Управление микрошероховатостью в технологии восстановления изоляционных пальцев коллекторных тяговых электродвигателей

Машиностроение и машиноведение

Modern technologies. System analysis. Modeling, 2018, vol. 60, no. 4

25. Shastin V.I., Kargapoltcev S.K., Gozbenko V.E., Livshits A.V., Filippenko N.G. Results of the complex studies of microstructural, physical and mechanical properties of engineering materials using innovative methods. International Journal of Applied Engineering Research, 2017, Vol. 12, No. 24, pp. 15269-15272.

26. Kuz'min M.P., Kondrat'ev V.V., Larionov L.M., Kuz'mina M.Yu., Ivanchik N.N. Vozmozhnost' polucheniya splavov sistemy Al-Si s ispol'zovaniem amorfnogo mikrokremnezema [The possibility of producing alloys of the Al-Si system using amorphous microsilica]. Metallurg [Metallurgist], 2017, No. 1, pp. 101-105.

27. Kuz'min M.P., Kondrat'ev V.V., Larionov L.M., Kuz'mina M.Y., Ivanchik N.N. Possibility of preparing alloys of the Al-Si system using amorphous microsilica. Metallurgist, 2017, Vol. 61, pp. 86-91.

28. Kuz'min M.P., Kondrat'ev V.V., Larionov L.M., Zhalsanov B.G. Poluchenie siluminov s ispol'zovaniem amorfnogo mikrokremnezema [Obtaining silumin using amorphous microsilica]. Perspektivy razvitiya tekhnologii pererabotki uglevodorodnykh, rastitel'nykh i mineral'nykh resursov: materialy dokl. nauch.-prakt. konf. s mezhdunar. uchastiem, apr. 2017 g [Prospects for the development of technology for the processing of hydrocarbon, plant and mineral resources: materials reports. scientific-practical conf. from Intern. participation, Apr. 2017]. Irkutsk, 2017, pp. 48-50.

Информация об авторах

Authors

Колосов Александр Дмитриевич - аспирант, Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, e-mail: akolosov.irk@gmail.com

Kolosov Aleksandr Dmitrievich - Ph.D. student, Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, e-mail: akolosov.irk@gmail.com

Для цитирования

Разработка и моделирование конструкции машины для разделения наноразмерных материалов / А. Д. Колосов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2018. - Т. 60, № 4. - С. 8-15. - Б01: 10.26731/1813-9108.2018.4(60).8-15

УДК 621.33

И. О. Лобыцин, А. М. Худоногов, И. А. Худоногов

For citation

Kolosov A. D. Razrabotka i modelirovanie konstruktsii mashiny dlya razdeleniya nanorazmernykh materialov [Development and modeling of a machine design for the separation of nanoscale materials]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern Technologies. System analysis. Modeling], 2018, Vol. 60, No. 4, pp. 8-15. DOI: 10.26731/1813-9108.2018.4(60).8-15

DOI: 10.26731/1813-9108.2018.4(60).15-23

Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, Российская Федерация Дата поступления: 28 сентября 2018 г.

УПРАВЛЕНИЕ МИКРОШЕРОХОВАТОСТЬЮ В ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИОННЫХ ПАЛЬЦЕВ КОЛЛЕКТОРНЫХ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Аннотация. В статье затронута одна из наиболее актуальных проблем в области электромашиностроения, которая связана с надежностью изоляции тяговых электродвигателей железнодорожного подвижного состава. Проведен глубокий анализ взаимосвязи электрической и магнитной систем электрических машин постоянного тока с выявлением наиболее уязвимого к поверхностному перекрытию изоляционного элемента - изоляционного пальца кронштейна щеткодержателя траверсы. Рассмотрена микроструктура подверженного перекрытию изоляционного пальца и проведена последующая оценка основных причин возникновения данного дефекта при эксплуатации.

Разработана и представлена наиболее эффективная технология восстановления изоляции пальцев кронштейнов щеткодержателей с применением теплового некогерентного излучения. Показана специально разработанная исследовательская установка по восстановлению пальцев ИК-излучением, на которой был выбран наиболее оптимальный режим сушки изоляционного лака. Проведен сравнительный анализ между традиционной сушкой при деповских условиях и предлагаемой терморадиационной сушкой на лабораторной установке по параметру шероховатости изоляционной лаковой поверхности пальца. Описано влияние неровностей боковой поверхности пальца на показатель напряжения перекрытия изоляции.

По результатам сравнительных экспериментов для каждого вида сушки получены показатели шероховатости полимерной поверхности объекта, определенные органолептическим методом и при помощи профилометра TR200. Результаты исследования представлены в таблицах и отображены графически, с целью последующей формулировки выводов. В конце представлены дальнейшие мероприятия по увеличению поверхностной прочности изоляционных конструкций путем управления наношероховатостью в технологии их восстановления с использованием когерентного инфракрасного излучения.

