Анотація до роботи:

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.

1. 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.

2. Електроконтактні з’єднання силових комутуючих контакторів електровозів змінного струму є найненадійнішим вузлом: близько 10…35% 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.

3. Найбільш об’єктивними контрольованими параметрами при дослідженні працездатності контактів із різних матеріалів в реальних умовах експлуатації електровозів є контактний опір R_k, температура нагрівання Т_k та товщина напайки b контактів, поточні і допустимі значення яких є випадковими величинами.

4. Величини основних технологічних характеристик вибраних електроконтактних матеріалів є випадковими. При цьому максимальні значення мікротвердості (~2580МПа) притаманні молібденовим напайкам, а мінімальні (~700…1300МПа) срібломістким на головних контактах; нормативні значення величини контактного натиску контактів (більше 120…150Н), від якого залежить інтенсивність їх зношування витримується лише на 68% контакторів обох розглядуваних типів.

5. Розраховані за отриманим в роботі аналітичним виразом числові значення контактного опору R_k відрізняються від експериментально одержаних не більше, ніж (10…11)%. При цьому найменшим R_k володіють контакти із матеріалу Диском, для них Ом, а найбільшим контакти МДК: Ом для ЕКГ-8Ж і Інтер-Контакт-Пріор Ом для ПК-96-101.

6. 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.

7. За розробленою моделлю екстремальної надійності визначено імовірність безвідмовної роботи Р за 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.

8. Характер залежностей контактного опору R_k , спаду напруги U_k і його температури T_k в функції збільшення струму І через контакти різний: криві та лінійно зростаючі, експоненціальний, круто спадаючий при зростанні І до 150 А, а при А величина R_k майже не залежить від тягового струму.

9. Експериментально підтвердженими розрахунками за двомірною моделлю встановлено, що в експлуатаційних умовах протікання через контакти струму в діапазоні А (при А) імовірність безвідмовної роботи контактних з’єднань із досліджуваних матеріалів і досліджуваних контакторів за критеріями контактного опору і температури контактів достатньо висока і складає 0,927…0,943.

10. Технологічне зношування контактів, поверхня яких ушкоджена незначно, становить 1…2,5 г металу; в той же час в контактах, суттєво зруйнованих електричною дугою. Технологічна обробка призводить до зменшення на (30…40)% їх ресурсу і вилучення контакту з експлуатації задовго до зношування їх до нормованих товщин.

11. 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/10⁴ км;

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/10⁴ км.

12. 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 0,01…0,05, а для матеріалу №10 взагалі дорівнює 10^-6.

13. Найбільшим значенням g-відсоткового ресурсу L_g володіють напайки на контакти з матеріалу №9, "МДК" (наприклад, при g = 95% L_g = 85,6 тис. км). Для інших матеріалів значення L_g коливається в межах 33…52 тис. км, що в 1,6…2,6 рази менше, ніж для МДК. Напайки на контакти з матеріалу №10 "Диском" вже через 50 тис. км майже 100-відсотково виходять з ладу.

14. Згідно з розрахунками за моделлю і методикою імовірнісного прогнозування, імовірність відмови напайки 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.

15. 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 ВЛ80^Т.

16. 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 ВЛ80^Т. 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.

Основні положення та результати дисертації опубліковано у таких працях:

1. Тетерко О.А. Експлуатаційна надійність контактних з’єднань електропневматичних контакторів та контакторів ЕКГ-8Ж електровозів змінного струму / О.А. Тетерко, М.О. Баб’як, М.О. Костін // Вісник ДНУЗТ. 2007. Вип. 18. С. 4145.

2. Тетерко О.А. Результати експлуатаційних випробувань відновлених електричних контактів контакторів ЕКГ-8Ж електровозів змінного струму / О.А. Тетерко // Електротехніка і електромеханіка. – 2007. №4.– С. 5356.

3. Баб’як М.О. Види відмов та знос розривних контактів контакторів з дугогашенням головного контролера ЕКГ-8Ж / М.О. Баб’як, О.А. Тетерко // Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В.Лазаряна. – Дніпропетровськ, 2007. Вип. 14. С. 2427.

4. Костін М.О. Імовірнісна модель екстремальної надійності силових електроконтактних з’єднань електрорухомого складу / М.О. Костін, О.А. Тетерко // Гірнича електромеханіка та автоматика: Наук.-тех. зб. 2006. Вип. 77. С. 4246.

5. Тетерко О.А. Заміна зношених силових контактів електроапаратури електровозів змінного струму / О.А. Тетерко // Праці Луганського відділення Міжнародної Академії інформатизації: Науковий журнал. 2005. Вип. 2 (11). С. 9496.

6. Баб’як М.О. Дослідження структури та деяких властивостей контактних матеріалів контакторів електровозів змінного струму / М.О. Баб’як, О.А. Тетерко, Р.В. Мінакова // Електротехніка і електромеханіка. 2005. № 1.– С. 9396.

7. Тетерко О.А. Впровадження нового матеріалу напайок на контакти контакторів ПК-96 та ЕКГ-8 електровозів змінного струму ВЛ80 / О.А. Тетерко, О.В. Гладищук, М.О. Баб’як, Т.Й. Синявський // Электрические контакты и электроды. Труды Института проблем материаловедения НАН Украины. К., 2004. С. 5261.

Додаткові праці:

1. Костін М.О. Контактний опір сильнострумових комутаційних контактних з’єднань електроапаратури електричного транспорту / М.О. Костін, О.А. Тетерко, О.Г. Шейкіна // Гірнича електромеханіка та автоматика: Наук.-техн. збірник – 2006. Вип. 77. С. 914.

2. Баб’як М. О. Використання композиційних матеріалів для силових контактів контакторів електровозів змінного струму / М. О. Баб’як, О.А. Тетерко, Р. В. Мінакова, М. В. Мінакова, Г. Є. Копилова // Тези Міжнародної конференції "Електричні контакти та електроди". К., 2007. С. 66.