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:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

Совершенствование методов и средств неразрушающего контроля элементов контактной сети и токоприемников электроподвижного состава электрифицированных железных

-- [ Страница 2 ] --

Апробация работы. Основные материалы работы докладывались, обсуждались и были одобрены: на научно-практической конференции «Проблемы транспорта Дальнего Востока» (г. Владивосток, 1995 г.); Всероссийских научно-практических конференциях «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Дальневосточного региона» (г. Хабаровск, 1995, 1999 гг.); II Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» (г. Москва, 1996 г.); Второй международной конференции ДВО АТР РФ «Проблемы транспорта Дальнего Востока» (г. Владивосток, 1997 г.); региональной научно-технической конференции «Научное и научно-техническое обеспечение экономического и социального развития Дальневосточного региона» (г. Хабаровск, 1998 г.); межвузовской научно-технической конференции, посвященной 160-летию отечественных железных дорог и 100-летию железнодорожного образования в Сибири «Железнодорожный транспорт Сибири: проблемы и перспективы» (г. Омск, 1998 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы Транссиба на рубеже веков» (г. Чита, 2000 г.); Международной конференции «Разрушение и мониторинг свойств металлов» (г. Екатеринбург, 2001 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока» (г. Хабаровск–Владивосток, 2001 г.); Первом и Третьем Международных симпозиумах «Eltrans» (Санкт-Петербург, 2001, 2005 гг.); научно-практической конференции «Актуальные проблемы Транссиба на современном этапе» (Новосибирск, 2001 г.); региональной научно-практической конференции «Вузы Сибири и Дальнего Востока Транссибу» (г. Новосибирск, 2002 г.); научно-практической конференции, посвященной завершению электрификации Транссибирской магистрали «Электрификация железнодорожного транспорта – техника и технологии нового поколения» (г. Хабаровск, 2002 г.); технико-экономическом совете Забайкальской железной дороги (г. Чита, 2000, 2002 гг.); межвузовской научно-практической конференции «Вклад ученых вузов в научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте» (г. Самара, 2003 г.); Международной конференции «Разрушение и мониторинг свойств металлов» (г. Екатеринбург, 2003 г.); Сетевой научно-практической конференции «Энергетическое обследование структурных подразделений филиалов ОАО «РЖД»» (г. Омск, 2004 г.); Региональной научно-практической конференции «Вопросы энергетики и электромеханики» (г. Хабаровск, 2004 г.); 18-й международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (г. Казань, 2005 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и пути решения инвестиционной и инновационной политики на предприятиях Хабаровского края. Технопарки. Инновационные проекты» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2005 г.); Пятой региональной научной конференции «Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование» (г. Хабаровск, 2005 г.); Региональной научно-практической конференции представителей производства, ученых транспортных вузов и инженерных работников «Надежность и эффективность систем и устройств электроснабжения железных дорог» (г. Хабаровск, 2005 г.); XVII Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика» (г. Екатеринбург, 2005 г.); 44-й, 45-й Всероссийских научно-практических конференциях ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки «Современные технологии – железнодорожному транспорту и промышленности» (г. Хабаровск, 2005, 2007 гг.); Региональных научно-технических конференциях «Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования» (г. Хабаровск, 2006, 2008 гг.); научно-технических советах Департамента электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» (г. Москва, 2002, 2006 гг.); заседании учебно-методической комиссии учебно-методического объединения вузов по образованию в области железнодорожного транспорта и транспортного строительства по специальности №190401 «Электроснабжение железных дорог» (г. Самара, 2006 г.); III Российской научно-технической конференции «Разрушение, контроль и диагностика материалов и конструкций» (г. Екатеринбург, 2007 г.), научно-техническом семинаре кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» ОмГУПС (г. Омск, 2007 г.); научно-техническом совете ДВГУПС (г. Хабаровск, 2008 г.); научно-техническом семинаре ОмГУПС (г. Омск, 2008 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 57 печатных работ, в том числе одна монография, 43 статьи (из них 11 – в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки РФ), пять тезисов докладов на международных, один на всероссийской конференциях, четыре патента на изобретения и три патента на полезные модели.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка и 2 приложений. изложена на 313 страницах, содержит 25 таблиц, 92 рисунка. Библиографический список содержит 330 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность, значимость выбранной темы диссертации, ее научное и практическое значение, сформулированы цель и задачи исследований.

