Loading

Problemy naprawy elektrycznych maszyn trakcyjnych

mgr inż. Andrzej Hitczenko
gł. specjalista ds. technicznych w CBKT ZNTK
oddział w Mińsku Mazowieckim

 

"Trakcja i Wagony" Nr.4/1981

UKD:629.2.3:621.333.004.67

Początki naprawy

W chwili przystępowania do odbudowy ze zniszczeń wojennych trakcji elektrycznej 3000 V, PKP nie miały specjalistycznego zakładu przygotowanego do napraw taboru elektrycznego.
W tej sytuacji pierwsze po wojnie naprawy rewizyjne nielicznego - ocalałego ze zniszczeń wojennych - taboru elektrycznego, a więc i maszyn elektrycznych, trzeba było wykonywać w elektrowozowni Grochów, która wyremontowała elektryczne zespoły trakcyjne 3000 V do obsługi na nowo uruchomionej (14 lipca 1946 r.), zelektryfikowanej linii kolejowej z Warszawy Wschodniej do Otwocka.
W następnych latach naprawy okresowe taboru elektrycznego i maszyn elektrycznych były przeprowadzane w ZNTK w Pruszkowie, Lubaniu i Gdańsku, a przy naprawie maszyn elektrycznych wymagających zwiększonego zakresu naprawy (tj. przezwojenia) - korzystano z pomocy elektrowozowni EKD w Grodzisku Mazowieckim (w zakresie przezwojeń silników WN przetwornic głównych typu MG 81) oraz Dolnośląskich Zakładów Wytwórczych Wielkich Maszyn Elektrycznych we Wrocławiu (tak się wówczas nazywał "Dolmel"), dokąd kierowano do przezwojenia (gotowymi cewkami importowanymi z Wielkiej Brytanii) silniki trakcyjne typu PK 601.
W następnych latach problem przezwajania elektrycznych maszyn trakcyjnych, dla potrzeb PKP, musiał być rozwiązany i opanowany przez ZNTK we własnym zakresie - tym bardziej na tle rysujących się już wówczas perspektyw rozwoju elektryfikacji polskiej sieci kolejowej.

Przezwajanie silników trakcyjnych

Warsztat naprawy elektrycznych maszyn trakcyjnych w ZNTK w Mińsku Mazowieckim - zlokalizowany w oddanej do użytku pod koniec 1957 roku dużej, widnej, nowoczesnej hali o powierzchni ponad 3 tys. m2 - był pierwszym w Zjednoczeniu ZNTK oddziałem przewidzianym specjalnie do wykonywania wszystkich rodzajów napraw maszyn trakcyjnych (tj. silników trakcyjnych oraz maszyn pomocniczych WN i NN) zarówno do elektrycznych zespołów trakcyjnych 3000 V, jak i do lokomotyw elektrycznych 3000 V eksploatowanych w tym czasie przez PKP (rys. 1).
W 1958 roku maszyn tych nie było jeszcze tak dużo (około 1600 sztuk - licząc tylko maszyny wysokiego napięcia), z czego silniki trakcyjne stanowiły prawie 75% tej liczby, a reszta, to przetwornice główne 3000/110 V i silniki WN sprężarek. Były to jednak maszyny aż 16 typów (w tym - 7 typów silników trakcyjnych i 9 typów maszyn pomocniczych WN); w dodatku różnego pochodzenia (angielskiego, szwedzkiego, niemieckiego i krajowego).
Przy tak dużej różnorodności maszyn i kompletnym braku doświadczenia, trudno było przystępować do przezwajania od razu wszystkich typów silników trakcyjnych i maszyn pomocniczych WN. Toteż przezwojenia tych maszyn opanowywano w ZNTK w Mińsku Mazowieckim stopniowo, w ciągu kilku lat - rozpoczynając tę produkcję od silników trakcyjnych typu PK 601 i LJB 88.