Ключевые слова: трекингостойкость, микрошероховатость, перекрытие изоляции, щеточный аппарат, изоляционный палец щеткодержателя.

© И. О. Лобыцин, А. М. Худоногов, И. А. Худоногов, 2018

15

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Современные технологии. Системный анализ. Моделирование № 4 (60) 2018

I. O. Lobytsin, A. M. Khudonogov, I. A. Khudonogov

Irkutsk State Transport University, Irkutsk, the Russian Federation Received: September 28, 2018

CONTROLLING MICROROUGHNESS IN THE TECHNOLOGY OF RESTORATION OF INSULATING FINGERS OF COLLECTOR TRACTIVE ELECTRIC MOTORS

Abstract. The article touched upon one of the most pressing problems in the field of electrical engineering, which is associated with the reliability of the insulation of traction motors of railway rolling stock. An in-depth analysis of the relationship between the electric and magnetic systems of direct current electric machines was carried out, revealing the one which is most vulnerable to the surface overlap of the insulating element - the insulating finger of the brush holder arm of the traverse. The microstructure of the insulating finger subject to overlap is considered and the subsequent assessment of the main causes of this defect during operation is carried out.

The most effective technology for restoring the insulation of the fingers of the brush holder arms using thermal incoherent radiation has been developed and presented. A specially developed research facility for the restoration offingers with infrared radiation is shown, in which the most optimal drying mode of insulating varnish was selected.

A comparative analysis was carried out between the traditional drying under depot conditions and the proposed thermoradiation drying in a laboratory setting on the roughness parameter of the insulating varnish of a finger. The influence of the irregularities of the lateral surface of the finger on the voltage indicator overlap insulation is described.

According to the results of comparative experiments for each type of drying, indicators of the roughness of the polymer surface of the object, determined by the organoleptic method and using a TR200 profilometer, were obtained. The results of the study are presented in tables and displayed graphically, with a view to the subsequent formulation of conclusions. At the end, further measures are presented to increase the surface strength of insulating structures by controlling the nanoroughness in the technology of their recovery using coherent infrared radiation.

Keywords: tracking resistance, microroughness, isolation overlap, brush apparatus, insulating finger of the brush holder arm.

Введение

Наиболее тщательный анализ надежности изоляционных пальцев (ИП) коллекторных тяговых электродвигателей локомотивов, эксплуатируемых на железных дорогах России, а также основные причины их отказов в результате перекрытия или пробоя ранее были представлены в работах И. О. Лобыцина и Е. Ю. Дульского. По результатам выполненного анализа стало очевидно, что существующие технологии изготовления и ремонта изоляционных конструкций электрических машин не обеспечивают необходимую надежность, в связи с чем требуются новые более эффективные методы изготовления и восстановления изоляции [1-3]. Также в этих работах были указаны пути перехода к новым технологиям на основе применения некогерентного и когерентного теплового излучения для управления микрошероховатостью с целью получения высокой механической и электрической прочности при изготовлении и восстановлении ИП.

Анализ взаимодействия магнитной и электрической системы На протяжении длительного времени сотрудниками кафедры «Электроподвижной состав» Иркутского государственного университета путей сообщения ведется анализ надежности изоляцион-

ных конструкций элементов тяговых электродвигателей (ТЭД) локомотивов и моторвагонного подвижного состава. Пробои изоляции и межвитко-вые замыкания обмоток электромагнитной системы коллекторных ТЭД напрямую коррелируют с условиями коммутационных процессов, и наоборот, на основании единства электромагнитной системы, состояние изоляционных конструкций обмоток якоря и магнитной системы напрямую оказывают влияние на оптимизацию коммутационного процесса [4, 5]. По своей значимости главным контактом между магнитной и электрической системой ТЭД является щеточный аппарат, расположенный на поворотной траверсе (рис. 1), от надежности этого аппарата зависит устойчивость электромагнитной системы и надежная работа электровоза в целом.

Был предложен ряд инновационных технических решений по повышению надежности изоляционных конструкций электромагнитной системы ТЭД, однако надежности ИП не уделялось должного внимания, поэтому объектом исследования стал металлополимерный изоляционный палец 1 кронштейна щеткодержателя коллекторного ТЭД электровозов переменного и постоянного тока (рис. 1).

