Разработка метода оценки интенсивности изнашивания и алгоритма прогнозирования остаточного ресурса щеток системы возбуждения синхронного тягового генератора тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Макаров Артем Сергеевич

• Макаров Артем Сергеевич
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Макаров Артем Сергеевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ПРОВЕДЕНИЕ АНАЛИЗА КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ ТЯГОВЫХ 11 ГЕНЕРАТОРОВ

1.1 Исследование работоспособности систем возбуждения СТГ

1.2 Силовая схема возбуждения тягового генератора ГТСН-2800

1.3 Основные факторы, влияющие на надежность электрических щеток

1.4 Методы обеспечивающие контроль интенсивности изнашивания

41

электрических щеток

1.5 Выявление факторов, оказывающих существенное влияние на надежность щеточных узлов тягового генератора ГТСН-2800 и 47 возбудителя тягового генератора ВСН-26

1.6 Выводы по главе и постановка задач для исследования

2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ИЗНАШИВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЩЕТОК НА КОНТАКТНЫХ 53 КОЛЬЦАХ

2.1 Формирование математической модели интенсивности изнашивания электрических щеток на контактных кольцах

2.2 Применение метода акустической эмиссии для регистрации искрения

2.3 Выводы по главе

3 ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЩЕТОК В 79 РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ

3.1 Анализ данных бортовой системы мониторинга показателей режимов работы тягового генератора ГТСН-2800 и возбудителя 79 тягового генератора ВСН-26

56

66

3.2 Составление плана экспериментальных исследований, с учетом различных режимов работы

3.3 Описание экспериментальной установки для исследования процесса изнашивания щеток на контактных кольцах в различных режимах

3.4 Расчетное выражение для определения остаточного ресурса щеточного узла тягового генератора ГТСН-2800

3.5 Расчетное выражение для определения остаточного ресурса

104

щеточного узла возбудителя тягового генератора ВСН-26

3.6 Выводы по главе 108 4 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ЩЕТОЧНОГО УЗЛА СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОГО ТЯГОВОГО ГЕНЕРАТОРА С УЧЕТОМ 110 ОСОБЕННОСТЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЩЕТОЧНОГО УЗЛА

4.1 Способ определения остаточного ресурса щеточного узла тягового

110

синхронного генератора ГТСН-2800

4.2 Выводы по главе 119 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 120 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 122 ПРИЛОЖЕНИЕ А 141 ПРИЛОЖЕНИЕ Б 143 ПРИЛОЖЕНИЕ В 144 ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода оценки интенсивности изнашивания и алгоритма прогнозирования остаточного ресурса щеток системы возбуждения синхронного тягового генератора»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Согласно Стратегии научно -технологического развития Российской Федерации, утверждена Указом Президента Российской Федерации от 28 февраля 2024 г. № 145, актуальными задачами являются:

• ускоренная разработка импортонезависимых технологий, освоение и локализация известных иностранных технологий в целях обеспечения устойчивого развития здравоохранения, жилищно-коммунального комплекса, энергетики, ключевых отраслей промышленности, сферы безопасности, культуры, образования, социальной сферы, замещение устаревших технологий и стабильное увеличение экспорта отечественных наукоемких технологий и продукции;

• повышение уровня связанности территории Российской Федерации путем создания интеллектуальных транспортных, энергетических и телекоммуникационных систем, а также занятия и удержания лидерских позиций в создании международных транспортно-логистических систем, освоении и использовании космического и воздушного пространства, Мирового океана, Арктики и Антарктики.

В соответствии с положениями распоряжения Правительства Российской федерации от 27.11.2021 № 3363-р «Транспортная стратегия Российской Федерации до 2030 года с прогнозом на период до 2035 года» в рамках направления по обновлению транспортных средств предусмотрено формирование эффективной модели и мер государственной поддержки для обновления подвижного состава.

В рамках мониторинга транспортных средств, внедрения предиктивной аналитики в целях технического обслуживания и ремонта предполагается установка технических средств для сбора и постоянного мониторинга состояния транспортных средств и отдельных узлов транспортных средств.

Предусматривается внедрение искусственного интеллекта для анализа данных, прогнозирования неисправностей и поддержки принятия решений о проведении упреждающих ремонтов, применение технологии искусственного интеллекта для прогнозирования затрат на обслуживание и ремонт транспортных средств, стимулирование внедрения предиктивных технологий в целях технического обслуживания и ремонта транспортных средств. В стратегических документах и программах развития ОАО «РЖД» упоминаются локомотивы серии 2ТЭ25КМ, особенно в контексте модернизации парка грузовых тепловозов.

Для 2ТЭ25КМ разрабатываются цифровые регуляторы возбуждения с адаптивными алгоритмами и интеграция с системами «умной» диагностики. Применение предиктивной аналитики позволит перейти к активному планированию обновления парка транспортных средств для грузоперевозок с учетом транспортно-экономического баланса.

Одним из критически ответственных узлов тепловозов 2ТЭ25КМ является синхронный тяговый генератор типа ГТСН-2800. Несмотря на относительно короткий срок эксплуатации данных машин (менее десяти лет), в настоящее время зафиксированы характерные случаи отказов, в том числе и системы возбуждения синхронного тягового генератора.

Обеспечение бесперебойной работы критически важных узлов, таких как тяговый генератор ГТСН-2800 тепловоза 2ТЭ25КМ, становится не просто технической задачей, а одним из ключевым элементом выполнения масштабных государственных стратегий. Повышение надежности этого компонента напрямую способствует решению задач по импортозамещению, цифровизации транспорта и внедрению предиктивных систем, заложенных в документах научно-технологического и транспортного развития России.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-технических работ Омского государственного университета путей сообщения (тема НИР № ГР 123101000123-8).

Степень разработанности темы диссертации. Исследования качества функционирования электромеханических преобразователей со скользящим контактом проводились научными коллективами ВятГУ, ИрГУПС, КГЭУ, ЛЭТИ, МИСИС, МИИТ/РУТ МИИТ, МЭИ, ОмГТУ, ОмГУПС, ПсковГУ, СамГТУ, СПбПУ, ТПУ и других учреждений.

Значительный вклад в развитие теории работы скользящего контакта электрических машин внесли такие ученые как В. Д. Авилов, Р. Ф. Бекишев, О. Г. Вегнер, С. В. Елисеев, В. Н. Забоин, А. И. Изотов, М. Ф. Карасев, В. Т. Касьянов, С. И. Качин, А. С. Курбасов, П. С. Лившиц, Л. Б. Левенсон, Мейер, А. И. Орленко, И. В. Плохов, В. И. Полищук, Г. А. Сипайлов,

A. И. Скороспешкин, Э. К. Стрельбицкий, В. В. Толкунов, В. В. Фетисов,

B. В. Харламов, Р. Хольм и др.

Вопрос повышения качества работы элементов узла скользящего токосъема электрических машин традиционно занимает центральное место в исследованиях, направленных на совершенствование электротехнических систем. Особое внимание в этих работах уделяется аспектам надежности, которая является критическим параметром для обеспечения долговечности и стабильности контакта в условиях интенсивной эксплуатации. Важным направлением стало моделирование рабочих режимов, позволяющее прогнозировать деградацию контактов под воздействием различных факторов. Особую роль играют испытательные методики, направленные на ускоренную оценку износостойкости. Таким образом исследование качества функционирования системы возбуждения синхронного тягового генератора является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является повышение работоспособности и качества функционирования синхронных тяговых генераторов тепловозов за счет разработки метода оценки интенсивности изнашивания и алгоритма прогнозирования остаточного ресурса электрических щеток системы возбуждения генератора.

Для достижения указанной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Провести анализ отказов систем возбуждения синхронных тяговых генераторов подвижного состава.

2. Сформировать математическую модель процесса изнашивания скользящих контактов системы возбуждения синхронного тягового генератора.

3. Провести экспериментальные исследования для определения коэффициентов математической модели процесса изнашивания электрических щеток синхронного тягового генератора ГТСН-2800 и возбудителя ВСН-26, с учетом конструктивных параметров и режимов эксплуатации.

4. Разработать метод оценки остаточного ресурса электрических щеток систем возбуждения синхронных генераторов тепловозов.

Объект исследования - система возбуждения синхронных тяговых генераторов тепловозов.

Направление исследования - исследование работоспособности и качества функционирования электротехнических комплексов, систем и их компонентов в различных режимах, при разнообразных внешних воздействиях, диагностика электротехнических комплексов (пункт 4 паспорта научной специальности 2.4.2.).

