия работы тяжёлые. Однако на электровозе нет ни одного прибора, позволяющего хотя бы осуществлять наблюдение за основными параметрами АВМ. Данные параметры не используются локомотивной бригадой для управления электровозом, по этой причине в обязанности локомотивной бригады не входит их контроль, а следовательно, отсутствуют какие-либо измерительные приборы в цепях питания АВМ. По этой причине имеется большой пробел в представлении о процессах, протекающих в цепях собственных нужд электровозов в период эксплуатации, и как следствие произошло снижение надёжности АВМ. В настоящее время очень развита микропроцессорная техника, имеются большие научные наработки в области создания систем мониторинга, что позволяет сделать работу системы мониторинга автоматической и необременительной для локомотивной бригады, но при этом эффективно предупреждающей отказы АВМ. Система мониторинга может накапливать и систематизировать информацию о режимах, перенесённых машиной в работе, и выполнять защитную функцию. Подобные технические решения зарекомендовали себя как наиболее эффективные во всём мире в системах организации повышения качества эксплуатации машин.
Таким образом, проведённые исследования позволяют сделать вывод об отсутствии закона распределения наработки до отказа АВМ электровозов серии «ЕРМАК», в силу воздействия на них большого количества факторов, комбинации которых случайны. Надёжность данных машин является низкой. Повышение эксплуатационной надёжности АВМ возможно за счёт создания бортовой системы мониторинга, основанной на контроле качества эксплуатации.
1. Дудкин А.Н., Матялис А.П., Муравлев О.П. Обеспечение качества и надежности электрических машин // Известия ТПУ. 2000. Т. 303, вып.1. С.266 - 269.
2. Невинский А.В. Совершенствование системы питания вспомогательных электроприводов электровозов переменного тока: автореф. дис. ... канд. техн. наук. 05.09.03. М.: МГУПС, 2011. 22 с.
3. Некрасов О.А., Рутштейн А.М. Вспомогательные машины электровозов переменного тока. М.: Транспорт, 1988. 223 с.
4. Острейковский В.А. Теория надёжности: учебник для вузов. М.: Высш. шк.,2003. 463 с.
5. Пустохайлов С.К. Разработка многоканальной системы мониторинга асинхронных электродвигателей электростан-
Библиографический список
ций: дис.... канд. техн. наук / Северо-Кавказский государственный технический университет. Ставрополь, 2006.
6. Смирнов В.П. Непрерывный контроль температуры предельно нагруженного оборудования электровоза : монография. Иркутск: Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2003. 328 с.
7. Хомутов С.О. Система повышения надежности электродвигателей в сельском хозяйстве на основе комплексной диагностики и эффективной технологии восстановления изоляции: дис.. докт. техн. наук / Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова. Барнаул, 2010.
8. Хорольский В.Я., Медведев А.А., Жданов В.Г. Задачник по эксплуатации электрооборудования. Ставрополь, 1996. 168 с.
