Щетка для электрических машин и способ ее изготовления

 

Изобретение относится к электротехнике и касается щеток для электри±А ческих машин, работающих в условиях затрудненной комг тации, воздействия значительных вибраций и ударных нагрузок , например тяговых электрическиз машино Цель изобретения состоит в повышении коммутирующей способности, износостойкости и снижении потерь на трение щетки. Щетка включает в себя пористый электропроводный материал 1, в котором выполнены пазы с уложенными волокнами 2, ориентированными по высоте щетки Волокна 2 скреплены друг с другом и с пористым электропроводным материалом антифрикционным полимером на основе фурилового спирта . Расположение пазов на набегающей поверхности 4 в аксиальном направлении щетки совпадает с промежутками между пазами на сбегающей поверхности 5. Волокна укладывают в пазах с натягом путем навивки при вращерши заготовки щетки вокруг оси, совпадающей с аксиальным размером щетки . После заполнения пазов волокнами их концы связьшают. Подготовленную заготовку пропитывают полимерообразующим антифрикционным раствором , термообрабатывают, после чего шлифуют контактную поверхность щетки, армируют и собираюто 2 СоП. ф-лы, 5 ил„, 1 табЛо § (/) 41 ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

19 1!1 (51) 4 Н 01 R 39/20 4g

:i3, ВКУПЪ."й9;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4099131/24-07 (22) 10.06.86 (46) 23.02.88. Бюл. М 7 (71) Московский институт инженеров железнодорожного транспорта и Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-технологический институт электроугольных изделий (72) П.П.Смазнов, В.В.Меэинов, А.М.Бордаченков, О.В.Чикунов, В.П.Степанов, А.А.Реморов, Л.Г.Козлов, Н.В.Родионов и О.P.Èàíäðûêà (53) 621.3.047.4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

119 368687„ кл. Н Ot R 39/20, 1970.

Авторское свидетельство СССР

1l 348499, кл. Н Ol R 39/04, 1969.

Авторское свидетельство СССР

В 616673, кл, Н 01 R 39/26, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Ó 775799, кл. H 01 R 39/20, 1980.

Бордаченков А.М. и Гнездилов Б.В.

Коллекторно-щеточный узел тяговых электрических машин локомотивов. М.:

Транспорт, 1974, с.18-22. (54) ЩЕТКА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН И

СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и касается щеток для эпектриА- ческих машин, работающих в условиях затрудненной коммутации, воздействия значительных вибраций и ударных нагрузок, например тяговых электрических малп н. Цель изобретения состоит в повьниении коммутирующей способности, износостойкости и снижении потерь на трение щетки. Щетка включает в себя пористый электропроводный материал

1, в котором выполнены пазы с уложенньпы волокнами 2, ориентированными по высоте щетки. Волокна 2 скреплены друг с другом и с пористым электропроводным материалом антифрикционным полимером на основе фурилового спирта. Расположение пазов на набегающей поверхности 4 в аксиальном направлении щетки совпадает с промежутками между пазами на сбегающей поверхности 5. Волокна укладывают в пазах с натягом путем навивки при вращении заготовки щетки вокруг оси, совпадающей с аксиальным размером щет. ки. После заполнения пазов волокнами их концы связывают. Подготовленную заготовку пропитывают полимерообраэующим антифрикционным раствором, термообрабатывают, после чего шлифуют контактную поверхность щетки, армиP T H cO6HPBloT 2 C o ll ф-JIbl 5 HJI

l табл.

1376157

Изобретение относится к электротехнике икасается щеток для электрических машин, работающих в.условиях затрудненной коммутации, воздействия значительных вибрационных и ударных нагрузок, наличия в зоне контакта паров масла, влаги„ пыли, например, тяговых электрических машин.

Целью изобретения является повыше» ние коммутирующей. способности, эрозионной стойкости, износостойкости, снижение потерь на трение нри работе с повьппенной плотностью тока в контакте, упрощение технологии изготовления, На фиг.1 схематически изображена щетка со стороны сбегающей (набегающей) поверхности, общий вид; на фиг.2-5 — форма пазов для укладки волокон, варианты .

Щетка включает в себя пористый электропроводный материал l в котором выполнены пазы с уложенными волокнаьк 2, ориентированными по высоте щетки. Волокна 2 скреплены друг с другом и с пористым электропроводным материалом ачтифрикционным по° лимером на основЕ фурнлового спирта

3. Расположение пазов на сбегающей поверхности 4 в аксиальном направлении щетки совпадает с промежутками между пазами на сбегающей поверхности 6.