 

 

Rys. 1. Ogólny widok hali napraw silników trakcyjnych

 

Rys. 2. Uzwajanie wirnika silnika trakcyjnego

Podstawowym czynnikiem, od którego było uzależnione uruchomienie przezwajania ww. typów silników trakcyjnych, było zagospodarowanie i przekazanie do użytku w kwietniu 1958 roku uzwajalni wirników (rys. 2). W tym czasie nie była ona jeszcze wyposażona, tak jak to przewidywał projekt techniczny tego warsztatu, ale umożliwiła rozpoczęcie przezwajania wirników i wykonanie wszystkich niezbędnych operacji składających się na ten proces, łącznie z próbą pod obciążeniem przezwojonego silnika trakcyjnego.Ówczesne wyposażenie uzwajalni składało się z następujących podstawowych maszyn i urządzeń:
- tokarki TR90 (wraz ze skonstruowaną, we własnym zakresie, przystawką do bandażowania wirników) służącej do toczenia komutatorów w naprawach rewizyjnych i po przezwojeniu oraz do prowizorycznego i stałego bandażowania drutem stalowym przezwajanych wirników,
- prowizorycznego zbiornika z lakierem izolacyjnym do nasycania przezwajanych wirników przez zanurzenie w lakierze izolacyjnym (rys. 3),
- suszarki elektrycznej z ręcznym wózkiem szynowym i stojakiem do suszenia wirników w pozycji pionowej przed i po nasyceniu lakierem izolacyjnym,
- poziomej prasy hydraulicznej służącej do wymiany wałów silników trakcyjnych,
- wyważarki dynamicznej do dynamicznego wyważania wirników po przezwojeniu oraz po wymianie niektórych części wirnika (np. wału lub przewietrznika),
- transformatora probierczego do przeprowadzania prób napięciowych w procesie uzwa-jania wirnika i po jego zakończeniu,
- prowizorycznego stanowiska probierczego umożliwiającego przeprowadzenie próby obciążenia mocą godzinną przezwojonych silników trakcyjnych, próby wytrzymałości mechanicznej (przy zwyżce obrotów), a częściowo także próby komutacji, chociaż w niepełnym, wymaganym przez normy, zakresie ze względu na ograniczoną moc zespołów zasilających.
Oprócz tego uzwajalnię wyposażono w potrzebny sprzęt warsztatowy, tj. w obrotowe stojaki pod wirniki własnej konstrukcji oraz w wiele specjalnych przyrządów pomocniczych, jak np. żelazko elektryczne z odpowiednio wyprofilowanym spodem do opiekania na wirniku izolacji mikafoliowej i mikanitowej.
Skompletowanie, zainstalowanie i uruchomienie potrzebnego wyposażenia zasadniczego oraz wykonanie nietypowego sprzętu warsztatowego i niezbędnego oprzyrządowania specjalnego było jednym z kierunków działania w ramach przygotowań do uruchomienia w ZNTK w Mińsku Mazowieckim przezwojeń silników trakcyjnych.
Drugi kierunek działania to zapewnienie potrzebnych części i materiałów. Jak wspomniano na wstępie, cewki w owym czasie pochodziły wyłącznie z importu (do silników PK 601  z Wielkiej Brytanii i do silników LJB 88 ze Szwecji). Inne materiały (mikanit, mikafolia, lakier izolacyjny, lut cynowy, stalowy drut bandażowy i inne) skompletowano z dostaw krajowych.
I wreszcie trzeci problem chyba jeden z. najtrudniejszych, a jednocześnie tak bardzo ważny to kadry warsztatowe (głównie chodziło o wykwalifikowanych i doświadczonych uzwajaczy) oraz inżynieryjno-techniczne, przygotowujące dokumentację technologiczno-kon-strukcyjną i nadzorujące wykonawstwo. Kadrę inżynieryjną Zakładów w Mińsku stanowili młodzi inżynierowie, od razu po studiach, pełni zapału do ciekawej pracy, ale bez żadnego właściwie doświadczenia warsztatowego i umiejętności praktycznych, które trzeba było zdobywać samemu, a to wymagało czasu.