Первый раздел диссертации содержит данные анализа повреждаемости элементов контактной сети электрифицированных железных дорог, видов износа медного контактного провода, определение понятия теплового износа, обозрение и выбор методов испытаний и контроля качества материалов и изделий.

Устройства контактной сети являются наиболее повреждаемыми объектами в системе тягового электроснабжения. Удельный вес нарушений нормальной работы контактной сети от общего количества браков по вине хозяйства электроснабжения составляет в среднем за предыдущее пятилетие 87,7 %. Отметим, что при общем снижении количества браков их удельный вес стабильно не снижается.

Основные причины отказов устройств контактной сети связывают с несовершенством конструкций деталей, их монтажа и эксплуатации (45 %), старением устройств (24,5 %), обусловленных в значительной степени недостаточностью применения средств диагностики их состояния или вообще их отсутствием. Наиболее ответственными и чаще повреждаемыми являются не только провода и тросы контактной сети (в среднем 27 %), но и токопроводящие зажимы и другие детали (12 …18 %).

Основные задачи обеспечения надежной работы устройств контактной сети – установление причин возникновения отказов, изучение влияния внешних и внутренних факторов, определение критериев оценки их состояния, разработка методов диагностирования.

Анализ литературных и нормативных источников показывает, что под процессом изнашивания исследователями понимается потеря проводом части сечения за счет механического трения или электрической эрозии. В работе предложено введение в классификацию видов износа контактного провода понятия «тепловой» износ, характеризующий процесс термического разупрочнения (изнашивания) проводов в некотором объеме под действием тепловых импульсов (показано пунктирной линией на рис.1). Разупрочненный объем соответствует сечению провода, потерянному в результате механического трения или электрической эрозии.

Процесс теплового изнашивания может иметь постепенный, длительный или практически мгновенный характер. Примером последнего можно считать пережог провода, вызванный совместным действием электроэрозионного и теплового видов изнашивания.

Уменьшение сечения провода при механическом или электроэрозионном износах приводят к его вытягиванию. Небольшое вытягивание провода может произойти также из-за постоянно действующей растягивающей нагрузки и влияния внешних сил. Тепловой износ может также приводить к некоторому уменьшению сечения и удлинению проводника. Совместное воздействие теплового износа с натяжением в большинстве случаев приводит к обрыву контактного провода без значительного уменьшения его сечения и удлинения. Накапливающийся (постепенный) тепловой износ сопровождается образованием на проводе удлиненной шейки, мгновенный – короткой.

В эксплуатационных условиях выявить степень теплового износа по относительному удлинению или остаточному сечению крайне затруднительно, кроме случаев, когда эксплуатационный персонал визуально может отметить образование шейки на каком-то отрезке провода.

Рис. 1. Классификация видов износа контактного провода

Характеристика теплового износа контактного провода приведена на рис. 2.

 Характеристика теплового износа-1

Рис. 2. Характеристика теплового износа контактного провода

Введение термина «теплового износа» требует решения нескольких задач. Первая – отыскание критериев теплового износа, как степени потери прочности адекватного разупрочнению, вторая – нахождение способов оценки степени разупрочнения, третья – создание приборного обеспечения измерения степени разупрочнения без изъятия провода из действующей контактной сети, четвертая – разработка практических рекомендаций эксплуатационному персоналу по определению степени теплового износа.

В диссертации предложено оценивать тепловой износ по величине поверхностной твердости провода и (или) коэффициенту ослабления ультразвуковых колебаний.

Выбор материала для какой-либо определенной цели делают на основе его механико-технологических, физических и химических свойств. Контролировать эти свойства необходимо как в процессе изготовления, так и в ходе эксплуатации для выявления недопустимых изменений, а в случае повреждения изделия – определять его причину.

