Анотація до роботи:

Баб’як М.О. Підвищення надійності силових контактних з’єднань електропневматичних контакторів електровозів постійного 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, 2003.

Дисертація присвячена підвищенню експлуатаційної надійності роботи та здешевленню ремонту силових контактних з’єднань електропневматичних контакторів електровозів постійного струму шляхом заміни чи відновлення мідних контактів композиційними матеріалами (псевдосплавами). У роботі виконано аналіз особливостей роботи і видів пошкоджень електропневматичних контакторів електровозів.

Розроблено двомірну модель і новий спосіб оцінки показників параметричної надійності роботи сильнострумових контактів силових кіл електровозів за критеріями їх зносу і контактного опору з врахуванням кореляційного зв’язку між контактним опором і температурою контактів.

Вперше встановлено закономірності зношування силових контактів, що відновлені різними матеріалами, електропневматичних контакторів електровозів постійного струму і зміни їх контактного опору від пробігу, сили і тривалості протікання тягового струму, кількості переключень контакторів в умовах реальної експлуатації електровозів.

Розроблено модель формування поступових відмов за критерієм зносу, що враховує фізику явищ зношення. На основі результатів виконаних експлуатаційних випробувань розраховано ресурс контактних елементів, відновлених різними матеріалами. Методом імовірнісного прогнозування визначено імовірності відмов за критерієм зносу контактів, відновлених напайками з усіх типів досліджених матеріалів за пробіг до ПР 3.

Розроблено і впроваджено технологію відновлення контактів псевдосплавом МДК-3; подано основні операції технології пайки напайок; розраховано річний економічний ефект.

У дисертаційній роботі на основі виконаних теоретичних та експериментальних досліджень вирішена важлива науково-технічна задача підвищення рівня експлуатаційної надійності та здешевлення ремонту діючих електровозів постійного струму. Основні наукові результати, висновки та практичні рекомендації дисертації полягають у наступному.

1. Мідь в якості електропровідного матеріалу в силових розривних контактах електроапаратури електровозів постійного струму володіє низькою комутаційною зносостійкістю, обумовлює від 21 до 27% відмов електрообладнання, одночасно є дефіцитним матеріалом і тому потребує її заміни більш надійним і менш дефіцитним контактним матеріалом, зокрема, композиційним.

2. Нормативне значення (270 Н) величини контактного натиску силових контактів контакторів електровозів, від якого лінійно залежить шорсткість контактної поверхні і отже інтенсивність зносу контактів, витримується лише на 50% контакторів, при цьому навіть середнє значення натиску більше нормативного і складає 274,4 Н, а дисперсія – 32,11 Н².

3. Найбільш об’єктивними контрольованими параметрами силових контакторних з’єднань є контактний опір R_К, температура поверхні Т і величина зношення b губок – контактів; їх поточні і допустимі значення є випадковими величинами.

4. Найбільший вплив на технологічну нестабільність контактного опору знеструмлених ненагрітих (при 20С) силових контактів, особливо мідних, чинять відхилення величини мікротвердості матеріалу, шорсткість та контактний натиск (коефіцієнти ваги складають 2,14…5,51), тому при технологічній збірці контактора треба ретельно обробляти поверхні губок і точніше регулювати величину натиску.

5. Усі досліджувані контактні матеріали володіють властивостями, які забезпечують високі показники параметричної надійності на стадії технологічної зборки контакторів: коефіцієнт запасу, знайдений за імовірнісною моделлю “навантаження-міцність”, складає від 2 до 5, а імовірність відмови контактів за критерієм контактного опору незначна і дорівнює менше 610^-4.

6. Фактичні поточні значення R_k і Т контактів, що одержані в умовах експлуатаційної зміни струму від 50 до 1500 А і часу його протікання до 20 хв, не перевищують допустимих значень і, наприклад, для контактів з базового матеріалу (мідь М1) і псевдосплаву МДК-3 складають відповідно ~18,510^-6 Ом, ~90С та ~2010^-6 Ом і ~70С. Виключення складають мідно-графітові порошкові контакти, для яких R_k в зазначених умовах наближається до 17510^-6 Ом, що є нижньою допустимою границею опору для цього матеріалу.

7. Експериментально підтвердженими розрахунками по запропонованій двомірній імовірнісній моделі, яка враховує кореляційний зв’язок між Rk і Т, встановлено, що в експлуатаційних умовах протікання тягового струму через контакти в межах 50…1500 А (при Ін=500 А) імовірність безвідмовної роботи контактів з МДК-3 та з базового матеріалу, міді М1за критеріями їх контактбезвідмовної роботи контактів з МДК-3 та з базового матеріалу, міді М! За критеріями їх контактного опору і температури дорівнює 96,5…97%. Найменш надійними за цими критеріями є мідно-графітові контактні з’єднання, для них імовірність безвідмовної роботи складає 89…89,2%.

8. Величина сумарного зносу обумовлюється факторами технологічного та експлуатаційного характеру. Технологічний знос великий: так під час капремонту при обробці мідних контактів на верстаті з них знімається шар металу товщиною 1…2,5 мм, тобто 5…21 г міді, а при ручній обробці на ТО-2,3 чи ПР-1,2,3 – відповідно 0,2…1,3 мм, тобто до 1,5…2,0 г.