 

Rys. 3. Fragment nasycalni wirników

 

W owym okresie każda najdrobniejsza nawet zmiana materiału czy technologii wykonania, w stosunku do oryginalnej dokumentacji producenta, była powodem wnikliwych rozważań i długich dyskusji, a w końcu niepewności, czy przyjęte rozwiązanie jest właściwe i zda egzamin w eksploatacji.
Wykwalifikowanych uzwajaczy było początkowo bardzo niewielu; dalszych szkoliło się we własnym zakresie, a także w M-5. Odczuwało się również brak wprawy i umiejętności sprawnego wykonywania poszczególnych czynności, a także specjalizacji w operacjach składających się na proces przezwajania wirnika. W owym czasie prawie wszystkie operacje od zdjęcia bandaży i wyzwojenia wirnika, ai do jego uzwojenia, nasycenia i zabandażowania (tj. z wyjątkiem operacji lutowania uzwojeń w chorągiewkach komutatora i obtaczania komutatora) wykonywał osobiście uzwajacz.
W 1958 r. ZNTK w Mińsku Maz. przezwajały 2 wirniki miesięcznie (obecnie ponad 80 sztuk w ciągu miesiąca). Jednakże w miarę upływu czasu, powiększania stanu zatrudnienia oraz szkolenia załogi i zdobywania doświadczenia, zaznaczył się wyraźny, ilościowy wzrost prze-zwojeń obu ww. typów silników trakcyjnych, a jednocześnie następował także systematyczny wzrost asortymentowy przezwajanych maszyn trakcyjnych do taboru elektrycznego 3000 V, obejmując w 1962 roku 8 typów silników trakcyjnych (na ogólną liczbę 10 typów) oraz 12 typów maszyn pomocniczych WN (na ogólną liczbę 15 typów), będących w owych latach w eksploatacji PKP.
Jednakże potrzeby PKP w zakresie przezwajania elektrycznych maszyn trakcyjnych nadal systematycznie wzrastały (ciągle przybywało nowych maszyn, a stare, w miarę starzenia się izolacji, w coraz większych ilościach trzeba było przezwajać), a jednocześnie postępowała modernizacja zakładów naprawiających lokomotywy elektryczne, w których to zakładach powstawały także uzwajalnie maszyn elektrycznych. W wyniku tego, od 1964 rOku, zaczęto wprowadzać? specjalizację poszczególnych ZNTK branży elektrycznej w naprawie i przezwajaniu maszyn trakcyjnych, przekazując stopniowo prze-zwajanie niektórych typów maszyn (szczególnie do lokomotyw elektrycznych) z ZNTK w Mińsku Mazowieckim do innych zakładów.
W pierwszej kolejności przekazano do ZNTK w Gdańsku (który już od paru lat z powodzeniem przezwajał silniki trakcyjne do taboru 800 V) przezwojenia maszyn pomocniczych LKPa 353 i LKPa 354 do lokomotywy serii ET21.
W następnym roku, tj. w 1965, przeniesiono do ZNTK w Lubaniu przezwojenia silników trakcyjnych typu MV 185R i LJB 117 do lokomotyw serii EP02 i EP03 (obecnie -już skasowanych) oraz przezwojenia przetwornic głównych WN (typu MG 80 i LJD 70) do tychże lokomotyw, a także przezwojenia wszystkich maszyn pomocniczych lokomotyw serii EU04 i EU20 pochodzenia niemieckiego. W późniejszym okresie wycofano stopniowo z Mińska i przekazano do ZNTK w Lubaniu przezwojenia silników trakcyjnych typu LKb 635, stanowiących do niedawna najdłuższą serię maszyn elektrycznych, znajdujących się w eksploatacji PKP.
W kolejnych latach w ZNTK w Gdańsku uruchomiono i rozwinięto przezwojenia silników trakcyjnych i maszyn pomocniczych do lokomotyw serii EP05 (ostatnio także do lokomotyw ET40 i do elektrycznych zespołów trakcyjnych EW58), a w ZNLE w Gliwicach silników trakcyjnych typu EE 541 i maszyn pomocniczych do lokomotyw serii EU06, EU07, EP08, ET22 i ET41.
. Ponadto przed paru laty, w ramach kooperacji, ZNTK w Mińsku rozpoczęły uzwajanie dla M-5 we Wrocławiu wirników silników trakcyjnych typu LKf450 i EE541, a więc nastąpiło niejako odwrócenie sytuacji sprzed 25 lat, kiedy to Zakład M-5 we Wrocławiu przezwajał wirniki dla PKP.
Obecnie ZNTK w Mińsku Mazowieckim uzwajają rocznie ok. 1000 sztuk wirników różnych typów elektrycznych maszyn trakcyjnych.