В работе использованы следующие методы испытаний: механические и технологические для исследования прочности, деформируемости, пластичности, вязкости, поверхностной твердости и характера разрушения; химические и физические для исследования химического состава и структуры материала; металлографические для исследования тонкого строения, структуры металлов и их изменения; неразрушающего контроля, основанные на взаимодействии различных форм энергии с материей, для выявления вида, величины и частоты расположения несплошностей (дефектов).

Особое внимание следует уделять неразрушающим видам контроля, имеющим первостепенное значение для обеспечения надежности и долговечности различных конструкций.

Следует отметить, что применение неразрушающего контроля и технической диагностики удорожает эксплуатацию, но их использование существенно повышает надежность изделий и объектов и обеспечивает достаточно значимый экономический выигрыш.

На основе анализа методов испытаний и контроля материалов для выявления состояния и эксплуатационного контроля конструкций токосъемных устройств необходимо применять методы неразрушающего контроля, предварительно определив физические эквиваленты, наиболее адекватные изучаемому явлению. В этом плане в диссертационной работе установлены взаимосвязи между структурными, механическими и акустическими свойствами материала контактного провода при его нагреве.

Второй раздел содержит результаты исследований, позволивших обосновать взаимосвязь структурных, механических и акустических свойств; рекомендуемые способы определения степени теплового износа материала контактного провода.

Успешный опыт применения ультразвуковой дефектоскопии в различных отраслях промышленности и исследования, проведенные нами, показали, что этот метод может быть эффективно использован для контроля большинства элементов и устройств контактной сети.

Методика исследования по установлению закономерностей между изменением структурных параметров провода и его акустическими и механическими свойствами реализована на специально созданной экспериментальной базе (патенты на ПМ № 64568 и №72915). Для анализа использовались четыре группы образцов медного контактного провода марки МФ 100, ГОСТ 2584-86. Первая группа была получена с участков контактной сети Дальневосточной железной дороги после различных сроков эксплуатации. Остальные группы – это образцы проводов, подвергшихся различным тепловым нагрузкам в лабораторных условиях (вторая группа – нагрев в условиях свободного конвективного теплообмена с окружающей средой током силой 240 – 420 А до температур 100 – 250 оС без выдержки, третья группа – нагрев током с последующей выдержкой продолжительностью 1800 с при заданной температуре, четвертая группа – нагрев образца провода транзитным током до 600 А с одновременным воздействием электрической дуги с током от 100 до 300 А и натяжени 800 –1000 даН). В качестве контрольного образца использовался провод в состоянии поставки. После полного остывания образцов проводились статические испытания на растяжение Fp; металлографические исследования структуры; измерения акустических характеристик (коэффициент ослабления и время распространения ультразвуковых колебаний tУЗ).

Механические испытания первой группы образцов не выявили существенной связи между продолжительностью эксплуатации провода и его прочностью. Это связано с малой значимостью фактора времени эксплуатации по отношению к другим факторам, например, к месту установки провода, что обусловливает различную интенсивность термической нагрузки провода.

Анализ результатов испытаний образцов проводов на жесткость при двух- и трехточечном изгибе показал, что зависимость жесткости контактного провода от температуры нагрева точно описать невозможно, вследствие сложности этой зависимости. То же можно сказать о характеристиках жесткости при испытании на кручение.

Кроме испытаний на жесткость, проводились измерения изменений активного электросопротивления в зависимости от теплового износа провода. В проведенных экспериментах получена также сложная зависимость значений электросопротивления провода от нагрева.

Характер полученных зависимостей можно качественно объяснить структурными перестройками в материале провода на макро- и микроуровнях.

