Evaluation of the influence of the cooling system of an electric locomotive and the parameters of train movement on cracking in the frame of the NB-514 traction motor

Authors

  • Alexander Yur'evich Portnoi Irkutsk State Transport University
  • Konstantin Pavlovich Seledtsov Irkutsk State Transport University
  • Oleg Valer'evich Mel'nichenko Irkutsk State Transport University
  • Maksim Val'demarovich Mishchenkov Irkutsk State Transport University

Keywords:

traction motor, mechanical stresses, crack occurrence, electric motor heating, mathematical modeling, train traction

Abstract

The purpose of this work is to identify the causes of cracks in the frames of traction electric motors of modern domestic electric locomotives. An analysis of the statistics of detection of cracks in the frames of NB-514 traction motors at the Eastern range is given, showing that almost every third frame of this traction motor in operation has cracks, while the main share of the identified cracks falls on electric locomotives of the 2,3,4ES5K series. The results of mathematical modeling of mechanical stresses arising in the frame of the NB-514 traction motor during its uneven heating to temperatures typical for the hourly operation of the traction motor are considered. It was revealed that mechanical stresses arising only from the temperature difference between the ambient air and the windings of the main and additional poles of the traction motor can reach mechanical stresses over 100 MPa, which exceeds the endurance limit of the frame steel. Mathematical calculations of the arising mechanical stresses in the frame of the traction electric motor are performed depending on its heating during operation at the mountain pass section Bolshoy Lug – Slyudyanka of the East Siberian Railway – a branch of Russian Railways. It is concluded that one of the main causes of cracking in the frames of traction motors is the presence of thermal stresses caused by low-cycle fatigue due to engine heating with a decrease in air consumption for cooling the traction motor. To reduce cracking in the frame of the NB-514 traction motor, it is proposed either to increase the air flow by the ventilation system, or to change the shape of the ventilation and viewing windows of the frame of this traction motor.

Author Biographies

Alexander Yur'evich Portnoi, Irkutsk State Transport University

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor, Professor of the Department of Physics, Mechanics and Instrument Engineering

Konstantin Pavlovich Seledtsov, Irkutsk State Transport University

Ph.D. student of the Department of Electric Rolling Stock

Oleg Valer'evich Mel'nichenko, Irkutsk State Transport University

Doctor of Engineering Sciences, Full Professor, Head of the Department of Electric Rolling Stock

Maksim Val'demarovich Mishchenkov, Irkutsk State Transport University

Ph.D. student of the Department of Physics, Mechanics and Instrument Engineering

References

Зябиров Х.Ш. Система «колесо-рельс»: оптимальное взаимодействие / Транспортная газета «Евразия Вести», URL: http://eav.ru/publ1.php?publid=2004-06a01 (дата обращения: 20.01.2022).

Киселев М.Д. Автоматическое управление скоростью грузового поезда при использовании распределенной тяги / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МИИТ, 2019. 205 с.

Харрис У.Дж., Захаров С.М., Ландарен Дж., Торне Х., Эберсен В. Обобщение передового опыта тяжеловесного движения: вопросы взаимодействия колеса и рельса. пер. с англ. М.: Интекст, 2002. 408 с.

Васько Н.М., Козельский Н.П., Матлахов А.А. и др. Электровоз ВЛ80С. Руководство по эксплуатации. М.: Транспорт, 1982. 622 с.

Тушканов Б.А., Васько Н.М., Покромкин В.И. и др. Электровоз ВЛ80Р. Руководство по эксплуатации. М.: Транспорт, 1985. 541 с.

Тушканов Б.А., Пушкарев Н.Г., Позднжова Л.А. и др. Электровоз ВЛ85. Руководство по эксплуатации. М.: Транспорт, 1992. 480 с.

Электровоз магистральный 2ЭС5К (3ЭС5К). Руководство по эксплуатации. Новочеркасск, 2007. – том 1. 635 с. – том 2. 640 с.

Каталог электродвигателей / Новочеркасский электровозостроительный завод, URL: https://nevz.com/catalogue/catalogue.pdf (дата обращения: 21.01.2022).

Улан-Удэнский ЛВРЗ в 2018 году освоил выпуск новой продукции / ЛокоТех, URL: https://www.locotech.ru/press-center/news/2724/ (дата обращения: 21.01.2022).

ГОСТ 23207-78. Сопротивление усталости. Основные термины, определения и обозначения / Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов, URL: https://docs.cntd.ru/document/1200009488 (дата обращения: 28.01.2022).

Писаренко Г.С. Сопротивление материалов: Учебник для вузов. 4-е изд. перераб. и доп. Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1979. 696 с.

Портной, А.Ю., Селедцов К.П., Мельниченко О.В. Математическое моделирование механических напряжений, возникающих при неравномерном нагреве остова тягового электродвигателя НБ-514 и совершенствование его конструкции // Известия Транссиба. 2021. № 2 (46). С. 13–23.

Портной, А.Ю., Селедцов К.П., Мельниченко О.В., Иванов В.Н. Математическое моделирование механических напряжений, возникающих при неравномерном нагреве остова тягового электродвигателя НБ-514 // Молодая наука Сибири: электронный научный журнал, 2021, URL: https://mnv.irgups.ru/matematicheskoe-modelirovanie-mehanicheskih-napryazheniy-voznikayushchih-pri-neravnomernom-nagreve (дата обращения: 22.02.2022).

Программное обеспечение, подготовка данных для тяговых и электрических расчетов / Студенческая библиотека онлайн, URL: https://studbooks.net/1941590/matematika_himiya_fizika/programmnoe_obespechenie_podgotovka_dannyh_tyagovyh_elektricheskih_raschetov (дата обращения: 1.02.2022).

Правила тяговых расчетов для поездной работы, утвержденные распоряжением ОАО «РЖД» от 12.05.2016 № 867р «Об утверждении Правил тяговых расчетов для поездной работы».

Приказ Дирекции тяги от 02.12.2020 № ЦТ-224 «Об установлении норм масс и длин пассажирских и грузовых поездов на участках, обслуживаемых Восточно-Сибирской дирекцией тяги» / URL: ftp://09272071.com/docs/%D0%A6%D0%A2-224.pdf (дата обращения: 1.02.2022).

Инструкция «Дефекты рельсов. Классификация, каталог и параметры дефектных и остродефектных рельсов», утвержденная распоряжением ОАО «РЖД» от 23.10.2014 № 2499р / Трудовой десант, URL: https://www.tdesant.ru/info/item/144 (дата обращения: 17.01.2022).

Певзнер В.О., Косарев А.Б. Методика оценки воздействия подвижного состава на путь по условиям обеспечения надежности. М.: ВНИИЖТ, 2016. – 97 с.

Published

2022-08-01

How to Cite

Портной, А. Ю., Селедцов, К. П., Мельниченко, О. В., & Мищенков, М. В. (2022). Evaluation of the influence of the cooling system of an electric locomotive and the parameters of train movement on cracking in the frame of the NB-514 traction motor. Modern Technologies. System Analysis. Modeling, (2(74), 101-111. Retrieved from http://ojs.irgups.ru/index.php/stsam/article/view/518