Спосіб визначення залишкового дисбалансу тягових електродвигунів безкорпусного виконання екіпажної частини рухомого складу

1. Спосіб визначення залишкового дисбалансу роторів тягових електродвигунів безкорпусного виконання екіпажної частини рухомого складу, який полягає у тому, що надають обертання ротору в складі тягового електродвигуна і фіксують його віброшвидкість, який відрізняється тим, що як радіальне переміщення використовують радіальний зазор у підшипнику, рівень залишкового дисбалансу ротора вимірюють з урахуванням дії відцентрових сил, масових і жорсткісних характеристик статора двигуна, інерційних і геометричних параметрів ротора, радіального зазору в підшипниках та визначають з використанням такої залежності: 2 3 34973 4 пам'яті, цифро-аналоговим перетворювачем, вихід ра двигуна, інерційних і геометричних параметрів якого з'єднаний з другим входом аналогового суротора, радіального зазору в підшипниках та виматору, блоком відображення, блоком порівняння, значають з використанням такої залежності: який за допомогою зворотного зв'язку з'єднаний з 2 T 1 - B (T ) + B (T ) - 4 × A (T) × C ( ) блоком пам'яті. D= × Ще одним недоліком цього способу є низька 2 A (T ) достовірність і інформативність визначення дис2 2 балансу ротора, що обумовлене необхідністю наде A (T) = å d k × å ni × c (T ) ; r i,2,k несення міток на ротор двигуна спочатку першої k =0 i =0 мітки, а потім другої з зсувом 90°. Для отримання 2 2 достовірних результатів вимірювання дисбалансу ( T) B(T ) = å dk × å ni ×c i,1,k ; r ротору точність нанесення міток на роторі по відk =0 i =0 ношенню одна від одної повинна бути високою, що 2 2 ускладнює увесь процес в цілому. ~ C (T ) = å dk × å ni × c (T ) - V (T ) r Відомий спосіб визначення допустимого залиi,1k , k =0 i=0 шкового дисбалансу ротора тягового електродвиdr - радіальний зазор у підшипнику; n - частогуна (ТЕД) корпусного виконання [Машины и технологическое оборудование. Система классов ) та обертання ротору; ci(Tk - постійні коефіцієнти, точности. Основные положения. ГОСТ 22061-76 и , j, методические указания]. чисельні значення яких залежать від масових і Недолік цього способу в тому, що він не вражорсткостних характеристик статору електродвиховує особливості безкорпусних конструкцій ТЕД. гуна та інерційних і геометричних параметрів роАсинхронні тягові електродвигуни мають, як пратору конкретного типу електродвигуна екіпажної вило, "безкорпусне виконання" [див. "Тяговые эле~ частини рухомого складу; V(T ) - середнє квадрактродвигатели электровозов" В.И. Бочаров, В.И. тичне значення віброшвидкості для точок (Т) елекЗахаров, Л.Ф. Коломейцев и др., изд. Агентство тродвигуна. Наутилус, 1998г., стр.183, п.3], тобто корпусом є Відповідно до окремого варіанту здійснення магнітопровід, який може бути виконаний із листа способу, під час встановлення припустимого рівня сталі, а може бути і шихто ваним (так зване, "беззалишкового дисбалансу [D] ротора тягового елеккорпусне виконання"). тродвигуна як критерій для обґрунтованого його Найбільш близьким до корисної моделі, що вибору в приведеній залежності замість вимірянозаявляється, за технічною суттю, призначенням і го рівня віброшвидкoсті точок тягового електрорезультатом, що досягається є спосіб визначення двигуна використовуються максимально припусдопустимого залишкового дисбалансу ротора тятимі рівні віброшвидкості встановлені стандартом гового електродвигуна безкорпусного виконання [ГОСТ 20815. Машины электрические вращающи[Патент України №28461 від 10.12.2007р.], який еся. Механическая вибрация некоторых видов полягає в тому, що надають обертання ротору в машин с высотой оси вращения 56мм и более. складі тягового електродвигуна і фіксують його Измерение, оценка и допустимые значения]. віброшвидкість. Всі вимоги до балансування і меПричинно-наслідковий зв'язок між сукупністю тодів розрахунку дисбалансів вибирають відповідознак корисної моделі і результатом, що досягано до державного стандарту, при цьому клас точється, полягає в наступному. ності балансування роторів ТЕД безкорпусного Розширення області використання способу виконання вибирають на клас нижче класу точносдосягається завдяки можливості визначення закоті балансування роторів ТЕД корпусного виконанномірностей впливу конструкційного виконання ня. електродвигунів на його динамічні характеристики Недоліком цього відомого способу є низька для різних типів двигунів екіпажної частини рухоточність та обмеженість використання в зв'язку з мого складу. Шляхом спектральної вібродіагноститим, що всі ТЕД безкорпусного виконання екіпажки можливе одержання даних про рівень та спектної частини рухомого складу охарактеризовані ральний склад власної вібрації електродвигуна одним класом (двигуни