Научная новизна

сформирована математическая модель процесса изнашивания электрических щеток системы возбуждения синхронных тяговых генераторов, учитывающая ее конструкционные параметры и особенности условий эксплуатации;

получены расчетные выражения для оценки интенсивности изнашивания электрических щеток синхронного тягового генератора ГТСН-2800 и возбудителя ВСН-26, отличающиеся тем, что коэффициенты моделей

определяются на основе экспериментальных исследований, проведенных с учетом конструкционных параметров и особенности условий эксплуатации;

разработан метод определения и алгоритм прогнозирования остаточного ресурса щеток синхронных тяговых генераторов, отличающийся тем, что при определении ресурса учитываются показатели режимов генераторов фиксируемых бортовой системой мониторинга, а также интенсивность искрения щеток в электрических машинах.

Теоретическая и практическая значимость работы.

1. Сформированная математическая модель процесса изнашивания электрических щеток системы возбуждения синхронных тяговых генераторов, позволяет проводить оценку интенсивности изнашивания электрических щеток на основании данных полученных от бортовой системы мониторинга.

2. Предложено для контроля интенсивности искрения в скользящем контакте использовать метод акустической эмиссии, основанный на анализе упругих волн, генерируемых микродуговыми разрядами в зоне контакта. Метод обеспечивает высокую чувствительность к изменению интенсивности искрения.

3. Полученные расчетные выражения, позволяют производить оценку интенсивности изнашивания электрических щеток синхронного тягового генератора ГТСН-2800 и возбудителя ВСН-26, с использованием экспериментально определенных коэффициентов математических моделей.

4. Разработанный метод определения ресурса щеток синхронных тяговых генераторов, позволяет оценить влияние особенностей конструкции щеточного узла и условий эксплуатации на остаточный ресурс щеток.

Методология и методы исследования. Поставленные задачи решены с использованием основных положений теории электрических машин, методов математического анализа, статистического и регрессионного анализа, методов прогнозирования и планирования экспериментов. Для

проведения математических расчетов использованы лицензионные программные продукты MathCAD, Microsoft Excel и MathLab.

Для реализации предложенного метода прогнозирования ресурса электрических щеток проводились экспериментальные исследования на лабораторных установках кафедры «Электрические машины и общая электротехника» Омского государственного университета путей сообщения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель процесса изнашивания электрических щеток системы возбуждения синхронного тягового генератора,

2. Расчетные выражения, позволяющие производить оценку влияния параметров режима работы системы возбуждения синхронных тяговых генераторов на изменение износа электрических щеток,

3. Метод определения и алгоритм прогнозирования остаточного ресурса щеток системы возбуждения синхронных тяговых генераторов.

Степень достоверности научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждается экспериментальными исследованиями, а также совпадением результатов, полученных в работе с данными экспериментов других исследователей. При статистической проверке гипотез принят пятипроцентный уровень значимости. Расхождение экспериментальных данных, полученных при измерении интенсивности изнашивания электрических щеток, с теоретическими не превышает 10%.

Апробация результатов работы. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы докладывались и обсуждались на пятой всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Приборы и методы измерений, контроля качества и диагностики в промышленности и на транспорте» (Омск, 2022); на десятой всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Повышение эффективности эксплуатации электромеханических преобразователей энергии в промышленности и на транспорте» (Омск, 2023); на третьей

Всероссийской научно-практической конференции «Электропривод на транспорте и в промышленности» (Хабаровск, 2023); на международной научно-практической конференции «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность» (Севастополь, 2023), на научных конференциях, посвященной Дню Российской науки «Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте» (Омск, 2023, 2024, 2025); на заседании постоянно действующего научно-технического семинара Омского государственного университета путей сообщения по экспертизе и обсуждению диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, ученой степени доктора наук по научным специальностям технических отраслей науки (Омск, 2025).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 12 научных работах, из них три статьи в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России, патент РФ на изобретение и свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх разделов, заключения, библиографического списка из 125 наименований и 4 приложений. Общий объем работы составляет 147 страниц текста, 53 рисунка и 20 таблиц.

1 ПРОВЕДЕНИЕ АНАЛИЗА КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ ТЯГОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

В современных условиях интенсивной эксплуатации железнодорожного транспорта ключевое значение приобретает задача обеспечения бесперебойной работы и высокой надежности локомотивного парка. Непрерывный рост эксплуатационных нагрузок и требований к эффективности предъявляет особые требования к техническому состоянию подвижного состава, поддержание которого на должном уровне достигается за счет планомерного внедрения передовых технологий обслуживания и ремонта. Важнейшим аспектом данной деятельности является оснащение ремонтных предприятий инновационным диагностическим и технологическим оборудованием, позволяющим не только оперативно устранять неисправности, но и прогнозировать их возникновение. В данном контексте к числу наиболее приоритетных задач, решение которых направлено на существенное повышение общей надежности, справедливо относятся:

1. Минимизация времени простоя подвижного состава, обусловленного проведением ремонтных операций, что напрямую влияет на провозную способность и экономические показатели.

2. Своевременная и точная идентификация узлов и агрегатов, характеризующихся повышенным уровнем риска и предрасположенных к внезапным отказам, для организации целенаправленного превентивного обслуживания.

Следует отметить, что в соответствии с общепринятой и устоявшейся в технической литературе трактовкой [1-3], под надежностью понимается свойство объекта сохранять во времени способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

• Безотказность — свойство объекта непрерывно выполнять требуемые функции в течение некоторого времени или наработки в заданных режимах и условиях применения;

• Долговечность — свойство объекта, заключающееся в его способности выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях использования, технического обслуживания и ремонта до достижения предельного состояния;

• Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к поддержанию и восстановлению состояния, в котором объект способен выполнять требуемые функции, путем технического обслуживания и ремонта;

• Сохраняемость — свойство объекта сохранять способность к выполнению требуемых функций после хранения и транспортирования при заданных сроках и условиях хранения и транспортирования.

• Восстанавливаемость - свойство объекта, заключающееся в его способности, восстанавливается после отказа без ремонта.

• Готовность - свойство объекта, заключающееся в его способности, находится в состоянии, в котором он может выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания и ремонта в предположении, что все необходимые внешние ресурсы обеспечены.

Комплексный и многогранный характер надежности находит свое практическое проявление в способности большого количества технических систем длительно сохранять свою функциональную целостность до наступления критических отказов [4]. Эта способность определяется целым рядом взаимосвязанных факторов, среди которых можно выделить:

• Принципиальную простоту и продуманность конструктивного исполнения.

• Экономическую обоснованность и эффективность процессов восстановления.

• Рациональную оптимизацию межремонтных интервалов и регламентов технического обслуживания.

Последовательный и системный учет перечисленных выше компонент надежности позволяет не только формализовать процессы эксплуатации, но и достичь ряда значимых практических результатов, а именно:

• Существенно снизить совокупные эксплуатационные затраты за счет перехода от ремонтов по фактическому состоянию к их интеллектуальному прогнозированию.

• Повысить общий уровень безопасности движения за счет упреждающего обслуживания узлов, идентифицированных как зоны повышенного риска.

• Значительно оптимизировать логистику ремонтных работ и управление запасами материально-технических ресурсов, в том числе с использованием современных цифровых платформ мониторинга.

1.1 Исследование работоспособности систем возбуждения СТГ

Модернизированная серия тепловозов 2ТЭ25КМ, оснащенная перспективными синхронными тяговыми генераторами (СТГ) типа ГТСН-2800, разработка которых изначально велась в рамках масштабной программы импортозамещения, на текущий момент накопила уже достаточный для проведения всестороннего анализа объем эксплуатационного опыта. Накопленная статистическая информация создает прочную основу для систематической идентификации и последующего частичного устранения наиболее типичных и повторяющихся отказов. В целях детальной систематизации обширного массива данных, касающихся надежности силового электрооборудования, был проведен комплексный

анализ эксплуатационных показателей указанного парка локомотивов, основной целью которого являлось выявление и последующее ранжирование доминирующих причин отказов, непосредственно связанных с генераторными системами. Для наглядности и удобства последующего анализа в таблицах 1.1 и 1.2 приведена обобщенная статистика, отражающая количество отказов системы возбуждения синхронных тяговых генераторов, установленных на грузовых локомотивах серии 2ТЭ25КМ.

