авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Технология повышения качества рабочей поверхности коллекторов электрических машин постоянного тока при ее механической обработке

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ПЕТРОЧЕНКО Сергей Валерьевич

ТЕХНОЛОГИЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ КОЛЛЕКТОРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА
ПРИ ЕЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

Специальность 05.02.08 – «Технология машиностроения»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

ОМСК 2011

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» (ОмГУПС (ОмИИТ)).

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент

РАУБА Александр Александрович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

МОЗГОВОЙ Иван Васильевич;

кандидат технических наук

СТРЕК Ярослав Михайлович.

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный университет путей сообщения» (СГУПС), г. Новосибирск.

Защита диссертации состоится «21» декабря 2011 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.178.05 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет» (ОмГТУ) по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, ауд. 6-340.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.

Автореферат разослан «19» ноября 2011 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета Д 212.178.05.

Факс: (3812) 65-64-92, e-mail: dissov_omgtu@omgtu.ru

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент В. Б. Масягин.

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2011

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Коллекторы машин постоянного тока (МПТ)
являются одними из наиболее ответственных узлов МПТ.

Основными неисправностями коллекторов МПТ, возникающими при их эксплуатации, являются износ рабочей поверхности, электроэрозионное разрушение и замыкание (вследствие затяжки ламелей из-за пластической деформации меди) пластин коллектора, выступание одной или группы коллекторных или миканитовых пластин, которые часто приводят к интенсивному искрению под щетками и к возникновению кругового огня по коллектору.

На коммутационную устойчивость коллекторно-щеточного узла (КЩУ) влия-ют следующие параметры качества рабочей поверхности коллектора: отсутствие стружки между ламелями и заусенцев на кромках коллекторных пластин после обточки, зарезов с торца коллекторных пластин при продорожке, царапин на коллекторных пластинах, ровный профиль снятых фасок, отклонение геометрии профиля коллектора – конусность, бочкообразность, седлообразность, овальность профиля, эксцентриситет коллектора, радиальное смещение пластин; волнистость и шероховатость рабочей поверхности коллектора в пределах допустимых значений.



С учетом возрастающих требований к качеству и необходимости обеспечения долговечности деталей в процессе эксплуатации исследования, направленные на разработку технологии повышения качества рабочей поверхности коллекторов МПТ при ее механической обработке, являются актуальными.

Основания для выполнения диссертационной работы. Работа выполнена в соответствии с приоритетными направлениями исследований раздела «Повышение надежности работы и увеличение эксплуатационного ресурса технических средств» Стратегических направлений научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г., а также с планами научно-технических работ Омского государственного университета путей сообщения (темы НИР № г.р. 01.9.70002371 и 01201151856).

Цель диссертационной работы – повышение качества рабочей поверхности коллекторов МПТ за счет совершенствования технологии ее механической
обработки.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

  1. оценить влияние параметров, характеризующих качество рабочей поверхности коллекторов МПТ, на коммутационную устойчивость КЩУ;
  2. выполнить экспериментальные исследования влияния параметров режима резания, геометрии и материала режущей части инструмента, механических свойств срезаемого слоя коллекторной меди на ее обрабатываемость резанием;
  3. разработать математические модели, учитывающие влияние параметров режима резания, геометрии режущей части инструмента, механических свойств срезаемого слоя на шероховатость обрабатываемой поверхности и размер заусенца, возникающего на кромке коллекторной пластины, при обточке рабочей поверхности коллектора;
  4. провести экспериментальные исследования влияния параметров режима ударно-акустической обработки (УАО) рабочей поверхности коллектора на износостойкость, шероховатость, свойства поверхностного слоя коллекторных пластин;
  5. разработать технологию повышения качества рабочей поверхности коллекторов при ее механической обработке.

Объектом исследований является технологический процесс механической
обработки рабочей поверхности коллекторов МПТ.