Наиболее достоверной характеристикой при определении степени износа контактного провода является контроль по временному сопротивлению на разрыв – , но для его измерения необходимо вырезать образец контактного провода из действующей подвески, что неприемлемо с точки зрения эксплуатации. В лабораторных условиях были установлены зависимости от температуры нагрева (отжига) проводов. При этом разрывное усилие при температуре нагрева до 170 °С отличается лишь на 4 % от разрывного усилия термически не обработанного проводника. В интервале температур от 170 до 200 °С разрывное усилие резко снижается. При температурах 200 – 240 °С снижение разрывного усилия продолжается и по отношению к термически не обработанному проводу составляет 70 %. Провода с таким значением разрывного усилия в процессе эксплуатации имеют повышенную вероятность разрыва, что и происходит при совпадении нескольких неблагоприятных факторов (резкий порыв ветра, гололед и т. д.).

Твердость является специфическим свойством металла, поэтому она относится к одной из разновидностей механических испытаний таких же, как сжатие или растяжение. Границы зон степени разупрочнения материала провода, определенные испытаниями в лабораторных условиях образцов на поверхностную твердость и разрыв, практически совпадают (рис. 3). Следовательно, твердость – характеристика, которая обеспечивает с необходимой надежностью определение степени теплового износа контактного провода в условиях эксплуатации, и при этом не требуется демонтаж образца из подвески. По значению твердости легко установить температуру отжига.

Экспериментальные исследования акустических и прочностных характеристик провода показали, что параметр tУЗ мало информативен вследствие слабой его зависимости от режимов нагрева (при вариации температур от 20 до 250 0С изменения tУЗ для выбранной марки провода не превышают 0,1 мкс).

 Изменения механических свойств-4

Рис. 3. Изменения механических свойств контактного провода в зависимости от температуры

Более чувствительным к нагреву оказался коэффициент ослабления ультразвуковых (у.з.) колебаний. Для исключения ряда методических и систематических погрешностей в работе использовался метод сравнения.

При этом относительные изменения коэффициента ослабления «нагру-женных» образцов по отношению к контроль-ному () определялись по изменению огибающей амплитуд переотраженных эхо импульсов. Измерения проводились по раздельно -совмещенной схеме на частотах 5 и 10 мГц дефектоскопом А1212.

Предложен следующий порядок определения изменений коэффициента ослабления «нагруженного» образца относительно контрольного (=Н-0, где Н, 0 – коэффициенты ослабления у.з. колебаний для «нагруженного» и контрольного образцов соответственно).

1. Относительные изменения амплитуд переотраженных в образце у.з. импульсов (i – номер переотраженного импульса) определяются соотношением:

, (1)

где V – коэффициент отражения у.з. колебаний от границы раздела преобразователь-образец; – функция, учитывающая расходимость у.з. колебаний по мере их распространения; d – толщина образца (в нашем случае диаметр контактного провода); f – частота у.з. колебаний; a – радиус преобразователя у.з. колебаний.

Для выбора вида функции в ультразвуковом неразрушающем контроле сравнивают расстояние z, на котором находится отражатель у.з. колебаний, с величиной а2/, где =С/f; C – скорость распространения у.з. колебаний в материале провода). При z а2/ полагается (ближняя зона), что = 1 и при z 3а2/ (дальняя зона) – 1/z. В нашем случае реализуется промежуточный вариант, при этом можно представить в виде:

, (2)

где ; J0(),J1() – функции Бесселя нулевого и первого порядков соответственно; k = 2 f/С – волновое число.

2. Производится измерение амплитуд переотраженных в образцах (контрольный и нагруженный) у.з. импульсов (обычно 5–7 импульсов) и находятся величины .

3. Применяя метод наименьших квадратов, с учетом выражения (1), находят значение параметра , по формуле, Нп/м:

, (3)

4. Используя выражение (3), проводят вычисления 0 для контрольного образца и Н для нагруженного и находят .

На рис. 4 приведены зависимости параметра и усилия разрыва (FР) от температуры нагрева.

 Изменения коэффициента ослабления-17

Рис. 4. Изменения коэффициента ослабления и усилия разрыва в зависимости от температуры нагрева контактного провода: I (вторая группа), II (третья группа) –5 мГц; III, IV – усилия разрыва; V – 10 мГц

Найденные закономерности согласуются со свойствами меди и её сплавов, представляемых металловедением и данными металлографии, и коррелируют с измеренными значениями усилий разрыва.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
 





 
© 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.