Таблица 1.1 - Статистика отказов СТГ ГТСН-2800 и оборудования тепловозов серии 2ТЭ25КМ

Год Кол-во отказов оборудования Кол-во отказов ГТСН-2800 Общее количество локомотивов 2ТЭ25КМ Количество отказов ГТСН-2800 от общего числа локомотивов, %

2017 2106 29 348 8

2021 3533 31 517 6

2023 5024 68 601 11,31

2024 6008 68 619 11

Таблица 1.2 - Статистика отказов возбудителя ВСН-26 оборудования

тепловозов серии 2ТЭ25КМ

Год Кол-во отказов оборудования Кол-во отказов ВСН-26 Общее количество локомотивов 2ТЭ25КМ Количество отказов ВСН-26 от общего числа локомотивов, %

2017 2106 17 348 4,88

2021 3533 61 517 11,8

2023 5024 77 601 12,8

2024 6008 118 619 19

Пристальное рассмотрение данных за рассматриваемый период позволяет констатировать факт значительного увеличения общего парка локомотивов 2ТЭ25КМ — с 348 единиц в 2017 году до 619 единиц в 2024 году. Важно подчеркнуть, что, несмотря на то, что в абсолютном выражении отказы системы возбуждения синхронного тягового генератора составляют относительно невысокий процент от общего количества регистрируемых отказов оборудования, наблюдается ярко выраженная негативная тенденция, заключающаяся в росте количества локомотивов, вышедших из строя именно по причине отказа системы возбуждения СТГ. Особую настороженность вызывает тот факт, что в 2023 и 2024 годах этот показатель стабильно превысил отметку в 10%, что однозначно указывает на необходимость углубленного изучения данной проблемы.

Таблица 1.3 - Основные виды отказов СТГ ГТСН-2800 в 2023 году

Общее число отказов СТГ

№ Причина неисправности Число отказов, Процент отказа,

шт. %

1 Выплавление олова статорной обмотки 34 50,00

2 Отказ катушки статера 3 4,55

3 Трещина корпуса 19 27,27

4 Отказ якоря ГТСН-2800 9 13,64

5 Круговой огонь по контактным кольцам 3 4,55

Итого: 68 100

Проведенный детальный анализ характера отказов позволяет идентифицировать наиболее проблемные зоны. В частности, такое явление, как выплавление олова из обмотки статора, впервые было зафиксировано в 2017 году; на сегодняшний день отработанным и широко применяемым на практике методом его устранения является перепайка выводов статорной обмотки, что, по данным статистики, позволило в определенной степени

снизить частоту отказов системы возбуждения СТГ по данной причине. Возникновение трещин корпуса, в свою очередь, является неисправностью, обусловленной преимущественно производственным браком. Что касается отказов якоря, то они, как правило, связаны со значительными вибрационными нагрузками, которые провоцируют усталостное разрушение сепараторов подшипников, что в конечном итоге приводит к опасному дисбалансу ротора и последующему повреждению обмотки якоря.

Таблица 1.4 - Основные виды отказов возбудителя ВСН-26 в 2023 году

Общее число отказов возбудителя

№ Причина неисправности Число отказов, шт. Процент отказа, %

1 Общий отказ ВСН-26 18 23,08

2 Нагрев подшипника 12 15,38

3 Прогар контактного кольца 6 7,69

4 Отказ якоря ВСН-26 41 53,85

Итого: 77 100

Отказы якоря связаны с повреждением бандажа якоря. Общий отказ возбудителя связан с не детерминированными неисправностями отказами и выражается в отсутствие возбуждения.

Таким образом, комплексный анализ эксплуатационных данных, полученных в процессе изучения статистических данных отказов парка локомотивов 2ТЭ25КМ, со всей очевидностью выявил, что одной из недостаточно изученных и потому требующих пристального внимания причин отказа системы возбуждения СТГ является нарушение стабильности скользящего контакта. Данное обстоятельство актуализирует и подчеркивает острую необходимость проведения углубленного изучения динамики данного физического процесса с обязательным учетом всего спектра реальных эксплуатационных условий.

1.2. Силовая схема возбуждения тягового генератора ГТСН-2800

Функционирование системы возбуждения синхронного тягового генератора ГТСН-2800 в штатном, то есть неаварийном, режиме характеризуется тем, что обмотка возбуждения получает питание от управляемого тиристорного выпрямителя, принципиальная схема которого представлена на рисунке 1.1. Необходимо подчеркнуть, что источником переменного электрического тока, поступающего на вход данного выпрямительного устройства, служит обмотка якоря возбудителя ВСН-26 (условное обозначение на принципиальной схеме - G2). Возбудитель функционирует по принципу самовозбуждения, что обеспечивает определенный уровень автономности системы в целом.

Процесс самовозбуждения реализуется следующим образом: ток якоря возбудителя /всн, протекая через первичную обмотку трансформатора тока (Т1), генерирует магнитный поток, индуцирующий электродвижущую силу (ЭДС) во вторичной обмотке трансформатора. Вторичная цепь трансформатора подключена к входу однофазного неуправляемого мостового выпрямителя, формирующего постоянный ток /вып. Полученный постоянный ток /ВВСН с выхода выпрямителя подается на обмотку возбуждения возбудителя ВСН-26, замыкая тем самым цепь самоподдержания его работы.

Что касается передачи механической энергии, то кинематическая связь между вращающимся валом основного тягового генератора и валом возбудителя осуществляется не напрямую, а через промежуточный редуктор, что обуславливает соответствие частот вращения заданным передаточным отношениям.

Следует особо акцентировать внимание на том, что в рамках рассматриваемой схемы щеточный аппарат функционирует в существенно различающихся условиях, что касается как рода протекающего тока (постоянный на генераторе, переменный на возбудителе), так и частоты вращения соответствующих контактных колец.

Таким образом, представленная на рисунке 1.1 схема обеспечивает автономность энергоснабжения обмотки возбуждения, что является критически важным фактором для обеспечения устойчивой и бесперебойной работы тягового генератора в условиях постоянно меняющихся нагрузочных режимов, характерных для реальной эксплуатации локомотива.

Рисунок 1.1 - Принципиальная схема цепи возбуждения синхронного

тягового генератора

Для формирования полного представления о технических возможностях агрегата, основные расчетные и номинальные параметры синхронного тягового генератора ГТСН-2800 систематизированы и приведены в таблице 1.5.

Таблица 1.5 - Характеристики синхронного тягового генератора ГТСН-2800

№ Наименование параметра Значение параметра номинального режима генератора

1 Мощность активная, кВт 2800

2 Напряжение линейное, В 580/360

3 Действующее значение тока, А 2х1500/2х2400

4 Максимальное действующее значение тока в течении 2 мин, А 2х3700

5 Номинальная частота вращения, об/мин 1000

6 Частота, Гц 100

7 КПД, % 95,9/95,0

8 Коэффициент мощности, % 92,5/93,5

9 Выпрямленное значение напряжения, В 750/475

10 Выпрямленное значение тока, А 3660/5900

11 Выпрямленное значение максимального тока в течении 2 минут, А 8700

12 Наибольшее значение тока возбуждения при наибольшем напряжении (580 ± 29) в продолжительном режиме, А 195

13 Расход охлаждающего воздуха, м3/мин, не менее 267

14 Значение статического давления (в контрольной точке) 1372

15 Масса, кг не более 5400 ± 10%

16 Класс изоляции H

17 Способ охлаждения по ГОСТ Р МЭК 60034-6. ГС3А7

18 Конструктивное исполнение по ГОСТ 2479-79. Ш 1309

Примечания 1) Номинальные параметры, приведены в пунктах 2, 3, 7, 8, 9, 10 установлены для режимов наибольшего (числитель) и наименьшего (знаменатель) напряжения генератора. 2) При испытании на стенде дизель-генератор допускает работу в течении 2 часов в следующем режиме: • мощность, кВт...............................................................3025

• выпрямленный ток, А......................................................4050-5000

• выпрямленное напряжение, В.............................................605-750

• частота вращения, об/мин.................................................1000,

при работе генератора на активную нагрузку через два параллельно включенных выпрямителя.

3) Выпрямленные значения напряжения и тока являются справочными.

Тяговый генератор ГТСН-2800, по своей конструктивной сути, представляет собой двенадцатиполюсную электрическую машину переменного тока, оснащенную системой независимого возбуждения и независимой, то есть не связанной с общим валом, системой принудительной вентиляции. Для визуальной оценки компоновки и основных конструктивных элементов на рисунке 1.2 приведен общий вид генератора с указанием его габаритных и установочных размеров.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Макаров Артем Сергеевич, 2026 год

Библиографический список

1. Калинин, В. К. Электровозы и электропоезда / В. К. Калинин. -Москва : Транспорт, 1991. - 480 с. - Текст : непосредственный.

2. Раков, В. А. Локомотивы и моторвагонный подвижной состав железных дорог Советского Союза (1976 - 1985 гг.) / В. А. Раков. - Москва : Транспорт, 1990. - 238 с. - Текст : непосредственный.

3. ГОСТ 27.002-2015 "Надежность в технике. Термины и определения" / В.А. Нетес, В.Л. Шпер, Ю.И. Тарасьев, Г.Ф. Ковалев, Г.А. Федотова и др. - М.: Стандартинформ, 2016. - 29 с.