Uruchomienie produkcji cewek

Rozwój przezwojeń elektrycznych maszyn trakcyjnych dla potrzeb PKP wymagał wprowadzenia własnej produkcji cewek (w owym czasie była to produkcja wyłącznie antyimportowa). Dlatego następnym etapem działania (po opanowaniu przezwojeń), było dążenie do jak najszybszego uruchomienia cewkami. Nastąpiło to w sierpniu 1959 roku, a więc w półtora roku od rozpoczęcia przezwajania wirników.
Wyposażenie specjalistyczne niezbędne do produkcji cewek (opiekarka i prasa do cewek wirnikowych oraz nawijarki do cewek biegunowych) sprowadzono ze znanej firmy szwajcarskiej "Mieafil". Natomiast potrzebna dokumentacja konstrukcyjno-technologiczna (rysunki cewek, układy izolacyjne, plany operacji, instrukcje technologiczne, rysunki oprzyrządowania specjalnego do cewek), a nawet gotowe przyrządy do produkcji cewek do wielu typów maszyn trakcyjnych (głównie elektrycznych zespołów trakcyjnych pochodzenia angielskiego i szwedzkiego) zostały opracowane w latach 1959 - 1962 i dostarczone przez zespół pracowników Zakładu Trakcji Elektrycznej Instytutu Elektrotechniki, którzy również sprawowali nadzór autorski nad uruchamianiem i początkowym przebiegiem tej całkowicie nowej dla ZNTK produkcji.
Z czasem całość prac dokumentacyjnych i organizacyjnych związanych z produkcją cewek(a później także komutatorów i w ogóle z naprawą oraz z przezwajaniem maszyn trakcyjnych do taboru elektrycznego) przejęło, utworzone w 1961 r. przy ZNTK w Mińsku Mazowieckim, Centralne Biuro Konstrukcyjno-Technologiczne Naprawy Taboru Elektrycznego.
Produkcja cewek, pozornie łatwiejsza niż przezwajanie wirników, napotykała jednak początkowo na duże trudności. Brak było doświadczonych cewkarzy z praktyką warsztatową; to samo można było powiedzieć o kadrze inżynieryjno-technicznej. Największe jednak problemy stwarzał niedostatek materiałów; brakowało miedzi nawojowej i podstawowych materiałów izolacyjnych, a przede wszystkim taśmy mikajedwab o grubości 0,08 mm.
W rezultacie pierwsze cewki wirnikowe do silnika trakcyjnego PK 601 trzeba było robić ze starej miedzi (pochodzącej z wyzwojonych wirników), którą odzyskano przez usunięcie izolacji głównej i międzyzwojowej z cewek, wyprostowanie poszczególnych prętów (bez rozginania już uformowanej główki) i dokładne oczyszczenie każdego pręta, a następnie ponowne formowanie prętów i ręczne ich izolowanie taśmą mika-jedwab (importowaną wówczas z Wielkiej Brytanii). W ten sposób zaizolowane pręty układano w cewkę, formowano, izolowano połączenia czołowe, zakładano izolację (w postaci tulęi mikafoliowych) na częściach żłobkowych, a następnie opiekano i prasowano. Po przeprowadzeniu próby napięciowej izolacji międzyzwojowej oraz głównej cewki gotowa cewka stanowiła podstawowy materiał do zwojenia wirników. Na uzwojenie jednego wirnika potrzeba było 47 takich cewek.
W sumie w połączeniu z brakiem wprawy i biegłości w wykonywaniu poszczególnych operacji była to produkcja pracochłonna; pracochłonność wykonania jednego kompletu cewek wirnikowych do silnika trakcyjnego typu PK 601 wynosiła około 350 godzin. Obecnie na wykonanie takiego samego kompletu cewek wirnikowych (co prawda z miedzi nowej, a nie z regenerowanej i przy istniejącej specjalizacji cewkarzy oraz wprowadzonym akordzie indywidualnym) zużywa się ok. 80 godzin.
Od tego czasu następował systematyczny wzrost produkcji cewek wirnikowych w ZNTK w Mińsku Mazowieckim (pomimo wprowadzonej, i tutaj, od 1965 roku specjalizacji oraz przekazania produkcji niektórych cewek do innych zakładów).
W obecnej chwili ZNTK w Mińsku są największym producentem cewek wirnikowych w skali Zjednoczenia ZNTK osiągnąwszy produkcję rzędu 80 tys. sztuk cewek wirnikowych rocznie w 14 asortymentach (typach), z czego cewki wirnikowe silników trakcyjnych stanowią ponad 90% wszystkich produkowanych cewek.

