Материал для изготовления щеток электрических машин

 

О.П И С А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советским

Социалистическим

Республик н»985868 (63) Дополнительное к авт. свид-вуf54) М.Кл.з

И 01 R 39/20 (22) Заявлено 22. 09. 81 (21) 3340195/24-07

/ с присоединением заявки HP

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

1531УДК621. 313. .047.43(088.8) . Опубликовано 3012Я2.бюллетень Н» 48

Дата опубликования описания 301282

A.Ñ.ÔHàëêîâ, П.П.Смазнов, А.М.Ворда и Н.В.Родионов (72) Авторы изобретения (7t) Заявитель

Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт электроугол (54) МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЩЕТОК

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Изобретение относится к электротехнике и касается материала дпя изготовления щеток электрических машин, работа которых связана с:обеспечением высокой коммутирующей спо собности и удовлетворительной эрозионной устойчивости узла тоносъема при протекании предельных значений электрического тока, например, в процессе запуска машины.

В качестве материалов для изготовления щеток, используевых в электрических машинах подобного вида, большое распространение получили материалы на основе технического углерода (сажи) и связующего, например каменноугольного пека, имеющие определенный гранулометрический состав пресспорсшка с размерами частиц в пределах 63-250 мкм (1). Широко используются также материалы на основе техуглерода и пека 2 .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является материал для изготовления щеток электри ческих машин, содержащий агрегаты технического углерода, частицы натурального графита, искусственный гра» фит из кокса связующего, легирующие добавки — смесь окислов железа и титана, полирующие добавки - карбиды тугоплавких металлов.

Щетки из такого материала обеспечивают удовлетворительную коммутацию и электроэрозионную устойчи . вость 3 ).

Однако полирующие и легирующие добавки располагаются на поверхности пор и образуются в щетке в результате технологической переработки материалов и, главным образом, при разложении эольных примесей из гажовой, фазы в процессе .их графитации. Добавки неравномерно поступают в зону контакта из-за высокой нестабильности размеров пор и пористости материала.

Размеры пор материалов, как правило, колеблются в очень широких пределах (порядка 0,01-10 мкм и более при измерении методом ртутной иорометрии), причем структура пср характеризуется наличием одного основного и двух или более максимумов в распределении пор, связанных с наличием внутренней и межагломератной пористости. Низкая стабильность пористой структуры щеток обусловлена тем, что в известных материалах агрегаты текуглерода и частички графита связаны расплавленным (при температуре до 300 Cl связующим

985868 в агломераты, получаемые размолом термообработанной до 300 С компози6 ции. Содержание фракций агломератов в материале различно и изменяется в широких пределах. Кроме того, обеспечение строго определенных количеств полирующих и легирующих добавок связано с большими трудностями. За счет неравномерности поступления в зону контакта полирующих и легирующих добавок нарушаются условия поли- 10 турообразования на коллекторе, происходит разрушение политуры, особенно при протекании предельных значении электрического тока, в результате . чего увеличиваются потери в контакте, нарушается коммутация и возрастает эрозия щеток и коллектора.

Цель изобретения — повышение коммутирующей способности и уменьшение эрозии щеток за счет обеспечения равномерной поставки в зону контакта щетки с коллектором полирующих, легирующих и антифрикционных добавок. указанная цель достигается тем, что в материале, содержащем агрегаты технического углерода, частицы натурального графита и искусственный графит из кокса связующего,а также поли- рующие и легирующие добавки, отноше- 30 ние среднего диаметра частиц натурального графита к среднему диаметру агрегатов техуглерода находится в пределах 0,2-50, материал дополнительно содержит антифрикционную добавку— полимер на основе фурилового спирта при следующем соотношении компонентов, вес.%г

Легирующие добавки 0,04-0,7.

Полирующие добавки 0,06-0,8

Антифрикционные добавки. 5,0-12,0

Агрегаты технического углерода 2,9-69,0

Частицы натурального графита 1,2-62,3 45

Искусственный графит из .кокса связующего Остальное

В результате получают щеточный.материал с так называемой мономодально-пористой структурой повышенной стабильности с преобладающим размером пор радиуса 0,1-0,3 мкм (до 90% всех пор,находящихся в щеточном материале), весьма удобных для осаждения на их поверхности легирующих, полирующих и антифрикционных добавок. Причем количество агрегатов техуглерода, частиц натурального графита, взятых в различных соотношениях, не изменяют общего характера структуры пор, 60 так как формирование пор в щеточном материале происходит лишь за счет физико-химических превращений связующего в структуру кокса и искусственного графита при его термообработке. 65

Щетки с данной структурой пор и очень узким разбросом размеров пор обеспечивает весьма равномерную поставку в зону контакта полирующих, легирующих и антифрикционных добавок,. что способствует повышению коммутирующих свойств и электроэрозионной устойчивости. При соотношении средних диаметров частиц графита и агрегатов техуглерода, выходящих эа указанные пределы, работа щеток ухудшается.

