Improving the Reliability of Locomotive Traction Motors due to the use of Electrical Discharge Machining of Collector Plates

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction: One of the most important tasks of locomotive repair production of Russian Railways is to increase the service life of the rolling stock: locomotives and wagons. This paper discusses the use of a new method of repair of collector-brush unit of the electric locomotive, which will improve the switching characteristics, improve the reliability of electric traction motors (ETM) and increase the operating time of the entire electric locomotive as a whole. The purpose of the work is to improve the reliability and service life of ETM of electric locomotives. Methods: To reduce the coefficient of friction between the collector plates and brushes and increase the service life of the collector-brush unit, it is proposed to carburize the surface standing copper plates of the collector by means of electrical discharge machining (EDM). The method of electrical discharge machining, in comparison with traditional mechanical methods of repair of electric traction motors, is more preferable, because it allows increasing the wear resistance of the contact surface of the collector plates, which provides the required performance properties and increases the reliability of the collector-brush unit. Results: The article proposes a technological process of repair of the electric motor collector, characterized by the use of electrical discharge machining with the formation of a carbon surface layer on the contact surface of the collector. A device for the formation of a carbon layer on the working surface of the collector of electric traction motors by means of electrical discharge machining is presented. The results of atomic emission spectral analysis of carbonized copper sample, which showed that the proportion of carbon in the carbonized copper sample increased by 0.1% compared to the copper plate, not subjected to electrical discharge machining, are given. An evaluation model of the dependence of the depth of the composite layer on the voltage applied to the electrodes is presented. Discussion: the evaluation model Presented in the article allows: 1) to make a preliminary estimate of the dependence of the depth and thickness of the layers forming the composite structure of the surface subjected to EDM on the voltage applied to the electrodes; 2) based on this calculation, to conduct an experimental EDM of the collector surface of the ETM with the adjustment of the thickness and depth of the layers by means of the described technique; 3) to experimentally determine the processing modes for the samples.

About the authors

Y. V. Titov

Email: tyrin-88@mail.ru
Assistant, Omsk State Technical University, 11 Mira ave., Omsk, 644050, Russian Federation, tyrin-88@mail.ru

D. Yu. Belan

Email: Baltazar.13@mail.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Omsk State Technical University, 11 Mira ave., Omsk, 644050, Russian Federation, Baltazar.13@mail.ru

G. B. Toder

Email: georgyt@mail.ru
Ph.D. (Physics and Mathematics), Associate Professor, Omsk State Technical University, 11 Mira ave., Omsk, 644050, Russian Federation, georgyt@mail.ru

A. O. Otradnova

Email: anna3812_88@mail.ru
Omsk State Technical University, 11 Mira ave., Omsk, 644050, Russian Federation, anna3812_88@mail.ru