Рис. 1. Траверса тягового электродвигателя: 1 - палец изоляционный; 2 - кронштейн щеткодержателя; 3 - щеткодержатель; 4 - корпус траверсы;

5 - разжимное устройство

В соответствии с технологическими картами на изготовление и восстановление ИП отводится до 15 часов. Причем большая часть этого времени уходит на подготовку ИП к пропитке путем предварительного их нагрева в конвективных печах и после пропитки на сушку изоляционного лака в тех же печах [6, 7]. Контроль качества всех технологических операций осуществляется замерами шероховатости и испытаниями на электрическую прочность. Как показал эксперимент, существует прямая корреляция между шероховатостью и электромеханической прочностью. При шероховатости поверхности полимерной части ИП в 6,3 мкм (норма в современных технологиях изготовления и восстановления ИП) наблюдается картина многочисленных заходов электровозов на неплановый ремонт, особенно в осенне-зимне-

весенний период времени, из-за отказов электромагнитной системы ТЭД [8, 9].

Перекрытие изоляционных пальцев

Главной причиной перекрытия ИП принято считать постепенное образование токопроводящих угольных дорожек на поверхности внешней изоляции вследствие совместного воздействия электрического напряжения, влажности и загрязнений. Устойчивость изоляционных материалов к тре-кинго-эрозионным разрушениям измеряется классом трекингостойкости материалов. Визуальный осмотр боковой поверхности ИП после длительной эксплуатации указывает на наличие микро- и макротрещин, заполненных графитовой пылью, что приводит к скорому перекрытию изоляции (рис. 2), где светлой частью является прессматери-ал, темной - обгоревший изоляционный лак.

Рис. 2. Результат перекрытия изоляционного пальца в десятикратном увеличении

Для повышения устойчивости к напряжению перекрытия более эффективным решением следует считать увеличение диэлектрической поверхностной прочности ИП. Гладкая и глянцевая поверхность отремонтированного пальца позволит повысить его устойчивость к превышению температуры от лучистой энергии в моменты переброса электрической дуги по коллектору ТЭД, температура которой достигает порядка 1500 °С в очаге дугообразования [10, 11]. Эта устойчивость обеспечивается значительным снижением шероховатости ИП, ведь гладкая лаковая пленка отражает больше лучистой энергии и, соответственно, имеет больший запас прочности.

При сниженной шероховатости оседание угольной пыли от электрощеток значительно снижается за счет того, что уменьшается количество неровностей для ее скопления. Требования к шероховатости поверхности детали устанавливают исходя из функционального назначения поверхности, конструктивных особенностей детали и возможности их достижения рациональными методами обработки детали. При выборе нормируемых параметров шероховатости учитывают их влияние на эксплуатационные свойства поверхности [12, 13]. Основным во всех случаях является нормирование высотных параметров. Предпочтительным считается и чаще используется параметр Ял, который наиболее информативен и обеспечен надежными средствами измерений [14, 15].

Исследования микрошероховатости

изоляции

В настоящее время проведены лабораторные экспериментальные исследования по восстановле-

нию ИП некогерентным тепловым излучением с контролем шероховатости, электрической прочности и твердости полимера.

В программу лабораторных исследований были включены серии экспериментальных работ, позволяющие проверить научную гипотезу о влиянии шероховатости ИП на электромеханическую прочность. Методикой и техникой экспериментальных работ предусматривались сравнительные экспериментальные исследования штатной технологии восстановления ИП с применением конвективного тепломассообмена и предлагаемой технологии с применением теплового излучения. С этой целью была спроектирована и изготовлена лабораторная установка (рис. 3) и подобраны контрольно-измерительные приборы (рис. 4).

Установка позволяет моделировать различные режимы энергоподвода к пропитанному ИП. Изменение режимов энергоподвода осуществлялось путем регулировки расстояния между поверхностями ИК-облучателя и ИП, а также изменением частоты вращения ИП.

Для эксперимента были выбраны 20 образцов: 10 ИП восстановлены по штатной технологии нагрева конвективным методом; 10 ИП восстановлены с применением теплового излучения при измененных режимах сушки.

Первоначально контроль шероховатости выполнялся органолептическим методом, путем сравнения восстановленной изоляционной поверхности пальца с контрольными образцами по определению шероховатости. Результаты исследования представлены в табл. 1.

оо ее I

Modern technologies. System analysis. Modeling, 2018, vol. 60, no. 4

Рис. 3. Общий вид лабораторной установки: 1 - механизм фокусировки; 2 - ИК-облучатель; 3 - изоляционный палец; 4 - механизм крепления пальца; 5 - выключатели автоматические; 6 - кнопки управления электроприводом; 7 - вольтметры; 8 - лампы индикации; 9 - регулятор мощности;

10 - тумблеры

а)

б)

ж<0 к »в.4.1

Кл-40 MUS

HjHH

Рис. 4. Контрольно-измерительные приборы для определения показателя шероховатости поверхности ИП: а - контрольные образцы шероховатости поверхностей; б - профилометр ТК200

В связи с тем, что органолептический метод не позволяет определить с высокой точностью результаты измерений, одновременно было решено произвести контроль шероховатости с помощью профилометра ТЯ200.

