Диссертация (Оценка влияния твердой смазки на трибохарактеристики узлов скользящего токосъема), страница 11

Увеличение удельного давления в 2 раза относительно номинального позволило получить равномерный износ всего комплекта ЭЩ (18 штук), работающих на трех дорожках коллектора при отсутствии перегрузки отдельных щеток. Результаты испытаний подтвердили,что активное влияние на токораспределение оказывает величина нажатияна ЭЩ.3.2 Модели износов электрических щеток МГС – 7 в сочетании сосмазывающими щетками и без них для случая нагрузки контактныхколец постоянным токомРезультаты исследований, приведенные в предыдущем параграфе,позволили сделать заключение о возможности применения СЩ в сочетаниис ЭЩ марки МГС – 7 для случая нагрузки их постоянным током. Эти ЭЩнашли широкое использование в синхронных электродвигателях, авиационных генераторах (стартер – генератор постоянного тока ГС – 12 ТОК, специальный синхронный генератор авиационного исполнения СГС – 40 ПУ), атакже в системах отвода обратных токов электровозов Чс4т.

Поэтому вдальнейшем с целью прогнозирования износов ЭЩ и применения воздействия на них СЩ, были созданы математические модели износов ЭЩМГС – 7 в случае протекания по ним постоянного тока для положительногои отрицательного колец аналогично методике, описанной в главе 2.В процессе моделирования в качестве переменных параметров быливыбраны: частота вращения n, давление на ЭЩ qЭЩ, ширина ЭЩ aЭЩ (тангенциальный размер). В ходе опытов плотность тока по ЭЩ была постоянной и составила 2,5 А/см2, а частота вращения поддерживалась в диапазоне 5900 – 8000 об/мин. Среднее значение температуры КК поддерживалось постоянным за счет принудительного охлаждения, либо уменьшенияпотока охлаждающего воздуха и контролировалось посредством теплови-77зионной съемки. Матрица планирования аналогична описанной в параграфе 2.6 (таблица 18).

Полученные результаты представлены в таблицах 26 – 27.Давление,qЭЩ, гр/см2Ширина ЭЩ,aЭЩ, мм5950805059508050595080505950805070005475477397395475477397396434,44,44,44,466665,21-йдубль2-йдубльСреднеепо 2-мдублямПо модели0,0610,070,0650,0740,0710,0770,0750,080,0730,0590,0670,0620,0710,0690,0750,0730,0770,0710,06000,06850,06350,07250,07000,07600,07400,07850,07200,06090,06790,06440,07140,06940,07640,07290,07990,0704Различие междурасчетной иопытной величиной, %Частотавращения,n, об/миТаблица 26 – Матрица данных износов ЭЩ МГС-7 (КК положительной полярности тока)Значение факторов вИзнос, Ih, мкм/кмнатуральном видеЗначение из эксперимента1,50,91,41,50,90,51,51,82,3Частотавращения,n, об/миДавление,qЭЩ, гр/см2Ширина ЭЩ,aЭЩ, ммЗначение факторов внатуральном виде5950805059508050595080505950805070005475477397395475477397396434,44,44,44,466665,2Износ, Ih, мкм/кмЗначение из эксперимента1-йдубль2-йдубль0,0720,090,0760,0960,080,1020,0830,1010,0840,070,0880,0740,0940,0770,1030,0810,0980,08678Среднеепо 2-мдублям0,07100,08900,07500,09500,07850,10250,08200,09950,0850По модели0,07130,09110,07390,09380,07940,09930,08200,10190,0866Различие междурасчетной и опытной величиной, %Таблица 27 – Матрица данных износов ЭЩ МГС-7 (КК отрицательной полярности тока)0,42,31,51,31,13,20,02,41,8В результате были получены полиномы износов ЭЩ марки МГС – 7:– для КК положительной полярности тока:Ih = 0,0704 + 0,0035 ∙ x1 + 0,0018 ∙ x2 + 0,0043 ∙ x3 ;(8)– для КК отрицательной полярности тока:Ih = 0,0866 + 0,0099 ∙ x1 + 0,0013 ∙ x2 + 0,0041 ∙ x3 .(9)Величины износов ЭЩ, рассчитанных по представленным моделям,отличаются от данных, полученных на основании опытных данных менее,чем на 10 %.

Это подтверждает адекватность полиномов. Рассчитанныйдля вышеуказанных полиномов (8) и (9) критерий Фишера F составил соответственно 0,38 и 1,33 при критическом FКР=3,8, что подтверждает их адекватность. Критическое значение критерия Кохрена для описываемых полиномов составляет GКР=0,68 при расчетных 0,173 (8) и 0,23 (9). Так как полученные значения меньше критического (G<GКР), факторное пространствосчитается однородным.Различие в коэффициентах полиномов связано с различной структурой поверхностей скольжения.

В частности, отрицательное кольцо отличается большей шероховатостью, что объясняет более высокие коэффициенты полиномов.В дальнейшем были проведены исследования по оценке влияния толщины смазывающей пленки на эффективность снижения износов щетокМГС – 7 для случая протекания по стальным КК постоянного тока. Опытыпроводились аналогично методике, описанной в пункте 2.6 (глава 2).

На основании результатов исследований (таблица 28, рисунок 27) можно сделать следующее заключение: давление на СЩ, позволяющее максимальноснизить износы ЭЩ, должно составлять 450 гр/см2. Это обеспечивает толщину смазки в зоне контакта щетка – кольцо, равную 3,6×10-13 мм/об. Поскольку давление на СЩ уменьшается по причине ее износа, область варьирования при создании полинома выбрана правее минимума износа ЭЩ.79Таблица 28 – Оценка влияния величины подачи смазки на износ ЭЩ МГС– 7 для случая нагрузки КК постоянным токомСредний износПодачаСредняя№Удельное давление наЭЩ Ih,смазки,эффективп.п.СЩ pСЩ, гр/см2мкм/1 кмнм/обность, раз0,07710000,0961,330,05821,61501,330,0720,0262,9633,64500,0511,880,0691,1246,26000,081,2Примечание: в числителе приведены значения для КК положительной полярности тока, в знаменателе – для отрицательной.В таблицах 29 – 30 приведены данные для расчета полиномов износаСредний износ ЭЩ, мкм/кмЭЩ, работающих совместно со СЩ, выполненными на основе ДМ.0,120,1"-" КК0,080,060,04"+" КК0,02001002003004005002Удельное давление на СЩ, гр/см600Рисунок 27 – Зависимость износов ЭЩ от удельного давления на СЩ80Частота вращения, n, об/миДавление, qЭЩ,гр/см2Ширина ЭЩ, aЭЩ,ммТолщина смазкиh, × 10−13 мРазличие между расчетной и опытной величиной, %Таблица 29 – Матрица данных износов ЭЩ МГС-7 (КК положительной полярности тока, СЩ установлены)Значение факторов вИзнос, Ih, мкм/кмнатуральном виде1-йдубль59505474,44,80,0430,0450,04400,04360,980505474,44,80,0450,0450,04500,04653,259507394,44,80,0450,0460,04550,04570,480507394,44,80,0490,0510,05000,04862,959505476,04,80,0450,0480,04650,04690,980505476,04,80,050,0480,04900,04981,659507396,04,80,0480,050,04900,04900,080507396,04,80,0520,0540,05300,05192,159505474,43,60,020,0210,02050,02031,080505474,43,60,0250,0230,02400,02323,459507394,43,60,0230,020,02150,02233,680507394,43,60,0260,0240,02500,02531,259505476,03,60,0250,0250,02500,02365,980505476,03,60,0270,0260,02650,02650,059507396,03,60,0240,0260,02500,02572,780507396,03,60,0280,0280,02800,02862,170006435,24,20,0340,0350,03450,03614,4Значение из эксперимента2-йдубльСреднеепо 2-мдублям81По моделиЧастота вращения, n, об/миДавление, qЭЩ,гр/см2Ширина ЭЩ, aЭЩ,ммТолщина смазкиh, × 10−13 мРазличие между расчетной и опытной величиной, %Таблица 30 – Матрица данных износов ЭЩ МГС-7 (КК отрицательной полярности тока, СЩ установлены)Значение факторов вИзнос, Ih, мкм/кмнатуральном виде1-йдубль59505474,44,80,0550,0550,05500,05642,580505474,44,80,0750,0790,07700,07305,559507394,44,80,0590,0580,05850,05850,080507394,44,80,0720,0730,07250,07513,559505476,04,80,0620,060,06100,06050,880505476,04,80,0770,0750,07600,07711,459507396,04,80,0640,0630,06350,06261,480507396,04,80,0780,080,07900,07930,459505474,43,60,0360,0380,03700,03782,180505474,43,60,050,0480,04900,04940,859507394,43,60,0430,0410,04200,03995,380507394,43,60,0510,050,05050,05151,959505476,03,60,0410,0420,04150,04191,080505476,03,60,0540,0520,05300,05350,959507396,03,60,0420,0440,04300,04402,380507396,03,60,0580,0570,05750,05563,470006435,24,20,0540,0530,05350,05736,6Значение из эксперимента2-йдубльСреднеепо 2-мдублям82По моделиП результатам математического моделирования для случая использования СЩ, выполненных на основе ДМ, были получены следующие уравнения:– для КК положительной полярности тока:Ih = 0,0361 + 0,0015 ∙ x1 + 0,0010 ∙ x2 + 0,0017 ∙ x3 + 0,0117 ∙ x4 +0,0006 ∙ x2 ∙ x4 ;(10)– для КК отрицательной полярности тока:Ih = 0,0573 + 0,0071 ∙ x1 + 0,0011 ∙ x2 + 0,0021 ∙ x3 + 0,0106 ∙ x4 +0,0013 ∙ x1 ∙ x4 .(11)Полученные полиномы были проверены по значениям «в центреплана».

Различие опытных и расчетных данных составляет менее 10 %.Критерий Фишера для составленных полиномов составил соответственно0,21 (10) и 0,48 (11) при критическом 2,3. Критическое значение критерияКохрена для описываемых полиномов составляет GКР=0,43 при расчетных0,17 (10) и 0,3 (11). Поэтому на основании выше изложенного можно сделатьзаключение об адекватности полученных моделей.При наличии смазки коэффициенты обоих уравнений (10, 11) снижаются, что объясняется улучшением механики контакта щетка – КК за счетснижения коэффициента трения и стабилизации контактной дуги. Значимость введения твердой смазки подтверждается тем, что толщина смазкиДМ во всех полиномах (фактор X4) является наиболее значимым.Достоверность разработанных моделей была проверена в ходе промышленных испытаний совместно с представителями АО «Электромашиностроительный завод «ЛЕПСЕ» (г.

Киров). Результаты исследований совпадают с математическими ожиданиями, полученными по расчетным моделям с погрешностью, не превышающей 10 % (Акт промышленных испытаний по оценке эффективности применения смазывающих щеток на кольцахпреобразователей ПО – 250 А, Приложение Г).833.3 Исследование температурного поля узлатокосъема при помощи программных комплексовскользящегоКак отмечалось ранее, важным параметром, влияющим на эффективность использования СЩ, выполненных на основе ДМ, является температура в зоне контакта щетка – КК.