Подвижной
состав метрополитена
Вагоны типа Д
Глава IX
ТЯГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
53. Технические данные и характеристики
На вагонах типа Д применяется тяговый двигатель ДК-104Г с последовательным возбуждением. Общий вид его приведен на рис. 106, а продольный и поперечный разрезы – на рис. 107.
Этот двигатель защищенного типа, самовентилируемый, с вентилятором со стороны привода; подвешивается на вагоне на поперечной балке рамы тележки консольно. Таким образом двигатель подрессорен на буксовых пружинах.
По сравнению с двигателем вагонов типа Г двигатель ДК-104Г облегчен больше чем вдвое. Это объясняется, во-первых, его уменьшенным моментом: при ослабленном поле до 50% – на 17%, при ослабленном поле до 40% – на 25%; во-вторых, в нем отсутствуют моторно-осевые подшипники; в-третьих, на вал двигателя действует только крутящий момент без изгибающего момента, поэтому подшипники, вал и кронштейны подвески выполнены с меньшими размерами; в-четвертых, двигатель благодаря новой подвеске испытывает на стыках вертикальные удары в 6 раз меньше, чем при обычной моторно-осевой подвеске (ускорение 1,6 g вместо 10 g); наконец, двигатель имеет остов круглой формы, а не восьмигранной. В результате вес двигателя ДК-104Г составляет 700 кг вместо 1 490 кг двигателя вагона типа Г.
Двигатель рассчитан на нормальную работу при ослабленном поле до 40%. Электромеханические характеристики его для усиленного (100%) и нормального поля (40%) приведены на рис. 108.
Характеристики получены при испытании с напряжением на коллекторе 412,5 и 375 в, температуре обмоток 100°, диаметре колеса 900 мм и передаточном числе 5,73 (86 : 15).
Остальные технические данные двигателя приведены в табл. 17.
54. Остов
Остов имеет форму цилиндра, выполненного из стального литья 25-4518 по ГОСТ 977-41, с толщиной стенки 60 мм в средней части и весит 240 кг.
С одной стороны в литье расположены вентиляционные отверстия, а с другой – два коллекторных люка. Так как люки охватывают значительную часть окружности остова, то для его усиления в люках сделаны перемычки.
Внутри остов расточен под один диаметр для установки внутри, главных и дополнительных полюсов и с торцов – подшипниковых щитов.
С наружных сторон в средней части на остове имеются приливы. Приливы с одной стороны служат для консольной подвески двигателя, а приливы с другой стороны являются предохранительными. В случае обрыва двигателя он этими приливами падает на ось колесной пары.
Для шпилек и болтов, крепящих соответственно сердечники главных и добавочных полюсов, в остове имеются отверстия, а по краям коллекторных люков приварены скобы для крепления выводных кабелей.
Вентиляционные отверстия защищены тремя прутками из проволоки диаметром 6 мм, приваренными к телу остова по окружности.
Внутри остов покрыт эмалью №2211, кроме посадочных поверхностей.
55. Главные и дополнительные полюсы
Сердечники главных полюсов собираются из листовой стали Ст. 2 толщиной 1,5 мм и скрепляются под прессом заклепками. Крепление их к остову производится тремя шпильками, которые на цинковых белилах ввертываются в тело сердечника.
Катушки главных полюсов имеют два слоя витков, намотанных из шинной меди плашмя.
Между витками проложен асбест толщиной 0,35 мм, а последние витки изолированы бумажной слюдяной лентой толщиной 0,13 мм. Между слоями проложена миканитовая изоляция.
Катушка снаружи изолируется асбестовой лентой толщиной 4 мм и одним слоем без перекрыши, затем бумажной слюдяной лентой толщиной 0,13 мм – четырьмя слоями с перекрышей и затем покрывается киперной лентой толщиной 0,4 мм, одним слоем с перекрышей.
Все пустоты заполняются мастикой.
Выводные концы привариваются к обмотке латунным припоем и изолируются вместе с катушкой.
Соединение между катушками изолируется лентой из лакоткани и тафтяной. Катушки проходят компаундирование. Сердечники дополнительных полюсов изготовляются литыми из стали 40 и крепятся к остову тремя болтами.