Методика и последовательность выполнения эксперимента с помощью прибора измерения шероховатости заключалась в следующем. Необходимо:

1. Надежно закрепить датчик с алмазным пером в специальный разъем в приборе. Перо датчика является основной частью данного прибора и требует особого внимания.

2. Установить прибор и образец в одной плоскости, как на рис. 5, произвести замер.

3. С жидкокристаллического дисплея снять показания и занести в таблицу (табл. 2).

ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения

Современные технологии. Системный анализ. Моделирование № 4 (60) 2018

Рис. 5. Установка профилометра и пальца для верного определения шероховатости: 1 - подставка под палец и профилометр; 2 - изоляционный палец; 3 - датчик с алмазным пером;

4 - профилометр

Т а б л и ц а 1

Результаты шероховатости, полученные при органолептическом контроле

Номер опыта Конвективным способом; Ra, мкм Номер опыта Терморадиационным способом; Ra, мкм

1 2,0 1 1,0

2 2,0 2 1,25

3 2,0 3 1,0

4 2,5 4 1,0

5 2,0 5 1,25

6 2,5 6 1,25

7 2,0 7 1,25

8 2,5 8 1,0

9 2,5 9 1,0

10 2,5 10 1,25

Т а б л и ц а 2

Результаты шероховатости, полученные с помощью про( шлометра TR200

Номер опыта Конвективным способом; Ra, мкм Номер опыта Терморадиационным способом; Ra, мкм

1 1,650 1 0,566

2 1,630 2 0,711

3 1,652 3 0,569

4 1,739 4 0,587

5 1,659 5 0,731

6 1,760 6 0,732

7 1,558 7 0,712

8 1,790 8 0,556

9 1,830 9 0,402

10 1,795 10 0,701

Modern technologies. System analysis. Modeling, 2018, vol. 60, no. 4

Для наглядного отображения показателей шероховатости при различных методах сушки был построен график по данным табл. 1 и 2, соответственно при органолептическом контроле и при помощи профилометра (рис. 6).

Заключение

Исходя из полученных данных, вследствие проведенного эксперимента, можно судить о том, что шероховатость при конвективной и терморадиационной сушке существенно отличается, согласно показаниям, нам удалось снизить данный параметр в среднем в 3 раза, что позволяет с увез

ренностью утверждать об увеличении трекинго-стойкости пальца во время эксплуатации. В свою очередь, это будет приводить к уменьшению перекрытия и, как следствие, сулит уменьшение отказов ТЭД постоянного тока по этой причине [16, 17]. Данное значительное улучшение происходит за счет того, что во время вращения горизонтально располагающегося пальца происходит равномерное «наматывание» лака и послойный процесс запекания.

s

и -

а СЙ

I в о х о

С.

щ

Конвективная сушка,

органолептическии

контроль

Конвективная сушка,

контроль профнлометром

НК сушка,

органолептическии

контроль

1Ж сушка, контроль

профнлометром

5 6 Номер опыта

Рис. 6. График исследования шероховатости изоляционных пальцев

В настоящее время идет планирование эксперимента по переводу технологии восстановления ИП с некогерентной технологии упрочнения на комбинированную с подключением лазерного теплового излучения для полировки поверхности

ИП до уровня наношероховатости. С этой целью разрабатывается установка для упрочнения ИП на основе некогерентного и когерентного теплового излучения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Лобыцин, И.О. Повышение надежности изоляционных пальцев кронштейнов щеткодержателей электрических машин тягового подвижного состава / И.О. Лобыцин, Е.Ю. Дульский, А.А. Васильев // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2017 №4 (56). - С 218 - 224 с

2. Дульский Е.Ю. Совершенствование технологии восстановления пальцев щеткодержателей электрических машин тягового подвижного состава. Транспортная инфраструктура Сибирского региона: Материалы шестой международной научно-практической конференции 2016 г. Иркутск: В 2 т. - Иркутск: Изд-во ИрГУПС, 2016. - 760 с.

3. Лобыцин И.О., Разработка и исследование установки для сушки изоляционных пальцев кронштейнов щеткодержателей/ Лобыцин И.О., Худоногов А.М., Дульский Е.Ю., Тюменцев А.В. // Наука и молодежь: сборник трудов Четвертой Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Иркутск: ИрГУПС, 2018. - С. 123-127.

4. Худоногов А.М., Анализ конструктивных особенностей элементов электромагнитной системы тяговых электродвигателей локомотивов / А.М. Худоногов, Е.Ю. Дульский, В.Н. Иванов, И.О. Лобыцин //Транспортная инфраструктура Сибирского региона: Материалы девятой международной научно-практической конференции 10-13 апреля 2018 г. Иркутск: В 1 т. - Иркутск: Изд-во ИрГУПС, 2018. -Т. 2. 688 с. - С. 351-355.

