Диссертация (Оценка влияния твердой смазки на трибохарактеристики узлов скользящего токосъема), страница 7

Получена математическая модель износа щеток ЭЩ марокГ-33М и ЭГ-84 УМК в сочетании со СЩ и без них.Установка СЩ в ЩКА синхронных машин (материал КК – бронза, маркаЭЩ – ЭГ-4) привела к незначительному повышению износа ЭЩ отрицательной полярности тока и снижению данного эффекта на положительных [47].Использование СЩ на кольцах специального синхронного генератора авиационного исполнения мощностью 40 кВА не привело к существенному снижению износов. Это объясняется высокими температурами в зоне контакта,что вызывает переход смазки в оксид.В [48] представлена оптимальная конструкция щеткодержателя подустановку токоведущей и смазывающей щеток, обеспечивающая снижениеих износов до 3 раз.

Это осуществляется за счет прохождение электрического тока сквозь толщу смазки, а не через весь брикет ДМ, а также в устранении влияния искрообразования на работу твердой смазки.Анализ источников показал, что вопросы применения твердой смазкив УСТ в настоящее время становятся все более актуальными. Однако, малоработ посвящено явлениям, протекающим в скользящем контакте в ходеего работы со смазывающими материалами.1.7 Выводы1. Стабильная и надежная работа УСТ зависит от ряда параметров(наличие граничных смазок, давление на ЭЩ, сопротивление переходащетка – кольцо (коллектор), материал контактирующих поверхностей, микротемпература в зоне контакта), варьируя которыми можно достичь оптимальных износов контактных пар.2. Нестабильность распределения тока по параллельно работающимщеткам объясняется неравномерным значением переходного сопротивления щетка-коллектор (КК), что требует частого периодического контроля со39стороны обслуживающего персонала с использованием дорогостоящих систем диагностики и мониторинга.3.

Доказано, что применение СЩ, выполненных на основе ДМ, является перспективным методом снижения износа контактных пар, способнымстабилизировать распределение тока многощеточных систем за счет формирования равномерного смазывающего слоя в зоне контакта.40ГЛАВА 2. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ МАТЕРИАЛА ЩЕТОК, КОНТАКТНЫХКОЛЕЦ И СМАЗЫВАЮЩИХ ЩЕТОК НА ИЗНОС ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРИОТСУТСТВИИ ТОКОВОЙ НАГРУЗКИ2.1 Оценка влияния материала электрических щеток, контактныхколец на их износКак следует из проведенного обзора литературных источников, широкое распространение нашли узлы скользящего токосъема (УСТ), работающие при отсутствии токовой нагрузки. Такой режим функционирования контактных пар характерен для узлов снятия потенциала подвижного составаэлектропоездов и электровозов, систем снятия статического электричествасинхронных турбо- и гидрогенераторов, а также в случае работы турбоагрегатов в режиме разбега турбины, когда на штатных щетках (ШЩ) отсутствуют рабочие токи (в данном режиме, длительность которого можетдлиться до 72 часов, равномерная и плотная пленка (политура) [56] истирается за счет шлифующего действия щеток и катастрофически возрастаетизнос щеток).

Вместе с этим в процессе работы данных узлов за счет наличия большого количества механических факторов наблюдаются сколыштатных щеток и отбраковка проводится не по величине износа, а из – занедопустимого количества сколов на их поверхности.Согласно договору о техническом сотрудничестве с ремонтно-локомотивным ДЕПО «Киров – Вятка» (г. Киров), направленном на повышениенадежности узлов трения, автором была проведена серия эксплуатационных испытаний узлов заземления ЗРCL (рисунок 15) электровозов ЧС4т.Это устройство смонтировано на торцах осей первой и шестой колесныхпар и включает в себя стальное контактное кольцо (1), имеющее две дорожки.

На каждой дорожке имеется два латунных щеткодержателя (2), в которые устанавливаются сдвоенные электрические щетки (ЭЩ) ЭГ – 61А (3),подпружиненные цилиндрической пружиной.41Рисунок 15 – Устройство ЗРСL заземления электровоза ЧС4тВ процессе эксплуатации узлов заземления ЗРСL у большинства ЭЩЭГ – 61А уже на этапе технического обслуживания ТР – 1 (25 000 км пробега или 1,5 месяца эксплуатации) диагностируются сколы при сравнительно небольшом износе (рисунок 16).

Нами было предложено рассмотреть возможность уменьшения сколов путем повышения нажатия на ЭЩ с2,6 (штатное усилие) до 4,0 кгс, которым соответствовало удельное давление соответственно 26 и 40 кПа.Рисунок 16 – Состояние ЭЩ узла заземления при штатном усилии 2,6 кгс42На электровоз Чс4т на первую и шестую колёсные пары были установлены новые притертые ЭЩ: на первой паре на все щётки (четыре сдвоенные) было установлено усилие 2,6 кгс, на шестой паре на три сдвоенныеЭЩ – 3,1 кгс, а на четвертую – 4,0. В дальнейшем электровоз был запущенна эксплуатационные испытания.