4. Ермолин, Н. П. Надежность электрических машин / Н. П. Ермолин, И. Л. Жирихин. - Ленинград : Энергия, 1976. - 248 с. - Текст : непосредственный., 99. Котеленец, Н. Ф. Испытания и надежность электрических машин / Н. Ф. Котеленец, Н. Л. Кузнецов. - Москва : Высшая школа, 1988. - 232 с. - Текст : непосредственный.

5. Макаров, А. С. Влияние «отскока» щеток скользящего контакта на износ электрических щеток / А. С. Макаров, М. Ф. Байсадыков // Электропривод на транспорте и в промышленности : материалы III Всероссийской научно-практической конференции : посвящается 60-летию кафедры «Электротехника, электроника и электромеханика», Хабаровск, 19-20 октября 2023 года. -Хабаровск: Дальневосточный государственный университет путей сообщения, 2023. - С. 48-51. - Текст : непосредственный.

6. ГОСТ 21888-82. Щетки, щеткодержатели и контактные кольца электрических машин. Термины и определения : государственный стандарт СССР : утвержден и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 30 марта 1982 г. № 1332 : дата введения 1983-01-01. -Москва : Издательство стандартов, 1982. - 46 с.

7. Лившиц, П. С. Щетки для электрических машин / П. С. Лившиц. -Москва - Ленинград : Госэнергоиздат, 1961. - 213 с. - Текст : непосредственный.

8. Лившиц, П. С. Щетки электрических машин / П. С. Лившиц. -Москва : Энергоатомиздат, 1989. - 80 с. - Текст : непосредственный.

9. Основы трибологии (трение, износ, смазка) : учебник для технических вузов / 2-е издание, переработанное и дополненное / А. В. Чичинадзе, Э. Д. Браун, Н. А. Буше [и др.]. - Москва : Машиностроение, 2001. - 664 с. - Текст : непосредственный.

10. Войнов К.Н. Триботехника и надежность механических систем: Учеб.-метод. пособие. / К. Н. Войнов. - СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ, 2014. - 74 с.

- Текст : непосредственный.

11. Эйсман, Л. В. Щетки для электрических машин / Л. В. Эйсман, В. И. Полякова, Г. Д. Дымковская. - Москва : Информэлектро, 1969. - 70 с. - Текст : непосредственный.

12. Baysadykov, M. F. Improvement of operating characteristics in sliding contact with Teflon added material / M. F. Bayasdykov, F. Veselka, L. Misinger. - Text : electronic // ElectroScope. - Электронный журнал. - 2014. - Выпуск № 8. - URL: http://147.228.94.30/images/Rocnik2014/Cislo1_2014/r8c2c3.pdf. - Текст : непосредственный.

13. Лившиц, П. С. Справочник по щеткам электрических машин / П. С. Лившиц. - Москва : Энергоатомиздат, 1983. - 216 с. - Текст : непосредственный.

14. Rabinowicz, E. Compatibility effects in the sliding of graphite and silver-graphite brushes against various ring materials / E. Rabinowicz, A. Z. Ross. - Text : unmediated. // Proceedings of 30th IEEE Holm Conference on Electrical Contacts, September, 17-21. - Chicago, USA : Illinois Institute of Technology, 1984. P. 499-506.

15. Castevens, J. M. Influence of high velocities and high current densities on the friction and wear behavior of copper-graphite brushes / J. M. Castevens, H. G. Rylander, Z. Eliezer. - Text : electronic // Wear. - 1978. - Vol. 49. - №1. - P. 121-130.

- DOI: https://doi.org/10.1016/0043-1648(78)90142-4 (date accessed: 01.10.2022).

16. Влияние материала контактных пар на износ электрических щеток электрических машин в отсутствие токовой нагрузки / А. А. Фоминых, А. И.

Изотов, С. В. Никулин [и др.]. // Электричество. - 2017. - № 8. - С. 61-64. - Текст : непосредственный.

17. Мышкин, Н. К. Электрические контакты / Н. К. Мышкин, В. В. Кончиц, М. Браунович. - Долгопрудный : Издательский Дом «Интеллект», 2008. -560 с. - Текст : непосредственный.

18. Забоин, В. Н. Научно-методологические основы расчета и проектирования систем токосъема электрических машин : специальность 05.09.01 «Электромеханика и электрические аппараты» : автореф. дис. ... доктора технических наук / В. Н. Забоин ; Санкт-Петербургский технический университет. - Санкт-Петербург, 2004. - 32 с. - Текст : непосредственный.

19. Rabinowicz, E. The temperature rise at sliding electrical contacts / E. Rabinowicz. - Text : electronic // Wear. - 1982. - Vol. 78 - P. 29-37. - DOI: https://doi.org/10.1016/0043-1648(82)90016-3 (date accessed: 04.10.2022).

20. Technische Information. Performance of carbon brushes at higher temperature. Schunk Kohlenstofftechnik : сайт. - URL: http://www.ingenieurparadies.de /sixcms/media.php/1466/2007Temperature.pdf (date accessed: 25.09.2022). -Text : electronic.

21. Патент на полезную модель № 182855 U1 Российская Федерация, МПК H01R 39/00. щеточный узел электрической машины : № 2017127124 : заявл. 27.07.2017 : опубл. 05.09.2018 / О. А. Филина, Р. Г. Идиятуллин ; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет". - Текст : непосредственный.

22. Качин, С. И. Моделирование процессов износа электрических щеток универсальных электродвигателей с учетом механических факторов / С. И. Качин, О. С. Качин. - Текст : непосредственный // Электричество. - 2009. - № 12. -С. 68-70.

23. Нэллин, В. И. О полярных свойствах электрических щёток / В. И. Неллин. - Текст : непосредственный // Труды ТЭРШЖТ. - Томск : Издательство Томского университета, 1957. - Т. 24. - С. 88-108.

24. Елисеев, С. В. К вопросу о вибрации щеток электрических машин / С.

B. Елисеев, А. М. Трушков. - Текст : непосредственный // Научные труды Омского института железнодорожного транспорта - Омск, 1965. - Вып. 54. -

C. 152-160

25. Щуров, Н. И. Система мониторинга вибрации щеточно-коллекторного узла электродвигателя постоянного тока / Н. И. Щуров, О. А. Филина, Б. В. Малоземов // Электропитание. - 2022. - № 3. - С. 10-22. - Текст : непосредственный.

26. К вопросу о методе управления трибологической ситуацией в узлах скользящего токосъема электрических машин / А. И. Изотов, А. А. Фоминых, В. Н. Тимошенко [и др.] // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. - 2022. - Т. 9, № 3. - С. 22-27.

27. Байсадыков, М. Ф. Оценка влияния реверса тягового двигателя на износ электрических щеток / М. Ф. Байсадыков, А. С. Макаров, П. Г. Петров // Повышение эффективности эксплуатации электромеханических преобразователей энергии в промышленности и на транспорте : Материалы X всероссийской научно-технической конференции с международным участием, посвященной 120-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, д.т.н., профессора М.Ф. Карасева и 80-летию со дня образования кафедры "Электрические машины и общая электротехника", Омск, 05-06 декабря 2023 года. - Омск: Омский государственный университет путей сообщения, 2023. - С. 93-99.

28. Зиннер, Л.Я. Тангенциальные колебания щеток / Л.Я. Зиннер, А.И. Скороспешкин // Известия ТПИ. - 1968. - Т. 190. - С. 257-267.

29. Опыт эксплуатации электрощеток с повышенным ресурсом в реальных технологических условиях / А. Н. Хуснутдинов, Р. Г. Идиятуллин, А. Э. Аухадеев, О. А. Филина // Электротехнические системы и комплексы. - 2017. - № 1(34). - С. 56-59. - Текст : непосредственный.

30. Филина, О. А. Исследование эксплуатационного ресурса электрощеток электродвигателя постоянного тока подвижного состава / О. А.

Филина // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2017. -Т. 19, № 9-10. - С. 133-139. - Текст : непосредственный.

31. Зиннер, Л. Я. Исследование устойчивости работы электрощеток на коллекторах и токосъемных кольцах / Л. Я. Зиннер, А. И. Скороспешкин, Э. К. Дамм. - Текст : непосредственный // Известия ТПИ. - 1968. - Т.190. -С. 247-256.

32. Изотов, А. И. Анализ и характеристика разновидностей износов щеточно-контактного аппарата турбогенератора / А. И. Изотов, А. А. Фоминых, А. С. Гусев. - Текст : непосредственный // Общество. Наука. Инновации (НПК-2018) : сборник статей XVIII Всероссийской научно-практической конференции : в 3 томах / Вятский государственный университет. - Киров : ВятГУ, 2018. -С. 233-238.

33. Kingsbury, H. E. Electrical contact lubrication / H. E. Kingsbury. - Text : unmediated. // Electrical Times. - 1971. - Vol. 159(17). - P. 14-15.

