ЭПЛ / Лабораторная работа 5

Цель работы: изучить конструкцию тяговых электродвигателей посто­янного тока (ЭД107А, ЭДП8А, ЭД125, ЭД126) и ТЭД переменного тока ЭД900.

Общие сведения.

ТЭД преобразует электрическую энергию генератора в механическую. На всех серийных тепловозах в качестве ТЭД используются электрические машины постоянного тока последовательного возбуждения, которые без до­полнительных устройств обеспечивают автоматическое регулирование кру­тящего момента на валу якоря в зависимости от частоты его вращения, кото­рый должен соответствовать тяговым параметрам локомотива. Это достоин­ство и определило преимущественное применение последовательного возбу­ждения ТЭД локомотивов.

Различают два основных способа подвешивания ТЭД: опорно-осевой и опорно-рамный. При опорно-осевом подвешивании наиболее простой явля­ется тяговая передача, она бывает одно- и двусторонняя. Шестерня тягового редуктора насажена на конец вала ТЭД , а зубчатое колесо расположено на оси колесной пары. При односторонней передаче шестерни выполняют пря­мозубыми, один из подшипников двигателя обычно делают упорным, чтобы не было перемещений вала в осевом направлении.

Если передача двусторонняя, то шестерню и зубчатое колесо выполня­ют косозубыми, причем наклон зубьев редукторов делают встречным, чтобы осевые усилия в передачах взаимно компенсировались. Якорь ТЭД при дву­сторонней передаче должен иметь осевой разбег 8-10 мм.

ТЭД соединяют с осью колесной пары моторно-осевыми подшипника­ми, а с рамой тележки - упругими элементами. При таком подвешивании практически полностью передаются удары от оси колесной пары на двига­тель.

Значение ускорения, действующего на ТЭД при опорно-осевом подве­шивании, достигает 21g (g = 9,81 м/с²), поэтому значительное динамическое воздействие требует повышения механической прочности элементов ТЭД, снижает надежность коллекторно-щеточного узла и изоляции.

При рамном подвешивании двигатель может перемещаться относи­тельно оси колесной пары, поэтому в тяговой передаче должны быть элемен­ты, позволяющие передавать крутящий момент при таких перемещениях. Тя­говые передачи для рамного подвешивания можно разделить по виду подве­шивания тягового редуктора на две группы.

К первой группе относятся передачи, у которых редуктор жестко свя­зан с осью колесной пары. При этом двигатель выполняют с полым валом, а вращающий момент ТЭД к шестерне редуктора передается карданным валом с шарнирными муфтами или валом с упругой муфтой и бочкообразной шес­терней. Зубчатые колеса редуктора делают прямозубыми или шевронными. Вал шестерни вращается в собственных подшипниках, которые воспринима­ют распорные усилия, возникающие в редукторе.

Значение ускорения, действующего на ТЭД при опорно-рамном подве­ивании, достигает 3g, в связи с этим конструкция ТЭД значительно услож­няется. Необходимость расположения во внутренней полости якоря шарнир и муфты требует увеличения диаметра якоря. Затруднены смазка шарнир­ных соединении и их ревизия. Опорно-рамное подвешивание применяют, как правило, лишь для скоростных локомотивов, конструкционная скорость ко­торых превышает 100 км/ч.

На тепловозах различных серий используют несколько типов ТЭД , наиболее распространенными являются электродвигатели ЭДТ200Б, ЭД107Л, ЭДП8АиЭД125.

Отличительные особенности тяговых электродвигателей.

ТЭД ЭДТ200Б работает на тепловозах с различным ослаблением маг­нитного потока. Тепловозы ТЭЗ выпускались с ослаблением магнитного по­тока первой (47 %) и второй (25 %) ступеней.