При большем соотношении ухудшается коммутация, возрастает эрозия вследствие того, что структура материала щеток становится нестабильной из-за . образования микротрещин в местах соединения частиц графита со связующим и с агрегатами техуглерода эа счет большой величины релаксации напряжений в процессе формования блоков и их термообработки. При соотношении ниже указанных пределов невозможно получить щеточный материал, главным образом, по причине резкого возрастания брака по трещинам и деформации, а также из-за комкования пресс-порошка за счет увеличения энергозатрат и повышения его температуры при вибропомоле.

Пример. В вибромельницу

М-400-1,5 последовательно загружают (состав 1) техуглврод марки ПМ16Э (54,5%), натуральный эавальевский графит (6,1%) и высокотемпературный каменноугольный пек марки Г (39,4%).

Регулирование соотношения средних диаметров частиц графита и агрегатов техуглерода осуществляют путем варьирования времени совместной вибрационной обработки смеси в вибромельнице, Определение средних диаметров агрегатов техуглерода и частиц графита,производят по данным измерений удельной поверхности на приборе ПСХ-2 по Фор-. муле а = ---,-- .(М), G

ФЪ где PA-- плотность частиц, агрегатов;

S> — удельная поверхность, частиц, агрегатов, м /г.

При времени работы вибромельницы

50 мии отношение диаметра частиц гра"Фита к диаметру агрегатов техуглерода составляет 50, при 90 мин - 18, при

120 мин - 0,2.

По аналогичной технологии виброизмельчения в вибромельнице в течение 60 мин подвергают обработке ком.позиции с различным содержанием компонентов (составы 2-4). Полученные порошки просеивают через сетку 07 на вибросите и прессуют при удельном давлении 850-1200 кгс/см2- с кажущейся плотностью 1;2-1,3 r/см% при темпе-

Ратуре окружающей среды. Полученные блоки обжигают в коксовой засыпке при

98586-8

О, 08

0,14

12 0

Остальное 4О

Состав 2

Легирующие .добавки (соотношение окислов железа и титана 10)

Полирующке добавки

Антифрикционные добавки агрегаты технического углерода

Частицы натурального графита

Искусственный графит кз кокса связующего

0,7

0,8 . 45

12,0

2,9

62,3 50

Остальное

2800 С. Заготовки щеток подвергают

" йропктке фуриловым спиртом в автокла- . ae при остаточном давленки 0,94 кгс/см и сушке при 120-130 С в печи туннельного типа. Методом рентгеноструктурного, спектрального и ртутно-порометрического анализа оценивают структуру материала, наличие в нем добавок и устанавливают количественное соотношение компонентов.

Полученный материал содержит в ica- 1О честве легкрующих добавок смесь окис лов железа и титана в различных соотношениях, в качестве полирующих добавок - .карбиды тугоплавких металлов, в качестве антифрикционных добавок - 35 полимер на основе фурилового спирта.

С учетом выхода кокса из связующего (59,8%) и удаления летучих зольных примесей при графитации из натурального графита (содержание эольных при- 20 месей в натуральном графите равняется 4,8%) и данных рентгеноструктурного, спектрального и микроскопического анализов производят пересчет компонентов, содержащихся в мате- 25 риале. Количественное соотношение компонентов следукщее, вес.%:

Состав 1

Легирующие добавки (соотношение окислов железа и титана 6)

Полирующие добавки

Антифрикционные добавки 8,2

Агрегаты технического углерода 53,4

Частицы натурального графита

Искусственный графит из кокса связующего

Состав 3

Легирующие добавки (соотношение окислов железа и титана 8) 0,1

Полирующке добавки 0,3

Антифрикционные добавки .10 1

Агрегаты технического углерода — -4а i i3

Частицы натурального графита 23,6

Искусственный графит иэ кокса свяэующе о

Остальное

Состав 4

Легирующие добавки (соотношение окислов железа и титана 4) 0,04

Полирующие добавки 0,06

Антифрикцконные добавки 5, 0

Агрегаты технического углерода 69,0

Частицы натурального графита

Искусственный графит из кокса связующего Остальное

В таблице приведены результаты испытания щеток, изготовленных из известных и предлагаемых материалов, различающихся как по размерам входящих в них частиц и агрегатов, так и по количеству компонентов.

1,2

Как следует из представленных в таблице данных, щетки, изготовленные из предлагаемого материала,имеют преимущества по сравнению с ".известными, заключающиеся в повьааении коммутирующей способности щеток при работе с предельными значениями плотности тока, снижении эрозии щеток эа счет создания стабильных условий равномерной поставки в зону контакта полирующих, легирующих и антифрикционнь:х добавок, стабилизации структуры щеточного материала, резком уменьшении рззбросов размеров пор, а также существенном повышении технологичности и,воспроизводимости структуры и свойств щеток. Размеры пор, их распределение не зависит от соотношения в пресс-порошке агрегатов технического углерода и частиц графита.