34. Saka, N. The role of tribology in electrical contact phenomena / N. Saka, M. G. Llou, N. P. Suh. - Text : electronic // Wear. - 1984. - Vol. 100. - P. 77-105. -DOI: https://doi.org/10.1016/0043-1648(84)90007-3 (date accessed: 14.10.2022).

35. Marshall, R. A. The mechanism of current transfer in high current sliding contacts / R. A. Marshall. - Text : electronic // Wear. - 1976. - Vol. 37. - P. 233-240. -DOI: https://doi.org/10.1016/0043-1648(76)90030-2 (date accessed: 06.11.2022).

36. Хвостов, В. С. Электрические свойства щеточного контакта при неравномерной плотности тока / В. С. Хвостов, А. А. Реморов. - Текст : непосредственный // Труды МИИТа. - 1965. - Вып. 205. - С. 9-12.

37. Авилов, В. Д. Исследование коммутации коллекторных машин с составными щетками / В. Д. Авилов. - Текст : непосредственный // Материалы IV Всесоюзной конференции по коммутации электрических машин / Омский институт инженеров железнодорожного транспорта. - Омск : ОмИИТ, 1969. -C. 20-23.

38. Забоин, В. Н. Исследование токораспределения по параллельно включенным щеткам, работающим на контактных кольцах турбогенераторов с

различными видами нарезки / В. Н. Забоин, И. Е. Квач., Ю. А. Родионов ; Ленинградский государственный технический университет, 1990. -5с.-Депонировано в Информалектро, 1990. - № 97 - ЭТ 90. - Текст : непосредственный.

39. Дёмкин, Н. Б. Контактирование шероховатых поверхностей / Н. Б. Дёмкин. - Москва : Наука, 1970. - 227 с. - Текст : непосредственный.

40. Фоминых, А. А. Оценка влияния твердой смазки на трибохарактеристики узлов скользящего токосъема : специальность 05.09.01 «Электромеханика и электрические аппараты» : автореф. дис. ... кандидата технических наук / А. А. Фоминых : Национальный исследовательский университет МЭИ. - Киров, 2015. - 18 с. - Текст : непосредственный.

41. ГОСТ Р 51194-98. Щётки электрических машин. Методы контроля размеров : национальный стандарт Российской Федерации : утвержден и введен в действие Постановлением Госстандарта России от 5 августа 1998 года № 315 : введен впервые : дата введения 1999-07-01 / разработан АО «НИИЭИ». - Москва : ИПК Издательство стандартов, 2004. - 5 с. - Текст : непосредственный

42. ГОСТ Р МЭК 773-96. Щётки электрических машин. Методы испытаний и средства измерений рабочих характеристик : национальный стандарт Российской Федерации : принят и введен в действие Постановлением Госстандарта России от 23 декабря 1996 года № 680 : введен впервые : дата введения 1998-01-01 / разработан техническим комитетом ТК1 "САИТ" (НИИЭИ).

- Москва : ИПК Издательство стандартов, 1997. - 39 с. - Текст : непосредственный.

43. Харламов, В. В. Методы и средства диагностирования технического состояния коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей и других коллекторных машин постоянного тока : монография / В. В. Харламов ; Омский государственный университет путей сообщения. - Омск : ОмГУПС, 2002. - 233 с.

- Текст : непосредственный.

44. Kopecky, J. Diagnostika kluzneho kontaktu s vyu|itim prakticke aplikace «metody prachovych castic». Diagnosis sliding contact using practical applications

„methods particulate" / J. Kopecky. - Brno, 2013. - 64 p. - URL: https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=67743. - Text : electronic.

45. Zarizeni pro zjist'ovani velikosti opotrebeni kartacfi kluzneho kontaktu elektrickych strojfi (Device to determine wear rate of a sliding contact brushes of electric machines by making use of diagnostics and evaluation of measurement of dust particles on a trap plate) : patent CZ 25785 U1 Ceska republika : datum zapisu 20.08.2013 ; datum skonceni platnosti 20.08.2016 / Veselka, F., Kopecky J. - 2013. -https://www.vutbr.cz/vav/vysledky/detail/102744#vysledek-102744. - Text : electronic.

46. Забоин, В. Н. Исследование интенсивности износа электрических щеток методом оптической микроскопии / В. Н. Забоин, Ф. Веселка. - Текст : непосредственный // Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел, деталей технологического и энергетического оборудования: межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 6 / ТвГТУ. - Тверь : ТвГТУ, 2013. - С. 80-85.

47. Забоин, В. Н. Новый метод определения износа электрощеток / В. Н. Забоин, Ф. Веселка. - Текст : непосредственный // Мировая наука и образование в условиях современного общества : сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции, 30 октября 2014 г.: в 4 частях : Часть II. - Москва : ООО "АР-Консалт", 2014. - C. 115-118.

48. Харламов, В. В. Оценка интенсивности износа электрических щеток машин постоянного тока методом гранулометрического анализа / В. В. Харламов, М. Ф. Байсадыков, А. С. Хлопцов. - Текст : непосредственный // Омский научный вестник. Серия: Приборы, машины и технологии. - 2015. - №3 (143). - С. 226-229.

49. Байсадыков, М. Ф. Методика применения микроскопа для анализа порошковых частиц и обработка результатов измерений / М. Ф. Байсадыков. -Текст : непосредственный // Повышение эффективности эксплуатации коллекторных электромеханических преобразователей энергии : материалы девятой международной научно-технической конференции / Омский

государственный университет путей сообщения. - Омск: ОмГУПС, 2013. -C. 23-29.

50. Качин, О. С. Увеличение ресурса скользящего контакта электрических машин : монография / О. С. Качин, С. И. Качин - LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012. - 165 с. - Текст : непосредственный.

51. Харламов, В. В. Алгоритм прогнозирования ресурса работы электрических щеток тяговых электродвигателей / В. В. Харламов, М. Ф. Байсадыков, Д. И. Попов. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. -2017. - №1 (29). - С. 47-56.

52. Хольм, Р. Электрические контакты / Р. Хольм. - Москва : Издательство иностранной литературы, 1961 - 464с. - Текст : непосредственный.

53. Хомченко, Д. Н. Исследование влияния эксплуатационных факторов на износ щеток тяговых электродвигателей / Д. Н. Хомченко, А. Е. Черешенко. -Текст: непосредственный // Транспорт: наука, образование, производство : сборник трудов Международной научно-практической конференции / Ростовский государственный университет путей сообщения. - Ростов-на-Дону : РГУПС, 2017. - C. 289-292.

54. Байсадыков, М. Ф. Разработка метода оценки интенсивности изнашивания и алгоритма прогнозирования остаточного ресурса щеток тяговых электродвигателей : специальность 05.09.01 "Электромеханика и электрические аппараты" : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Байсадыков Марсель Фаритович. - Омск, 2020. - 20 с.

55. Авилов, В. Д. Методы анализа и настройки коммутации машин постоянного тока : производственно-практическое издание / В. Д. Авилов. -Москва : Энергоатомиздат, 1995. - 237 с. - Текст : непосредственный.

56. Харламов, В. В. Взаимодействие элементов коллекторно-щеточного узла при изменении механических параметров работы тяговых двигателей / В. В. Харламов, М. Ф. Байсадыков, Д. И. Попов. - Текст : непосредственный // Повышение энергетической эффективности наземных транспортных систем : материалы второй международной научно-практической конференции / Омский

государственный университет путей сообщения. - Омск : ОмГУПС, 2016. -а 186-194.

57. Харламов, В. В. Определение износа электрических щеток тяговых двигателей / В. В. Харламов, М. Ф. Байсадыков. - Текст : непосредственный // Электромеханика. Электроэнергетика. Информационные технологии : сборник материалов 1-го Международного научно-практического семинара / Псковский государственный университет. - Псков : ПсковГУ, 2018. - С. 8-11.

58. Механика скользящего контакта / В. И. Нэллин, Н. Я. Богатырев, Л. В. Ложкин [и др.]. - Москва : Транспорт, 1966. - 254 с. - Текст : непосредственный.

59. Самородов, Ю. Н. Парадоксальные свойства скользящего контакта в ЩКА [Текст] / Ю. Н. Самородов. - Москва: НТФ «Энергопрогресс», 2013. - 56 с.

- Текст : непосредственный.

60. Карасев, М. Ф. Оптимальная коммутация машин постоянного тока / М. Ф. Карасев. - Москва : Транспорт, 1967. - 180 с. - Текст : непосредственный.

61. Харламов, В. В. Методы и средства диагностирования технического состояния коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей и других коллекторных машин постоянного тока : монография / В. В. Харламов ; Омский государственный университет путей сообщения. - Омск : ОмГУПС, 2002. - 233 с.

