Конопаточный порошок для крепления токоведущего провода к щетке электрических машин
А.С. Фиалков, A.M. Бордаченков и П. (72) Авторы
«зобретемив
Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт электроуг (7! ) Заяввтмь (54) КОНОПАТОЧНЫЙ ПОРОШОК ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ТОКОВЕДУЦЕГО
ПРОВОДА К ЦЕТКЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАЛИН
1 .Изобретение относится к электротехнике и касается конопаточного порошка, используемого для крепления токоведущего провода к щетке электрических машин, преимущественно работающих в условиях повышенных пусковых токов при наличии высокого уровня вибраций и повышенной влажности окружающей среды, например тягoBblx электрическйх машин.
Известен конопаточный порошок для крепления токоведущего провода к щетке электрических машин подобного типа, состоящий из медного порошка с размером частиц преимущественно
45-630 мкм, который получают спеканием мелкозернистого медного порошка в среде водорода, либо из медного посеребренного порошка с аналогичными размерами частиц и содержанием серебра 15-30 вес.> (11.
Известные конопаточные порошки обладают рядом недостатком в случае их использования для щеток, работающих на электрических машинах в указанных выше условиях. Так например, при использовании медного конопаточного порошка, имеющего преимущественно размеры частиц 45-630 мкм, при которых наиболее эфФективно проявляются такие свойства как ковкость и высокая скорость заполнения конопаточного отверстия при отсутствии
10 обрыва стренг токоведущего провода, опрессованный в результате конопатки порошок имеет крупные поры, через которые в процессе эксплуатации
35 щеток осуществляется подсос воздуха и интенсивное окисление контактирующих поверхностей порошка, что приводит к резкому возрастанию переходного электросопротивления между токоведущим проводом и щеткой и, как следствие, к значительному снижению прочности крепления. Иенее выражен этот эффект у медных посеребренных конопаточных порошков, однако они
909734
40 имеют высокую стоимость и ос.традефицитны.
Известен конопаточный порошок на основе смеси меди (10-40 вес. ) и графита (60-90 вес. i) f2) .
Однако указанный порошок не обладает необходимой вибростойкостью и стойкостью к большим токовым и термическим перегрузкам, характерным для работы таких машин как тяго- 10 вые двигатели. Крепление провода при использовании такого конопаточного парашка без последующей термообработки не обладает необходимой вибростойкостью из-за плахой адгезии графита к меди и щелочному материалу.
В результате этого в эксплуатации на тяговых двигателях от действия вибрационных нагрузок происходит разупрочнение узла крепления,приводящее к выпаду токоведущего провода.
При использовании конопаточного порошка с последующей высокотемпературной термообработкай в спеченном конопаточном порошке образуется угле- 5 род-медная матрица. Это не пригодно для конопатки пропитанных щеток,так как при термообработке пропитка выгорает и ухудшаются характеристики щеток. Кроме того, вследствие большой разницы в коэффициентах линейного расширения этих материалов при многократных циклах быстрого нагрева из-за высоких пусковых токовых, а следовательно, и термических пере35 грузок происходит постепенное ослабление прочности крепления проводов, часто приводящее к разрушению не только крепления, но и самой щетки, в месте заделки.
Известен также медный конопаточный порошок, частицы крторого покрыты металлами (не.более 5 вес.4), например никелем. Покрытие защищает частицы медного порошка от окисления
45 при протекании через конопаточный узел тока (3).
Известный конопаточный порошок имеет существенные недостатки,так как электропроводность никеля зна50 чительно меньше, чем меди и значение переходного электросопротивления между токоведущим проводом и телом щетки очень высоко. Это объясняется тем, что при конопатке токоведущега провода никелевое покрытие
55 не разрушается, так как обладает очень прочной адгезионнсй связью с медчсй основой. 8 результате этога ток проходит по спедующеи цепи: токоведущий провод - никелевое покрытие - медь-никелевое покрытие — щетка. Значение переходного электросопротивления щеток, законопаченных медным порошком с никелевым покрытием, в 3-6 раз выше, чем у щеток, законопаченных обычным медным порошком. Это сказывается и на увеличении тепловых готерь в конопаточном узле от действия протекающего электрического тока, что в конечном итоге приводит к ослаблению узла крепления, выпадению провода из тела щетки, а в тяжелых режимах эксплуатации к разрушению тела щетки, главным образом из-за разрушения никелевого покрытия в связи с различными коэффициентами температурного расширения меди и никеля. Кроме того, известный порошок обладает ухудшенной ковкостью и повышенной жесткостью„ что приводит к возрастанию случаев обрыва стренг провода в момент конопатки таковедущего провода.
