Проведение испытаний модернизированного электропривода стрелочного типа СП-6М на безотказность и ремонтопригодность

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проведение испытаний модернизированного электропривода стрелочного типа СП-6М на безотказность и ремонтопригодность

В.И. Ритенман

Рассмотрены порядок и условия проведения типовых испытаний на надежность модернизированного электропривода стрелочного типа СП-6М. Установлены цели, задачи и структура документа «Программа и методика испытаний на надежность» для повышения качества проведения испытаний. Проведен сравнительный анализ аналитических и эмпирических данных.

Ключевые слова: программа и методика испытаний, стрелочный электропривод, СП-6М, ресурсные испытания, механические испытания, климатические испытания, безотказность, ремонтопригодность.

Такие показатели качества изделия, как безотказность и ремонтопригодность, являются показателями надежности. Показатели надежности определяют свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных условиях эксплуатации. Показатель безотказности характеризует свойство объекта сохранять работоспособность в течение некоторого времени. Показатель ремонтопригодности характеризует свойства объекта, заключающиеся в приспособлении к предупреждению и обнаружению причин повреждений и их устранению путем проведения технического обслуживания и ремонта.

Электропривод стрелочный невзрезной типа СП-6М с внутренним замыканием предназначен для перевода в повторно-кратковременном режиме, запирания и контроля положения в непрерывном режиме централизованных стрелок с нераздельным ходом остряков. Электропривод обеспечивает при крайних положениях стрелки плотное прилегание прижатого остряка к рамному рельсу, не допускает запирания стрелки при зазоре между прижатым остряком и рамным рельсом 4 мм и более и отводит другой остряк от рамного рельса на расстояние не менее хода шибера. Структура электропривода стрелочного типа СП-6М показана на рис. 1, 2.

Вал электродвигателя 1 (рис. 1) имеет на одном конце квадрат для присоединения рукоятки с целью перевода вручную, на другом конце вала на шпонке укреплена специальная муфта 3, которая одновременно соединяется с валом-шестерней 10 редуктора. Вал-шестерня 10 и зубчатое колесо 7 находятся в зацеплении через промежуточную пару (вал-шестерня 8 и зубчатое колесо 9, сидящие на одной оси). Вал-шестерня 6, находясь на одном валу с зубчатым колесом 7, находится в зацеплении с упором зубчатого колеса 11, свободно сидящего на главном валу 2. Упор зубчатого колеса 11 заходит в вырез диска главного вала 2. Шиберная шестерня выполнена как одно целое с главным валом 2. Она имеет два запорных зуба и пять рабочих. Зубья шестерни входят в зацепление с зубьями шибера 4, на котором имеется 4 рабочих зуба и два специальных запорных зуба.

В конце каждого хода перевода стрелки один специальный запорный зуб рабочего шибера 4 запирается одним из специальных запорных зубьев шиберной шестерни главного вала 2, что соответствует ходу шибера 154 ± 2 мм. испытание надежность электропривод стрелочный

Редуктор со встроенным фрикционом представляет собой отдельный узел (рис. 2), монтируемый в корпусе электропривода. Редуктор состоит из чугунного корпуса 12 с крышкой, внутри которого находятся стальные валы-шестерни 6, 8, 10, зубчатые колеса 7 и 9 нормального цилиндрического зацепления, а также фрикционной муфты, смонтированной внутри зубчатого колеса 7.

Рис. 1. Структура электропривода стрелочного типа СП-6М

Фрикционная муфта состоит из двух подвижных металлокерамических дисков 14 и двух неподвижных стальных дисков 15. Подвижные диски 14 соединены с зубчатым колесом 7, а неподвижные диски 15 расположены на втулке 13, которая соединена шпонкой с валом-шестерней 6. Сжимаются диски двумя тарельчатыми пружинами 16 при помощи регулировочной гайки 17. Усилие фрикционного сцепления регулируется в пределах от 1000 до 6000 Н.