- Текст : непосредственный.

62. Авилов, В. Д. Улучшение коммутации крупных машин постоянного тока с составными щетками / В. Д. Авилов, Е. Н. Савельева. - Текст : непосредственный // Тезисы научно-технической конференции кафедр Омского института инженеров железнодорожного транспорта / Омский институт инженеров железнодорожного транспорта. - Омск : ОмИИТ, 1984. - С. 81-82.

63. Авилов, В. Д. Методика нормирования качества коммутации в тяговых электрических машинах / В. Д. Авилов, Ш. К. Исмаилов. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2012. - №2(10). - С. 2-6.

64. Авилов, В. Д. Оптимизация коммутационного процесса в коллекторных электрических машинах постоянного тока : монография / В. Д.

Авилов ; Омский государственный университет путей сообщения. - Омск : Омский научный вестник, 2013. - 355 с. - Текст : непосредственный

65. Намитоков, К. Е. Электроэрозионные явления / К. Е. Намитоков. -Москва : Энергия, 1978. - 456 с. - Текст : непосредственный.

66. Авилов, В. Д. Мощность в контакте на завершающей стадии коммутационного процесса / В. Д. Авилов, А. А. Рябцун. - Текст : непосредственный // Коммутация в тяговых электродвигателях и других коллекторных машинах : межвузовский тематический сборник научных трудов / Омский институт инженеров железнодорожного транспорта. - Омск : ОмИИТ, 1985. - С. 36-41.

67. Крагельский, И. В. Основы расчета на трение и износ / И. В. Крагельский, М. Н. Добычин, В. С. Комбалов. - Москва : Машиностроение, 1977 - 526 с. - Текст: непосредственный.

68. Качин, О. С. Повышение ресурса скользящего контакта универсальных коллекторных электродвигателей: специальность 05.09.01 «Электромеханика и электрические аппараты»: автореф. дис... кандидата технических наук / О. С. Качин; Томский политехнический университет. - Томск, 2008. - 21 с. - Текст: непосредственный.

69. Карасев, М. Ф. Оптимальная коммутация машин постоянного тока / М. Ф. Карасев. - Москва : Транспорт, 1967. - 180 с. - Текст : непосредственный.

70. ГОСТ 2582-2013. Машины электрические вращающиеся тяговые. Общие технические условия = Rotating electrical traction machines for rail and road vehicles. General technical specifications : Межгосударственный стандарт : издание официальное : введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22 ноября 2013 г. N 1969-ст : взамен ГОСТ 2582-81 : дата введения 2015-01-01 / разработан Открытым акционерным обществом "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта" (ОАО "ВНИИЖТ"). - Москва : Издательство стандартов, 2013. - 52 с. - Текст : непосредственный.

71. Вольдек, А. И. Электрические машины. Учебник для студентов втузов [Текст] / А. И. Вольдек. - Ленинград : Энергия, 1978. - 832 с. - Текст : непосредственный.

72. Плохов, И. В. Структура и алгоритмы имитационного моделирования динамики электрофрикционного взаимодействия / И. В. Плохов, А. В. Ильин, О. И. Козырева. - Текст : непосредственный // Вестник Псковского государственного университета. Серия: Экономические и технические науки. - 2014. - № 4. - С. 192-199.

73. Плохов, И.В. Комплексная диагностика и прогнозирование технического состояния узлов скользящего токосъема турбогенераторов : специальность 05.09.01 «Электромеханика и электрические аппараты» : автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / Плохов И.В.; Санкт-Петербургский государственный технический ун-т. - Санкт-Петербург, 2001. - 36 с.

74. Полищук, В. И. Развитие теории построения систем диагностики синхронных машин : специальность 05.09.01 "Электромеханика и электрические аппараты" : автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / Полищук Владимир Иосифович. - Самара, 2016. - 22 с.

75. Розум, Т. И. Разработка архитектуры интеллектуальной системы функциональной диагностики турбогенератора / Т. И. Розум, В. И. Полищук // Вестник науки Сибири. - 2015. - № S1(15). - С. 83-86.

76. ГОСТ 27.002-2015 "Надежность в технике. Термины и определения". "Reliability in technology. Terms and definitions". Государственный стандарт: издание официальное : введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 21 июня 2016 г. N 654-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 27.002-2015 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 марта 2017 г. Обществом с ограниченной ответственностью "Институт надежности машин и технологий" (ООО "ИНМиТ"). - Москва : Стандартинформ, 2016. - 30 с. - Текст : непосредственный.

77. Филина, О. А. Методы и средства повышения надежности щеточно-коллекторного узла тяговых электродвигателей постоянного тока : специальность 2.4.2. «Электротехнические комплексы и системы» : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Филина О. А.; Казанский государственный энергетический университет, 2023. - 20 с. - Текст : непосредственный.

78. Филина, О. А. Математическая модель прогнозирования остаточного ресурса электрощетки / О. А. Филина, Б. В. Малоземов, Н. И. Щуров // Электропитание. - 2022. - № 3. - С. 35-48. - Текст : непосредственный.

79. Filina,O.A. Evaluation of the operational life of direct current motors/ Filina O.A.,Tsvetkov A.N. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2019. С. 012016.doi:10.1088/1757-899X/489/1/012016. - Текст : непосредственный.

80. Filina, OA. Vibration Diagnostics of the Brush-Collector Assembly, as Means of Assessing, Proceedings of the 2022 4th International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering, REEPE 2022, DOI 10.1109/REEPE53907.2022.9731433. - Текст : непосредственный.

81. Демкин, П. С. Прогнозирование технического состояния, надежности и безопасности систем токосъема электрических машин: специальность 05.09.01 «Электромеханика и электрические аппараты» : автореф. дис. ... кандидата технических наук / П. С. Демкин ; Санкт-Петербургский технический университет. - Санкт-Петербург, 2004. - 16 с. - Текст : непосредственный.

82. Макаров А. С., Харламов В. В., Попов Д. И. Моделирование процесса изнашивания и оценка остаточного ресурса щеточного узла синхронного тягового генератора // Омский научный вестник. 2025. № 1 (193). С. 84-90. - Текст : непосредственный

83. Макаров, А. С. Современные методы регистрации искрения коллекторных двигателей постоянного тока / А. С. Макаров // Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте : Материалы XVI научной конференции, посвященной Дню Российской науки,

Омск, 08 февраля 2022 года. - Омск: Омский государственный университет путей сообщения, 2022. - С. 280-286. - Текст : непосредственный.

84. Буткевич Г.В. Дуговые процессы при коммутации электрических цепей / Г.В. Буткевич. - М.: Энергия, 1973. - 284 с. - Текст : непосредственный.

85. Харламов, В. В. Комплексный метод оценки износа электрических щеток для тяговых электродвигателей подвижного состава / В. В. Харламов, М. Ф. Байсадыков, В. С. Лысенко. - Текст : непосредственный // Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте : материалы научной конференции / Омский государственный университет путей сообщения. - Омск, 2018.

86. Макаров, А. С. Анализ применения методов для оценки интенсивности искрения в двигателях постоянного тока / А. С. Макаров // Приборы и методы измерений, контроля качества и диагностики в промышленности и на транспорте : Материалы V всероссийской научно-технической конференции с международным участием, Омск, 27-28 октября 2022 года. - Омск: Омский государственный университет путей сообщения, 2022. - С. 222-228. - Текст : непосредственный

87. Макаров, А. С. Применение метода акустической эмиссии для регистрации искрения в скользящем контакте электрических машин / А. С. Макаров, А. А. Кузнецов, Р. В. Сергеев // Известия Транссиба. - 2023. - № 3(55). -С. 131-141. - Текст : непосредственный

88. Плохов, И. В. Диагностическая система для исследования скользящих электрических контактов / И. В. Плохов, А. В. Андрусич, А. В. Ильин [и др.] // Вестник Псковского государственного университета. Серия: Экономические и технические науки. - 2012. - № 1. - С. 204-210. - Текст : непосредственный.

89. Бекишев, Р. Ф. Исследование уровня радиопомех при работе коллекторных электрических машин постоянного тока / Р.Ф. Бекишев, А.И Селяев // Электротехника. - 1980. - №4. - С. 44-46. - Текст : непосредственный.

90. Селяев, А. Н. Влияние ударных фаз коммутации на уровень радиопомех и электромагнитную совместимость коллекторных электрических

машин / А. Н. Селяев // Электротехника. - 2000. - №10. - С. 50-54- Текст : непосредственный.

91. Патент № 2071076 Российская Федерация, МПК 001Я31/34, Н02К13/00. Устройство для диагностики работы щеточно-контактного аппарата электрической машины : №93051941/28 : заявлено 16.11.1993 : опубликовано 27.12.1996 / В. Б. Бережанский, Г. В. Ростик, В. Г. Симачев - 5 с. - Текст : непосредственный.