Между сердечниками дополнительных полюсов и остовом для улучшения коммутации двигателя прокладывается латунная пластина толщиной 0,5 мм.
Катушки дополнительных полюсов наматываются на ребро, изолируются подобно катушкам главных полюсов. Посадка катушек как главных, так и дополнительных полюсов на их сердечник производится в нагретом до 100°С состоянии.
Расположение сердечников главных и дополнительных полюсов остова показано на рис. 109, а схема соединения обмоток тягового двигателя и расположения выводных кабелей – на рис. 110.
Для выводных кабелей используется провод ПС-3000 35 мм2 длиной 2 000 мм.
56. Якорь
На валу якоря располагаются: железо якоря, спрессованное силой от 18 до 22 т между двумя нажимными шайбами; коллектор, запрессованный с усилием от 4 до 15т; вентилятор, насаженный с силой от 2 до 8 т внутренние кольца подшипников и их упорные втулки.
До посадки вентилятора якорь проходит динамическую балансировку при помощи стальных грузов, привариваемых внутри нажимной шайбы якоря или шайбы коллектора.
Вал якоря изготовляется из углеродистой стали 45 по ГОСТ 1050-52, улучшенной при помощи термообработки для получения относительного удлинения 16%, относительного сжатия 40% и твердости 207-240.
Железо якоря состоит из лакированных листов кремнистой стали, в которых расположены два ряда осевых вентиляционных каналов диаметром 16,5 мм, шпоночная канавка для посадки на вал и прямоугольные пазы для обмотки якоря. Шпоночная канавка на конце вала используется только при временной посадке шестерни, например при испытании двигателя.
Обмотка якоря волновая, двухслойная, состоит из 47 секций. Секция обмотки приведена на рис. 111, а схема их соединений – на рис. 112.
Секция обмотки выполнена из трех проводников, заизолированных вместе. Для изоляции применяется бумажно-слюдяная лента толщиной 0,08 мм в один слой с полуперекрышей.
Пазовая часть секции изолируется микашелком толщиной 0,2 мм в 4,5 оборота. Лобовые же части секции изолируются только стеклянной лентой толщиной 0,15 мм в один слой в полуперекрышу, которая также покрывает и всю изоляцию пазовой части. В углах секций и в головках применяется слюда толщиной 0,04 мм и шелково-слюдяная лента толщиной 0,15 мм.
Внизу паза, а также между верхним и нижним слоями секций в пазовой и лобовой частях прокладывается гибкий миканит толщиной 0,5 мм.
По концам пазов под обмоткой прокладываются V-образные прокладки: одна из гибкого миканита толщиной 0,5 мм и другая из пропитанного пресс-шпана. Изоляция лобовых частей обмотки от нажимных шайб производится также гибким миканитом. На шайбе со стороны шестерни эта изоляция закрывается чехлом из сурового полотна толщиной 0,4 мм, которое укрепляется бечевкой, закладываемой в специальную впадину на шайбе.
Крепление обмотки якоря производится при помощи проволочного бандажа из проволоки диаметром 1,5 мм. Бандажи после намотки пропаиваются чистым оловом.
Под бандаж в пазовой части подкладывается пресс-шпан толщиной 0,5 мм, а в лобовой части – гибкий миканит толщиной 0,3 мм и пресс-шпан толщиной 0,5 мм.
Бандажная проволока имеет разрывное усилие 18000 кг/см2, предел текучести 15000 кг/см2. При расчете бандажа на центробежные силы допускается напряжение 3750 кг/см2, т. е. четырехкратный запас.
Такому напряжению в бандаже соответствует скорость вращения якоря в 3450 об/мин или скорость движения вагона 96 км/ч при изношенном колесе. При. максимальной скорости движения вагона 75 км/ч напряжение в бандажной проволоке не превосходит 2300 кг/см2 (при диаметре колеса 840 мм).
Собранный якорь проходит пропитку в асфальтовых лаках.
Коллектор состоит из стальной литой коробки, на которой собраны медные коллекторные пластины обычной для электрических машин формы. Пластины болтами при помощи нажимной шайбы плотно прижимаются к буртику коробки.
