Удосконалення методів розрахунків та випробувань тягових електродвигунів для рухомого складу нового покоління

Abstract

UA: Дисертація присвячена вирішенню науково–технічної задачі підвищення точності і достовірності методів розрахунків та випробувань ТЕД шляхом врахування особливості їх конструкційного виконання та умов експлуатації рухомого складу, що дозволяє поліпшити масогабаритні показники та знизити рівень динамічної взаємодії екіпажа і колії. Запропоновано підхід до удосконалення методів розрахунків власних форм і частот коливань, статичного та динамічного напружено–деформованого стану ТЕД безкорпусного виконання. Уточнено дані щодо вібронавантаженості ТЕД з опорно-рамним підвішуванням в умовах експлуатації рухомого складу та надано рекомендації з вибору значень складових сумарного вектора віброприскорень двигуна для проведення його стендових випробувань. Досліджено вплив анізотропії осердя статора ТЕД безкорпусного виконання на його напружено-деформований стан. Отримано залежності віброшвидкості ТЕД безкорпусного виконання від частоти обертання ротора, величини залишкового дисбалансу та радіального зазору в підшипниках. RU: Диссертация посвящена решению актуальной научно-технической задачи повышения точности и достоверности методов расчетов и испытаний ТЭД для подвижного состава нового поколения с учетом особенностей конструктивного исполнения и условий эксплуатации ТЭД, что позволяет улучшить массогабаритные показатели и снизить динамическое взаимодействие экипажа и пути. Предложен подход к усовершенствованию методов расчетов собственных форм и частот колебаний, статического и динамического напряженно деформированного состояния ТЭД бескорпусного исполнения с учетом особенностей их конструкции. На базе метода конечных элементов разработана модель статора и ТЭД в целом, что позволило учесть конструктивные особенности, в том числе анизотропию сердечника статора, и обеспечить повышение точности и достоверности расчетов. Разработана математическая модель нелинейных колебаний вращающегося в подшипниковых опорах ротора под действием сил, обусловленных остаточным дисбалансом, с учетом радиальных зазоров в подшипниках качения, массовых и жесткостных характеристик статора, и инерционных и геометрических параметров ротора. На основе предложенной модели и конечно–элементной модели статора решена задача о собственной механической вибрации ТЭД. На базе физического моделирования тележки тягового подвижного состава методами экспериментальных исследований получена связь параметров динамического нагружения и напряженного состояния статора ТЭД с явно выраженной анизотропией его элементов. Результаты исследований подтвердили необходимость учета анизотропии сердечника статора, что позволило снизить расхождение между экспериментальными и расчетными данными уровня динамических напряжений. Предложен усовершенствованный метод вибропрочностных испытаний ТЭД в составе натурного фрагмента тележки, позволяющий приблизить условия испытаний к условиям эксплуатации. Метод позволяет учесть реальное закрепление двигателя на тележке, кинематическое взаимодействие элементов тягового электропривода и всего экипажа, а передача динамических нагрузок на раму тележки осуществляется именно так, как в эксплуатации. Экспериментальными методами проведены исследования уровня и спектрального состава собственной механической вибрации ТЭД бескорпусного исполнения. Установлено, что повышенная вибрация ТЭД в осевом направлении определяется радиальными динамическими усилиями в подшипниковых узлах. На основе полученных экспериментальных данных выполнена проверка адекватности предложенных моделей для решения задачи о собственной механической вибрации ТЭД. Уточнены данные вибронагруженности ТЭД с опорно-рамным подвешиванием локомотива и электропоезда в условиях эксплуатации и определенны соотношения средних квадратичных значений пространственных составляющих виброусокрений корпуса ТЭД. Даны рекомендации по выбору соотношения между вертикальной, поперечной и продольной составляющими суммарного вектора виброускорений ТЭД при стендовых вибропрочностных испытаниях. Теоретически исследовано влияние анизотропии сердечника статора ТЭД бескорпусного исполнения и частоты внешних механических воздействующих факторов на достоверность оценки его напряженно-деформированного состояния и доказано, что не учет анизотропии сердечника статора приводит к завышенному значению расчетного коэффициента запаса сопротивления усталости. Определен расчетный коэффициент сопротивления усталости ТЭД бескорпусного исполнения при действии на него объемной синусоидальной вибрации, заданной в соответствии с нормативными документами. Выполнен анализ и получены закономерности влияния анизотропии сердечника статора ТЭД бескорпусного исполнения на его динамические характеристики. Показано, что ТЭД бескорпусного исполнения имеют более низкие собственные частоты колебаний. Получены зависимости уровня виброскорости ТЭД бескорпусного исполнения от частоты вращения ротора, величины остаточного дисбаланса, радиального зазора в подшипниках с учетом жесткости статора, массовых и геометрических характеристик ротора. На основе полученных зависимостей разработан критерий и методика, позволяющие на этапе проектирования прогнозировать уровень собственной механической вибрации ТЭД для обоснованного выбора величины остаточного дисбаланса. EN: Offered to the improvement of methods of calculations of own forms and frequen cies of vibrations, static and dynamic tensely-deformed condition of traction electric mo tor without corps type. Information is specified are given on vibrating loadings of the traction electric motor with leaning against a frame suspension in conditions of real terms of a rolling stock. De pendences are got vibration velocity of traction electric motor from frequency of rotation of rotor, size of remaining disbalance and radial gap in bearings.