Рис. 2. Редуктор с фрикционной муфтой электропривода стрелочного типа СП-6М

Основным руководящим документом при проведении испытаний является программа и методика испытаний. Она содержит следующие разделы [1] и основные положения:

- введение;

- объект испытаний;

- цель испытаний;

- общие положения;

- объем испытаний;

- условия и порядок проведения испытаний;

- требования безопасности труда;

- материально-техническое обеспечение испытаний;

- метрологическое обеспечение испытаний;

- отчетность.

Программа и методика испытаний устанавливает порядок проведения типовых испытаний модернизированного электропривода стрелочного типа СП-6М с деталями из антифрикционного самосмазывающегося материала, металлокерамическими фрикционными дисками и ножами из порошкового композиционного материала.

Изделие находится на стадии производства. Отбор образцов для испытаний проводится после изготовления данных изделий в полном объеме партии. Изделия для испытаний отбираются случайным образом. Число отбираемых на испытания изделий определяется планом NMT, где N - число объектов испытаний, T - продолжительность испытаний.

Руководствуясь этим планом испытаний, можно сделать вывод о том, что для получения объективных результатов испытаний и оптимизации затрат необходимо взять минимально возможное количество изделий при оптимальном объеме испытаний. При этом максимальные значения данных показателей следующие: максимально необходимое количество объектов испытаний - 29, объем испытаний находится в интервале от 1,2 · 10⁶ до 34,8 · 10⁶ циклов нагружения.

Целью испытаний является определение показателей безотказности и ремонтопригодности электропривода СП-6М с деталями из антифрикционного самосмазывающегося материала, металлокерамическими фрикционными дисками, ножами из порошкового композиционного материала, колодками с измененным углом наклона контактов при воздействии климатических факторов и механических нагрузок.

При выполнении испытаний решаются следующие задачи:

- определение величины и интенсивности износа пар трения с деталями из антифрикционного самосмазывающегося материала, пар трения ножей и контактных пружин, пар трения фрикционной муфты с металлокерамическими дисками при отсутствии масла в редукторе в объеме назначенного ресурса (1,2 · 10⁶ переводов рабочего шибера);

- определение устойчивости объекта испытаний к внешним воздействующим факторам;

- определение фактических значений показателей надежности электропривода, а также основных деталей, узлов и механизмов (ресурс, наработка до отказа);

- проведение сравнительного анализа аналитических данных возможных отказов и результатов, полученных в процессе испытаний.

Под аналитическими данными возможных отказов электропривода стрелочного типа СП-6М необходимо понимать FMEA-анализ конструкции - анализ видов и последствий отказов. FMEA-анализ - один из наиболее эффективных методов аналитической оценки результатов конструкторской деятельности и процессов [2]. Прогнозирование дефектов и предупреждение их появления является важнейшей задачей этого метода. С помощью данного метода получена информация о том, на какие элементы конструкции необходимо обратить внимание в первую очередь, а главное - выявлены причины потенциальных несоответствий и разработаны мероприятия по их устранению [3].

Показателями надежности, как уже отмечалось, являются безотказность и ремонтопригодность изделия. Для проверки этих показателей изделие подвергается воздействию внешних факторов и механических нагрузок, сопоставимых с действующими на него в процессе эксплуатации. В связи с этим проверяется постоянство значений выходных параметров (табл. 1).

Таблица 1 Выходные параметры электропривода стрелочного типа СП-6М

Виды испытаний, которым подвергается модернизированный электропривод типа СП-6М: ресурсные, механические, климатические. Выбран форсированный режим испытаний, т.е. более тяжелый, чем эксплуатационный.

Правила принятия решения определяются по соответствию или несоответствию выходных параметров: если значения проверяемых параметров изделия находятся в диапазоне допустимых значений, то изделие соответствует требованиям нормативной документации и идентифицируется как годное, в этом случае испытания прекращаются после того, как все запланированные мероприятия будут выполнены в полном объеме для всей партии изделий; если значения выходных параметров вышли за пределы диапазона допустимых значений, то изделие не соответствует требованиям нормативной документации и не может выполнять свои функции, в этом случае испытания прекращаются, выясняются причины наступившего отказа и по возможности он устраняется в кратчайшие сроки.

