Композиция для электрических щеток

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (Я) 4 Н 01 R 39/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4033240/24-07 (22) 19.12.85 (46) 23.06.87. Бюл. N - 23 (71) Московский институт инженеров железнодорожного транспорта и Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-технологический институт электроугольных изделий (72) П.П,Смазнов, А.А.Реморов, А.М.Бордаченков, В.В.Мезинов, В.П.Степанов, JI.Ã.Êoçëoâ, О.В.Чикунов и Н,В.Родионов (53) 621.313.047(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

719968, кл. H 01 R 39/20, 1980.

Патент Франции Р 2339263, кл. Н 01 R 39/20, 1971. (54) КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ЦЕТОК (57) Изобретение относится к электротехнике и касается щеток для элект1

Л0„„1319123 А1 рических машин, работающих в условиях затрудненной коммутации, воздействия значительных вибрационных и ударных нагрузок, например тяговых электрических машин. Цель изобретения— повышение коммутирующей способности, износостойкости и снижение потерь на трение щетки, В открытые пазы пористого электрографитированного материала вводят углеродные волокна диаметром 0,02-7,0 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.7.: углеродные волокна 0,2-12,0;пористый электрографитированный материал остальное. При этом углеродные волокна, располагаясь в открытых порах электЮ рографитированного материала, являются дополнительными проводниками электрического тока, что способствует значительному повышению стабильности.физико-механических характеристик щеток. 1 табл.

1319123 .

Изобретение относится к электромеханике и касается щеток электрических машин, работающих в условиях затрудненной коммутации, воздействия значительных вибрационных и ударных нагрузок, наличия в зоне контакта паров масла и нефтепродуктов, например тяговых электрических машин.

В предлагаемой композиции углеродные волокна, располагаясь в открытых порах пористого электрографитированного материала, пронизывающих весь его объем, являются дополнительными проводниками электрического тока, что способствует значительному повышению стабильности физико-механических характеристик щеток, особенно их удельного электросопротивления. Наличие дополнительных путей для электрического тока в щетке позволяет существенно разгрузить основной электрографитированный щеточный материал,, уменьшить действительную плотность тока в контакте, что способствует повьппению коммутирующей способности щеточно-коллекторного узла. Присутствие в порах гибкого углеродного волокна повьппает плотность, прочность и упругость щетки, что способствует повышению износостойкости, срока службы щеток и снижению потерь на трение в скользящем контакте.

В открытые поры пористого электрографитированного материала вводятся углеводородные волокна диаметром

0,02-7,0 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.7: углеродные волокна диаметром 0,02-7,0 мкм 0,2 12,0, пористый электрографитированный материал остальное.

При значениях компонентов щеток, выходящих за указанные пределы, снижается стабильность физико-механических характеристик и ухудшаются эксплуатационные свойства щеток.

При содержании углеродных волокон в щетке ниже предлагаемого предела возрастает настабильность удельного электросопротивления, снижаются плотность, прочность и упругие свойства щетки, возрастают износ и коэффициент трения.

В случае, если в щетке углеродные волокна содержатся вьппе предлагаемого предела, существенно возрастает твердостэ щетки, что приводит к ухудшению механических характеристик контакта и заволакиванию коллекторной

45 меди. Щетка нарабатывает политуру значительной толщины, в результате чего основным переносом является фриттинг (пробой) коллекторной пленки, что приводит к нарушениям процесса политурообразования, увеличению износа щетки и потерь на трение в контакте.

Пример 1, В смеситель с рабочим объемом камеры 400 л загружа- " ют техуглерод (15 мас,%) пековый кокс (30, 1 мас.7) ° Порошки перемешивают 30 мин до 50 С, затем в смеситель заливают 37,1 мас.% воды и перемешивают в течение 30 мин до 50 С.

Далее в смеситель заливают подогретую до 150 С смесь из каменноугольного пека (12,7 мас.7) и проводят смешение в течение 3,5-4 ч до температуры массы tÇÎ С. Затем массу выгру жают и вальцуют на. валках, нагретых до 140-150 С. После этого массу охлаждают и размалывают до дисперсности частиц размером менее 500 мкм (содержание фракции менее 63 мкм 687) на мельнице. Прессование блоков проводят с кажущейся плотностью 1,50—

1,52 г/смз . Обжиг блоков проводят в печи туннельного типа при максимальной температуре 1200 С, графитизацию — в печи при 2700 С. Из полученного электрографитированного материала изготавливают образцы и щетки для проведения испытаний. Удельный объем открытых пор по данным ртутной порометрии 0,176 см /г, размер пор по диаметру 0,01-3,5 мкм, Пример 2, Образцы щеточного материала, изготовленные по примеру

1, подвергают однократной пропитке органическим раствором полиакрилнитрила в автоклаве при остаточном давлении 0,94 кгс/см „ Затем образцы обрабатывают в сушильной печи при

120-150 С, Содержание в образцах полиакрилнитрила 0,58 мас.%.