Пазы могут быть выполнены различной формы. Форма паза в виде полуокружности (фиг.3) позволяет уменьшить концентрацию напряжения в щетке и повысить ее виброустойчивость. Пазы по форме в виде окружности, соединенной перемычкой с поверхностью 4 и

5 в виде ласточкина хвоста, способствуют более прочному закреплению . волокон на сбегакпцей и набегающей новерхностях щетки.

Углеродные волокна, располагаясь в пазах на сбегающей и набегающей поверхностях, способствуют существенному повьппению коммутирующей способности щетки. Обладая повьппенной электропроводностью по сравнению с материалом щетки, углеродные волокна разгружают его от действия электрического тока. Поэтому фактическая плотность тока под основным материалом щетки существенно снижается, что способствует повышению эрозийной стойкости и износостойкости щетки.

Антифрикционный полимер из фурилового спирта пронизывает поры электропроводного материала и углеродного волокна, прочно их скрепляет в единый каркас и улучшает антифрикционные свойства щетки (снижает коэффициент трения), При термообработке заготовки щеток ниже 120 С возрастает коэффициент трения и снижается прочность крепления волокон в пазах, при термообработке выше 150 С увеличиваются знергозатраты на изготовление, а также жесткость щетки и волокон. Предла" гаемые соотношения размеров пазов позволяют создать оптимальные условия для формирования толщины политуры на поверхности скольжения коллектора.

При соотношении а: а„менее предлагаемого предела ухудшается прочность крепления уложенных в пазах волокон, что приводит к их отрыву от электрощеточного материала в процессе эксплуатации.

Прн соотношении а„: а„более предлагаемого предела снйжается прочность электропроводного материала в аксиальном направлении, что приводит к разрушению промежутков между пазами с волокнами..

При соотношении t< . С, ниже предлагаемого предела снйжается коммутирующая способность щетки из-за недостаточной разгрузки основного электропроводного материала от действия электрического тока.

При соотношении Сц. 1;„ âûøå предлагаемого предела снйжаются жес г- . кость и прочность щетки в тангенциальном направлении, что приводит к разрушению щетки.

Расположение лазов на набегающей поверхности в аксиальном направлении щетки, совпадающем с промежутками между пазами на сбегающей поверхности щетки, позволяет более равномерно воздействовать на процесс политурообра--. зования.

Пример 1 (известный). В вибромельницу М400-1,5 последовательно загружали 59,6 мас. Е технического углерода ПИ 163 и 40,4 мас.Ж высокотемпературного каменноугольного пека марки Г. Порошки размалывали совместно в течение 45 мии, затем смесь вальцевали на вальцах 502066 три раза при температуре нагретых валков

280-290 С. Вальцованную массу разма1376157 ливали на мельнице СМ493 А и в соотношении 4 мас.Ж на 100 мас.Х порошка вводили древесную муку марки 180.

Пресс-порошок имел следующий гранулометрический состав, мас.Х:2,0 — с

5 размером частиц более .250 мкм, 33,0— с размером частиц 250-63 мкм, 65,0— с размером частиц менее 63 мкм.

Из пресс-порошка прессовали с кажущейся плотностью 1,30-1,33 г/см блоки. размером 35х80х125 мм, которые обжигапи в камерной печи при температуре l200 С и затем подвергали электо рогра4итации при температуре 2800 С

:в печи НеРС. Иэ полученного электропроводного пористого материала размером 16х32х50 изготавливали заготов.ки щеток. Заготовки подвергали пропитке раствором фурилового спирта, состоящего из 72,8 мас, Ж фурилового спирта, 2, 9 мас.Я ортофосфорной кислоты и 24,3 мас.Х воды, в автоклаве при остаточном давлении 0,94 кгс/см . г

После этого заготовки сушили в печи 25 туннельного типа при максимальной температуре 120-150 С. Содержание пропитки составило l I 8 мас.X. Щетки подвергали аржровке, сборке и испытаниям. 30

Пример 2 (известный), На графитированные заготовки размером

14х32х50 мм, выполненные по способу примера 1, на сбегающей и набегающей ,поверхностях по всей высоте щетки наклеивали углеродное волокно, изготов35 ленное в виде препрега. Затем после сушки сбегакщую и набегающую поверхности щетки шлифовапи под размер

16х32х50 мм, росле чего производили армировку, сборку и испытания щеток.