Испытания проводятся в помещении в нормальных условиях с искусственным отоплением и вентиляцией. Отдельные этапы испытаний и проверок изделия не должны прерываться, пока они не будут выполнены в полном объеме и не будут сняты показания выходных параметров. Ремонт изделий в процессе испытаний предусмотрен. Испытания проводятся на стенде проверки электропривода (рис. 3).

Испытательный стенд состоит из пульта управления 1, устройства нагрузки электропривода 2, гайки 3, шайбы 4. Устанавливаем электропривод на стенд, закрепляя его резьбовым соединением. Подсоединяем его к нагружающему устройству следующим образом: к шиберу электропривода через корпус с помощью пальцев подсоединяем шток гидроцилиндра, который и будет создавать нагрузку на электроприводе. Также необходимо подключить электрическую систему электропривода к испытательному стенду для управления электроприводом.

Рис. 3. Стенд проверки электропривода стрелочного типа СП-6М (главный вид)

Порядок проведения и последовательность отдельных этапов испытаний приведены в табл. 2.

Соответствие электропривода конструкторской документации и программе и методике проверяют в процессе его изготовления.

Контрольные проверки размеров деталей электропривода и их осмотр проводят с целью определения величины износа деталей. Проверки размеров отдельных деталей могут проводиться также в ходе испытаний в случае отказа для анализа причин отказа. Внешний осмотр деталей проводят визуально. При этом обращают внимание на наличие трещин, царапин, сколов и отслоений (выкрашивания) материала металлокерамических дисков, антифрикционного самосмазывающегося материала, на целостность и состояние ножей и контактных пружин, наличие следов их износа и подгорания, на состояние подшипников редуктора.

Проверку электромеханических и временных характеристик проводят на стенде проверки электроприводов ЭЦ. Для каждой нагрузки регулируют фрикционную муфту и измеряют время и ток перевода шибера. При каждой нагрузке параметры электропривода должны соответствовать требованиям, а перевод шибера в крайние положения должен осуществляться плавно, без рывков, пробуксовывания и заклинивания.

Проверку ступенчатой регулировки фрикционной муфты проводят на стенде проверки электроприводов ЭЦ на втягивание шибера. Корончатую гайку 17 устанавливают в положение, обеспечивающее минимально возможное усилие, передаваемое фрикционной муфтой на шибер. Последовательно поворачивая гайку на одно деление (шаг) и фиксируя ее винтом, измеряют усилие и силу тока фрикции при каждом положении гайки. Испытание проводят до достижения значения усилия фрикции 7500 Н или до полного сжатия тарельчатых пружин.

Таблица 2 Перечень и последовательность проводимых проверок и этапов испытаний

Проверку переходного сопротивления контактов автопереключателя проводят с целью оценки надежности электрических контактов на стенде проверки электрического сопротивления перемычек методом ампервольтметра.

Перед каждым этапом испытаний проводят внешний осмотр электропривода и проверку времени и тока перевода при нагрузке на шибере 3500 Н. Усилие и ток фрикции устанавливают в соответствии с требованиями.

После окончания каждого этапа испытаний электропривод устанавливают на стенд проверки электроприводов ЭЦ, проводят внешний осмотр, проверку функционирования узлов и механизмов, наличия устойчивого контроля положения, измеряют время и ток перевода на втягивание и выдвижение шибера, усилие и ток фрикции на втягивание.

Электропривод считают выдержавшим испытание, если перевод в крайние положения осуществляется плавно, без рывков, пробуксовывания и заклинивания, имеет место устойчивый контроль положения, время и ток перевода соответствуют требованиям, ток фрикции составляет не более 5 А, усилие фрикции - не менее 3500 Н и не более 7500 Н, все узлы и механизмы нормально функционируют, отсутствуют механические повреждения.

Испытание на стойкость к воздействию холода проводят методом Аа по ГОСТ 28199-89. Электропривод с закрытой крышкой устанавливают в камеру холода и тепла и выдерживают при температуре -60°С в течение 6 часов с включенным обогревом.

Испытание на стойкость к воздействию инея и росы проводят в период восстановления после испытания на стойкость к воздействию холода. После выдержки в камере холода электропривод с закрытой крышкой устанавливают на стенд проверки электроприводов ЭЦ, включают обогрев контактов автопереключателя и подключают к пульту управления.

