Improving the reliability of auxiliary machines of electric locomotives based on the use of vibration diagnostics data

Authors

  • Anatolii Valerianovich Luk’yanov Irkutsk State Transport University
  • Evgeny Vital'evich Kaimov Irkutsk State Transport University

Keywords:

auxiliary machines of electric locomotives, motor fans, input and output vibration monitoring during repair, root-mean-square value of vibration velocity, vibration diagnostics, vibration reduction of electric locomotives equipment

Abstract

The article is devoted to the actual study of the array of vibration parameters of auxiliary machines of freight electric locomotives VL-85, obtained during the input vibration control by multi-channel equipment of vibration measuring units developed at the Irkutsk State Transport University. The measurements were carried out at the repair locomotive depot «Nizhneudinskoe» before the entrance of electric locomotives for current and medium repairs. Statistical processing of the data array of more than 1 300 vibration measurements of motor fans of electric locomotives VL-85 was carried out. It is established that the vibration level of most motor fans significantly exceeds the maximum permissible according to the existing State Standard ISO–10816-3-2002. The array is divided into zones of reliability by vibration velocity. It is proved that the probability distribution density of the root-mean-square values of vibration velocity and vibration acceleration obeys the lognormal law. The parameters of this law (mathematical expectation, standard deviation) are calculated. The analysis data showed that more than 50% of motor fans need repair according to the existing standards of permissible vibration. An algorithm is proposed for step-by-step reduction of vibration and increase in the inter-repair mileage of motor fans by temporarily reducing the regulatory requirements for permissible vibration, ensuring uniform loading of repair production and, at the same time, strict compliance with the requirements of the state standard for the permissible root-mean-square value of vibration velocity at the repair exit. Improving the quality of repairs is possible with a more complete use of the possibilities of input and output vibration control of bearings, balancing of the rotor, control of the windings of the fan electric motor and its external magnetic field. Numerical simulation of the proposed algorithm for reducing the vibration of the array of serviced motor fans during their repair by improving its quality was carried out, taking into account the uneven rate of wear (vibration increase) during operation of motor fans, which was adopted as obeying the normal law of probability distribution. It is determined that the degree of repair services loading will be uneven, but within acceptable limits. It is also established that after three years of repair according to the adopted algorithm, the mathematical expectation of vibration velocity will decrease to a standard level value of 2,5 mm/s. The number of motor fans exceeding the maximum permissible level of 4,5 mm/s will be within 40–45 motor fans, which will ensure uniform loading of repair production. Thus, the results of numerical simulation of the proposed algorithm for reducing vibration and increasing the inter-repair mileage of motor fans confirmed its feasibility and effectiveness.

Author Biographies

Anatolii Valerianovich Luk’yanov, Irkutsk State Transport University

Doctor of Engineering Science, Full Professor, Professor of the Department of Physics, Mechanics and Instrumentation

Evgeny Vital'evich Kaimov, Irkutsk State Transport University

Ph.D. in Engineering Science, Associate Professor of the Department of Building Railways, Bridges and Tunnels

References

Коробейников А.Б., Сарваров А.С. Анализ существующих методов диагностирования электродвигателей и перспективы их развития // Электротехнические системы и комплексы. 2015. № 1 (26). C. 4–9.

ГОСТ ИСО 10816-3-2002. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращаю-щихся частях. Ч. 3. Промышленные машины номинальной мощностью более 15 кВт и номинальной скоростью от 120 до 15 000 мин-1. Введ. 2007–11–01. М. : Стандартинформ, 2007. 14 с.

Неразрушающий контроль : справочник. / под ред. В.В. Клюева. Т. 7, кн. 1-2. М. : Машиностроение. 2006. 829 с.

Шубов И.Г. Шум и вибрация электрических машин. Л. : Энергоатомиздат, 1986. 208 с.

Лукьянов А.В. Проблемы управления техническим состоянием локомотивов по данным неразрушающего контроля и диагностики // Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте : материалы Всерос. науч.-техн. конф. с между-нар. участ. Красноярск, 2005. Т. 2. С. 464–472.

Русов В.А. Диагностика дефектов вращающегося оборудования по вибрационным сигналам. Пермь : Вибро-Центр, 2012. 198 с.

Ширман А.Р., Соловьёв А.Б. Практическая вибродиагностика и мониторинг состояния механического оборудования. М. : Наука, 1996. 276 с.

Лукьянов А.В., Понаморёва Ю.В. Исследование вибрации вспомогательных машин пассажирских электровозов // Мо-лодая наука Сибири. 2020. № 4 (10). С. 248–256. URL: https://mnv.irgups.ru/sites/default/files/articles_pdf_files/ponamoreva_lukyanov.pdf (дата обращения 26.05.2023).

Петухов В.С., Соколов В.А. Диагностика состояния электродвигателей. Метод спектрального анализа потребляемого тока // Новости электротехники. 2005. № 1 (31). URL : http://www.news.elteh.ru/arh/2005/31/11.php (Дата обращения 26.05.2023).

Барков А.В., Борисов А.А. Современные возможности диагностирования машин с электроприводом по току двигателя // Металлургические процессы и оборудование. 2013. № 1 (31). С. 61–65.

Вольдек А.И. Электрические машины. Л. : Энергия, 1978. 832 с.

Воробьёв Н.П., Суханкин Г.В., Герцен Н.Т. Методы и приборы диагностирования изоляции асинхронных двигателей // Ползуновский Вестник. 2011. № 2-2. С. 261–269.

Бобров В.В., Хомутов С.О. Использование метода вихретокового контроля для определения технического состояния асинхронных электродвигателей // Ползуновский Вестник. 2011. № 2-2. С. 65–71.

Сурков Д.В. Электромагнитные способы определения эксцентриситета и несимметрии короткозамкнутой клетки ротора асинхронных двигателей : дис. … канд. техн. наук. Оренбург, 2008. 126 с.

Диагностика и прогнозирование состояния асинхронных двигателей на основе использования параметров их внешнего электромагнитного поля / А.Ю. Алексеенко, О.В. Бродский, В.Н. Веденеев и др. // Вестник Алтай. гос. техн. ун-та им. И.И. Ползунова. 2006. № 2. С. 24–27.

Исследование внешнего магнитного поля асинхронного электродвигателя / В.Е. Вавилов, Д.Ю. Пашали, И.Ф. Саяхов и др. // Вестник УГАТУ. 2016. Т. 20. № 1 (71). С. 122–127.

Лукьянов А.В., Мухачев Ю.С., Бельский И.О. Исследование комплекса параметров вибрации и внешнего магнитного поля в задачах диагностики асинхронных электродвигателей // Системы. Методы. Технологии. 2014. № 2 (22). С. 61–69.

Герцен Н.Т. Акустическая диагностика изоляции обмоток асинхронных двигателей в сельскохозяйственном производ-стве : дис. ... канд. техн. наук. Барнаул, 2007. 152 с.

Published

2023-08-11

How to Cite

Лукьянов, А. В., & Каимов, Е. В. (2023). Improving the reliability of auxiliary machines of electric locomotives based on the use of vibration diagnostics data. Modern Technologies. System Analysis. Modeling, (2(78), 115-126. Retrieved from https://ojs.irgups.ru/index.php/stsam/article/view/1295

Most read articles by the same author(s)