безкорпусного виконання) безкорпусного виконання. Завдяки використанню и не враховуються суттєві відмінності двигунів способу встановлено, що підвищена вібрація в всередині класу по масовим і жорсткостним харакосьовому напрямку ТЕД визначається динамічнитеристикам статора двигуна, інерційним і геометми радіальними силами в підшипниковому вузлі. ричним параметрам ротора та радіальному зазору Коефіцієнти лінійної кореляції середніх квадратичв підшипниках. них значень віброшвидкостей в осьовому напрямВ основу корисної моделі поставлена задача ку та у вертикальному і поперечному напрямках підвищення точності визначення залишкового дорівнюють 0.81 і 0.64 відповідно. дисбалансу роторів двигунів, а також задача розПідвищення точності визначення дисбалансу ширення області використання способу для різних роторів двигунів Балансування роторів у складі типів двигунів екіпажної частини рухомого складу. ТЕД є більш достовірними і інформативними, оскіПоставлена задача вирішується тим, що нальки враховують натурне закріплення ротора еледають обертання ротору тягового електродвигуна і ктродвигуна та його кінематичну взаємодію через фіксують його віброшвидкість. Відповідно до корипідшипникові щити із статором двигуна. сної моделі, рівень залишкового дисбалансу ротоКрім того, завдяки використанню способу дора D вимірюють з урахуванням дії відцентрових сягається економія матеріальних та трудових ресил, масових і жорсткостних характеристик стато 5 34973 6 сурсів за рахунок зменшення випадків повернення ють радіальний зазор в підшипниках та отримують ТЕД з випробувальних станцій внаслідок підвищезалежності, приведені на Фіг., де: ної вібрації, пов'язаної з дисбалансом ротора. - криві 1, 2, 3, якщо dr=dr mіn ; На Фіг. показаний приклад залежності віброш- криві 4, 5, 6, якщо dr=dr mах; видкості ТЕД в осьовому напрямку зі сторони при- криві 1, 4, якщо D=D max; воду тягового електродвигуна типу АД914 вантаж- криві 2, 5, якщо D=D min; но-пасажирського електровоза. D + Dmin - криві 3, 6, якщо D = max . Спосіб реалізують наступним чином. Спочатку 2 встановлюють ТЕД на стенд для вимірювання Методом найменших квадратів отримують чивласної вібрації та задають йому обертання із чассленні експериментальні значення коефіцієнтів тотою n. На двигуні встановлюють вібродатчики, (T ) , які для ТЕД АД914 мають значення, наведевимірюють віброшвидкість електродвигуна на різc i, j,k них обертах по трьом напрямкам зі сторони проні в таблиці. тилежної приводу та зі сторони приводу, вимірюТаблиця Чисельні значення постійних коефіцієнтів ci(6 ) , j,k Індекс коефіцієнта і=0 і=1 і=2 j=0 j=1 j=2 j=0 j=1 j=2 j=0 j=1 j=2 k=0 15,04 -49848 0,678*107 -0.0227 44,0 5818 0,717*10-5 -0,0096 1,23 На етапі розробки тягового електродвигуна ) коефіцієнти ci(Tk можуть бути отримані розраху, j, нковим методом шляхом побудови скінченоелементної моделі та математичної моделі нелінійних коливань ротора у пружних опорах з урахуванням зазорів підшипнику, жорсткості та маси статора і інерційних та геометричних параметрів ротора. В рамках заявленого способу отримані залежності дисбалансу D від середніх квадратичних ~ значень віброшвидкості V(T ) для точок (Т) тягового електродвигуна. Якщо у вказаній залежності замість виміряних значень віброшвидкості точок ТЕД підставити ~ їх припустимі значення [ V ] за стандартом [ГОСТ 20815], то отримаємо значення максимально припустимому дисбалансу [D] для кожного типу двигунів екіпажної частини рухомого складу. Вказані залежності є критерієм для обґрунтованого вибору залишкового дисбалансу ротора тягового електродвигуна, причому коефіцієнти (T ) визначаються окремо для кожного типу ТЕД c i, j,k з урахуванням його особливостей. Зниження жо k=1 Значення коефіцієнта -9,2*105 0,124*1010 -0.157*1012 1019 -0,109*107 0,134*109 -0,272 235 -28205 k=2 0,1*1011 -0,715*1013 0.852*1015 -0.986*107 0,618*1010 -0,721*1012 2404 -0,132*107 0,151*109 рсткості статора тягового електродвигуна безкорпусного виконання та наявність зазорів у підшипниках призводить до того, що ротор, відбалансований згідно з чинними нормами по залишковому дисбалансу, під дією відцентрових сил рухається по еліптичній траєкторії. Зміна траєкторії руху призводить до появи в підшипниках додаткових динамічних сил, які в 2.4-2.7 разу перевищують їх нормовані значення і як наслідок - до підвищеної вібрації електродвигуна та зниженню ресурсу підшипника в 2,6 рази. Таким чином, у корисній моделі досягається підвищення точності визначення залишкового дисбалансу роторів двигунів, а також розширення області використання способу для різних типів двигунів екіпажної частини рухомого складу. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело 34973 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601