9. Згідно регресійним залежностям одержаним за результатами порівняльних експлуатаційних випробувань контактів з різних матеріалів:

найменше зношення (по середньому значенню ) мають контакти з МДК-3, їх інтенсивність зносу складає 0,03 мм/10⁴ км, а найбільше – мідно-графітові з інтенсивністю 0,3 мм/10⁴ км;

контакти з міді М1 (базовий матеріал) зношуються швидше, ніж із МДК-3, в 6 разів (0,181 мм/10⁴ км), але дисперсія величини зносу псевдосплаву після пробігу 80…100 тис. км зростає швидше, ніж для міді.

10. Найбільше значення -відсоткового ресурсу, наприклад, 250,9 тис. км пробігу при =80%, за критерієм зносу мають контакти з МДК-3, далі – з М1, МЛ і ФМІ, які мають ресурс менший в 2…3 рази у порівнянні з контактами з МДК-3. Мідно-графітові контакти через 50…60 тис. км майже 100-відсотково виходять з ладу і тому є непридатними для електропневматичних контакторів.

11. Розрахунками за розробленими в роботі моделлю і методикою імовірнісного прогнозування (з підтвердженими випробуванями дослідженнями) встановлено, що імовірність відмови контактів за критерієм зносу (до =8 мм) за період пробігу 0…340 тис. км (до ПР-3) електровозів ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11 складає 0,125 для контактів з МДК-3, і 0,471 – М1.

12. В локомотиворемонтному депо Нижньодніпровськ-Вузол Придніпровської залізниці та на ВАТ “Львівський локомотиворемонтний завод” впроваджено нові технології ремонту – відновлення зношених мідних силових контактних з’єднань контакторів електровозів ВЛ8, ВЛ10 і ВЛ11 напайками з композиційного матеріалу МДК-3. Щорічний економічний ефект від цього впровадження складає 550…560 грн на кожний електровоз без врахування митних та транспортних витрат на закупівлю дефіцитних мідних контактів за кордоном.

Основні положення та результати дисертації опубліковані у таких працях:

1. Баб’як М.О. Костін М.О. Метод визначення надійності силових контактів електропневматичних контакторів електровозів. //Транспорт. Підвищення ефективності роботи пристроїв електричного транспорту: Міжвузівський зб. наук. пр. – Дніпропетровськ: Січ, 1999. - С. 107–111.

2. Баб’як М.О. Допуски і технологічна стабільність вольт-амперних характеристик комутуючих контактів силових кіл електровозів. //Гірнича електромеханіка та автоматика. Наук. тех. зб. НГУ. Дніпропетровськ, 2000,- вип. 65, - С. 16-21.

3. М.О.Бабяк, Ю.В.Михайленко, М.О.Костін Відновлення спрацьованих губок силових контактів електровозів. // Залізничний транспорт України., 2000, №1 - С. 37-38.

4. Бабяк М.О., Костін М.О. Контактний опір комутуючих контактів силових кіл електрорухомого складу.// Транспорт. Збірник наукових праць ДІІТу, 2001, №7 - С. 15–18.

5. М.О.Баб’як Надійність силових контактів електропневматичних контакторів електрорухомого складу, відновлених псевдосплавами //Вісн. Східноукр. нац. ун-т. – 2001, №7(41) - С. 26-31.

6. Баб’як М.О. Характеристика видів відмов електропневматичних контакторів електровозів.// Гірнича електромеханіка та автоматика. Наук.тех.зб. НГУ. Дніпропетровськ, 2001, вип. 34 (63),- С.77-86.

7. Бабяк М.О. Костін М.О. Експлуатаційне зношення силових контактів електровозів постійного струму // Вісн. Східноукр. нац. ун-т. – 2002, №6(52).-С. 68 - 72.

8. М.О.Костін, М.О.Баб’як, В.В.Артемчук. Модель раціонального діагностування деталей, що зношуються, рухомого складу залізниць.// Гірнича електромеханіка та автоматика: Наук. техн. зб. НГУ - 2001.- Вип. 67. – С. 144-151.

Додаткові праці:

9. Костин Н.А., Михайленко Ю.В., Бабяк Н.А., Сердюк Т.Н. Вероятностные модели оценки надежности контакт - деталей электроаппаратуры электроподвижного состава. JУЖЕЛ. The 5th Internftional Scientific Conference of Railway Experts. 1998 - С. 334-336.

10. Бабяк Н.А., Костин Н.А., Гречанюк Н.И., Мардаревич Р.С. Восстановление силовых контактов электроаппаратуры электроподвижного состава псевдосплавами.// Надёжность машин, механизмов, оборудования: Материалы международной научно-технической конференции. Киев: АТМ Украины, 1999. – С. 9-10.

11. Баб’як М.О. Підвищення надійності силових електроапаратів електрорухомого складу залізниць.// Надежность машин, механизмов, оборудования: Материалы международной научно-технической конференции - Киев: АТМ Украины, 2000.- С. 6-7.