985868

I A

9I m 3 он не

34ФМО

Фь 14 Ах

I- I

6,Э о

ЭХ1н » х 1 х оэоээ ! хх44Й»

mm5

1О Е Э Е Е оннэ

ЦЭХО О О О О

»1:аХ Э Н Н 3 с а-» СЧ

СЧ Ф с с сч о

Ю. с

СЧ

1 Хkо

I во»

1 ) Н . лй11

СЧ а с с

° »»»-» сч о с с

»-»

Оъ с о

СО СЧ с с

\» »ср

1 ! »A

1»"» с ! о

I н. хх

14i&й о

%4»

C) в о

» сч с с о о 3 с.с с о

I 1»d

lXX

i O»d х

I IIX99

1 е Х K ! аехц

1 ЕОЭР

»СС! 1

О» с Ф

П! Х и о in н

ЮЕ! х О1

1 ch

1»-! с

1о о в с с

СЧ т-»

С»! CO с с

СЧ»Ч ь с

СЧ

lO CO

IL °

СЧ

1 р

I XXO

m o

1ОН

1С!) НВ

Ю о с

EO 4 о

»! N

СЧ с с

Ю C) 1 1Х

l OP

Э 1

38х

I a o

l ОЕЭР

I »d0X»d

1O g

ice x

1

1

1

I, 1

1

1

I

l 1:

I !

ll»

1»

lf

Э Э

М М о о » Я-»

В э о. о

f4 о о

Э Ф

K K о о

Е» Е»

М. K

Ф Ф о о е

i v.È Å

W K

Э Э о о

& Е»

I l

I Э 1

I gm

i хр, I

-! Ое

i ox

1иХ

OXl

»d 8 g»»!

ФЭЦ

Знй»

CO

%"!

С0 с,р о

»-4 .

I CО»

I Х Н

i xe

1 Ц g с

»d н » !»

m m

ИО O»»l

° »» ° »» е о н! ас ma

»с! Ill »d w

О О

L Ô g%

I Э н

I . »С!

Е!

1»с»

I 3 И

I »»! о о

1 С»».»

I Н Ф

1 14

1»!! М

I X х

I X g

i og е

Х

1 mf

О ! ХСс

I »d ° н 0

I Oo

I »Л

1 с»

1»d

1 ХЕ и

i xo х Г-»

1 Х

»d O

I Н 1„"

1 М;х 1

1О. Е

I Н, 1 »С! Э I X

1 Ц!Э С,Q Й X I 5

ОХ ., О OiO ! х М н х н 1=!

I »с!»»Р 1 Н

1 Х ю !» !,М

I х2 чй. 1!а

g,m m iso 1х о

С»! Р» Э

»d»d$ t »! ." eо3mФ о нхххоac е

l Э

1 A m мха о

О»ох я

СЧ» »С

»»»-4 %.»»-1 с с с с о о о о ь о Ф Ф %-6 %-» с с с о о о о

Ь»С!

tA СЧ СЧ СЧ е «» о о

СЧ СЧ СЧ СЧ

985868

1О

0,04-0,7

0,06-0,8

Легирующие добавки

Полирующие добавки

Антифрикционные добавки

Агрегаты технического углерода

Частицы натурального графита

Искусственный графит из кокса связующего

5,0-12,0

2,9-69,g.

1в2-62юЗ

Осталь",ое

1. Авторское

15 В 368687,. кл. Н

2. Авторское

В 253910с кл* .Н

3. Авторское

9 770415, кл. Н свидетельство СССР

01 К 39/20, 1973. свидетельство СССР

01 к 43/12, 1969. свидетельство СССР

01 К 39/20, 1978.

Составитель В. Чернова

Техред M.Tåïåð Корректор Н. Еуряк

Редактор А. Огар

Эаказ 10175/73 Тираж 630 - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула изобретения

Материал для изготовления щеток электрических машин,. содержащий агре- гаты технического углерода, частицы натурального графита, искусственный графит из"кокса связующего, легирующие добавки - смесь окислов железа и титана, полирующие добавки †. карбиды тугоплавких металлов, о т л ич а ю щ и. и с я тем, что, с целью повышения коммутирующей способности ,и уменьшения эрозии, отнашение сред него диаметра частиц натурального графита к среднему диаметру arperaxos технического углерода находится в пределах 0,2-50, материал дополнительно содержит антифрикционную добавку - полимер на основе фурилового спирта при следующем соотношении компонентов, вес.Ф: .С

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе