Диссертация (Снижение износа щеток в коллекторных машинах постоянного и переменного тока), страница 2

Исследование влияния материала коллектора на эффективностьприменения смазывающих щёток, выполненных на основе дисульфидамолибдена марки ДМИ-7 в коллекторных машинах переменного тока.6. Проведение расчётов по оценке эффективности влияния параметров (10параметров) щёточно-коллекторного узла, выполненного из профиля маркиПКМ (профиль коллекторный медный) и ПКМС (профиль коллекторныймедный, легированный серебром) на максимальную температуру в зонеконтакта щётка – коллектор.7. Создание физической модели износа токоведущих щёток Г-33И вколлекторном двигателе переменного тока (профиль коллектора марки ПКМС)в случае применения смазывающих щёток, выполненных на основе дисульфидамолибдена при варьировании частотой вращения, удельным давлением насмазывающую и токоведущие щётки.8. Создание физической модели износа коллектора при варьированиичастотой вращения, шириной токоведущей щётки и удельного давления натоковедущие щётки.9.

Создание физической модели износа коллектора в случае применениясмазывающих щёток, выполненных на основе дисульфида молибдена приварьировании частотой вращения, удельным давлением на смазывающую итоковедущие щётки.5Методы исследования. Задачи, поставленные в диссертационной работе,решались экспериментальными и математическими методами исследований сиспользованием теории электротехники, трибологии и электромеханики.Применялись информационные компьютерные технологии и программныепакеты. При решении вычислительных задач использовались пакеты программMathCAD®,MicrosoftExcel®,Contact[95].Опытныеисследованияанализировались с помощью методов планирования эксперимента и постандартным методикам.Научная новизна:1.

Выявлены причины повышенного износа токоведущих щёток уэлектрических двигателей постоянного тока с высокой степенью герметизации(при отсутствии дренажа), работающих в высотных условиях. Повышенныеизносы щёток связаны с уменьшением сопротивления политурной плёнки(уменьшением её толщины) из-за уменьшения содержания кислорода и влагивнутри двигателя при работе этих двигателей при наличии дренажа. Разработанспособ снижения износа токоведущих щёток при работе в нормальных ивысотных условиях за счёт установки на коллектор нетокопроводящейсмазывающей щётки, выполненной из дисульфида молибдена марки ДМС-140.Засчётприменениясмазывающейщёткиизностоковедущихщётокуменьшается при работе на плюсовых и минусовых температурах в 5 и 7 разсоответственно.Характеристикидвигателейсоответствуюттехническимусловиям на их поставку. Из трёх материалов коллектора (медь, кадмиеваябронза, хромовая бронза) наименьший износ щёток обеспечивает хромоваябронза.

Эффективность смазывающих щёток также зависит от материалаколлектора. Наибольшая эффективность наблюдалась в случае примененияколлекторов, выполненных из хромовой бронзы.2. Разработана методика ускоренного образования политурной плёнки наколлекторе за счёт включения в систему токопередачи наряду со штатнымищётками щёток, обладающих повышенной скоростью образования политурной6плёнки. Проведена оценка политурообразующих свойств отечественных марокщёток ЭГ-74, ЭГ-54П, ЭГ 75, ЭГ-4, ЭГ-61А и ЭГ-61 при работе на холостомходе и под нагрузкой.

Наилучший результат показали щётки ЭГ-61А и ЭГ-74.Проведена оценка их эффективности по ускорению образования политурнойплёнкивсочетаниисоштатнымищёткамиМГС-7.Примененияполитурообразующих щёток ЭГ-61А позволило увеличить ресурс щётокгенератора ГС-12ТОК по результатам лётных испытаний более чем в два раза.По допустимой критической высоте щёток ожидаемое увеличение ресурсаболее пяти раз.3.Разработанаметодикаопределенияоптимальногоположениятоковедущих щёток на коллекторе (по минимальной величине искрения) вколлекторных машинах переменного тока с установкой щёток в корпуседвигателя(безвозможностиихсмещения).Применениеметодикивколлекторных машинах переменного тока мощностью 1,8; 2; 2,2 кВт позволилосделать заключение о возможности снижения искрения не только в случаетрадиционного смещения щёток против направления вращения, но и присмещении по направлению вращения.4.