Пример 3. В графитированных заготовках размером 16х32х50, выполненных по способу примера 1, íà cveгающей и набегающей поверхностях по всей высоте щетки изготавливали пазы с различным соотношением размеров пазов и щетки (щетка по примерам 3-1.1).

Затем специальным устройством при вращении заготовки щетки вокруг оси, совпадающей с аксиальным размером щетки, производили укладку с натягом углеродного волокна (углеродной графитированной жилы) диаметром 1,5мм. После заполнения волокнами пазов начало волокна и конец волокна связывали узлом и заготовку подвергали пропитке фуриловым спиртом по технологии и режимам прнмера I . .Затеи производили шлифовку контактной поверхности щетки, армировку и сборку щеток.

Изготовленные по примерам 1-3 щетки испытывали на специальной модельной установке при плотности тока

50 А/см и в эксплуатации на тяговом двигателе ДК104 вагона метрополитена.

Результаты испытаний известных и предлагаемых щеток представлены в таблице.

Как следует из представленных результатов, при использовании предлагаемой щетки в отличие от известной повышается ее коммутирующая способность при работе с плотностью тока, в 2-4 раза превышающей нормативную; повьппается эрозионная стойкость, отсутствует электроэрозионный износ сбегающей и набегающей поверхностей; в 1,2-2,2 раза снижается износ в эксплуатации, что -приводит к повышению ее срока службы; на 20-307 снижается коэффициент трения о коллектор, снижаются потери на трение в контакте.

Формула изобретения

1. Щетка для электрических машин, выполненная из пористого электропроводного материала, в которой выполнены пазы, расположенные по всей высоте перпендикулярно основанию щетки, казы заполнены углеродными волок нами с ориентацией по всей высоте щетки, отличающаяся тем, что, с целью повьппення коммутирующей способности, эроэионной стойкости, износостойкости, снижения потерь на трение .при работе с повьппенной плотностью тока в контакте, пазы расположены на набегающей и сбегающей поверхностях так, что пазы на набегающей поверхности в аксиальном направлении совпадают с промежутками между пазами на сбегающей поверхноспи, а углеродные волокна скреплены друг с другом и с пористым электропроводным материалом посредством антифрикционного полимера, причем размеры паза и щетки выбраны из следующих соотношений:

a aï 2 25 т : т, = 8...40, где ащ - аксиальный размер щетки; а„— аксиальный размер паза;

1376157

91втка

cflhFtoIoIR НВ спацляльнОЯ «одел

vcтелонке лрл ОЦОТЦОстн -тОНВ

ОДН и«в

ННЯ

ЫОс ва

«> мн

09(ркнц

Нт Tgl

Полгар веток в коллектора, Следы ароавн иакесенаа

Нр««4р 1

2,2

3>2 0,19

0 59

1 г

Поло«ее накладок

0,18

О,55

З,2

Иредлагв» енаа ори«ар 5

1,8

1

Удоалетаорнтелънов

o,is

0,51 з,o г 16

1б 1б

25 16

28 16

i,0

0,13

2,!

0 28

1

1

1>2

0,15

2,5

0,34

Раарунекнв яронакуеков неллу лака>в(0i i8

2,9

0,54

16 7

1 — .-г

0,18

Полгар« коллектора н веток

2,0

0,54

Уловоетеорнеелаеое

1 5

0,14

2>4

0,3Î

1,5

1/2

0,11 г,о

0,26

1,4

0,15

2,9

0,48

1/2

Раеруненне веекн

0>19 з,а

0,52 т . — тангенциапьный размер щетки; т„ - тангенциальный размер паза.

2. Способ изготовления щетки для электрических машин, включающий иэго5 товление пористой заготовки щетки с паэамн, заполнение пазов углероднымн волокнамн, шлифовку„ армировку и сборку, отличающийся тем, что, с целью повьппения коммутирующей способности и упрощения технологии иэ. готовления, волокна укладывают в паорин(О 4

Ирннер 5 лрынер б йрннер 7

Прн«ер 8

Прыыер 9 пр« 1О орынер 11

sax путем навивки с натягом при вращении заготовки щетки вокруг оси, совпадающей с аксиальным размером щетки, после заполнения пазов волокнами концы волокон связывают, затем заготовку пропитывают полимеробразующнм антифрикционным раствором, термообрабатывают при температуре полимериэации раствора, после чего производят шлифовку контактной поверхности, армировку и сборку щетки.

1376157

Составитель В.Чернова

Редактор Л. Гр атилла Техред А. Кравчук Корректор Н. Король

Заказ 793/51 Тираж á32 Подписное

ВНИИПИ Государственного коъытета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4