92. Патент № 2439598 Российская Федерация, МПК 001Я31/34. Способ контроля искрения коллекторно-щеточного аппарата и устройство для его реализации : №2010122338/28 : заявлено 01.061.2010 : опубликовано 10.01.2012 / А. Ю. Портной, О. В. Мельниченко, С. Г. Шрамко. - 5 с. - Текст : непосредственный.

93. Фалеев, В. А. Контроль искрения щеток с помощью фотоэлектрического индикатора / В.А. Фалеев // Науч.тр. / Томский электромех. ин-т инж. ж.- д. трансп. Томск, - 1957. - Т.24. - С. 133-150. - Текст : непосредственный.

94. Найден, С. Н. Разработка метода и средств диагностирования состояния коммутации тяговых двигателей карьерных самосвалов в условиях эксплуатации : специальность 05.09.01 "Электромеханика и электрические аппараты" : автореф. дис. ... кандидата технических наук / С. Н. Найден ; Омский государственный технический университет. - Омск, 2021. - 21 с. - Текст : непосредственный.

95. Неболюбов, Ю.Е. Фотоэлектрический метод исследования и настройки коммутации / Ю.Е. Неболюбов // Электричество. - 1956. - №11. -С. 34-37. - Текст : непосредственный.

96. Миронов, А.А Анализ степени искрения отдельных коллекторных пластин электрических машин фотостробоскопическим методом / А.А. Миронов А.А., Р.Х. Сайфутдинов. // Электротехника. - 2016. - №2. - С. 3-5. - Текст : непосредственный.

97. Лавринович, Л.Л. Применение фотоэлектронных умножителей для настройки коммутации электрических машин / Л.Л. Лавринович // Вестник электропромышленности. - 1957. -№12. - С. 40-44. - Текст : непосредственный.

98. Байсадыков, М. Ф. Разработка метода мониторинга скользящего контакта электрических машин / М. Ф. Байсадыков, А. С. Макаров // Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность - 2023 : Сборник статей по материалам международной научно-практической конференции,, Севастополь, 18-21 сентября 2023 года. - Севастополь: Севастопольский государственный университет, 2023. - С. 150-155

99. Миронов, А. А. Анализ степени искрения отдельных коллекторных пластин электрических машин фотостробоскопическим методом / А. А. Миронов, Р. Х. Сайфутдинов. // Электротехника. - 2016. - №2. - С. 3-5. - Текст : непосредственный

100. Основы диагностики технических устройств и сооружений / Г. А. Бигус, Ю. Ф. Даниев, Н. А. Быстрова, Д. И. Галкин. - Москва : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018. - 445 с. - Текст : непосредственный.

101. ГОСТ Р 52727-2007. Техническая диагностика. Акустико-эмиссионная диагностика. Общие требования. - Москва : Стандартинформ, 2007. - 16 с. - Текст : непосредственный.

102. Бехер С.А. Основы неразрушающего контроля методом акустической эмиссии: учеб. пособие / С.А. Бехер, А.Л. Бобров. - Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2013. - 145 с. - Текст : непосредственный.

103. Туричин, А. М.Электрические измерения неэлектрических величин / Туричин А. М., Новицкий П. В., Левшина Е. С. и др. - М.: Изд-во «Энергия», 1975. - 578 с. - Текст : непосредственный

104. Фурдуев, В. В. Электроакустика / В. В. Фурдуев - Ленинград : Гостехиздат, 1948. - 515 с. - Текст : непосредственный.

105. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021663040 Российская Федерация. Программа по контролю функционирования ЩКУ ЭДПТ с применением метода оценки технического

состояния по спектрам вибрации : № 2021661990 : заявл. 02.08.2021 : опубл. 11.08.2021 / А. Н. Цветков, О. А. Филина ; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский государственный энергетический университет».

106. Системы цифровые акустико-эмиссионные диагностические СЦАД-16.02 и СЦАД-16.03 // Федеральная государственная информационная система Росстандарта. - Текст : электронный. - URL: https://fgis.gostm/fundmetrology/registry/4/items/1380731 (дата обращения: 28.01.2023).

107. Шкодун, П. К. Разработка мобильного устройства для оценки качества коммутации тяговых электродвигателей подвижного состава / П. К. Шкодун. -Текст : непосредственный // Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов : материалы всероссийской научно -технической конференции с международным участием, Омск, 18 ноября 2022 года. - Омск : Омский государственный университет путей сообщения, 2022. -С. 262-269.

108. Повышение надежности усовершенствованного щеточно-коллекторного узла электродвигателя постоянного тока подвижного состава / О. А. Филина, А. Н. Цветков, А. Н. Хуснутдинов, А. Г. Логачева // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. - 2020. -№ 33. - С. 46-60. - Текст : непосредственный.

109. Пустыльник, Е. И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. / Е. И. Пустыльник - Москва : Наука, 1968. - 288 с. - Текст : непосредственный.

110. Спиридонов, А. А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов / А. А. Спиридонов. - Москва: Машиностроение, 1981. - 184 с. - Текст : непосредственный.

111. Математическая теория планирования эксперимента / под редакцией С. М. Ермакова. - Москва : Наука, 1983. - 392 с. - Текст : непосредственный.

112. Ивоботенко, Н. П. Планирование эксперимента в электротехнике / Н. П. Ивоботенко, И. П. Копылов. - Москва : Мир, 1976. - 375 с. - Текст : непосредственный.

113. Алабужев, П. М. Теория подобия и размерностей. Моделирование / П. М. Алабужев и др. - Москва : Высшая школа, 1968. - 208 с. - Текст : непосредственный.

114. Макаров, А. С. Анализ изменения интенсивности износа щеток в скользящем контакте синхронных машин / А. С. Макаров, М. Ф. Байсадыков // Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте : Материалы научной конференции, посвященной Дню Российской науки, Омск, 08 февраля 2024 года. - Омск: Омский государственный университет путей сообщения, 2024. - С. 299-305. - Текст : непосредственный

115. Бронштейн, И. Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов / И. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев. - Москва: Наука, 1980. -976 с. - Текст : непосредственный.

116. Кочегурова, Е. А. Теория и методы оптимизации : учебное пособие для академического бакалавриата / Е. А. Кочегурова. - Москва : Издательство Юрайт, 2017. - 133 с. - Текст : непосредственный.

117. Макаров А. С. Исследование процесса изнашивания электрических щеток в скользящем контакте синхронного тягового генератора / А. С. Макаров, В. В. Харламов, Д. И. Попов - Текст : непосредственный // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2025. - № 2. - С. 3-9.

118. Патент № 2548020 Российская Федерация, МПК Н0Ж 39/58. Способ контроля износа щеток и работы щеточно-коллекторного узла электрической машины : №2013131068/07 : заявлено 05.07.2013 : опубликовано 10.04.2015 / С. И. Малафеев, Ю. В. Тихонов. - 10 с. - Текст : непосредственный.

119. Патент № 2677243 Российская Федерация, МПК Н0Ж 39/58. Способ определения ресурса щеток тяговых коллекторных электродвигателей : №2017125902 : заявлено 18.07.2017 : опубликовано 16.01.2019 / В. В. Харламов, Д. И. Попов, М. Ф. Байсадыков. - 11 с. - Текст : непосредственный.

120. Патент на изобретение № 2851705 С1 Российская Федерация, МПК Н0Ж 39/58. Способ определения остаточного ресурса электрощеток синхронного тягового генератора : № 2024124252 : заявлено 20.08.2024 : опубликовано 28.11.2025 / В.В. Харламов, Д. И. Попов, Ю. В. Москалев, А. С. Макаров. - Текст : непосредственный.

121. Харламов, В. В. Методика настройки тяговых электродвигателей подвижного состава с критерием минимального износа элементов контактной пары «щетка-коллектор» / В. В. Харламов, М. Ф. Байсадыков, Д. И. Попов. -Текст : непосредственный // Вестник РГУПС. - 2018. - №3 (71). - С. 68-75.