После этого заготовки щеток и образцы подвергают нагреву до 2700 С в специальной печи изотермического нагрева. При указанных температурах размещенный в порах волокнистый материал полиакрилнитрила переходит в состояние графита и начинает пропускать ток. Выход графита 34,5 мас.X.

С учетом этого соотношения определяют содержание углеродного волокна в щетке (0,2 мас.7). Методом ртутной порометрии определяют значение откры1319123

Остальное

3 той пористости и диаметр открытых пор. Величина удельного объема открытых пор уменьшается íà 247. и составляет О, 134 см /г, однако содержание открытых пор диаметром 0,02-7,0 изменяется незначительно. Таким образом, получаемые углеродные волокна имеют диаметр от 0,02 до 7,0 мкм.

Пример 3. По технологии примеров 1 и 2 готовят образцы щеток с fp использованием двукратной пропитки и сушки. Содержание углеродистого волокна 6,2 мас.7, удельный объем открытых пор диаметром 0,02-7,0 мкм

0,098 см /г. f5

Пример 4. По технологии примеров 1.и 2 готовят образцы щеток с использованием трехкратной пропитки и сушки. Содержание углеродного волокна 12 0 мас.7, удельный объем от- 20 крытых пор диаметром 0,02-7,0 мкм

0,062 см /г.

Пример 5. По технологии примеров 1.и 2 готовят образцы щеток с использованием четырехкратной пропитки и сушки. Содержание углеродного волокна 12,82 Mac,7., удельный объем открытых пор диаметром 0,02-7,0 мкм

О, 038 см /r . 30

11 р и м е р 6. По технологии примеров 1 и 2 готовят образцы щеток с использованием однократной пропитки в автоклаве при уменьшенном до 35

0,92 кгс/см давлении. Содержание углеродного волокна диаметром 0,02—

7,0 мкм в щетке О, 18 мас.7., удельный объем открытых пор диаметром 0,02—

7, 0 мкм 1, 12 смэ /r, 4

Результаты испьгганий известных и предлагаемых щеток приведены в таблице.

Как следует из представленных в таблице результатов испытаний существенно повышается стабильность физико-механических характеристик щеток— удельного электросопротивления и твердости (например, разброс значений удельного электросопротивления 2

10 ед. у предлагаемой щетки вместо

24 ед. у известной, разброс значений твердости 1-4 ед. вместо 6 ед.),уменьшается износ щетки при испытании на установке КЗК-95, при испытаниях в эксплуатационных условиях срок службы щеток возрастает в 1,2-1,5 раза, за счет улучшения коммутирующей способности щеток улучшается состояние щеточно-коллекторного узла в эксплуатации.

Формула и з обретения

Композиция для электрических щеток, содержащая пористый электрографитированный материал и углеродные .волокна, отличающаяся тем, что, с целью повышения срока службы, коммутирующих свойств и снижения потерь на трение, углеродные волокна имеют диаметр 0,02-7,00 мкм и расположены в открытых порах пористого электрографитированного материала при следующем соотношении

IKOMIIOHPHTOB> мас.7:

Углеродные волокна диаметром 0,02

7,0 мкм 0,2-12,0

Пористый электрографитированный материал

1319123

ПриСодержание

УдельТвердость, мер ное

Коэффициент трения

Средний износ

Перекладное падение напряжения углерод- электро" ного во" сопротивкгс щеток эа 20 ч, локна, мас.Е ление, мком м на пару щеток, В

Известный

8-14 0,28

2,0

0,23

28-52

Предлагаемый

0,22

2,0

10-16 0,25

12-18 О, 20

12-16 О, i 5

i 4-16 О, 12

15-16 О, 10

23-38

0 18

211

0,20

26-32

0,20

2i0

0,18

24-30

6,23

О;16

2,2

24-28

24-?6

12,0

2,3

0,19

12,82

Продолжение таблицы

Пример

Испытания в эксплуатационных условиях

Состояние щеточноколлекторного узла

Срок службы, тыс.км

Известный

Зоны нет, искрение 1 1/4

Следы искрения и

136 подгара

П редлагаемый

Зоны нет, искрение 1 1/4

То же

0,98

170 Удовлетворительное

1,42

То же тт

3,74

212

Заволакивание

194 коллектора

5,24

ВНИИПИ Заказ 25 19/48 Тираж 625

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ширина зоны безискровой работы тягового двигателя при j 13 А/см, Ж

Испытания на установке КЗК-95