При эксплуатации электродвигателя ЭД107 выявилось большое коли­чество случаев повреждения подшипников, образования трещин в валах и задних нажимных шайбах, пробоя изоляции якоря и т. д. В связи с этим этот электродвигатель был снят с производства и вместо него с января 1971 г. ста­ли выпускать ЭД107А, у которого жесткость вала повышена за счет увеличе­ния диаметров якоря (140 мм - вместо 125 мм) и подшипника со стороны шестерни (150 мм - вместо 140 мм) и количества болтов, крепящих подшип­никовые щиты. Для повышения сопротивления изоляции применен провод с усиленной изоляцией, введена выстилка паза изоляционной пленкой с по­крытием эмалью ЭП-91, а для улучшения коммутации использованы щетки ЭГ-61.

В настоящее время электродвигатели ЭДТ200Б и ЭД107 при заводском ремонте модернизируют: у якорей заменяют задние нажимные шайбы на уси­ленные, крайние листы пакета сваривают, пазы в сердечнике перед укладкой обмотки выстилают пленко-стеклотканью; катушки делают из провода ПЭТВСД, пайку коллектора производят серебросодержащим припоем; про­питывают якорь в лаке ПЭ-933, у валов увеличивают радиусы галтелей, при­меняют упрочняющую накатку.

С 1973 г. вместо электродвигателя ЭД107Л выпускают ЭД118А. Основ­ные узлы у них одинаковые, но у ЭД118А повышена жесткость вала за счет увеличения его диаметра в местах посадки роликовых подшипников и на-прессовки сердечника якоря, обмоткодержателей и коллектора на 10 и 15 мм соответственно. Сердечник якоря ЭД118А в собранном виде пропитывается в электроизоляционном грунте для предотвращения коррозии.

Изоляцию катушек обмотки якоря, главных и добавочных полюсов вы­полняют класса Р вместо класса В. Улучшен технологический процесс на­мотки бандажной ленты на задние лобовые части обмотки якоря введено по­крытие пропитанного якоря влагостойкой эмалью с последующей ее запечкой.

Повышена плотность соединений деталей коллектора для того, чтобы влага не могла проникнуть во внутреннюю коллекторную полость. Примене­но более совершенное крепление балансировочных грузов, увеличена тол­щина магнитопроводной части остова, откорректирован зазор под добавоч­ными полюсами.

ТЭД ЭД107, ЭД107А, ЭД118А при постановке под тепловоз в принци­пе взаимозаменяемы, т. е. под одним тепловозом могут быть установлены любые из этих электродвигателей при условии обеспечения необходимого количества охлаждающего воздуха, однако совместная их установка нежела­тельна, так как это внесет сложности при уходе в эксплуатации из-за разной конструкции моторно-осевых подшипников (МОП). Для охлаждения ТЭД ЭД107 напор воздуха в коллекторной камере должен быть не менее 150 мм вод. ст., а для ЭД107А и ЭД118А - не менее 160 мм вод. ст.

Электродвигатели ЭД125Б начинают использовать на тепловозе 2ТЭ116 взамен ЭДН 8А. ТЭД ЭД125В имеет существенные отличия от ЭД118А:

1) коллектор выполнен с пружинным разрезным кольцом и гайкой вме­сто двенадцати стяжных болтов;

2) якорь имеет промежуточную втулку, соединяющую все его механи­ческие составные части и позволяющую легко заменять поврежденный вал;

3) применена полиамидная изоляция класса Н обмотки якоря, которая имеет значительно меньшую толщину и двойной ресурс службы;

4) использовано алюминиевое кольцо под уравнители, которое уложе­но между передней нажимной шайбой и корпусом коллектора;

5) на промежуточную втулку надета задняя нажимная шайба с обмоткодержателями закрытого типа, здесь же предусмотрено устройство, регули­рующее расход воздуха через якорь (воздушный замок);

6) крепление дополнительных полюсов (ДП) к остову осуществляется сквозными проходными болтами и гайками, установленными снаружи осто­ва;

7) крепление главных полюсов (ГП) выполнено с помощью вынесен­ного из сердечника стержня и трех болтов;

8) обмотка возбуждения состоит из двух полукатушек, каждая из ко­торых изолирована в отдельности;

9) использовано горизонтально-вертикальное расположение провод-никое якорей обмотки в пазу якоря ЭД125Б'

10) число пазов увеличено на четыре, а число проводников якорной обмотки - на 32; Н) применена принудительная циркуляционная система смазки

1-) концы секций якоря расплющены и местах соединения с петушками коллектора. Плотный контакт обмотки якоря и петушков коллектора осу­ществлен за счет плазменной сварки.

Конструкции ЭДП8Б

По конструкции все тяговые электродвигатели почти одинаковы; наи­более типичными являются выпускаемые двигатели ЭД1 18Б и осваиваемый ЭД125Б.

Остов (корпус) двигателя выполняет функции магнитопровода. Маг­нитная система включает в себя корпус, главные и добавочные полюсы моноблочной конструкции. В расточках корпуса установлены вкладыши моторно-осевых подшипников, корпуса (шапки) которых крепятся болтами к пло­щадкам корпуса двигателя. С другой стороны корпус имеет два опорных прилива, предназначенных для закрепления электродвигателя на тележке тепловоза. На корпусе имеются также приливы с резьбой для крепления кожуха зубчатой передачи. К торцовой стенке корпуса со сто­роны коллектора приварены 4 кронштейна для крепления щеткодержателей. В верхней части корпуса со стороны коллектора имеется вентиляционное от­верстие, соединеннее брезентовой гармоникой (рукавом) с каналом, через который нагнетается воздух для охлаждения электродвигателей. Выход воз­духа осуществляется с противоположной стороны через 3 отверстия в корпу­се двигателя, защищенных сетками и щитками.

Для осмотра коллектора и щеток в корпусе сделаны 3 коллекторных люка, закрываемых крышками с уплотнениями из пористой резины. Крышка верхнего люка (быстросъемная) запирается пружинным замком, а нижне­го и бокового — болтами.

Тяговые электродвигатели являются реверсивными, и разница частот вращения валов в разные стороны при одной и той же нагрузке не должна превышать 4% (ГОСТ 2582—81). Этим обусловлены жесткие требования к установке щеток по нейтрали. Допуск на расположение кронштейнов щетко­держателей после приварки их к корпусу ±0,5 мм. Корпус имеет восьмигран­ную форму' и отлит из углеродистой стали.

Тяговый электродвигатель имеет 4 главных и 4 добавочных полюса. Сердечники главных полюсов собирают (шихтуют) из штампованных листов малоуглеродистой стали Ст2, спрессовывают и скрепляют заклепками. В се­редине каждого листа сердечника выштамповано отверстие для запрессовки стального стержня. Три болта, крепящих сердечник к корпусу, ввертывают в стержень, а их головки заливают кварцкомпаундом, препятствующем проса­чиванию влаги внутрь корпуса.

Сердечники добавочных полюсов изготовлены из проката СтЗ.

Между сердечником и корпусом расположены дюралюминиевые немагнитные прокладки, увеличивающие воздушный зазор

Цепи. Катушки главных полюсов намотаны из голой полосовой иди плашмя в два слоя. Катушки добавочных полюсов намотаны также из голой полосовой меди, но на ребро.

Витковая изоляция катушек главных полюсов выполнена из асбестовой бумаги, слои катушки изолированы один от другого стеклотекстолитовой прокладкой. Для обеспечения закрепления катушки на сердечнике зазоры между ними заполняют асбестовой лентой ЛАЭ и затем пропитывают в ком­паунде «Монолит-2». Изоляция класса Р.

Катушки добавочных полюсов от сердечника изолируют бумагой асбе­стовой лентой ЛС40РУ и стеклянной лентой ЛЭС. Пустоты заполняются за­мазкой П-11. Затем катушку пропитывают в компаунде. Класс изоляции Р. Чтобы компенсировать усадку изоляции катушек при эксплуатации, на глав­ных и добавочных полюсах установлены пружинные рамки.

Межкатушечные соединения и крепления соединений являются также немаловажным элементом магнитной системы. Опыт эксплуатации показал, что межкатушечные соединения, выполненные шинами или гибкими кабеля­ми, при неудовлетворительном креплении вибрируют, что приводит к изло­мам как самих соединений, так и выводов катушек. Предпочтение отдают шинным межкатушечным соединениям, выполненным из двух голых медных лент и закрепленных к корпусу бандажом с резиновыми прокладками, гася­щими высокочастотные вибрации.

Якорь включает в себя вал, сердечник, нажимные шайбы, коллектор и обмотку. Вал якоря изготовлен из высококачественной легированной стали с дополнительной термообработкой. Вал опирается на два роликовых подшип­ника (со стороны коллектора опорно-упорный, со стороны шестерни опор­ный), вмонтированных в подшипниковые щиты. Свободный конец вала об­работан на конус для посадки ведущей шестерни.

Сердечник якоря собран на валу из штампованных листов электротех­нической стали марки Э130 толщиной 0,5 мм, лакированных с обеих сторон; крайние листы имеют толщину 1 мм. Они имеют уширенные пазы для уклад­ки усиленной изоляции. Зубцы крайних листов скрепляются сваркой или подпираются нажимными пальцами. Число пазов 54, число вентиляцион­ных отверстий диаметром 27 мм 32 шт. (два ряда). Листы набираются по массе 363 кг. В спрессованном состоянии сердечник удерживается при по­мощи нажимных шайб, которые одновременно являются обмоткодержателями. Обмоткодержатели покрывают стеклотканью, пропитанной в эпоксидном лаке, затем спрессовывают и запекают. Образуется монолитный слой изоля­ции. Сила прессовки пакета листов якоря 1100—1200 кН. Собранный сер­дечник покрывают эмалью ФЛ-ОЗК и запекают для повышения корро­зионной устойчивости.

В пазах сердечника уложена 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 одновитковых секций. Секция состоит из трех параллельных проводников, кото­рые расположены по высоте паза, а четыре витка, входящих в катушку,— по ширине паза, т. е. имеют горизонтальную укладку. Вихревые токи, наводи­мые потоком рассеяния, уменьшаются путем разделения витка на три па­раллельных провода по высоте. В пазовой части катушка изолирована стеклослюдинитовой лентой ЛС-ПЭ и одним слоем стеклянной ленты ЛЭС вполуперекрышу. Передние и задние лобовые части дополнительно имеют меж­ду витками секций прокладки из слюды для избежания витковых замыканий при осадке и бандажировке. Концы катушек в изгибах дополнительно изо­лируются полиимидной пленкой ПМА. На дно паза и под стеклотекстолитовый клин устанавливают стеклотекстолитовые прокладки, предохраняющие от повреждения изоляцию при укладке и усадке катушек и забивке клиньев, а также компенсирующие отклонения по высоте катушек для заполнения паза. Шаг по коллектору уравнительных соединений; первого рода 1— 109, 5—113. Пропитанный якорь покрывают влагостойкой эмалью с после­дующей запечкой. Эмалевая пленка предохраняет изоляцию от проникнове­ния влаги через поры и микротрещины в поверхностном слое пропитанного лака. Продольный (осевой) разбег якоря в собранном двигателе 0,2—0,8 мм. Коллектор тягового электродвигателя арочного типа состоит из втул­ки, нажимного конуса, пластин, двух миканитовых манжет, миканитового цилиндра и стяжных болтов. Диаметр коллектора 400 мм. Пластины отштам­пованы из твердотянутой профильной меди, легированной кадмием или се­ребром, за одно целое с петушком. В нижней части они имеют форму «лас­точкина хвоста», позволяющего прочно скрепить коллектор. Втулка и на­жимной конус, конусные выступы, которых входят в выточки пластин, сжаты под прессом и стянуты 12 болтами. Надежность крепления коллектора про­веряют при частоте вращения 46,6 с".

Пластины изолированы друг от друга коллекторным миканитом КФШ толщиной 1,2 мм, а от корпуса — миканитовым цилиндром и манжетами. Для защиты от внешних воздействий на выступающий конец миканитовой манжеты наложен бандаж из стеклянной ленты, покрытый сверху эмалью. В эксплуатации необходимо поддерживать чистоту бандажа, так как его загряз­нение может привести к перебросу между коллектором и корпусом и, следо­вательно, к выгоранию миканитовой манжеты.

Концы секций обмотки якоря впаивают в прорези петушков коллекто­ра. Каждая четвертая пластина имеет более глубокую прорезь, в которую до­полнительно впаивают концы обмотки уравнительных соединений. Необхо­димо отметить, что в последнее время вместо пайки применяют точечную сварку для соединения обмотки якоря и коллектора. Коллектор балансируют при помощи грузов, закрепляемых в специальных канавках в нажимном ко­нусе и втулке. При работе машины коллектор подвергается непрерывным деформациям вследствие нагрева и изменения частоты вращения. Для обес­печения монолитности и постоянства давления между коллекторными пла­стинами необходимо свести до минимума остаточную деформацию (усадку) миканитовых прокладок и миканитовых манжет.

С этой целью при изготовлении коллектор подвергается так на­зываемой формовке, т. е. ряду последовательных нагревов, прессовок и раз- гону при частоте вращения на 25% больше максимальной. Для статической формовки коллектор нагревают до 130— 140°С и прессуют усилием 0,3—0,4 МН. затем коллектор выдерживают и электрической печи при температуре 150—160°С в течение 60--90 мни и спрессовывают усилием 0,45—0,5 МН. После каждого прессования подтягивают коллекторные болты.

В охлажденном состоянии измеряют сопротивление изоляции и прове­ряют ее электрическую прочность высоким напряжением. После этого рабо­чую поверхность коллектора протачивают на станке и производят статиче­скую балансировку.

Для динамической формовки коллектор опять нагревают до температу­ры 130—140°С, выдерживают его в печи при указанной температуре 60—90 мин. Затем коллектор подвергают разгону в течение 15 мин, спрессовывают усилием 0,45—0,5 МН и подтягивают коллекторные болты. Болты затягива­ют до отказа также при охлажденном коллекторе.

Цикл нагревания, разгона, прессования и подтягивания коллекторных болтов повторяют до получения стабильной формы, но не менее трех раз. После каждого цикла динамической формовки проверяют сопротивление и прочность изоляции.

Для выявления наличия щелей, сквозных каналов и зазоров в деталях коллектора, а следовательно, возможности скопления влаги, масла и грязи качество формовки проверяют газом или воздухом.

Щеткодержатель имеет литой латунный корпус, который крепится к разъемным кронштейнам, приваренным одной половиной к торцовой стенке корпуса двигателя. В корпусе запрессованы два стальных пальца, изолиро­ванных пресс-материалом АГ-4С или твердым изоляционным слоем из эпок­сидного компаунда, на который надеты изоляторы из пресс-материала К-78-51. Такое выполнение пальцев щеткодержателей дало возможность повысить их изоляционные свойства и тем самым избежать снижения сопротивления изоляции в эксплуатации, которое наблюдалось при использовании фарфоро­вых изоляторов.

В корпусе щеткодержателя имеются два гнезда: в одно вставлена одна пара разрезных щеток, а в другое — две пары. Щетки в гнездах должны пе­ремещаться свободно, но не качаться. Нажатие щеток на коллектор осущест­вляется спиральными пружинами. Нажатие (42—48 Н) регулируется поворо­том втулки, находящейся в центре пружины. Щетки снабжены гибкими шун­тами, прикрепленными болтами к корпусу щеткодержателя. Для удобства замены и осмотра щеток на щеткодержателях установлены стойки с заплечи­ками, позволяющие фиксировать пружины в приподнятом состоянии.

Разработаны новые щеткодержатели, отличающиеся креплением кор­пуса на пальцах при помощи гайки вместо штифта, конструкцией самого пальца и пружины.

Подшипниковые щиты служат опорами для подшипников якоря и его центрирования. С наружной стороны подшипники закрыты крышками с ла­биринтными уплотнениями, предотвращающими вытекание и загрязнение смазки.