122. Харламов, В. В. Методика определения параметров математической модели износа электрических щеток / В. В. Харламов, М. Ф. Байсадыков, Д. И. Попов. - Текст : непосредственный // Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте : материалы научной конференции / Омский государственный университет путей сообщения. - Омск : ОмГУПС, 2017. - С. 109-116. 93. Байсадыков, М. Ф. Оценка и прогнозирование износа электрических щеток тяговых двигателей с применением теории подобия / М. Ф. Байсадыков, Д. В. Супоня, П. К. Шкодун. - Текст : непосредственный // Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава : материалы V всероссийской научно-технической конференции с международным участием / Омский государственный университет путей сообщения. - Омск: ОмГУПС, 2019. - С. 222-229

123. Макаров, А. С. Методика определения остаточного ресурса щеточного узла тягового генератора с учетом особенностей эксплуатации и технического состояния щеточного узла / А. С. Макаров, М. Ф. Байсадыков // Повышение эффективности эксплуатации электромеханических преобразователей энергии в промышленности и на транспорте : Материалы X всероссийской научно-технической конференции с международным участием, посвященной 120-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, д.т.н., профессора М.Ф. Карасева и 80-летию со дня образования кафедры "Электрические машины и общая электротехника", Омск, 05-06 декабря 2023

года. - Омск: Омский государственный университет путей сообщения, 2023. -С. 100-108.

124. Харламов В. В., Попов Д. И., Москалев Ю. В., Макаров А. С. Способ определения остаточного ресурса электрощеток синхронного тягового генератора. Заявка на патент № 2024124 от 20.08.2024. Российская федерация. — Статус: Решение о выдаче патента от 30.09.2025. - Текст : непосредственный.

125. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2025686427 Российская Федерация. 0пределение остаточного ресурса электрических щеток синхронного тягового генератора : № 2025686427 : заявлено 11.09.2025 : опубликовано (зарегистрировано) 01.10.2025 / А. С. Макаров, В. В. Харламов, П. К. Шкодун, М. Ф. Байсадыков; заявитель ОмГУПС. - 1 с. - Текст : непосредственный.

Общество с ограниченной ответственностью «Сибэлектропривод»

АКТ

от «<-Ъ» г.

г. Новосибирск

«УТВЕРЖД^АЮ»

Об использовании результатов научных исследований и

разработок на производстве

Основание: Разработка Омского государственного университета путей сообщения (ОмГУПС). выполненная под руководством заведующего кафедрой «Электрические машины и общая электротехника», профессора, д.т.н. Харламова В. В.. при личном участии профессора, д. т. н. Попова Д. И. и аспиранта Макарова

Способ определения остаточного ресурса электрощеток синхронного тягового генератора.

Разработка выполнена в рамках работы по подготовке диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук и в соответствии с планом научно-технических работ Омского государственного университета путей сообщения № ГР 123101000123-8.

Составлен комиссией в составе:

Представителей предприятия - ООО «Сибэлектропривод»:

Заместитель главного конструктора Карпеев В.П. - председатель комиссии;

Начальник бюро НИОКР Рожков А. В.

Представители ОмГУПСа:

заведующий кафедрой, профессор, д. т. н. Харламов В. В.:

профессор, д. т. н. Попов Д. И.;

аспирант Макаров А. С.

А. С.

1. Разработка ОмГУПСа, характеризуемая основными особенностями (признаками):

Разработанная технология определения остаточного ресурса электрощеток синхронных тяговых генераторов основана на использовании рабочих параметров, фиксируемых бортовой системой мониторинга, для оценки интенсивности изнашивания щеточного узла; в качестве рабочих параметров используются частота вращения контактных колец и ток через щетки.

2. Предложения о дальнейшем использовании и другие замечания: Рекомендуется широкое использование указанной в акте разработки

ОмГ/ПСа для оценки остаточного ресурса щеток синхронных тяговых генераторов основываясь на данных непосредственной эксплуатации.

Составлен в трех экземплярах:

1-й экземпляр - ОмГУПС. Центр бизнес-проектов;

2-й экземпляр - ООО «Сибэлектропривод»;

3-й экземпляр - ОмГУПС, разработчику.

Председатель комиссии

/У ^В. В. Харламов

Ч/

^ _Д. И. Попов

Д с Макаров

. л

УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе ФГБОУ ВО «Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС ЮМИИТ))»

__Т. В. Комякова

апреля 2025 г.

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Макарова Артема Сергеевича в учебный процесс в Омском государственном университете путей сообщения

Комиссия в составе:

Лукаша А. В. - к. ф. н., доцента, и. о. начальника учебно-методического управления,

Шатохина А. П. - к. т. н., доцента, директора института электрического транспорта и систем энергообеспечения,

Харламова В. В. - д. т. н., профессора, заведующего кафедрой «Электрические машины и общая электротехника»,

составила настоящий акт в том, что результаты диссертационной работы Макарова А. С., а именно: математическая модель интенсивности изнашивания электрических щеток системы возбуждения тяговых синхронных генераторов, учитывающая ее конструкционные параметры и особенности условий эксплуатации; а также метод определения остаточного ресурса щеток тяговых синхронных генераторов, внедрены в учебный процесс на основании решения заседания кафедры «Электрические машины и общая электротехника» от 27 марта 2025 г., протокол № 13.

Указанные результаты используются при изучении дисциплины «Электротехнические комплексы и системы» аспирантами, обучающимися по специальности 2.4.2. «Электротехнические комплексы и системы», дисциплины «Электрические машины» студентами очной формы обучения по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» и специальности 23.05.05 «Системы обеспечения движения поездов» (специализация «Электроснабжение железных дорог»), а также дисциплины «Электрические машины и электропривод» студентами очной формы обучения по специальности 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог» (специализации «Электрический транспорт железных дорог», «Высокоскоростной наземный транспорт» и «Локомотивы»),

А. В. Лукаш А. П. Шатохин

В. В. Харламов

02.12.2025,13:52 ИЗ N«2851705

работы, а значения данных коэффициентов определяют исходя из условия минимизации расхождения расчетного и экспериментального значений интенсивности изнашивания. I пл., 2 табл.

( Начало )

I

В вол парамсчрои

/ щмки /

, I ■

/ Ввод среднею / Л / нажатии щетки А/ /

~ , I .-- -г- -

/ / Ввод параморов / Ввод долуст ииой

у / подвижного состава/ высот щетки/■„, ,р

Виол данных, полученных от борптон ониимм мониторинг мокататс.кй режимов работ

Измерение текущей высот ше1ки Ад

7

1'асче1 массивов данных, содержащих показатели режимов работ синхронною генератора (п. I)

Раечс! лианатоиов варьирования пока «а имей режимов работ в жеиернмен п:

X

')кснсримснтадыюс определение коэффициентов к\. Ь, к\, к*, а. <Л. <0

Рж'мп средней мггеН' сивности итноса щетки -1

|>асчст ос ¡атомного ресурса щечки Гю

^ Кореи ^

ФН1. I

Изобретение относится к области электротехники и может быть применено в качестве способа определения остаточного ресурса электрощеток синхронного тягового генератора.

Аналогом предлагаемого изобретения является способ контроля износа щеток и работы щеточно-коллекторного узла электрической машины, при котором сравнивают длину щеток с предельным значением, при достижении которого формируют контрольный сигнал, характеризуемый тем. что измеряют полное время г работы щеток от начала эксплуатации, ток якорной обмотки I и угловую скорость ротора П, вычисляют остаточный ресурс щеток по формуле:

Г(т) = Г0 - к, (Г|П(0|Л - к2 П2(С)(Н - к3 Г

1 о •'О -»о

е 'о сН.

(1)

где То - номинальный ресурс щеток;

к|. к2- кз - весовые коэффициенты, равные расчетным коэффициентам ресурсного изнашивания щеток;

¡о- ток холостого хода электрической машины, и фиксируют время полной работы щеток до формирования контрольного сигнала [1].

Недостаток данног о аналог а заключается в том. что этот способ требует установки дополнительного измерительного оборудования, а также этот способ не позволяет определять остаточный ресурс электрошеток. установленных на контактных кольцах синхронного тягового генератора, так как не учитывает особенности процесса изнашивания электрощеток на контактных кольцах.

Другим аналогом предлагаемою изобретения является способ определения ресурса работы щеток тяговых коллекторных электродвигателей, при котором сравнивают длину щеток с предельным значением, где скорость изнашивания щеток определяется исходя из заданных средних значений параметров режима работы (частоты вращения п. силы нажатия на щетку !Мср ш, тока щетки 1ш. энергии искрения №'п) по выражению

ДИ

д? = «

ф'

^ерщ + ^эк

П? • /щ2 • (1(Л/щу • />(Л/щ/)))5 + ' П • (2)

ЬНра А'пем! «РБ ruíreglSteгs-doc-vlewíf^ps_seгvlet•?DB=RUPAT&DocNumber=2851705&TypeFlte=Wml

2/13

02.12,21)25, 13:52

ИЗ №2351705

lif

(-1;+!)

В í в

(-ft': Ol__<0; 01 _т(+а'; 0)

-Vi

H;-I) № -л') (*J;-I) Фиг 2

https:Wn ew.f ¡pï.iu/negisters-ciQt-Yieuirfi ps_5en/lel7DB=RU RAT&DoçN umtier=2S517Q5STypeFile=litml