После прессовки коллекторные пластины закрепляются кованой гайкой из Ст. 5 шириной 20 мм и с резьбой 2М-140. Затягивая гайку, после трехкратного нагрева коллектора в печи ее закрепляют винтом диаметром Мб. Гайка позволяет равномерно распределить усилие сжатия по всей торцовой поверхности коллектора. От коробки пластины изолированы миканитовым цилиндром, а от нажимной шайбы миканитовыми конусами. Часть миканитового конуса, выходящая наружу, обматывается киперной лентой, которая после этого шлифуется стеклянной шкуркой и покрывается красным дугостойким лаком (КВД) воздушной сушки.
Между коллекторными пластинами прокладывается гибкий миканит толщиной 0,8 мм, который выбирается ниже поверхности пластин (продороживается) на глубину 0,5-1,0 мм. С краев пластин при этом снимается небольшая фаска.
Собранный коллектор статически балансируется. Балансировочные грузы укрепляются сваркой на нажимных шайбах.
Все нерабочие части коллекторной меди, в том числе и петушки, должны быть покрыты лаком КВД. Износ коллекторных пластин допускается 10 мм на сторону.
Вентилятор состоит из двух частей – стальной втулки и собственно вентилятора из алюминиевого сплава АЛ2. Общий вес его составляет 7,5 кг.
Вентилятор двухдисковый, с толщиной внутреннего диска 5 мм; на нем радиально располагаются 17 лопаток толщиной 5 мм , образующих камеры шириной 48 мм.
Вентилятор прессовой посадкой сажается на втулку, после чего в нем и во втулке высверливаются отверстия подетальные заклепки. Клепка производится в холодном состоянии методом прессовки.
Количество воздуха, продуваемого вентилятором, пропорционально скорости вращения якоря, например при 1500 об/мин вентилятор прогоняет через двигатель 18,5 м3/мин воздуха.
Вентилятор проходит статическую балансировку путем фрезеровки бобышек на его наружном диске.
57. Подшипниковые щиты, подшипники и щеткодержатели
Подшипниковые щиты отлиты из стали 50 и ставятся в расточки остова с глухой посадкой. Кроме того, они крепятся к остову шестью болтами M16.
Щиты имеют приливы для канавочных уплотнений, которые должны заподлицо с наружной поверхностью заполняться смазкой.
Подшипниковый щит со стороны коллектора имеет четыре отверстия, через которые для вентиляции всасывается воздух. Эти отверстия располагаются между креплениями щеткодержателей и закрываются сетками, привариваемыми к щиту. Щит закрывается глухой крышкой, упирающейся во внешнее кольцо подшипника.
К подшипниковому щиту со стороны шестерни укрепляется на болтах уплотнительная крышка канавочного типа.
Наружные кольца подшипников сажаются в щиты плотной посадкой. Роликоподшипник со стороны коллектора защемленный, а со стороны шестерни свободный.
Щеткодержатели (рис. 113) устанавливаются под углом 45° к горизонту и укрепляются на переднем подшипниковом щите при помощи двух пальцев-шпилек 1. Эти пальцы запрессовываются под давлением от 3 до 7 т в кронштейн щеткодержателя 2 через специальную втулку 3, изолированную от пальца изодином 4.
Между кронштейном и щитом на изодиновой замазке ставятся фарфоровые изоляторы 5 с промежуточной втулкой 6 из миканита толщиной 1,5 мм. Изолятор закрепляется компаундной массой 7.
Кронштейн щеткодержателя изготовляется из литой стали. Вверху его поверхность луженая, на ней размещены два болта для наконечников внешних проводов. На одном из краев кронштейна на свинцовых белилах укрепляется оцинкованная шпилька 8 с диаметром М12 для крепления корпуса щеткодержателя.
Корпус щеткодержателя 9 изготовляется из литой латуни. В нем устанавливаются щетки 10 и нажимное устройство. Место в корпусе, где устанавливаются щетки, представляет собой коробку с размерами 16 + 0,1 х 64 + 0,3 х 32 мм.
Нажимное устройство представляет собой спиральную пружину 11 из ленточной пружинной стали толщиной 1 мм и шириной 16 мм, на отогнутый конец которой приклепана медная накладка, передающая давление пружины на щетку. Это давление составляет 1,6-2 кг. При такой конструкции давление при износе щетки изменяется мало. Для предохранения пружины от тока накладка соединяется с корпусом шунтом. Пружина надевается на стальной барабан 12 диаметром 20 мм и другим своим концом закрепляется в его продольной прорези.
