Диссертация (Снижение износа щеток в коллекторных машинах постоянного и переменного тока), страница 17

По методике [18, 73] был составлен полиномвеличины износа коллектора.110Таблица 5.26 - Матрица данных износов коллектора при установкесмазывающей щётки (профиль марки ПКМС)qсщ,г/мм2qэщ,г/мм2Базовый уровень0112541,012,89Верхний уровень+132841,253,28Условное обозначение81421364552677389225x1++++0,78x2++++2,5x3++++ПланируемыйэкспериментРезультатырандомизацииэкспериментаНижний уровеньФункция целиx6=x23=x2x3n,об/минx5=x13=x1x3Кодx4=x12=x1x2Переменныепараметрыx4++++x5++++x6++++Износколлектора(среднееэкспериментальное значение)Износколлектора(расчётное пополиному)hэ, мкм4550406055655090h, мкм45.046.340.063.855.068.850.086.3x0++++++++Полином износов имеет вид:h=56,88+9,375·Х1+3,125·X2+8,125·X3+5,625·X4+3,125·X5+1,875·X6,(13)где X1 – коэффициент, определяемый частотой вращения;X2 – коэффициент, определяемый давлением на СЩ;X3 – коэффициент, определяемый давлением на токоведущую щётку;Х4- коэффициент, учитывающий взаимное влияние частоты вращения идавления на СЩ;X5 - коэффициент, учитывающий взаимное влияние частоты вращенияи давления на токоведущие щётки;Х6 - коэффициент, учитывающий взаимное влияние давления на СЩ идавления на токоведущие щётки.Принимается, что влияние случайных факторов во всех точках факторногопространстваодинаково,проведенодублирующих3т.е.пространствоопыта(m)однородно.дляпервойПоэтомустрокибыломатрицыпланирования.Дисперсия воспроизводимости опыта для проверки нуль-гипотезы:s12 b1m 1b1 bср2b2 bср1112b3 bср2,(14)s12 h317 .Дисперсия для всех коэффициентов:s12 b21s biN ms12 bi,1.04 .Проверка значимости коэффициентов полинома с помощью критерияСтьюдента.tibis bi(15),где bi - любой коэффициент полинома;s bi - математическое отклонение величины bi .t1=9,18; t2=3,06; t3=7,96; t13=3,06; t23=1,83; t12=5,51.Уровеньзначимости,характеризующийвозможностьпринятиянеправильного решения, принимается q=5%.

Число степеней свободы,характеризующее объём экспериментальной выборкирасчётезн принимаетсязн=N(m-1)=16.Приm=3, так как было проведено дублирование для первойстрочки матрицы планирования и выдвинуто предположение об однородностидисперсии факторного пространства в других экспериментальных точках. Дляq=5% изн=16значение t-критерия Стьюдента tкр=2,12. Величина ti,вычисленная для каждого коэффициента полинома, сравнивается с величинойtкр.Так как t23<tкр, коэффициент b23 незначим, т.е. может быть опущен вполиноме.После проверки значимости коэффициентов полином имеет следующийвид:h=56,88+9,375·х1+3,125·х2+8,125·х3+5,625·х4+3,125·х5.(16)Значения функции цели, полученные расчётным путём по полиному,записаны в последнем столбце табл.

5.26. Величины износов, рассчитанных по112представленным полиномам, отличаются от данных, полученных из опытов,менее чем на 10% во всей области варьированияПроверкаадекватностипроводитсяспомощьюстатистическогоF-критерия.F2sад,s2 y(17)2где sад - дисперсия неадекватности;sад2 14,06 ; F=0,562.Вычисленная величина F сравнивается с Fкр, которая выбирается с учётомуровня значимости (q=5%), числа степеней свободы (зн=16)и числа степенейсвободы аппроксимирующего полинома ( 1=N-d=2).Fкр=3,6.Так как F<Fкр, следовательно полином адекватен.Среди варьируемых факторов наибольшую весомость в модели износаколлектора имеют частота вращения и давление на токоведущую щётку.Коэффициенты полинома, учитывающие взаимное сочетание параметров такжевлияют на значение износа, особенно коэффициент х4, учитывающий частотувращения и давление на щётки.С помощью полученного полинома определяется оптимальное давление наСЩ, при котором будет наименьший износ коллектора.

Задача решается за счётизменения величины qсщ, а величины N и qэщ остаются без изменения, т.е. набазовом уровне, где х1=0 и х3 =0. Тогда полином будет иметь видh=56,88+3,125 х2. Для h=54 х2=-0,92 значение удельного давления на СЩ вабсолютных единицах, г/мм2, будетqсщх2qсщ срqсщ minqсщ ср ,где qсщ ср – базовое значение давления на СЩ в натуральных единицах;113(18)qсщ min – минимальное значение давления на СЩ в натуральныхединицах;qсщПриразмерахСЩ0,92 1,01 0,784х16мм,давление1,01 0,8 .наСЩ,соответствующееминимальному износу коллектора, равно 51г.В соответствии с полученными результатами были проведены ресурсныеиспытания двигателя МШУ-2,4-230М с коллектором, выполненным из профилямарки ПКМС с оптимальным давлением на СЩ (толщина СЩ равна половинетолщины токоведущей) в результате которых износ коллектора в случаеустановки СЩ уменьшился в 2 раза, получен акт испытаний [приложение VIII].114Выводы по главе 51.

Проведена оценка влияния материала коллектора (профиль марки ПКМ(профиль коллекторный медный) и ПКМС (профиль коллекторный медныйлегированный серебром)) на эффективность применения СЩ, с расчётоммикротемператур в зоне контакта щётка-коллектор. Профиль марки ПКМС засчётменьшегокоэффициентатрениящётка-коллекторснижаетмикротемпературы в зоне контакта щётка - коллектор и расширяет диапазонприменения СЩ.2. Значение максимальной температуры среди узлов контактного слояопределяет возможность применения СЩ.3.

Проведена оценка влияния элементов щёточно-коллекторного узла намикротемпературу альфа-узлов и максимальную температуру среди узловконтактного слоя в зоне контакта щётка – коллектор. У коллектора,выполненного из профиля марки ПКМ на температуры наибольшее влияниеоказывают жесткость токоведущей щетки, жесткость материала коллектора итемпературарекристаллизации.УколлектораизпрофилямаркиПКМС - высота рельефа, толщина ПП и плотность материала коллектора.4. Составлена физическая модель износа токоведущих щёток Г-33И приустановке СЩ на коллекторе, выполненном из профиля марки ПКМС приварьировании частотой вращения, удельным давлением на смазывающую итоковедущие щётки.5.

Составлены физическая модель износа коллектора из профиля маркиПКМС при варьировании частотой вращения, шириной токоведущей щётки иудельного давления на токоведущие щётки6. Составлены физическая модель износа коллектора из профиля маркиПКМС при установке СЩ с варьированием частотой вращения, удельнымдавлением на смазывающую и токоведущие щётки.7. Для вновь спроектированного двигателя привода МШУ-2,4-230М всоответствии с разработанной физической моделью определено оптимальноедавление на токоведущие и СЩ, при котором износ коллектора минимальный.1158.

Результаты расчёта износа коллектора в случае применения СЩ,полученныепомодели,подтвержденыресурснымииспытаниями[приложение VIII]. Установка СЩ на двигателе привода МШУ-2,4-230М стоковедущими щётками Г-33И при оптимальном давлении на смазывающующётку по результатам ресурсных испытаний позволило уменьшить износколлектора в 2 раза.116ЗАКЛЮЧЕНИЕВ диссертации рассмотрены способы снижения износа токоведущихщёток в коллекторных электрических постоянного тока, предназначенных дляработыввысотныхпеременноготока,условиях,снижениеколлекторныхизносаэлектрическихколлектороввмашинахколлекторныхэлектрических машинах переменного тока.Основные результаты, полученные в ходе выполнения диссертации:1. Проанализированы существующие способы снижения износов щёток вэлектрических машинах.

Заслуживают внимания применение дополнительныхщёток, выполненные из тефлона, дисульфида молибдена и токоведущие щёткив структуру которых добавлен ДМ.2. Исследовано влияние снижения содержания влаги и толщины ПП приработе машин постоянного тока герметизированного исполнения в высотныхусловиях(температураt=+120 С,давлениеР=15мм.рт.ст.,)наизностоковедущих щёток.

Установлено, что снижение содержания влаги в атмосфереприводит к повышению коэффициента трения и при стабильной ППувеличивает износ токоведущих щёток в испытуемых машинах в 3,5 раза поотношению к нормальным условиям. Снижение содержания влаги в сочетаниис уменьшением толщины ПП (за счёт повышенной степени герметизации)приводит к увеличению износов до 35 раз. Определяющим фактором в этомслучае является снижение сопротивления ПП.3. Материал коллектора (медь, кадмиевая бронза, хромовая бронза)оказывает активное влияние на износ щёток при работе в высотных условиях.Наименьший износ щёток обеспечивают коллектора, выполненные из хромовойбронзы (в случае применения коллектора, выполненного из хромовой бронзы,износ уменьшился в 1,7 раза относительно медного коллектора).4. Наибольшая эффективность СЩ, выполненной из ДМ, имела место вслучае использования коллектора, выполненного из хромовой бронзы.Установка СЩ на коллекторах из медного профиля позволяет снизить износыщёток при работе в нормальных и высотных условиях в сочетании с117плюсовыми и минусовыми температурами в 2,4 раза, при материале кадмиеваябронза в 2,9 раза, при материале хромовая бронза в 7 раз.5.