Методы исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования проводились на основе научных положений теории резания, технологии машиностроения, трибологии, теории планирования эксперимента и математического моделирования. Экспериментальная часть работы выполнена с использованием методик определения твердости на твердомере ПМТ-3, весового износа, твердости по Бринеллю, металлографического анализа, рентгенофлюоресцентного анализа при помощи растрового электронного микроскопа JEOL JCM-5700, применялись микроскопы различных моделей, профилометры 170622 и 201, машина трения ИИ 5018, аналитические весы DL-200. Обработка результатов теоретических и экспериментальных исследований выполнена в программных комплексах Mathcad, Microsoft Exсel, Statistica.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1) разработаны математические модели, учитывающие влияние параметров режима резания, геометрии режущей части инструмента, механических свойств срезаемого слоя на шероховатость обрабатываемой поверхности и размер заусенца, возникающего на кромке коллекторной пластины, при обточке рабочей поверхности коллектора;

2) создана математическая модель, учитывающая влияние скорости обработки, подачи, статической силы прижима ультразвукового инструмента на износостойкость, шероховатость и твердость коллекторных пластин после ударно-акустической обработки с внедрением графита;

3) разработан способ обработки рабочей поверхности коллектора методом ударно-акустической обработки с внедрением графита, обеспечивающий ускоренное образование окисной пленки на коллекторе, близкой по своему составу политуре, нарабатываемой при эксплуатации машин постоянного тока.

Научные положения, выносимые на защиту:

1) эмпирические зависимости, раскрывающие влияние параметров режима резания, геометрии режущей части инструмента, механических свойств срезаемого слоя на шероховатость обрабатываемой поверхности и размер заусенца, возникающего на кромке коллекторной пластины, при обточке рабочей поверхности коллектора;

2) зависимости, позволяющие выбрать рациональные параметры режима ударно-акустической обработки меди для обеспечения заданного качества рабочей поверхности коллекторов электрических машин постоянного тока;

3) разработанная и внедренная в производство технология механической обработки рабочей поверхности коллектора, обеспечивающая образование на его поверхности устойчивой защитной пленки, близкой по своему составу политуре, нарабатываемой в процессе эксплуатации электрических машин постоянного тока.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована применением корректных математических моделей и подтверждена экспериментальными исследованиями, проведенными с применением сертифицированного оборудования, статистических методов проверки адекватности (t-критерия Стьюдента и F-критерия Фишера), рентгенофлюоресцентного анализа.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1) определены параметры режима обточки, геометрия режущего инструмента и свойства поверхностного слоя рабочей поверхности коллектора, позволяющие повысить обрабатываемость коллекторной меди резанием;

2) установлены параметры режима УАО коллекторной меди с внедрением графита, обеспечивающие шероховатость рабочей поверхности коллектора Ra = = 0,2 – 0,25 мкм, повышение износостойкости коллекторных пластин в 1,5 раза по сравнению с методом их обкатки роликом, и в 2,5 раза по сравнению с зачисткой абразивным полотном;

3) разработана технология повышения качества рабочей поверхности коллектора при ее механической обработке, прошедшая апробацию при ремонте коллектора МПТ 2ПН100 и позволившая расширить безыскровую зону работы МПТ на 18 – 20 %, что обеспечивает более устойчивую ее работу в отношении коммутации.

Реализация результатов работы. Результаты исследований были положены в основу отчетов по научно-исследовательской работе (тема госбюджетной НИР ОмГУПСа – ГБ 174 «Повышение эффективности технологических процессов ремонта деталей подвижного состава» № г.р. 01.9.7.0002371). Разработанная технология внедрена в технологический процесс ремонта коллекторов тяговых электродвигателей ТЛ-2К1 в локомотивном ремонтном депо ТЧ-1 Московка.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались на IX международной конференции «Проблемы современного машиностроения и автоматизации технологических процессов и производств» (Омск, 2008), X международной конференции «Проблемы современного машиностроения» (Омск, 2009), 63-й научно-практической конференции ГОУ «СиБАДИ» (Омск, 2009), международной конференции «Инновации для транспорта» (Омск, 2010), постоянно действующем научно-техническом семинаре ОмГУПСа «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта, объектов промышленной теплоэнергетики, телекоммуникационно-информационных систем, автоматики и телемеханики» (Омск, 2011), всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств подвижного состава» (Омск 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, из них две статьи – в изданиях перечня, определенного ВАК Минобрнауки России, одна статья – в научно-техническом журнале, четыре статьи – в материалах международных и всероссийских конференций, три статьи – в сборниках научных трудов, получено положительное решение о выдаче патента на полезную модель от 11.08.2011.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 102 наименований и двух приложений. Общий объем диссертации составляет 177 с., объем основного текста – 155 с. Текст работы содержит 70 рисунков, 42 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы.

В первой главе проведен анализ условий работы МПТ; указаны факторы, влияющие на коммутацию МПТ; представлены дефекты коллектора, возникающие в процессе эксплуатации, и дефекты, вызванные некачественным изготовлением и проведением ремонта, оценено их влияние на коммутационную устойчивость КЩУ; дана оценка существующему технологическому процессу механической обработки рабочей поверхности коллектора МПТ; проведен анализ механической обработки пластичных материалов резанием; проанализированы способы повышения сопротивления деформации обрабатываемого материала; обоснован способ предварительной упрочняющей обработки рабочей поверхности коллектора перед обточкой и способ ее окончательной обработки.





Коммутационная устойчивость КЩУ и, как следствие, всей МПТ в целом зависит от коммутации.

Вопросам исследования хорошей и устойчивой коммутации посвящено большое количество работ таких ученых, как Р. Хольм, И. Нейкирхен, О. В. Вегнер,
М. Ф. Карасев, Е. М. Синельников, Ю. М. Галонен, Л. Л. Лавринович,
В. Д. Авилов, Ю. Я. Безбородов, В. Н. Козлов, Р. Ф. Бекишев, А. С. Курбасов,
В. В. Туркин, А. М. Трушков, В. В. Харламов, и многих других.

Динамику скользящего контакта исследовали Ю. А. Буткевич, А. М. Трушков, Л. В. Лобашевский, И. И. Туктаев, Н. Я. Богатырев, С. В. Елисеев, Н. А. Павелко и многие другие.

В работах А. В. Грищенко, С. Н. Усатого, М. В. Антонова, Н. В. Виноградова,
О. Д. Гольдберга, А. Е. Алексеева, И. П. Копылова, Б. А. Егорова, С. Н. Павловича,
Е. М. Коварского, В. И. Бочарова, П. А. Бабаджаняна, Б. И. Люсина, С. Н. Красковской и др. рассмотрены вопросы конструкции, эксплуатации и ремонта МПТ.

Установлено, что дефекты коллектора, возникающие в процессе эксплуатации МПТ, и дефекты, вызванные некачественным изготовлением и проведением ремонта, приводят к нарушению коммутации, увеличению износа коллектора и щеток и, как следствие, к преждевременному выходу МПТ из строя.

Выявлено, что с увеличением шероховатости рабочей поверхности коллектора уменьшается площадь контакта «коллектор-щетка», а следовательно, увеличивается плотность тока, проходящего через этот контакт. Рекомендуемая шероховатость рабочей поверхности коллектора после окончательной механической обработки должна составлять Ra 0,25 мкм.

Исследованием влияния политуры на коммутацию МПТ занимались такие ученые, как Ф. Шрётер, Р. М. Бейкер, Р. Хольм, В. Волькман, Д. Ланкастер,
Х. Такахаси, В. В. Туркин и д.р.

Установлено, что политура способствует уменьшению коэффициента трения в скользящем контакте, увеличению переходного падения напряжения, которое существенно сказывается и при номинальной плотности тока. Наличие политуры на рабочей поверхности коллектора является необходимым условием для обеспечения хорошей коммутации МПТ.

Механической обработке материалов резанием посвящены работы таких ученых, как И. А. Тимме, К. А. Зворыкин, П. Е. Дьяченко, В. А. Аршинов,
Г. И. Грановский, В. Ф. Бобров, Л. М. Вульф, Н. Н. Зорев, А. И. Исаев, А. С. Верещяка, М. Ф. Полетика, Н. И. Ташлицкий, В. С. Кушнер, Э. И. Фельдштейн, и многих других. Проблемами резания вязких и пластичных материалов занимались С. И. Тахман, В. С. Хлудов, С. В. Михайлов, А. Л. Флаксман и др., вопросами обработки меди и медных сплавов Я. И. Адам, Т. А. Дуюн, А. В. Гринек и др.