References

  1. Распоряжение президента ОАО «РЖД» от 17.01.2005 № 3р «О системе технического обслуживания и ремонта локомотивов». – М.: ОАО «РЖД», 2005. – 8 с.
  2. Распоряжение президента ОАО «РЖД» от 13.01.2006 № 181 «Дополнительные меры по повышению уровня обеспечения безопасности движения в локомотивном хозяйстве железных дорог ОАО «РЖД». – М.: ОАО «РЖД», 2006. – 7 с.
  3. Поручение первого вице-президента ОАО «РЖД» от 26.08.2010 № П-ВМ-120 «Об оптимизации структуры и повышении эффективности локомотиворемонтного комплекса». – М.: ОАО «РЖД», 2010. – 6 с.
  4. Авилов В.Д., Петров П.Г., Моисеенок Е.М. К вопросу о повышении коммутационной устойчивости коллекторных электрических машин постоянного тока [Электронный ресурс] // Извеcтия Транссиба. – 2010. – № 2 (2). – С. 2–6. – URL: http://izvestia-transsiba.ru/images/journal_pdf/2010-2(2).pdf (дата обращения: 01.02.2019).
  5. Степанов Ю.С., Сотников В.И., Ткаченко А.Н. Экспериментальное исследование процесса комбинированной обработки точением и алмазным выглаживанием торцовых поверхностей деталей из меди [Электронный ресурс] // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2012. – № 8. – С. 43–48. – URL: http://www.mashin.ru/files/2012/utp8_12.pdf (дата обращения: 01.02.2019).
  6. Трибологические характеристики покрытий, полученных электроискровым легированием с последующим лазерным упрочнением / Е.Э. Фельдштейн, М.А. Кардаполова, Р. Гайда, Б. Хородыски, О.В. Кавальчук // Трение и износ. – 2013. – Т. 34, № 2. – С. 175–180.
  7. Влияние добавок нанодисперсного алмаза на свойства композиционного материала на основе бронзы / М.Н. Сафонова, П.П. Тарасов, А.С. Сыромятникова, А.А. Федотов // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2013. – № 5 (695). – С. 3–6.
  8. Коэффициенты трения покоя и скольжения для пар наиболее распространенных материалов [Электронный ресурс]. – URL: http://www.dpva.info/Guide/GuidePhysics/Frication/FrictionToVariousPairs (дата обращения: 01.02.2019).
  9. Патент 137639 Российская Федерация, МПК H 01 R 43/06 (2006.01). Установка для электроискровой обработки с позиционированием электродов относительно поверхности коллектора электрической машины / А.А. Кузнецов, Д.Ю. Белан, А.О. Отраднова, Т.В. Отраднова, И.В. Отраднова. – № 2013132790/07; заявл. 15.07.2013; опубл. 20.02.2014, Бюл. № 5.
  10. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. В 2 т. Т. 1. Обработка материалов с применением инструмента / под ред. В.П. Смоленцева. – М.: Высшая школа, 1983. – 247 с.
  11. Sandeep K. Current research trends in electrical discharge machining: a review [Electronic resource] // Research Journal of Engineering Sciences. – 2013. – Vol. 2 (2) – P. 56–60. – URL: https://pdfs.semanticscholar.org/93e1/7a1521161a361dc1600aa61618166f8de5e7.pdf (accessed 01.02.2019).
  12. Nishiwaki N., Hori S., Natsu W. Detection of electric discharge machining state by using ultrasonic technique [Electronic resource] // 17th World Conference on Nondestructive Testing, Shanghai, China, 25–28 October 2008. – Shanghai: Shanghai Exhibition Center, 2008. – P. 1–6. – URL: https://www.ndt.net/article/wcndt2008/papers/128.pdf (accessed: 01.02.2019).
  13. Nonlinear servomotor in single pulse simulation of electrical discharge machining system modeling [Electronic resource] / H. Lee, A. Yahya, N.H. Khamis, S. Samion // Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science. – 2016. – Vol. 1, N 2. – P. 319–328. – URL: https://www.researchgate.net/publication/299433312_Nonlinear_Servomotor_in_Single_Pulse_Simulation_of_Electrical_Discharge_Machining_System_Modeling (accessed: 01.02.2019).
  14. Equbal A., Sood A.K. Electrical discharge machining: an overview on various areas of research [Electronic resource] // Journal of Manufacturing and Industrial Engineering (MIE). – 2014. – Vol. 13, N 1–2. – P. 1–6. – URL: http://www.qip-journal.eu/index.php/MIE/article/view/339 (accessed: 01.02.2019).
  15. Choudhary A.K., Chhabra K.K. Effect of control parameters in electrical discharge machining – a review [Electronic resource] // International Journal of R&D in Engineering Science and Management. – 2014. – Vol. 1, N 3. – P. 72–76. – URL: http://www.rndpublications.com/wp-content/uploads/2014/10/Paper_1oct.pdf (accessed: 01.02.2019).
  16. Gupta S., Singh G. A review on fabrication of copper graphite composite material & its mechanical properties [Electronic resource] // International Journal of Advance Research and Innovative Ideas in Education. – 2017. – Vol. 3, iss. 3. – P. 537–543. – URL: http://www.ijariie.com/PastIssueSelected.aspx?VolumeId=18 (accessed: 01.02.2019).
  17. Ojha K., Garg R.K., Singh K.K. MRR improvement in sinking electrical discharge machining: a review [Electronic resource] // Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering. – 2010. – Vol. 9, N 8. – P. 709–739. – URL: http://file.scirp.org/pdf/JMMCE20100800004_52519296.pdf (accessed: 01.02.2019).
  18. Hsu W.-H., Chien W.-T. Effect of electrical discharge machining on stress concentration in titanium alloy holes // Materials. – 2016. – Vol. 9, iss. 12. – doi: 10.3390/ma9120957.
  19. Reddy C.B., Reddy G.J., Reddy C.E. Growth of electrical discharge machining and its applications – a review [Electronic resource] // International Journal of Engineering Research and Development. – 2012. – Vol. 4, iss. 12. – P. 13–22. – URL: http://www.ijerd.com/paper/vol4-issue12/C04121322.pdf (accessed: 01.02.2019).
  20. Singh A., Grover N.K., Sharma R. Recent advancement in electric discharge machining, a review [Electronic resource] // International Journal of Modern Engineering Research. – 2012. – Vol. 2, iss. 5. – P. 3815–3821. – URL: http://www.ijmer.com/papers/Vol2_Issue5/EN2538153821.pdf (accessed: 01.02.2019).
  21. Banu A., Ali M.Y. Electrical discharge machining (EDM): a review // International Journal of Engineering Materials and Manufacture. – 2016. – N 1 (1). – P. 3–10. – doi: 10.26776/ijemm.01.01.2016.02.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).