После 28 000 км пробега электровоза наплановом техническом ремонте (ТР1) был произведен контроль состоянияузлов заземления. Результаты показали, что увеличение усилия на щеткудо 3,1 кгс (рисунок 17) приводит к снижению числа сколов относительноштатного состояния (рисунок 16), а при усилии 4,0 кгс (рисунок 18) к их полному устранению. Увеличение усилия на щетки способствовало улучшениюмеханики щетка-кольцо за счет уменьшения числа отрывов щеток от кольцаи уменьшения числа сколов (Акт промышленных испытаний, Приложение Б).Рисунок 17 – Состояние ЭЩ узла заземления при усилии 3,1 кгс43Рисунок 18 – Состояние ЭЩ узла заземления при усилии 4,0 кгсПовышение усилия приводит к увеличению износов ШЩ.

С целью ихснижения нами было рекомендовано установить в тело ШЩ вставку из нетокопроводящей смазывающей щетки (СЩ), выполненной на основе дисульфида молибдена [46, 54, 72]. Для определения требуемого тангенциальногоразмера и необходимой величины давления на СЩ были проведены дополнительные лабораторные исследования с созданием математических моделей первого порядка (пункт 2.6, глава 2) поскольку в ранее проведенныхработах использовались контактные материалы, выполненные из меди.2.2 Характеристика объекта испытанийДля реализации работ по оценке влияния материала щеток, контактных колец (КК) и СЩ на износ штатных были разработаны конструкции ипроведен монтаж 6 установок (рисунок 19) на базе одноякорного преобразователя ПО-250 А, выпускаемого электромашиностроительным заводом«ЛЕПСЕ», с разными материалами контактных пар (сталь 12Х18Н10Т, чугунСЧ – 18, латунь Л 63, бронза БрХ08).44Рисунок 19 – Установки для оценки влияния материала колец на износ ЭЩИсследовательская установка представляет собой стенд (рисунок 20),на котором помещен преобразователь ПО-250 А и все необходимые дляпроведения исследований приборы и устройства.Рисунок 20 – Принципиальная схема установки по оценке влияния материала ККПринцип действия установки: преобразователь запитывается напряжением от источника постоянного тока ИПТ1 в диапазоне от 0…27 В, питаемого от сети переменного тока.

Напряжение 220 В частотой 50 Гц на ИПТ145подается от сети автоматом S1. Пуск двигателя постоянного тока ДПТ осуществляется включением автомата S2.Независимое питание обмотки возбуждения ОВ двигателя осуществляется подачей напряжения автоматом S3 на автотрансформатор Т черезвыпрямительный мост U2. Автотрансформатор также включается в сеть220 В частотой 50 Гц.Двигатель постоянного тока приводит во вращение контактныекольца, которые могут питаться как от сети переменного тока, так и от сетипостоянного тока. Режим работы КК регулируется переключением трехпозиционного переключателя S4 с нейтралью.Преобразователь был модернизирован следующим образом: контактные кольца (рисунок 21) были отсоединены от выводов обмотки якоря преобразователя и закорочены между собой.

На каждом кольце было установлено два щеткодержателя 4, а также дополнительный щеткодержатель 2для установки СЩ. Тангенциальный размер смазывающей щетки составлял½ соответствующего размера одной ШЩ. Аксиальный размер щеток одинаков.Рисунок 21 – Модернизированный щеточно-контактный узел преобразователя ПО-250 А (1 – КК, 2 – дополнительный щеткодержатель под смазывающую щетку, 3 – толкатель, 4 – штатный щеткодержатель, 5 – токовыещетки)46Проведенные ранее исследования [15] показали, что активное влияние на износы контактных пар взаимно перемещаемых поверхностей оказывает состояние переходного слоя щетка – кольцо.

В большинстве случаев на поверхности колец и коллекторов работающих машин образуетсяполитурная пленка (оксидная с вкраплением материала щетки), котораяспособна снижать коэффициент трения. Поэтому в процессе исследованийпроводился замер сопротивления перехода щетка-кольцо для оценки влияния величины подачи смазки в зону контакта на его величину (рисунок 22).Для замера сопротивления использовались два контактных датчика 3, выполненные из изоляционного материала. В тело датчика вставлен контакт4, покрытый серебром.

Через контакты 4 подключался электронный омметри производились замеры в 4 – 8 точках, равномерно расположенных наокружности кольца 1, а сопротивление бралось как среднее арифметическое замеров.Рисунок 22 – Конструкция для замера сопротивления политурной плёнки:1– КК, 2 – штатный щеткодержатель, 3 – фальшь щетка, 4 – контакт.Износы щеток определялись при помощи инструментального микроскопа ИМЦ 150×50, б (БМИ – 1Ц), а также контролировались путем взвеши-47вания на аналитических весах SHIMADZU AW 120 [34]. Исследования проводились при различной частоте вращения n (линейной скорости), давлении на токоведущие и СЩ. Все опыты дублировались от 3 до 8 раз.2.3 Оценка влияния ряда материалов (сталь, чугун, латунь,бронза) контактных колец на износы щеток МГС-7 и сопротивлениеполитурной пленкиВ ходе исследований по влиянию материала контактных пар на износы ШЩ была проведена оценка влияния материала КК, выполненных изстали, чугуна, латуни и бронзы, на износы ШЩ марки МГС-7 при постояннойчастоте вращения.