Цель изобретения - снижение переходного электросопротивления между токоведущим проводом и щеткой, повышение его стабильности, а также повышение прочности крепления при хранении и в эксплуатации.
Указанная цель достигается за счет того, что в конопаточном порошке для крепления токоведущего провода к щетке, содержащем медный порошок, не менее 97 вес. частиц которого имеют размеры 45-630 мкм, и никель, последний берут в виде порошка, не менее
80-100 . частиц которого имеют размеры. 0,1-!О мкм, при следующем соотношении компонентов, вес.3;
Медный порошок 60-94
Никелевый лорашок 6-40
В процессе смешения порошков меди и никеля происходит адгезионное воздействие между ними, в результате чего частицы никеля, обладая высокоразвитой удельной поверхностью, располагаются по поверхности более крупных, но имеющих низкую удельную поверхность частиц медного порошка. В процессе конопатки !механического уплотнения) крупные частицы медного порошка на границах взаимодействия освобождаются ат танкодисперсных частиц никеля благодаря разрушению механическим воздействием адгезионных сил сцепления и ьы те(.няют члстицы никеля в парова» ппо тр, нства между
5 9097 частицами меди. В результате этого пространство между токоведущим проводом и щеткой заполняется материалом, имеющим прочный электропроводный каркас из крупных медных частиц, а воры между этими частицами блокированы тонкодисперсными частицами никеля. В процессе эксплуатации электропроводимость от токоведущего провода к щетке осуществляется путем 10 мостиковой проводимости через частицы меди, а наличие в поровом пространстве частиц никеля с высокоразвитой удельной поверхностью защищает поверхность медных частиц от 15 окисления за счет эахватывания кислорода, проникающего в поры. Данное обстоятельство позволяет обеспечить высокую стабильность переходного электросопротивления и прочность 20 крепления при хранении щеток, так как введение никеля повышает коррозионную стойкость соединения. Наличие в конопаточном порошке крупных и мелких частиц способствует резкому увеличе- 25 нию прочности крепления токоведущего провода из-за возрастания прочности укладки частиц в результате конопатки. Наилучшие результаты достигаются при использовании медного порошка M с размерами частиц 45-630 мкм не менее 97-100 вес.4 и порошкообразного никеля с размерами частиц 0,110 мкм не менее 80-100 вес.3. При такой компановке конопаточного лорошка наилучшим образом проявляются силы адгезионного взаимодействия и способность никеля предохранять поверхность медных частиц от окисления.
Оптимальное соотношение компонентов 40 в смеси: 60-94 вес.3 медного порошка и 6-40 вес.ь порошка никеля в зависимости от условий эксплуатации. При значениях соотношений компонентов, выходящих за указанные пределы, ха- 4 рактеристики конопаточногЬ порошка ухудшаются. При меньших значениях содержания никеля не обеспечивается защита. поверхности медного порошка от окисления, при больших резко увеличивается переходное электросопротивление между токоведущим проводом и щеткой эа счет избытка порошка ни34 6 кепи и ослабления мостиковой проводимости тока через частицы меди.При использовании щеток в условиях повышенной влажности необходимо увеличить содержание никеля до верхнего значения указ нного передела. При эксплуатации в нормальных условиях количество никеля в порошке может
1 быть уменьшено до нижнего значения указанного предела.
Пример l. 20 вес.3 порошка никеля, 90 вес.3 частиц которого имеют размер 0,1-10 мкм и 80 вес. порошка меди, 98 вес. 4 частиц которого имеют размер 45-630 мкм,смешивают в турбулентном смесителе в течение 1 ч при температуре окружающей среды. Полученным порошком конопатят щетки.
Аналогично примеру 1 готовят конопаточные порошки с различными соотношениями компонентов и гранулометрическим cocTBBQM
Полученными порошками эаконопачивают провода сечением 2,> и 6 мм в
<1 щетки электрических машин. Детки с проводом сечением 2,5 мм испытывают 1 ся на тяговых двигателях электровозов 831601(, сечением 6 мм - на тяговых двигателях электровозов ЧС2.