5. Технологическая карта ТП.77ВСБ.00009 ремонта изоляционных пальцев щеткодержателя при ТР-3.

6. Распоряжение №814р от 1.04.2014. Об утверждении Технологической инструкции Техническое обслуживание электровозов и тепловозов в эксплуатации; Москва.

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Современные технологии. Системный анализ. Моделирование № 4 (60) 2018

7. Лобыцин И.О., Зональное распределение эксплуатационных особенностей электровозов на восточном полигоне/ И.О. Лобыцин, М.Ю. Хажеева, А.М. Худоногов, Е.Ю. Дульский, П.Ю. Иванов, Н.И. Мануилов // Наука и молодежь: сборник трудов Четвертой Всероссийскойнаучно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (апрель - май 2018 г.). -Иркутск: ИрГУПС, 2018. - 1049 с. - С 118-123.

8. Шантаренко С.Г. Особенности токосъема в коллекторно-щеточном узле тяговых электродвигателей электровозов 2ЭС6: С.Г. Шантаренко, О.Д. Юрасов - Известие Транссиба, 2015. - 125 с.

9. Окрепилов В.В. Швец В.Е. Рубцов Ю.Н. Служба управления качеством продукции. Л.: Лениздат, 2014.

10. Лыткина Е.М. Повышение эффективности капсулирования изоляции лобовых частей обмоток тяговых двигателей электровозов инфракрасным излучением: диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. - Иркутск, 2011. - 205 с.

11. Маркова Т.В., Крыжановская И.М. Шероховатость поверхностей: Методические указания. - СПб.: Издательство Политехнического университета, 2006. 32 с.

12. ГОСТ 25142-82. Шероховатость поверхности. Термины и определения.

13. Дульский Е.Ю. Зональная система повышения надежности электрических машин тягового подвижного состава / Е. Ю. Дульский, П.Ю. Иванов, Е.М. Лыткина // М.: ФГБУ ДПО «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2018. — 483 с. Режим доступа: http://umczdt.ru/books/lokomotivy/zonalnaya-sistema-povysheniya-nadezhnosti-elektricheskikh-ma-shin-tyagovogo-podvizhnogo-sostava/ - Загл. с экрана.

14. Дульский Е.Ю. Больше внимания изоляционным конструкциям двигателей/ Е. Ю. Дульский, П.Ю. Иванов, А.М. Худоногов// Журнал «Локомотив» №7 (739), 2018. - С. 36-37.

15. Дульский Е.Ю. Basis for Local Methods of Insulation Hardening of Traction Rolling Stock Electrical Machines / Е. Ю. Дульский, П.Ю. Иванов, А.М. Худоногов // Energy Management of Municipal Transportation Facilities and Transport EMMFT 2017: International Scientific Conference Energy Management of Municipal Transportation Facilities and Transport EMMFT 2017 pp 109119.

16. Дульский Е.Ю. Моделирование режимов ИК-энергоподвода в технологии продления ресурса тяговых электрических машин с использованием метода конечных элементов Вестник ИрГТУ / под ред. Головных И.М. и др. - Иркутск: изд-во ИрГТУ, 2013, №12

17. Дульский Е.Ю. Совершенствование технологии восстановления изоляции электрических машин тягового подвижного состава при деповском ремонте диссертация ... кандидата технических наук: 05.22.07 / Омский государственный университет путей сообщения. Иркутск, 2014.

18. Дульский Е.Ю. Технология капсулирования электроизоляции обмоток электрических машин и энергетических установок с использованием ИК-излучения / Дульский Е.Ю., Пыхалов А.А. // Пятая науч.-практическая конференция «Молодежь. Проекты. Идеи». Сборник трудов. Иркутск : ИАЗ. 2016. 109 с. С. 14-18.

REFERENCES

1. Lobytsin I.O., Dul'skii E.Yu., Vasil'ev A.A. Povyshenie nadezhnosti izolyatsionnykh pal'tsev kronshteinov shchetkoderzhatelei el-ektricheskikh mashin tyagovogo podvizhnogo sostava [Improving the reliability of the insulating fingers of the brackets of the brush holders of electric machines for traction rolling stock]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern Technologies. System Analysis. Modeling], 2017, No. 4 (56), pp. 218-224.

2. Dul'skii E.Yu. Sovershenstvovanie tekhnologii vosstanovleniya pal'tsev shchetkoderzhatelei elektricheskikh mashin tyagovogo podvizhnogo sostava [Improving the technology of restoring the fingers of the brush holders of electric machines for traction rolling stock]. Transportnaya infrastruktura Sibirskogo regiona: Materialy shestoi mezhdunarodnoi nauchnoprakticheskoi konferentsii 2016 g [Transport infrastructure of the Siberian region: Proceedings of the 6th International Scientific and Practical Conference 2016]. Irkutsk: in 2 vols. Irkutsk: IrGUPS Publ., 2016, 760 p.