Доказано, что улучшение обрабатываемости пластичных материалов резанием снижение степени деформации срезаемого слоя, уменьшение шероховатос-ти обрабатываемой поверхности обеспечивается за счет повышения скорости
резания, увеличения переднего угла и радиуса при вершине, уменьшения подачи инструмента, повышения сопротивления деформации срезаемого слоя, обработки на более жестком оборудовании с тщательно доведенной режущей кромкой инст-румента.

После проведения анализа технологических способов повышения сопротивления деформации срезаемого слоя при механической обработке пластичных материалов установлено, что наиболее эффективным является способ поверхностного пластического деформирования, реализуемый обкаткой рабочей поверхности коллектора роликом, отличающийся возможностью создания упрочненного поверхностного слоя со степенью наклепа 1,5 – 2 раза, глубиной наклепанного слоя
1 – 1,2 мм в два раза большей, чем глубина резания t = 0,5 мм при обточке коллектора; простотой реализации и достаточно высокой производительностью.

Выявление недостатков операции, связанной с зачисткой коллектора абразивным полотном, приводящих к повышенному износу щеток, уменьшению площади контакта «коллектор-щетка» и ухудшению коммутации МПТ, позволило сделать вывод о необходимости поиска способа окончательной обработки рабочей поверхности коллектора, не снижающего коммутационную устойчивость МПТ.

На основании работ А. В. Телевного и И. В. Мозгового в области повышения конструкционной прочности деталей машин в качестве способа окончательной обработки рабочей поверхности коллекторов была выбрана УАО, которая дает возможность модифицирования поверхностного слоя с внедрением твердых смазок; формирования в процессе обработки луночно-синусоидального микрорельефа; соз-дания остаточных напряжений сжатия, положительно отражающихся на конструкционной прочности деталей машин; повышения теплопроводности материалов; исключающая попадание в обрабатываемый материал абразивных частиц.

При работе щеток на контактных кольцах или коллекторе образуется политура толщиной примерно 5 . 10-5 мм, состоящая из закиси меди Cu2О (65 %) и внедренных в поверхность коллектора частиц графита (20 – 25 %), а также оксидов кремния, алюминия, железа и пр. При проведении ударно-акустической обработки в зоне удара ультразвукового инструмента по рабочей поверхности коллектора в момент отрыва шарового сегмента инструмента от поверхности происходит обмен кинетической энергией между динамическим технологическим модулем и поверхностью коллектора, в результате чего происходит активация поверхностного слоя коллекторной меди, что способствует ускоренному протеканию химических реакций окисления основного материала в поверхностном слое.

Указанное положение позволило утверждать о том, что за счет высокого родства меди с молекулярным кислородом, содержащимся в воздухе, при УАО на обрабатываемой поверхности образуется окисная пленка, состоящая из закиси меди и внедренного углерода, подаваемого в зону обработки в виде суспензии.

Вторая глава посвящена экспериментальным исследованиям влияния параметров режима резания, геометрии и материала режущей части инструмента, механических свойств срезаемого слоя коллекторной меди на ее обрабатываемость.

За основные технологические показатели, по которым оценивалась обрабатываемость коллекторной меди резанием, были приняты показатели качества рабочей поверхности коллектора размер заусенца, возникающего на кромке коллекторной пластины и шероховатость обрабатываемой поверхности.

Для получения зависимости размера заусенца от переднего угла инструмента модель коллектора диаметром 110 мм обтачивалась на токарном станке 16К20 со скоростью резания V = 217 м/мин (частота вращения шпинделя n = 630 об/мин); подачей s = 0,07 мм/об; глубиной резания t = 0,5 мм. Геометрия режущего инструмента: радиус при вершине r = 0,9 мм; задний угол = 12°; угол наклона режущей кромки = 2°; углы в плане = 1 = 45°; передний угол инструмента изменялся в пределах от 0 до 35° (верхнее значение переднего угла ограничивалось стойкостью режущей кромки инструмента). Материал режущей части инструмента ВК8, твердость меди модели коллектора 85 HB. Экспериментальная зависимость размера заусенца от переднего угла показана на рис. 1.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.