Результаты испытаний щеток, законопаченных известными и предлагаемым порошками, приведены в таблице.
Из данных таблицы видно,что предлагаемый конопаточный порошок позволит обеспечить снижение переходного электросопротивления и повысить грочность крепления по сравнению с известными.
Предлагаемый конопаточный порошок позволит обеспечить производство транспортных щеток для локомотивов, эксплуатируемых на БАМе и в экстремальных условиях, без применения отстродефицитного серебра. От использования предлагаемого конопаточного порошка вместо существующего, например, только на щетках для тяговых электрических машин экономический эффект составит
33,8 руб. на 1000 конопаточных узлов, что при максимальном выпуске составит 1 млн. руб. экономии.
Э <Х
X X
z z
C Э о с
<- с о э о а .< Y!
Э 1
Э!
X tg
=Т 41 1
5 C I
I» I
Ф X 1
0ь Y
1 °
С V 1
v 3 м <о о <
C л о е
В ч э о
„=(Ф
I I о <С1 Э
C 9 Э
Ц
Xxv о
БЗX с
, о ччх
coo
Ф Ф М
1
I
1
1 !
I
I о
Y э о
X Ф % x e 1-. X л Y <- Х ео C о Х о С«1 Ю 1 ЩЯ) 1 1 .6 < 1- Л > ox÷ о в э X C Ф хсо оэх а Q4O 1 Е: Y Iо о а х C о m L э о И Ф 1 1 e o оэо хна 1 Ч X C оао xl-o I Ф Y аэ э эсо 1 <:= h Y сО Ol л v < Ф о а Ф ч С1 Э Y dl о о х 4- О u i о * It X а Э с= с 1 t о<- о Q, e ° с еэ х 4., М х о <3 с с э о о ct ч g аахм Й о о э z s ч х о а Х 1Э Y а в Э < с: h I о о <ч Х I о а Э С X 0 z с <СЪ < 4 л =т 1о о <С< а Ф Х дР < ) Ю <1< C О о о 1- а «< O С с о Х >Х Э Х эХ v З 6 Х Ф ч Ф Д е 1 x e О <Н zФ< о ФОФФХ 5 и О eK aro <«- чc ч LA л L LA Э«Э х ч z e Э О у о I Э 1-. Х о Ф Х 1 X Ф X 1 1 Ф z O! Ф Ф 1 а х о I e,! X а ° < < 1 1 I t I 1 >Х I z Ф I I- 1 З 1 с О X 1 О Ч< I М <Х I X > х ч z ц Ф ХСО о эм aàO С= Х 11 Э о оэо хна СХ X C о ао x<-v в авв e co с= m x О О. э о X 1- )(X с; ч!», Ф % X Э Э I- Х Ф 1» .,< Э л l Й Ф X 1 М х о <о««* RECCO, о Ч>Х X I о о о mrм 909734 Ф х о е ч в чо % Ф Ф с о о з а 1- М с< сО ГП СЧ С4 Ю СсЪ L z Э О. I0 Ф С1 Ф О Х 4 Э Х 3 э Ч 3 э чо м Ф Ф а сопа sam x с< .< c a x >Е дФ З Ю CO Ф Ф + Ф г.< Г Е ч е d4 Q Ю c г< 90973< t0 о ео )- z 6 е О Ictr o , а ФЪ ФЧ М1 Ol ОЪ.Ф Ю c) о аА СЧ v о cf. o. x е с.Ю 1): I» r v x о э z ц Ф с0Ое о е )a )- )t ааое о с х )- ))) CO )Ч э v о э х у I о ar c оао х)-о э х ае е )Ч ф л Ю Ю о о о х 1 б 1 I 1 ! 1 б v I х Ю е бх О 63 о а C о ) ) о ю е э о х )z r о а Ф) Ю C) an со С) х )е х о. е е ) С: й )r 2l 3 о )t5 с о х о М х о э о а о с Мф о Ф э Z е Ю э с ) о 0em х о о абае Збэа r r z.,z а э. )Обoc с )- 1 о э о а е!))х z е v a О с е о и о 1- И п. I и C 1 Е I E m x 1 с v I V З х 11 A 1 О 63 Ф э е r *й х е 1 э д ! у v I p )- ir .о а z Lre з к I z e 1 е z О е а а х о 1 X а сI I I ! I I ! 