Produkcja komutatorów

Ostatnim etapem w kompleksowym opanowaniu przez ZNTK w Mińsku Mazowieckim przezwojeń maszyn trakcyjnych było uruchomienie pod koniec 1968 r. produkcji komutatorów.

Rys. 4. Układanie wieńca komutatora; w głębi urządzenie do dynamicznego formowania komutatorów

W roku tym wykonano pierwsze dwa komutatory: jeden do silnika trakcyjnego typu PK 601, a drugi do silnika typu LJB 88. Jest to produkcja trudna, wymagała dużej pracy przygotowawczej, szkolenia specjalistów warsztatowych i kadry inżynieryjno-technicznej (w "Dolmelu" i w Żychlinie), ale start był udany, a jakość produkowanych komutatorów (od samego początku do chwili obecnej) jest na bardzo dobrym poziomie.
Omawiana produkcja komutatorów polega na wykonaniu całkowicie nowego wieńca komutatora (składającego się - w przypadku silnika trakcyjnego - z kilkuset miedzianych działek i mikanitowych przekładek), a następnie zmontowaniu komutatora (przy wykorzystaniu części stalowych ze starego komutatora, które praktycznie nie ulegają zużyciu ani uszkodzeniu) i jego dynamicznym uformowaniu (rys. 4).
Podstawowe wyposażenie, komutatorowni jtst wyłącznie krajowe. Frezarki, prasa hydrauliczna i suszarka elektryczna pochodzą z zakupu; szlifierka do szlifowania mikanitu komutatorowego na przekładki została adaptowana (wg dokumentacji opracowanej przez CBK-E) z typowej. Wyważarka statyczna i urządzenie do dynamicznego formowania komutatorów w stanie nagrzanym i przy znacznej zwyżce obrotów (najważniejsze w komutatorowni) zostały zaprojektowane przez CBK-E i wykonane przez zakład we własnym zakresie.