Барабаны обеих пружин сажаются на ось 13, проходящую через отверстие в приливе корпуса, расположенное между пружинами. Ось в приливе закрепляется винтом; с барабанами она соединяется шплинтами.
По окружности барабана располагается 10 отверстий, в которых при повороте барабана на оси может переставляться шплинт. Этим осуществляется регулировка давления на щетки.
Корпус щеткодержателя имеет прилив с овальным отверстием, в которое входит шпилька кронштейна. Благодаря овальному отверстию корпус может перемещаться по вертикали. Для предотвращения смещения корпуса щеткодержателя в сторону служит выточка в нем, обхватывающая выступ на кронштейне. Для закрепления корпуса на определенной высоте на боковой поверхности его прилива сделана рифленка, на которую накладывается также рифленая стальная накладка 14 с круглым отверстием для шпильки. Этой шпилькой корпус скрепляется с кронштейном.
58. Результаты испытаний двигателя
Двигатель ДК-1044Г подвергался испытаниям на заводском стенде и в эксплуатационных условиях на трассе метрополитена.
При испытании на стенде проверялись нагрев его частей при часовом и длительном режимах работы, коммутация и потери.
При часовом режиме, ослабленном до 50% поле возбуждения, напряжении на коллекторе 412,5 в и скорости вращения якоря 1360 об/мин получились следующие превышения температуры по отношению к окружающей среде: якоря 117°С, катушек главных полюсов 47°С, катушек дополнительных полюсов 93°С. Превышение температуры измерялось по сопротивлению (допустимая величина по ГОСТ 120°С для якоря и 130°С для катушек). Превышение температуры коллектора, измеренное термометром, составило 67°С через 6 мин (допустимая величина 95°С).
При длительном режиме, ослабленном до 50% поле возбуждения, напряжении на коллекторе 412,5 в и скорости вращения якоря 1480 об/мин получились следующие превышения температур: якоря 91°С (при допустимых по ГОСТ 105°С), катушек главных полюсов 5ГС и дополнительных полюсов 74°С (при допустимых 115°С). Коллектор имел превышение температуры на 76°С через 5 мин, остов 26°С и выходящий из двигателя воздух 30°С.
Как видно из приведенных данных, длительный ток, характеризующий работоспособность двигателя в эксплуатации, принят с запасом.
Однако следует иметь в виду, что при уменьшении числа оборотов двигателя и при данном токе температура его частей будет выше.
При скорости вращения двигателя 1360 об/мин (часовой режим) в железе якоря и зубцах были определены магнитные потери; они составили 1400 вт. Механические потери в двигателе от трения щеток, подшипников и вентиляции составили 1270 вт.
При нагрузке двигателя током 220 а и холодных обмотках электрические потери составляют 6200 вт, а при горячей машине эти потери возрастают до 7700 вт.
Коммутация двигателя характеризуется данными табл. 18.
Как известно, предельно допустимое искрение определяется степенью искрения 2.
Эксплуатационные испытания двигателя производились при движении вагона в однопутном тоннеле с диаметром 5600 мм на перегоне длиной 900 м, с подъемом 3%0. Нагрузка на вагон составляла 16 т. Поезд состоял из одной секции.
Уставка реле ускорения была: при последовательном соединении двигателей 420 а и при параллельном соединении и тормозном режиме – 340 а.
Режим движения на подъеме устанавливался следующий: ход под током 30 сек, время автоматического торможения 12 сек, общее время хода по перегону 82 сек, остановка 40 сек.
При движении по уклону режим был следующий: ход подтоком 20 сек, время торможения 12 сек, общее время хода 82 сек, остановка 40 сек.
При этом установились превышения температуры: якоря – на 90°С; обмотки главного полюса – на 80,5°С; обмотки дополнительного полюса – на 67°С. Средненагревающий ток составил 145 а.
Здесь, как видно, обмотки главных полюсов нагрелись более значительно, чем при испытании на стенде. Это объясняется большим значением в нагреве катушек количества пусков и торможения, которые осуществляются на усиленном поле, т. е. при увеличенном токе катушек.