3. Lobytsin I.O., Khudonogov A.M., Dul'skii E.Yu., Tyumentsev A.V. Razrabotka i issledovanie ustanovki dlya sushki izolyatsionnykh pal'tsev kronshteinov shchetkoderzhatelei [Development and research of the installation for drying the insulating fingers of the brackets of the brush holders]. Nauka i molodezh': sbornik trudov Chetvertoi Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii stu-dentov, aspirantov i molodykh uchenykh [Science and Youth: Collected works of the Fourth All-Russian Scientific-Practical Conference of Students, Postgraduates, and Young Scientists]. Irkutsk: IrGUPS Publ., 2018, pp. 123-127.

4. Khudonogov A.M., Dul'skii E.Yu., Ivanov V.N., Lobytsin I.O. Analiz konstruktivnykh osobennostei elementov elektromagnitnoi sistemy tyagovykh elektrodvigatelei lokomotivov [Analysis of the design features of the elements of the electromagnetic system of locomotive traction motors]. Transportnaya infrastruktura Sibirskogo regiona: Materialy devyatoi mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii 10-13 aprelya 2018 g [Transport Infrastructure of the Siberian Region: Proceedings of the Ninth International Scientific and Practical Conference April 10-13, 2018]. Irkutsk: In 1 vol. Irkutsk: IrGUPS Publ., 2018, Vol.2, 688 p., pp. 351-355.

5. Tekhnologicheskaya karta TP.77VSB.00009 remonta izolyatsionnykh pal'tsev shchetkoderzhatelya pri TR-3 [Process chart flowsheet TP.77VSB.00009 of the maintenance of insulating fingers of the brush holder when TR-3].

6. Rasporyazhenie No.814r ot 1.04.2014. Ob utverzhdenii Tekhnologicheskoi instruktsii Tekhnicheskoe obsluzhivanie elektrovozov i teplovozov v ekspluatatsii [Disposition No. 814p dated 1.04.2014. On approval of the Technology guideline "Technical maintenance of electric locomotives and diesel locomotives in operation"]; Moscow.

7. Lobytsin I.O., Khazheeva M.Yu., Khudonogov A.M., Dul'skii E.Yu., Ivanov P.Yu., Manuilov N.I. Zonal'noe raspredelenie ek-spluatatsionnykh osobennostei elektrovozov na vostochnom poligone [Zonal distribution of operational features of electric locomotives on the eastern polygon]. Nauka i molodezh': sbornik trudov Chetvertoi Vserossiiskoinauchno-prakticheskoi konferentsii studentov, aspirantov i molodykh uchenykh (aprel' - mai 2018 g) [Science and Youth: a collection of works of the Fourth All-Russian Scientific and Practical Conference of Students, Postgraduates and Young Scientists (April - May 2018)]. Irkutsk: IrGUPS Publ., 2018, 1049 p., pp. 118-123.

Modern technologies. System analysis. Modeling, 2018, vol. 60, no. 4

8. Shantarenko S.G., Yurasov O.D. Osobennosti tokos"ema v kollektomo-shchetochnom uzle tyagovykh elektrodvigatelei el-ektrovozov 2ES6 [Features of current pick-up in the collector-brush unit of traction electric motors of electric locomotives 2ES6]. Izvestiya Transsiba [Journal of Transsib Railway Studies], 2015, 125 p.

9. Okrepilov V.V., Shvets V.E., Rubtsov Yu.N. Sluzhba upravleniya kachestvom produktsii [The service of quality management products]. Leningrad: Lenizdat Publ., 2014.

10. Lytkina E.M. Povyshenie effektivnosti kapsulirovaniya izolyatsii lobovykh chastei obmotok tyagovykh dvigatelei elektrovozov infrakrasnym izlucheniem [Improving the efficiency of encapsulation of the insulation of the frontal parts of the windings of traction motors of electric locomotives by infrared radiation] : A thesis in support of candidature for Ph.D. in Engineering. Irkutsk, 2011, 205 p.

11. Markova T.V., Kryzhanovskaya I.M. Sherokhovatost' poverkhnostei: Metodicheskie ukazaniya [Roughness of surfaces: Methodology instructions]. St.Petersburg: Polytechnic University Publ., 2006, 32 p.

