Россия
Цель: рассмотреть задачу повышения срока службы и надежности тяговых электродвигателей (ТЭД) локомотивов; выполнить оценку влияния термомеханических напряжений на срок службы их изоляционного материала. Методы: основным методом исследования и расчета температурных полей выбрана теория теплопередачи в многослойных материалах и метод конечных элементов, выполненный в программном пакете SolidWorks. Результаты: итоги исследования показывают, что термомеханические напряжения играют значительную роль в процессе динамического термического старения системы изоляции обмоток ТЭД. Была разработана методика для численного исследования напряженно-деформированного состояния материала изоляции ТЭД на различных этапах статического и циклического нагружения. Установлено, что основным фактором, определяющим интенсивность старения изоляции, является влияние знакопеременных циклических термомеханических напряжений, а не термохимическое разрушение пропиточного состава. Получены аналитические выражения для оценки напряженно-деформированного состояния изоляции ТЭД, которые отличаются тем, что они требуют сравнительно небольшого объема исходных данных и позволяют выполнить прочностные расчеты с учетом особенностей системы электропривода. Разработана приближенная прогнозирующая модель для оценки межфазных термических напряжений в сборке материалов паза обмотки ТЭД. Материал изоляции считается линейно-эластичным при уровне деформации ниже предела текучести. Соединяемые компоненты можно рассматривать с точки зрения структурного анализа как удлиненные прямоугольные пластины, испытывающие линейные упругие деформации. Практическая значимость: результаты анализа могут быть использованы для оценки термомеханических напряжений в пропиточных материалах ТЭД и аналогичных им. Разработанные методы определения напряженного состояния изоляции ТЭД рекомендуются к практическому использованию.
тяговый электродвигатель локомотива, тепловые процессы электрических машин, старение изоляции, термомеханические напряжения, надежность электрических машин локомотивов
1. Исмаилов Ш. К. Повышение ресурса изоляции электрических машин подвижного состава: монография. Омск, 2007. 391 с.
2. Шрайбер М. А. Конечно-элементное моделирование тепловых процессов асинхронного тягового электродвигателя // Железнодорожный подвижной состав: проблемы, решения, перспективы: мат-лы I Международной научно-технической конференции (Ташкент, 20–23 апреля 2022 г.). Ташкент: Ташкентский государственный транспортный университет, 2022. С. 203–208.
3. Модель теплового потока обмотки статора асинхронного тягового электродвигателя / В. В. Грачев и др. // Электротехника. 2022. № 2. С. 36–39.
4. Грищенко А. В., Шрайбер М. А. Термомеханические напряжения в изоляции тяговых электрических машин тепловозов // III Бетанкуровский международный инженерный форум: сб. ст. СПб.: Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, 2021. С. 107–109.
5. Кьюнг Л. К., Лурье С. А., Дудченко А. А. Об оценке трещиностойкости при межслойном разрушении слоистых композитов // Механика композиционных материалов и конструкций. 2012. Т. 18, № 1. 2012. С. 83–91.
6. Дудкин А. Н., Ким В. С., Марьин С. С. Исследование внутренних механических напряжений в пропиточных и заливочных лаках // Известия Томского политехнического университета. 2005. Т. 308, № 7. С. 171–174.
7. Suhir E. Stresses in Bi-Metal Thermostats // Journal of Applied Mechanics. 1986. No. 53 (3). Р. 657– 660.
8. Suhir E. Interfacial Stresses in Bimetal Thermostat // Journal of Applied Mechanics. 1989. No. 56 (3). Рp. 595–600.
9. Bert C. W. Bending of Plates on Thin Compressible Foundations // Journal of Applied Mechanics. 1994. No. 61 (2). Pp. 477–499.
