Тетерко Олександр Анатолійович. Підвищення надійності електроконтактних з'єднань силових контакторів електровозів змінного струму

Короткий опис

Тетерко Олександр Анатолійович. Підвищення надійності електроконтактних з'єднань силових контакторів електровозів змінного струму. : Дис... канд. наук: 05.22.09 2008

Тетерко О.А.Підвищення надійності електроконтактних з’єднань силових контакторів електровозів змінного струму. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 електротранспорт. Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ, 2008.
Дисертаційна робота присвячена підвищенню експлуатаційної надійності силових електроконтактних з’єднань контакторів головного контролера ЕКГ-8Ж та електропневматичних контакторів ПК-96-101 електровозів змінного струму шляхом заміни мідно-вольфрамових та срібломістких контактів новими композиційними матеріалами (псевдосплавами).
У роботі проведено аналіз особливостей роботи та видів відмов контакторів ЕКГ-8Ж та ПК-96-101 електровозів змінного струму. Досліджено технологічні характеристики обраних електропровідникових матеріалів для напайок на контакти. Розроблено імовірнісну модель і методику оцінки екстремальної параметричної надійності контактних з'єднань за критерієм контактного опору.
Вперше встановлено закономірності зношування контактів контакторів ЕКГ-8Ж та ПК-96. Досліджено зміну контактного опору і температури контактів із різних матеріалів в реальних умовах експлуатації електровозів. Розроблено методику і проведено чисельну порівняльну оцінку технологічної та експлуатаційної стабільностей, а також показників параметричної надійності контактів за критерієм зношування контактів.

На основі проведених експериментальних та теоретичних досліджень у дисертаційній роботі вирішена важлива науково-технічна задача підвищення ефективності роботи електрифікованого залізничного транспорту за рахунок підвищення експлуатаційної надійності та зменшення вартості ремонту електричної апаратури діючих електровозів змінного струму. Основні наукові результати та висновки дисертації полягають у наступному.

Натурні дослідження експлуатаційної надійності комутуючих розривних сильнострумових контакторів високої напруги тягових електроапаратів електровозів змінного струму практично відсутні. Існуючі дослідження обмежувались лише стендовими випробуваннями заради визначення термінів служби апаратів за аналітичними виразами швидкості зношування контактів в умовах, що лише моделюють роботу контакторів.
Електроконтактні з’єднання силових комутуючих контакторів електровозів змінного струму є найненадійнішим вузлом: близько 1035% відмов електроапаратури викликано незадовільним станом якраз контактних з’єднань через низьку комутаційну здатність матеріалів, що використовують в якості напайок на контакти контакторів. Особливо це стосується групового перемикача ЕКГ-8Ж та індивідуальних контакторів ПК-96-101.
Найбільш об’єктивними контрольованими параметрами при дослідженні працездатності контактів із різних матеріалів в реальних умовах експлуатації електровозів є контактний опірRk, температура нагріванняТkта товщина напайкиbконтактів, поточні і допустимі значення яких є випадковими величинами.
Величини основних технологічних характеристик вибраних електроконтактних матеріалів є випадковими. При цьому максимальні значення мікротвердості (~2580МПа) притаманні молібденовим напайкам, а мінімальні (~7001300МПа) срібломістким на головних контактах; нормативні значення величини контактного натиску контактів (більше 120150Н), від якого залежить інтенсивність їх зношування витримується лише на 68% контакторів обох розглядуваних типів.
Розраховані за отриманим в роботі аналітичним виразом числові значення контактного опоруRkвідрізняються від експериментально одержаних не більше, ніж (1011)%. При цьому найменшимRkволодіють контакти із матеріалу Диском, для нихОм, а найбільшим контакти МДК:Ом для ЕКГ-8Ж і Інтер-Контакт-ПріорОм для ПК-96-101.
Найбільший вплив на технологічну стабільність контактного опору як контакторів ЕКГ-8Ж, так і ПК-96-101, чинять відхилення величин питомого опору матеріалу, опору поверхневої плівки та мікропрофілю поверхні (коефіцієнти ваги яких складають 4,48; 0,171 та 43,6), що спонукає на стадії технологічної зборки звертати особливу увагу на стан контактної поверхні, а в якості матеріалу контактної напайки бажано використовувати матеріали з найменшим відхиленням їх питомого опору.
За розробленою моделлю екстремальної надійності визначено імовірність безвідмовної роботиРза критерієм контактного опору контактів із різних матеріалів на стадії монтажу контакторів ЕКГ-8Ж та електропневматичних контакторів ПК-96-101 електровозів змінного струму. За виключенням контактів з напайками на контакти ЕКГ-8Ж із матеріалу №2 "Союз Інвест" (), забезпечується високий рівень надійності () електроконтактних з’єднань.
Характер залежностей контактного опоруRk, спаду напругиUkі його температуриTkв функції збільшення струмуІчерез контакти різний: кривіталінійно зростаючі,експоненціальний, круто спадаючий при зростанніІдо 150 А, а приА величинаRkмайже не залежить від тягового струму.
Експериментально підтвердженими розрахунками за двомірною моделлю встановлено, що в експлуатаційних умовах протікання через контакти струму в діапазоніА (приА) імовірність безвідмовної роботи контактних з’єднань із досліджуваних матеріалів і досліджуваних контакторів за критеріями контактного опору і температури контактів достатньо висока і складає 0,9270,943.
Технологічне зношування контактів, поверхня яких ушкоджена незначно, становить 12,5 г металу; в той же час в контактах, суттєво зруйнованих електричною дугою. Технологічна обробка призводить до зменшення на (3040)% їх ресурсу і вилучення контакту з експлуатації задовго до зношування їх до нормованих товщин.
Згідно регресійних залежностей, отриманих за результатами порівняльних експлуатаційних випробувань розривних контактів контакторів ЕКГ-8Ж з різних матеріалів, встановлено наступне:

найбільш довговічним матеріалом за критерієм зношування напайки є матеріал МДК-3, інтенсивність зношування якого складає 0,37 мм/104км;
матеріалом не придатним в якості напайок є матеріал Диском, через значні оплавлення контактної поверхні під дією електричної дуги та високу інтенсивність зношування, яка складає 1,24 мм/104км.

Визначено імовірності безвідмовної роботи напайок із різних матеріалів за критерієм їх зношування при різних пробігах електровоза (від 20 до 100 тис. км). До 50 тис. км майже всі матеріали зберігають достатньо високий рівень надійності (Р> 0,81), за виключенням матеріалу №4 (Р=0,62) і №10, "Диском" (Р=0,08), які негативно зарекомендували себе вже після 20 тис. км. При експлуатації протягом 100 тис. км високу надійність зберігає матеріал №9, МДК-3 (Р=0,93). Імовірність безвідмовної роботи для інших матеріалів коливається в межах 0,010,05, а для матеріалу №10 взагалі дорівнює 10-6.
Найбільшим значеннямg-відсоткового ресурсуLgволодіють напайки на контакти з матеріалу №9, "МДК" (наприклад, приg= 95%Lg= 85,6 тис. км). Для інших матеріалів значенняLgколивається в межах 3352 тис. км, що в 1,62,6 рази менше, ніж для МДК. Напайки на контакти з матеріалу №10 "Диском" вже через 50 тис. км майже 100-відсотково виходять з ладу.
Згідно з розрахунками за моделлю і методикою імовірнісного прогнозування, імовірність відмовинапайки на контакт, тобто вихід її товщини за допустиме(граничне) значення, після 100 тис. км. пробігу електровоза найменша для напайок із матеріалу МДК (№9) і дорівнює 0,014. Для інших матеріалів вона становить: Союз Інвест 0,35; Інтер-Контакт-Пріор 0,46; Власов з прос. 0,19; Власов без прос. 0,25; Диском 0,92.

В локомотивному депо Львів-Захід Львівської залізниці та на ВАТ "Львівський локомотиворемонтний завод" використано розроблену в дисертації нову технологію відновлення зношених електроконтактних з’єднань контакторів ЕКГ-8Ж та електропневматичних контакторів ПК-96-101 електровозів змінного струму серії ВЛ80Т.
Порівняльний техніко-економічний аналіз при заміні існуючих матеріалів контактних напайок силових контактів контакторів на запропоновані композиційні матеріали показав, що при впроваджені на ВАТ "Львівський локомотиворемонтний завод" технології відновлення зношених контактів напайкою з псевдосплаву МДК-3 заощаджуватиметься ~11500 грн. на ремонті одного електровоза серії ВЛ80Т. Впровадження нового псевдосплаву МДК-3 зменшує витрати як на закупівлю напайок, так і на експлуатацію і ремонт, оскільки пробіг контактів з напайками МДК збільшується в порівнянні з контактами, що відновлені мідно-вольфрамовими напайками, приблизно у 2 рази. Масове виготовлення і впровадження контактів з напайками МДК приведе до економії витрат на ремонт і утримання локомотивного парку в цілому. При врахуванні виробником напайок МДК зауважень і рекомендацій надійність контактів, що відновлені МДК, підвищиться.