В течение периода восстановления (6 часов) через 5, 10, 15, 30 минут после извлечения из камеры и в дальнейшем через каждый час выполняют перевод шибера из одного крайнего положения в другое и контролируют наличие контакта в контрольных цепях автопереключателя по загоранию лампочек «Втянут» и «Выдвинут» на пульте управления.

Электропривод считают выдержавшим испытание, если при и после воздействия инея и росы обеспечивается непрерывный электрический контроль после каждого перевода шибера и в паузах между переводами.

Испытание на стойкость к воздействию тепла проводят методом Ва по ГОСТ 28200-89. Электропривод устанавливают в камеру холода и тепла и выдерживают при температуре +55°С в течение 6 часов. После окончания выдержки электропривод извлекают из камеры и измеряют электрическое сопротивление изоляции.

Испытание на стойкость к изменению температуры проводят методом Na по ГОСТ 28209-89. Электропривод подвергают воздействию трех непрерывно следующих друг за другом температурных циклов.

Устанавливают температуру: в камере холода - -60 ± 3°С; в камере тепла - +65 ± 3°С.

Длительность выдержки при каждом значении температуры - 6 часов. Испытание начинают с камеры холода. После окончания последнего температурного цикла электропривод извлекают из камеры и выдерживают в нормальных климатических условиях (НКУ) в течение 6 часов.

Испытание на стойкость к воздействию верхнего значения относительной влажности проводят методом Dв по ГОСТ 28216-89. Перед испытаниями проводят проверку электрической прочности и сопротивления изоляции в нормальных климатических условиях. Затем электропривод устанавливают в камеру тепла и влаги и подвергают воздействию четырех непрерывно следующих друг за другом 12 + 12 часовых циклов.

После окончания последнего цикла электропривод извлекают из камеры и в течение не более 15 минут проводят проверку электрической прочности и электрического сопротивления изоляции. После окончания периода восстановления в НКУ (6 часов) также проводят проверку электрической прочности и электрического сопротивления изоляции.

Электропривод считают выдержавшим испытание, если электрическая прочность и электрическое сопротивление изоляции соответствуют требованиям, отсутствуют коррозия и нарушения защитных покрытий.

Испытание на вибростойкость проводят методом Fc по ГОСТ 28203-89. Устанавливают электропривод на вибростенд, надежно закрепляют на плите и подключают к пульту управления стенда проверки электроприводов ЭЦ.

Нормы испытательного режима:

- ускорение в вертикальном направлении - 5g;

- диапазон частот вибрации - от 5 до 400 Гц;

- фиксированные частоты: 10; 20; 40; 100; 200; 400 Гц;

- продолжительность воздействия вибрации на каждой фиксированной частоте - 2 часа;

- общая продолжительность воздействия вибрации - 12 часов.

Параметры испытательного режима измеряют в контрольной точке на плите стенда рядом с одной из точек крепления электропривода. Испытание проводят методом фиксированных частот во включенном положении без нагрузки. В конце выдержки на каждой фиксированной частоте шибер переводится из одного крайнего положения в другое от пульта управления.

Испытания на назначенный ресурс проводят путем наработки электроприводом назначенного ресурса (1,2 · 10⁶ переводов рабочего шибера). Перед началом ресурсных испытаний и после их окончания проводят измерения и внешний осмотр деталей электропривода, а также проверки параметров электропривода, переходного сопротивления замкнутых контактов автопереключателя.

Наработку проводят на стенде проверки электроприводов ЭЦ в автоматическом режиме круглосуточно при нагрузке на шибере 3500 ± 10% Н. Частоту переводов устанавливают от 3 до 8 переводов в минуту. При этом обращают внимание на тепловой режим электродвигателя.

Не реже одного раза в неделю проводят визуальный осмотр электропривода. При этом обращают внимание на степень нагрева электродвигателя, кулачковой муфты, контактов автопереключателя, наличие посторонних шумов и плавность работы электропривода, целостность и состояние ножей и контактных пружин, наличие следов их износа и подгорания, интенсивность искрения контактов, регулярность и легкость вращения роликов и степень их износа, наличие продуктов износа деталей электропривода.

