FEATURES OF MATHEMATICAL MODELING IN THE PROBLEMS OF CURRENT COLLECTION RELIABILITY IN COMMUTATOR-BRUSH ASSEMBLIES OF ELECTRIC TRACTION MOTORS

The article deals with the possibility of evaluating dynamic states in the interaction between the elements of electric locomotive traction motors and devices providing switching processes. The PURPOSE of the study is to develop a mathematical modeling method for assessing the features of dynamic states arising under the increased level of vibration. METHODS. The paper proposes a mathematical model of commutator-brush assembly operation of the traction motor as a composite solid, in which the conditions of contact non-breaking can be implemented under the joint vibrations of the composite solid elements and influence of harmonic forces. A methodological basis is developed for the assessment of dynamic states of the interaction of commutator-brush assembly elements under the traction motor body vibrations arising under the interaction with the rail. The methods of structural mathematical modeling, in which the mechanical oscillatory system is correlated to a structural model that is dynamically equivalent of the automatic control system, are used to build the mathematical models. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. The possibilities to estimate the effect of external vibrations of the traction motor body on the operation of the commutator-brush assembly are shown taking into account the possibilities of oscillations of the traction electric motor armature. Description is given to the sequence of actions on reduction of the problem of complex loading at the simultaneous action of several forces to the simplified setting of the problem of estimation of element contact loading conditions at switching. CONCLUSIONS. The method is proposed to construct a mathematical model of commutator-brush assembly elements contact under traction motor body vibration. The article provides a mathematical model of commutator-brush assembly operation under traction motor body vibration which is represented by the design scheme in the form of a mechanical oscillating system with three degrees of freedom.

mathematical modeling, commutator-brush assembly (CBA), dynamics of the traction motor body, non-breaking of brush contact

1. Орленко А.И., Петров М.Н., Терегулов О.А. Комплексная диагностика тягового электродвигателя электровоза: монография. Красноярск: Изд-во КрИЖТ ИрГУПС, 2016. 218 с.

2. Харламов В.В. Методы и средства диагностирования технического состояния коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей и других коллекторных машин постоянного тока: монография. Омск: Изд-во ОмГУПС, 2002. 232 с.

3. Авилов В.Д. Оптимизация коммутационного процесса в коллекторных электрических машинах постоянного тока: монография. Омск: Изд-во ОмГУПС, 2013. 356 с.

4. Karnovsky I.A., Lebed E. Theory of Vibration Protection. Springer International Publishing. Switzerland, 2016. 708 p.

5. Rocard Y. General Dynamics of Vibrations. Paris: Masson, 1949. 458 p.

6. Clarence W. de Silva. Vibration. Fundamentals and Practice. Boca Raton, London, New York, Washington, D.C.: CRC Press, 2000. 957 p.

7. Harris С.М., Сrеdе C.E. Shock and Vibration Handbook. New York: McGraw - Hill Book Со, 2002. 1457 p.

8. Rashid M.H. Power Electronics Handbook. New York: Butterworth-Heinemann, 2018. 1510 p.

9. Блехман И.И. Теория вибрационных процессов и устройств. Вибрационная механика и вибрационная техника. СПб.: ИД «Руда и металлы», 2013. 640 с.

10. Пановко Г.Я. Динамика вибрационных технологических процессов. Ижевск: НИЦ «Регуларная и хаотическая динамика», 2006. 176 с.

11. Исмаилов Ш.К. Повышение ресурса изоляции электрических машин подвижного состава. Омск: Изд-во ОмГУПС, 2007. 390 с.

12. Карасев М.Ф., Беляев В.П., Козлов В.Н., Трушков А.М., Авилов В.Д., Елисеев С.В. Оптимальная коммутация машин переменного тока: монография. М.: Транспорт, 1967. 180 c.

13. Елисеев С.В., Марков К.К. Безотрывное перемещение частицы по вибрирующему решету при действии сил сухого и вязкого трения // Исследования по механике деформируемых сред: межвуз. сб. ст. Иркутск: Изд-во ИПИ, 1976. С. 189-195.

14. Елисеев А.В., Сельвинский В.В., Елисеев С.В. Динамика вибрационных взаимодействий элементов технологических систем с учетом неудерживающих связей. Новосибирск: Наука, 2015. 332 с.

15. Орленко А.И., Елисеев А.В. Особенности динамики коллекторно-щеточного узла тягового электродвигателя электровоза с учетом неудерживающих связей // Кулагинские чтения: техника и технологии производственных процессов: сб. ст. XVII Междунар. науч.-практ. конф.; в 3 ч. (Чита, 27-30 ноября 2017 г.). Чита: Изд-во ЗабГУ, 2017. Ч. 3. С. 148-154.

16. Eliseev A.V., Artyunin A.I., Eliseev S.V. Generalized gap function in the dynamic interaction problems of elements of vibrational technological machines with “not holding” ties // Vibroengineering Procedia. Vol. 8: proc. of 22nd International Conference on Vibroengineering (Moscow, Russia, October 4-7th 2016) / Publisher JVE International Ltd. Kaunas (Lithuania), 2016. Р. 495-500.

17. Харламов В.В., Попов Д.И., Литвинов А.В. Совершенствование технологии испытаний асинхронных тяговых двигателей локомотивов. Омск: Изд-во Омского гос. ун-та путей сообщ., 2016. 159 c.

18. Харламов В.В., Шкодун П.К., Долгова А.В., Ахунов Д.А. Совершенствование технологии диагностирования технического состояния коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей электровозов: монография. Омск: Изд-во Омского гос. ун-та путей сообщения, 2015. 198 с.

19. Елисеев А.В., Артюнин А.И., Ситов И.С. Метод определения условий ненарушения контакта при вибрационных нагружениях с учетом неудерживающих связей // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2017. № 1 (53). С. 26-34.

20. Eliseev A.V., Eliseev S.V., Orlenko A.I. Localization of vibration effects: the possibilities of dynamic damping of vibrations // Vibroengineering Procedia. Vol. 13: proc. of 27nd International Conference on Vibroengineering (Katowice, Poland, September 26-28th 2017) / Publisher JVE International Ltd. Kaunas (Lithuania), 2017. Р. 132-135.

21. Елисеев С.В., Резник Ю.Н., Хоменко А.П., Засядко А.А. Динамический синтез в обобщенных задачах виброзащиты и виброизоляции технических объектов. Иркутск: Изд-во ИГУ, 2008. 523 c.

22. Елисеев С.В., Артюнин А.И. Прикладная теория колебаний в задачах динамики линейных механических систем. Новосибирск: Наука, 2016. 459 с.

23. Дружинский И.А. Механические цепи. Л.: Машиностроение, 1977. 240 с.