Способ оценки надежности изоляционного покрытия на обмотках тяговых электродвигателей транспортных средств и устройство для его реализации

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проведении механических испытаний изоляции обмоток электродвигателей локомотивов.

В процессе эксплуатации электровозов различного назначения тяговые двигатели испытывают влияние ряда факторов, что негативно сказывается на их работе. К таким факторам можно отнести электрические и механические воздействия.

Воздействие электрических факторов проверяется на различных испытательных установках и при исследовании основное внимание уделяется электрическому сопротивлению обмоток электродвигателя. Механические испытания в большинстве своем представляют собой длительное вибрационное воздействие на электродвигатель в целом для проверки прочности крепления обмоток.

Однако влияние вибраций самого двигателя на изоляционное покрытие не рассматривается, хотя при длительной работе возможно уменьшение адгезионной прочности покрытия, появление трещин, вспучиваний и других дефектов.

Предлагается способ и устройство для оценки надежности изоляционного покрытия, основанный на испытаниях адгезионной прочности лакокрасочной пленки к подложке при помощи вибрационных воздействий, генерируемых высокочастотных звуковым динамиком.

В процессе патентного поиска выявлен ряд часть изобретений-аналогов.

Известен способ [Хомутов О.И., Хомутов C.O., Грибанов А.А., Левачев А.В., Сташко В.И., Суханкин Г.В. «Способ контроля состояния изоляции обмоток электродвигателя», патент RU 2208236 С2, МПК G01R 31/12, G01R 31/14, опубл. 10.07.2003], который относится к электротехнике, в частности к способам диагностики изоляции обмоток электродвигателей. Технический результат изобретения, заключающийся в повышении достоверности и точности оценки диагностических параметров, достигается путем того, что в способе контроля состояния изоляции обмоток электродвигателя, при котором подают сигнал прямоугольной формы на обмотку и по диагностическим параметрам судят о состоянии изоляции обмоток электродвигателя, в качестве диагностических параметров используют амплитуды первого и второго полупериодов и величины первого и второго периодов затухающего колебательного процесса, при сравнении значений которых с эталонными диагностическими параметрами делают заключение о состоянии изоляции обмоток.

Основным недостатком данного изобретения является отсутствие проверки адгезионной прочности изоляционного покрытия.

К известным техническим решениям также относится способ [Колчаев A.M. «Способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий», патент RU 2134873 С1, МПК G01N 19/04, опубл. 20.08.1999], предназначенный для использования при исследовании антифрикционных покрытий, нанесенных на чугунные поверхности, работающие в условиях граничной смазки. Деформируют покрытие в виде пленок, нанесенных на поверхность образцов, путем перемещения шарового индентора с последующим его вращением. Материалы образцов имеют твердость, отличную от твердости материалов пленок. Индентор вращают относительно оси симметрии, перпендикулярной плоскости образцов. Измеряют силу вращения индентора и диаметр отпечатка на образце. Перемещение шарового индентора производят до пересечения границы раздела ʺпокрытие-подложкаʺ, что обеспечивает срезание шероховатостями индентора, при его вращении, соединений на границе ʺпокрытие-подложкаʺ, повышается качество определения тангенциальной адгезионной прочности покрытий, нанесенных фрикционно-механическим способом на поверхность одной из деталей пары трения, работающих в условиях граничной смазки.

К недостаткам данного изобретения можно отнести отсутствие внимания к стойкости покрытия к вибрационным возмущениям.

Известен способ [Семашко Н.А., Мокрицкая Е.Б., Филоненко С.Ф., Мокрицкий Б.Я., Вахрушев О.М., «Способ контроля физико-механических свойств изделий», патент RU 2138038, С1, МПК, G01N 29/14, G01N 19/04, G01N 3/00, опубл. 20.09.1999], включающий в себя нагружение изделий, включающий в себя нагружение изделий индектором, регистрацию сигналов акустической эмиссии одновременно с нагружением, контроль физико-механических свойств по параметрам сигналов, отличающийся тем, что в качестве параметра принимают энергию импульсов сигналов, а контроль производят по критерию, определяемому по зависимости К_р=(Е_с/τ²), где Е_с - энергия импульса, b² с; τ - длительность импульсов, с.