1 1 1 1 I 1 I 1 1 1 М х а Ол х о 2к s з о * с ) о )оае gcyer r l- t r 5 1I- 2 а а Х М т о О Iо ае о хcаеr аэ о с-х c r )- z r v )ох х îе ve>gzcc цсйо о евка)t)rz х):Rs3хх оо an ФЪ )h co an . Г Ъ 4 Ъ Ol СЧ о л Ф O, O =™ х r х х хх о б aeuao evae ° - у е - ™ дд д) ° дФ 6»" iso e оаэ ао ) аб=б X дР и Y ° Ф I- и е ае + ю е» ! ° R дР e) е c) е m ао дФ со 8 з и м3 ж вйо Э C x z r r ! с в о с 1- С о в о а о У 1 о в m 0 I- x Я .О ! с ф в О 1Ц >, o Э и Х ц Э о 1m Ц о 6l О о a с х о L о а РО CV о о 1а х с о m 1= !х е о й 1 в 1:Г Э о Y о II I о 1а э с Х И X о Ц сЕ е о Ф й! СЧ о in ГО 1 Q С RLi I QCKY I a э Y и о m л х !х 1- о о О 1- и О О х!са ххс о * аво ! с=с1m Г I- 1 b I C I 1 о! Эо! Z I ОЭО хна О! 1ХХС сх! о ао К 1- о l Э Y аэ э э со <Ъ Y С"1 z » Y 1m C о r о Э r Э с Ф х Iin г! С3 С4 ! » С 1 п r х r e о а со QJ е— ! ()» и е а о Х З х 5 Х о о Iс а о о Z L о bC в л х ! 1 Ul в .й Л е о Л Y в о I 1 1О Э О ) Э с U m о с э 1О х о x a =у с 1- ф л с е о b IФ Ю О:! Ф Э z e z !х Э Э х а в о х и о X % z и Э l6 Ф 0 а и х U а7 1» I Э 1 X Э х й!!.0 IC u z о е I r ! J c О Э а а х 1 1 I Q U о э 1 Z У Ц X о а х 1I Э Y ай 1 В С Р! 1.й 1 .I» IC о z о * * е 1 Х С; О а в с= а. 1 Y 1 1 е о о е I r 3 ct z о а I IC е х I Cl Э Э С с п о L0 X Э Ф а о ай о 1осаэ аэ о c x 1- X z о r о Э >, y.z Q и 3f cf cz О X g Э О 1 о о х ае о C Z 1о х о э >! Э m % 0xe Y1-Z l о 1оа.э Я Э о I- Z Z U z o ОаИЕ C рло ээоо и й Y 90973 1 О в z C Y U Iоех c co. о х >х z о о х х в $ r. x О Iomx с с.о о * фх х о о Х Y в Э в z ® r *о э цо Rz m Ф а у сой1м ай в 1!! 1= а =! ! в о z и r o в а ц с m с: Р и з!ч о Г-! .u == Х оР Зо 5 z ср 1в v m + ш ! m г! ,С дР ц с в Ж О1 аn с 4 909 734 Формула изобретения Составитель В. 4еркова Редактор В. Петраш Техред И.Гайду Корректор Н. Швыдкая Заказ 904/74 Тираж 629 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, 8-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент",, r Ужгород, уп. Проектная,4 Конопаточный порошок для крепления токоведущего провода к щетке электрических машин, содержащий медный порошок, не менее 97 вес. частиц которого имеют размеры 45630 мкм, и никель, о т л и и а вшийся тем, что, с целью сниже" ния переходного электросопротивления и повышения его стабильности,а также повышения прочности крепления при хранении и в эксплуатации, никель содержится в виде порошка, не менее 80 вес.4 частиц которого имеют 14 размеры 0,1""10 мкм, при следующем соотношении компонентов,вес.+. Медный порошок 60-94 Никелевый порошок 6-40 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Бордаченков R.М. и др. Коллекторно-щеточный узел тяговых элек-! О трических машин локомотивов. И., "Транспорт", с. 158, 2974. 2. Авторское свидетельство СССР 1" 609157, кл. H 01 R 39/Зб, 1978. 3. Патент CbN И" 2631252, кл. 310-249, 1957.