12. GOST 25142-82. Sherokhovatost' poverkhnosti. Terminy i opredeleniya [Surface Roughness. Terms and Definitions].

13. Dul'skii E.Yu., Dul'skii E. Yu., Ivanov P.Yu., Lytkina E.M. Zonal'naya sistema povysheniya nadezhnosti elektricheskikh mashin tyagovogo podvizhnogo sostava [Zonal system of increasing the reliability of electric cars of traction rolling stock]. Moscow: FSBE "Training and Methodological Center for Education in Railway Transport" Publ., 2018, 483 p. Access mode: http://umczdt.ru/books/lokomotivy/zonalnaya-sistema-povysheniya-nadezhnosti-elektricheskikh-ma-shin-tyagovogo-podvizhnogo-sostava/. Screen title.

14. Dul'skii E.Yu., Ivanov P.Yu., Khudonogov A.M. Bol'she vnimaniya izolyatsionnym konstruktsiyam dvigatelei [More attention to the engine insulating structures]. Zhurnal «Lokomotiv» [LokomotiveMagazine], No.7 (739), 2018, pp. 36-37.

15. Dul'skii E.Yu. Ivanov P.Yu., Khudonogov A.M. Basis for Local Methods of Insulation Hardening of Traction Rolling Stock Electrical Machines. Energy Management of Municipal Transportation Facilities and Transport EMMFT 2017: International Scientific Conference Energy Management of Municipal Transportation Facilities and Transport EMMFT, 2017, pp. 109-119

16. Dul'skii E.Yu. Modelirovanie rezhimov IK-energopodvoda v tekhnologii prodleniya resursa tyagovykh elektricheskikh mashin s ispol'zovaniem metoda konechnykh elementov [Modeling IR power supply modes in the technology of extending the service life of traction electric machines using the finite element method]. Vestnik IrGTU [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. In Golov-nykh I.M. et al. (ed.). Irkutsk: IrGTU Publ., 2013, No.12 (83), 425 p., pp. 258 - 263

17. Dul'skii E.Yu. Sovershenstvovanie tekhnologii vosstanovleniya izolyatsii elektricheskikh mashin tyagovogo podvizhnogo sostava pri depovskom remonte [Perfecting the technology of restoration of isolation of electric cars of a traction rolling stock at depot repair]. Ph.D. (Engineering) thesis: 05.22.07. Omsk State Transport University. Irkutsk, 2014.

18. Dul'skii E.Yu., Pykhalov A.A. Tekhnologiya kapsulirovaniya elektroizolyatsii obmotok elektricheskikh mashin i energetich-eskikh ustanovok s ispol'zovaniem IK-izlucheniya [The technology of encapsulation of electrical insulation windings of electrical machines and power plants using infrared radiation]. Pyataya nauch.-prakticheskaya konferentsiya «Molodezh'. Proekty. Idei». Sbornik trudov [The fifth scientific and practical conference "Youth. Projects Ideas. Collection of papers]. Irkutsk: IAZ Publ., 2016, 109 p., pp. 14-18.

Информация об авторах Authors

Лобыцин Игорь Олегович - аспирант кафедры «Электроподвижной состав», Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, e-mail: lobycin@mail.ru

Худоногов Анатолий Михайлович - д. т. н., профессор кафедры «Электроподвижной состав», Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, e-mail: a.hudonogov@yandex.ru

Худоногов Игорь Анатольевич - д. т. н., профессор кафедры «Электроэнергетика транспорта», Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, e-mail: Hudonogovi@mail.ru

Lobytsin Igor' Olegovich - Ph.D. student of the Subdepartment of Electric Stock, Irkutsk State Transport University, e-mail: lobycin@mail.ru

Khudonogov Anatolii Mikhailovich - Doctor of Engineering Science, Prof. of the Subdepartment of Electric Stock, Irkutsk State Transport University, e-mail: a.hudonogov@yandex.ru

Khudonogov Igor' Anatol'evich - Doctor of Engineering Science, Prof. of the Subdepartment of Electric Power Industry of Transport, Irkutsk State Transport University, e-mail: Hu-donogovi@mail.ru

Для цитирования

Лобыцин И. О. Управление микрошероховатостью в технологии восстановления изоляционных пальцев коллекторных тяговых электродвигателей / И. О. Лобыцин, А. М. Худоно-гов, И. А. Худоногов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2018. - Т. 60, № 4. - С. 1523. - БО!: 10.26731/1813-9108.2018.4(60).15-23

For citation

Lobytsin I. O., Khudonogov A. M., Khudonogov I. A. Upravlenie mikrosherokhovatost'yu v tekhnologii vosstanovleniya izoly-atsionnykh pal'tsev kollektornykh tyagovykh elektrodvigatelei [Controlling microroughness in the technology of restoration of insulating fingers of collector tractive electric motors]. Sovremen-nye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern Technologies. System analysis. Modeling], 2018, Vol. 60, No. 4, pp. 15-23. DOI: 10.26731/1813-9108.2018.4(60).15-23

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Современные технологии. Системный анализ. Моделирование № 4 (60) 2018

УДК 658.567.1

С. А. Небогин, В. О. Горовой, В. А. Ершов

DOI: 10.26731/1813-9108.2018.4(60).23-31

Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Российская Федерация Дата поступления: 15 сентября 2018 г.

ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ МАШИН

ДЛЯ СИНТЕЗА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Аннотация. Данная статья посвящена способам переработки пыли, уносимой от рудотермических печей кремниевого производства. Проведен химический и гранулометрический анализ пыли уноса кремниевого производства. Рассмотрена возможность применения гравитационно-центробежной сепарации для получения целевых продуктов, таких как шарообразный диоксид кремния и наноструктурированный углерод. Сепарация пыли рукавных фильтров кремниевого производства на углеродную и микрокремнеземистую составляющую происходила на разработанном стенде, состоящем из пяти последовательно установленных гравитационно-центробежных пылеуловителей (циклонов). Частицы микрокремнезема, имея большую истинную плотность по сравнению с углеродными частицами, в большей степени подвергались влиянию центробежных сил во время прохождения циклона. Пылегазовый поток создавался при помощи компрессора и пыледозирующего устройства, включающего шнековый питатель и щелевой затвор. Запыленность пылегазового потока 33 г/нм3 при производительности по сырью 1 кг/ч. В качестве сырья использовалась пыль печей, отобранная рукавными фильтрами из трубопровода, уносящего пылегазовый поток от печей кремния. Моделирование процесса гравитационно-центробежной сепарации показало возможность полного разделения частиц диоксида кремния и углерода. В результате серии испытаний удалось достичь повышения концентрации микрокремнезема с 93 % до 98 % с выходом продукта до 35 % по массе. Удалось добиться увеличения концентрации углеродной фракции с 6 % до 24 % с выходом продукта 10 %. Малая эффективность использования данного метода сепарирования возникает из-за механически связанных частиц диоксида кремния и углерода, разделение которых, вероятнее всего, возможно только химическими способами. Математические расчеты и результаты математического моделирования свидетельствуют о возможности увеличения выхода готового продукта в случае изменения геометрических размеров пылеулавливающих устройств и режимов работы тягодутьевого оборудования стенда.

Ключевые слова: диоксид кремния, наноструктурированный углерод, гравитационно-центробежная сепарация, пыль уноса, наносилика.

S. A. Nebogin, V. O. Gorovoy, V. A. Ershov

Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, the Russian Federation Received: September 15, 2018

THEORY AND METHODS OF CREATING MACHINES FOR THE SYNTHESIS OF ENGINEERING MATERIALS

Abstract. This article deals with methods of processing of the dust carried away from ore-thermal furnaces of silicon production. Chemical and granulometric analysis of dust entrainment of silicon production is carried out. The possibility of application of gravity-centrifugal separation to obtain target products, such as spherical silicon dioxide and nanostructured carbon, is considered. Separation of dust from the silicon production bag filters in carbon and microsilica components took place on the developed stand that consisted of five consecutively mounted gravity-centrifugal dust collectors (cyclones). Microsilica particles, having a higher true density compared to carbon particles, were more exposed to the influence of centrifugal forces during the passage of the cyclone. The dust and gas flow was created with the help of a compressor and a dust-dosing device including a screw feeder and a slit gate. Dustiness of the dust and gas flow is 33 g/Nm3, with a performance of raw material of 1 kg/h. Dust from furnaces, collected by bag filters from the pipeline, carrying the dust and gas flow from the furnaces of silicon, was used as the raw materials. Simulation of the gravitational-centrifugal separation process showed the possibility of complete separation of silicon dioxide and carbon particles. As a result of a series of tests, it was possible to achieve an increase in the concentration of microsilica suspension from 93% to 98% with a product yield of up to 35% by weight. It was possible to increase the concentration of carbon fraction from 6% to 24% with a product yield of 10 %. Low efficiency of using this method of separation occurs due to mechanically bound particles of silicon dioxide and carbon, the separation of which is most likely possible only by chemical methods. Mathematical calculations and the results of mathematical modeling indicate that it is possible to increase the yield of the finished product in the case of changes in the geometric dimensions of dust-collecting devices and the modes of operation of the draft equipment of the stand.

Keywords: silicon dioxide, nano-structured carbon, gravitational-centrifugal separation, fly ash, nanosilica.

Введение

Металлургическая промышленность ежегодно производит большое количество отходов различных видов и классов опасности. В послед-

ние годы наблюдается ужесточение природоохранного законодательства, что вынуждает предприятия разрабатывать методики и технологии уменьшения пагубного воздействия на окружаю-

24 © С. А. Небогин, В. О. Горовой, В. А. Ершов, 2018