Недостатками данного изобретения являются отсутствие визуального контроля за обследуемым покрытием и проверки адгезионной прочности покрытия на стойкость вибрационным возмущениям.

За прототип взят стенд для динамических испытаний [Лодус Е.В., Рогалев В.А., Горшков Л.К., Таланов Д.Ю., «Стенд для динамических испытаний образцов материалов», патент RU 2506561, С2, МПК, G01N 3/34, опубл. 30.11.2011], содержащий основание, установленные на нем платформу с приводом вращения, кольцевую направляющую, установленную соосно платформе, колесо, установленное на платформе с возможностью взаимодействия с направляющей, кулачок, установленный на колесе, и два захвата для образца, расположенные на платформе, отличающийся тем, что он имеет дополнительное колесо, установленное на платформе с возможностью взаимодействия с направляющей, и дополнительный кулачок, установленный на дополнительном колесе, при этом захваты расположены между кулачками с возможностью перемещения по платформе и поочередного взаимодействия с соответствующими кулачками, а кулачки установлены с возможностью синхронного вращения.

К недостаткам данного изобретения можно отнести отсутствие возможности регулирования воздействия, а также точечный характер его приложения.

Цель изобретения заключается в сообщении при помощи высокочастотного динамика звуковых колебаний исследуемому на адгезионную прочность образцу изоляционного покрытия.

Способ оценки надежности изоляционного покрытия на обмотках тяговых электродвигателей транспортных средств, включающий приложение силового воздействия к исследуемому образцу изоляционного покрытия, отличающийся тем, что прикладывают воздействие вибрационного характера к исследуемому образцу, регулируют мощность воздействия при помощи генератора частот, контроль за ходом испытания осуществляют при помощи перемещаемой видеокамеры, по окончанию этапа испытаний сравнивают полученные результаты с эталонным первоначальным образцом и делают заключение о состоянии изоляционного покрытия.

Устройство для оценки надежности изоляционного покрытия на обмотках тяговых электродвигателей, содержащее высокочастотный акустический динамик с присоединенными к нему генератором частот и усилителем звука для регулирования вибрационного воздействия, передаваемого на исследуемый образец при помощи динамика, устройства крепления, установленные на верхней части динамика для фиксации образца, а также на основании для крепления динамика, видеокамеру, перемещаемую при помощи манипулятора по нескольким степеням свободы.

Суть предлагаемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена горизонтальная проекция испытательной установки. На высокочастотном динамике 1 установлены крепления 2 для исследуемого образца 3, представляющего собой часть изоляционного покрытия. Динамик 1 присоединен к генератору частот 4, соединенному с усилителем звука 5, на котором установлен блок управления 6. Также предусмотрена видеокамера 7, закрепленная на манипуляторе 8 с возможностью движения по нескольким степеням свободы. Динамик 1 жестко закреплен на основании 10 при помощи скоб 9. На фиг 2 показана вертикальная проекция испытательной установки, где отмечены фигуры Хладни 10.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

При помощи блока управления 6 генератору частот 4 задается требуемый режим воздействия, после чего происходит включение динамика 1. При необходимости увеличения звукового воздействия используется усилитель звука 5. Также блок управления 6 позволяет соединять и накладывать («микшировать») друг на друга различные звуковые воздействия для получения требуемых возмущений различной природы. Звуковое воздействие, передаваемое на исследуемый образец 3, возбуждает его колебания, что позволяет оценить адгезионную прочность изоляционного покрытия образца, жестко зафиксированного устройствами крепления 2. При помощи видеокамеры 7 с возможностью перемещения манипулятором 8 производится контроль за ходом испытаний, который может осуществлять в онлайн-режиме с возможностью записи визуальных результатов изменения структуры покрытия. Для исключения влияния на процесс неудерживающих связей динамик 1 жестко присоединен к основанию скобами 9.

Приложенное воздействие может быть задано различными вибрационными режимами, которые могут представлять собой как моделирование рабочих частот тягового электродвигателя, так и транслирование звуковых записей его работы. Испытания при достаточно длительности воздействия приведут к появлению трещин, отрывов и других дефектов изоляционного покрытия, с возможностью формирования структуры, похожей на фигуры Хладни 10. Анализ результатов испытаний позволит оценить остаточный ресурс изоляционного покрытия, показать опасные места на изоляционном покрытии.