Щетка для электрических машин

Изобретение относится к электротехнике и касается щеток для электрических машин, работающих в условиях эксплуатации при значительном воздействии вибрационных и ударных нагрузок, при высоких плотностях тока в контакте, например, тяговых электродвигателей электроподвижного состава железнодорожного и городского транспорта, метрополитена и большегрузных дизель-электрических автосамосвалов. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы щетки за счет улучшения процесса токосъема с точки зрения обеспечения безотрывного контакта и равномерного распределения тока по всей поверхности контактной части щетки, а также снижение износа щетки. В щетке для электрических машин нижняя часть резиновой накладки выполнена в виде цилиндра и соединена с верхней ее частью перемычкой, на контактной поверхности верхней части резиновой накладки выполнен желоб цилиндрической формы, причем радиус желоба R_ж и радиус нажимного элемента R_н.э. связаны соотношением R_ж=(1,1÷1,5)R_н.э, а контактная поверхность желоба покрыта антифрикционным материалом, при этом резиновая накладка размещена в аксиальном направлении между токоведущими проводами с зазором. Использование изобретения позволит улучшить процесс токосъема и состояние щеточно-коллекторного узла. 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к электротехнике и касается щеток для электрических машин, работающих в условиях эксплуатации при значительном воздействии вибрационных и ударных нагрузок, при высоких плотностях тока в контакте, например, тяговых электродвигателей электроподвижного состава железнодорожного и городского транспорта, метрополитена и большегрузных дизель-электрических автосамосвалов.

Известен щеточный узел электрической машины, содержащий разрезную щетку с жесткой изоляционной накладкой и эластичный элемент. Накладка выполнена в виде пластины с площадкой для контакта с нажимным элементом, установлена в пазах, выполненных в щетке параллельно направлению приложения нажимного усилия и перпендикулярно эластичному элементу (авт. свид. №970526, кл. H01R 39/26, опубл. 1982 г.).

Недостатком данного щеточного узла является существенное снижение площади контакта щетки с коллектором из-за наличия паза для размещения изоляционной накладки параллельно направлению приложения нажимного усилия, что увеличивает плотность тока при работе контактного узла и приводит к возрастанию износа элементарных частей щетки.

Известна щетка для электрических машин, состоящая из разрезных по тангенциальному размеру элементарных частей, с закрепленными в них токоведущими проводами и глухими отверстиями, выполненными в верхней нерабочей части щетки, в которых запрессовкой закрепляется выступ резиновой накладки, взаимодействующей с нажимным элементом (авт. свид. №1647717, кл. H01R 39/18, опубл. 1991 г. - прототип). Верхняя часть резиновой накладки в сечении выполнена прямоугольной формы, а нижняя - в форме, по крайней мере, одного усеченного круга и посредством выступа соединена с верхней частью накладки.

Данная накладка позволяет амортизировать вибрационные и ударные нагрузки по всем направлениям и тем самым стабилизировать и снижать износ щетки и потери на трение в контакте.

Недостатком данной щетки является тот факт, что в процессе эксплуатации нажимной элемент не обеспечивает постоянного нажатия на щетку из-за плохой фиксации на ее поверхности. Кроме того, между нажимным элементом и резиновой накладкой под действием сил трения происходит смещение нажимного элемента относительно центра резиновой накладки, что ухудшает равномерность нажатия на щетку и приводит к ухудшению процесса токосъема, снижению надежности щетки и к ухудшению эксплуатационных характеристик щеток.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы щетки за счет улучшения процесса токосъема с точки зрения обеспечения безотрывного контакта и равномерного распределения тока по всей поверхности контактной части щетки, а также снижение износа щетки.

Технический результат достигается тем, что в известной щетке для электрических машин, состоящей из разрезных по тангенциальному размеру элементарных частей, с закрепленными в них токоведущими проводами, глухими отверстиями, выполненными в верхней нерабочей части щетки, резиновой накладки, состоящей из прямоугольной в сечении верхней части с контактной поверхностью под нажимной элемент и нижней части, нижняя часть резиновой накладки выполнена в виде цилиндра и соединена с верхней ее частью перемычкой, на контактной поверхности верхней части резиновой накладки выполнен желоб цилиндрической формы, причем радиус желоба R_ж и радиус нажимного элемента R_н.э. связаны соотношением R_ж=(1,1÷1,5)R_н.э., контактная поверхность желоба покрыта антифрикционным материалом, при этом резиновая накладка размещена в аксиальном направлении между токоведущими проводами с зазором.