Через каждые 10⁵ переводов проводят проверки электропривода при нагрузке на шибере 3500 Н, проверки электрического сопротивления изоляции между контактными пружинами колодок автопереключателя. Контролируют ток и усилие фрикции на втягивание и при необходимости регулируют фрикционную муфту. При этом записывают число шагов поворота корончатой гайки 17. Время включения электропривода на фрикцию должно составлять от 8 до 10 с.

При обнаружении отказов и дефектов испытания приостанавливают. Решение о продолжении испытаний принимают после анализа и устранения отказа (дефекта).

Электропривод считают выдержавшим испытания на назначенный ресурс, если выполняются следующие условия:

- при всех проверках в ходе испытаний и после их окончания параметры электропривода соответствуют требованиям, перевод шибера в крайние положения осуществляется плавно, без рывков и заклинивания;

- после окончания испытаний электропривод находится в работоспособном состоянии, отсутствуют механические повреждения деталей, а их износ не достиг критических значений и не привел к нарушению функционирования электропривода.

Результаты испытаний оформлены протоколом испытаний, в котором представлены значения выходных параметров (табл. 3 и 4) и виды отказов со степенью износа соответствующих элементов. Данные по видам отказов представлены в сравнительной таблице аналитических данных и эмпирических результатов (табл. 5).

Таблица 3 Выходные параметры электропривода после наработки назначенного ресурса

Таблица 4 Результаты проверки плавности регулировки усилия фрикции электропривода после наработки назначенного ресурса

Исходные данные, полученные аналитическим методом, для построения диаграммы Парето электропривода стрелочного типа СП-6М приведены в табл. 6. Данные, полученные эмпирически, для построения диаграммы Парето электропривода стрелочного типа СП-6М приведены в табл. 7. Диаграмма Парето изображена на рис. 4 (блоки Б₂₁ и Б₂₃ входят в состав блока А₂; КПР - коэффициент приоритетного риска).

Таблица 5 Сравнительная таблица аналитических данных и эмпирических результатов

Таблица 6 Исходные аналитические данные для построения диаграммы Парето электропривода стрелочного типа СП-6М

Рис. 4. Диаграмма Парето электропривода стрелочного типа СП-6М: а - аналитический метод; б - эмпирический метод

Таблица 7 Исходные эмпирические данные для построения диаграммы Парето электропривода стрелочного типа СП-6М

Так как при построении диаграммы Парето на приоритет одного блока над другим большое влияние оказывает количество элементов в блоке, то получаемые данные могут не совпадать с реальной ситуацией, но зато это позволяет упорядочить поиск наступившего отказа в процессе эксплуатации.

Как показывают результаты сравнения, в данных, полученных аналитическим путем, приоритет имеют те отказы, которые связаны с заменяемыми в процессе испытаний и эксплуатации элементами. А при испытаниях, т.е. при получении данных эмпирическим путем, внимание в основном обращается на те элементы, которые, по мнению проектировщиков изделия, будут воспринимать наибольшие нагрузки. Поэтому сложно оценить реальную картину, которая может возникнуть в процессе эксплуатации.

После испытаний было предложено рекомендовать модернизированный электропривод СП-6М с деталями из антифрикционного самосмазывающегося материала, ножами из порошкового композиционного материала, металлокерамическими фрикционными дисками к эксплуатации. Следует рассмотреть вопрос по доработке конструкции контактной группы с целью обеспечения равномерного врубания ножей.

Список литературы

1. ГОСТ 27.410-87. Методы контроля показателей надежности и планы контрольных испытаний на надежность.

2. Анализ видов и последствий потенциальных отказов. FMEA: справ. рук.: [пер. с англ.] / «Крайслер корпорэйшн», «Форд мотор компани», «Дженерал моторс корпорэйшн». - Н. Новгород: НИЦ КД; Приоритет, 1997. - 67 с.

3. Ритенман, В.И. Результаты внедрения метода FMEA-анализа конструкции для повышения качества электропривода стрелочного типа СП-6М / В.И. Ритенман // Вестн. БГТУ. - 2011. - № 4. - С. 20-25.

Размещено на Allbest.ru