 

Rys. 5. Stacja prób elektrycznych maszyn trakcyjnych

Produkcja komutatorów jest produkcją wymagającą dokładności i sumienności wykonania oraz dużej ilości specjalnego oprzyrządowania. Do produkcji jednego typu komutatora, w zależności od jego konstrukcji, potrzeba zwykle od 12 do 15 przyrządów i narzędzi specjalnych.
Przygotowania do uruchomienia produkcji nowego typu komutatora trwają przeciętnie około 2 lat, wliczając w to: czas potrzebny na opracowanie dokumentacji technologicznojkon-strukcyjnej, zamówienia oraz dostawę miedzi profilowej i innych materiałów, a także wykonanie potrzebnego oprzyrządowania specjalnego oraz wyprodukowanie prototypu komutatora.
W ciągu 12 lat, które upłynęły od uruchomienia komutatorowni w Mińsku Mazowieckim (jedynej w Zjednoczeniu ZNTK), opracowano w CBK-E dokumentacje dla 35 typów komutatorów i prawie wszystkie je wdrożono.
Większość produkowanych komutatorów, to komutatory do silników trakcyjnych taboru elektrycznego, a także spalinowego (pochodzącego przeważnie z importu), ale nie brak również komutatorów do maszyn produkcji krajowej. Produkuje się również, choć w mniejszych ilościach, komutatory do maszyn pomocniczych. Ponadto zakłady w Mińsku wykonują także komutatory dla odbiorców spoza resortu, np.: do lokomotyw kopalnianych eksploatowanych na terenie kopalni węgla brunatnego.
Obecna produkcja komutatorów (zgodnie ze zgłaszanymi potrzebami) wynosi ogółem ponad 300 sztuk rocznie, przeciętnie w 15 do 20 typach.

Podsumowanie dotychczasowych osiągnięć

Tak, w skrócie, wyglądały początki i rozwój przezwojeń silników trakcyjnych oraz maszyn pomocniczych w ZNTK w ciągu ostatnich 25 lat. .Obecnie pełne przezwojenia i produkcję cewek wykonuje się (zgodnie z ustaloną specjalizacją) w 4 ZNTK naprawiających tabor elektryczny i w 3 ZNTK naprawiających tabor spalinowy. W dalszych 3 ZNTK trwają przygotowania do uruchomienia tego rodzaju napraw maszyn elektrycznych i stacji prób (rys. 5).
Ponadto w omawianym Okresie zaszły olbrzymie zmiany w strukturze przezwojeń elektrycznych maszyn trakcyjnych. Zwiększyła się liczba przezwojeń silników trakcyjnych i maszyn pomocniczych jednego typu (trzy podstawowe typy silników trakcyjnych do taboru elektrycznego są produkcji krajowej i liczą po kilka tysięcy sztuk maszyn w eksploatacji), a zanikło wiele krótkich serii maszyn z taboru pochodzenia zagranicznego (w wyniku stopniowej kasacji tego taboru). Ułatwia to znacznie przeprowadzanie przezwojeń i organizację pracy w ZNTK.
W ZNTK powstały - odpowiednio wyposażone i dysponujące dobrze wyszkoloną kadrą bezpośrednich wykonawców (uzwajaczy, cewkarzy), jak i pracowników inżynieryjno-technicznych - wyspecjalizowane oddziały napraw maszyn elektrycznych. Stąd uruchomienie przezwojeń lub produkcji cewek, czy komutatorów do kolejnego nowego typu silnika trakcyjnego, bądź maszyny pomocniczej - nie stanowi żadnego problemu technicznego; wymaga jedynie pewnego czasu na przygotowanie i uruchomienie tej produkcji.
Z drugiej strony wielokrotnie wzrosła liczba naprawianych i przezwajanych maszyn elektrycznych. Występują coraz częściej niedobory w zatrudnieniu i ulegają zmianie zapatrywania oraz wymagania pracowników odnośnie warunków pracy, a to wszystko rodzi nowe problemy (co prawda jakościowo zupełnie różne od dotychczasowych), które trzeba rozwiązywać.