Предлагаемое техническое решение применимо в промышленности. Основным потребителем щеток являются тяговые электродвигатели электроподвижного состава железнодорожного транспорта.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена предлагаемая щетка, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 показаны глухие отверстия, выполненные в верхней нерабочей части щетки при снятой накладке.

Щетка 1 состоит из разрезных по тангенциальному размеру элементарных частей 2. Токоведущие провода 3 закреплены в элементарных частях 2 при помощи конопатки медным конопаточным порошком. В верхней нерабочей части щетки 1 в элементарных частях 2 выполнены глухие отверстия 4, в которых размещена соединительная резиновая накладка 5, верхняя часть которой выполнена прямоугольной формы 6, а нижняя - в форме цилиндра 7 и соединена перемычкой 8. На контактной с нажимным элементом 9 поверхности накладки 5 выполнен желоб 10. В качестве нажимного элемента 9 может быть использована, например, рулонная пружина. Для исключения смещения нажимного элемента 9 относительно накладки 5 контактная поверхность желоба 10 покрыта антифрикционным материалом 11. В качестве антифрикционного материала применяют стеклотекстолит, резиновые растворимые антифрикционные составы и суспензии. Радиус R_ж желоба 10 и радиус R_н.э. нажимного элемента 9 связаны соотношением R_ж=(1,1÷1,5)R_н.э.. Резиновая накладка 5 размещена в аксиальном направлении между токоведущими проводами 3 с зазором, что дает возможность предупредить преждевременное повреждение токоведущих проводов в месте их заделки в щетку.

Работа щетки осуществляется следующим образом. Токовая нагрузка передается каждой элементарной части 2 разрезной щетки 1 через токоведущие провода 3. Наличие желоба 10 цилиндрической формы на контактной поверхности резиновой накладки 5 обеспечивает плотное прижатие нажимным элементом 9 элементарных частей щетки 2 к стенкам обоймы щеткодержателя (на чертеже не показано), обеспечивая безотрывный контакт, а также равномерное распределение тока по всей поверхности контактной части 1.

Известные (по прототипу) и предлагаемые щетки подвергали испытаниям на тяговых электродвигателях электропоезда ЭД4М в локомотивном депо Перерва Московской железной дороги филиала ОАО «РЖД». Результаты испытаний представлены в таблице.

Как следует из анализа результатов испытаний, представленных в таблице, применение предложенной щетки (примеры 1-3) по сравнению с прототипом позволяет обеспечить постоянное нажатие на щетку за счет хорошей фиксации нажимного элемента, снижение износа и коэффициента трения щеток, что в целом улучшает процесс токосъема и состояние щеточно-коллекторного узла.

При изменении соотношения R_ж=(1,1÷1,5)R_н.э. эффективность эксплуатации щетки снижается. При R_ж:R_н.э.<1,1 (пример 4) ухудшается скольжение рулонной пружины относительно желоба, что приводит к неравномерности нажимного усилия на щетку и к нарушению режима работы щетки; при R_ж:R_н.э.>1,5 (пример 5) - нарушается фиксация рулонной пружины, которая в эксплуатации приводит к перекосу щетки, вследствие чего щетка контактирует не всей своей поверхностью, что приводит к увеличению износа щеток и коэффициента трения. При отсутствии антифрикционного материала на поверхности желоба накладки (пример 6) происходит смещение рулонной пружины и, вследствие этого, происходит ухудшение работы щеток.

Щетка для электрических машин, состоящая из разрезных по тангенциальному размеру элементарных частей, с закрепленными в них токоведущими проводами, глухими отверстиями, выполненными в верхней нерабочей части щетки, резиновой накладки, состоящей из прямоугольной в сечении верхней части с контактной поверхностью под нажимной элемент, соединенной с нижней частью, отличающаяся тем, что нижняя часть резиновой накладки выполнена в виде цилиндра и соединена с верхней ее частью перемычкой, на контактной поверхности верхней части резиновой накладки выполнен желоб цилиндрической формы, причем радиус желоба R_ж и радиус нажимного элемента R_н.э. связаны соотношением R_ж=(1,1÷1,5)R_н.э., а контактная поверхность желоба покрыта антифрикционным материалом, при этом резиновая накладка размещена в аксиальном направлении между токоведущими проводами с зазором.