Разработана конструкция щёточно-коллекторного узла коллекторногодвигателя переменного тока, в котором радиальная щётка смещается понаправлению вращения коллектора параллельно своему положению наполовину тангенциального размера щётки, что приводит к снижению износащёток и уровня радиопомех по мощности и напряжению.5. Исследовано влияние материала профиля коллектора (ПКМ и ПКМС)двигателя привода машины шлифовальной угловой МШУ-2,4-230М наэффективность применения смазывающей щётки, выполненной на основедисульфида молибдена с расчётом микротемператур в зоне контакта щётка –коллектор.Применениесмазывающейщёткивслучаеколлектора,выполненного из профиля марки ПКМ, привело к увеличению износатоковедущих щёток.

В случае профиля ПКМС износ был снижен в несколькораз в режиме номинальной нагрузки. Проведённые расчёты по программе7Contact [95] показали, что причина неэффективности смазывающей щётки вслучае материала ПКМ обусловлена высокой температурой в зоне контакта,которая превышает 400 С. При профиле марки ПКМС температура в зонеконтакта соответствовала 237 С.6. Исследовано влияние отклонений параметров контакта токоведущаящётка – коллектор на максимальную температуру в зоне контакта щётка –коллектор. Наиболее эффективно на максимальную температуру влияют припрофиле марки ПКМ в номинальном режиме: жесткость токоведущей щетки,жесткость материала коллектораи температура рекристаллизации; приколлекторе из профиля марки ПКМС - высота и плотность материалаколлектора .7) Составлены физические модели износа щёток и коллектора приустановке смазывающей щётки, выполненной на основе дисульфида молибденамарки ДМИ-7, которые были использованы при проектировании коллекторногоэлектродвигателяпеременноготокамощностью2,4кВт.Результатыподтверждены актом промышленных испытаний.

Износ коллектора приоптимальном давлении на смазывающую щётку был уменьшен в два раза, износщёток Г-33И был уменьшен в 2,2 раза, щёток Г-33МИ – в 1,7 раза. Составленафизическая модель износа коллектора при работе без смазывающей щётки.Практическая значимость работы:1. Даны рекомендации по выбору материала профиля коллекторовэлектрических машин, обеспечивающих минимальный износ токоведущихщёток, работающих в нормальных и высотных условиях.2. Доказана высокая эффективность по снижению износа токоведущихщёток (до 7 раз) при работе в высотных условиях в герметизированныхдвигателях, предназначенных для работы в высотных условиях, за счётприменения смазывающей щётки, выполненной на основе дисульфидамолибдена.83.

Представлены результаты исследований по эффективности применениясмазывающей щётки в герметизированных двигателях, предназначенных дляработы в высотных условиях, с разными материалами коллектора (медь,кадмиевая бронза, хромовая бронза). Наибольшую эффективность имеет местов случае применения хромовой бронзы. Снижение износа относительноколлектора из медного профиля достигает 5,7 раза.4. Приведены результаты влияния сроков хранения электродвигателей(один год и один год девять месяцев) на эффективность применениясмазывающих щёток.

Сроки хранения не оказывают влияния на эффективностьсмазывающих щёток.5. Предложена методика ускорения образования политурной плёнки вмногощёточных системах за счёт включения в систему токопередачи щёток,обладающихповышеннойскоростьюобразованияполитурнойплёнки;объективность методики подтверждена результатами лётных и заводскихмоторных испытаний. По результатам лётных испытаний применениеполитурообразующих щёток ЭГ-61А позволяет увеличить ресурс щёток болеечем в три раза. Ожидаемый эффект по снижению износа щёток (докритического значения) достигает пяти раз.6. Экспериментально доказана возможность (в некоторых случаях)снижения степени искрения в коллекторных машинах переменного тока припостоянном тормозном моменте на валу за счёт смещения токоведущих щётокпо направлению вращения якоря, обеспечивающая улучшение техникоэкономических показателей двигателя.7.

По результатам исследований внедрены в серийное производстводвигателитрёхтиповразличноймощностиприводаМШУ-1,8-230,МШУ-2-230, МШУ-2,2-230, имеющих не традиционное смещение щёток понаправлению вращения на одно коллекторное деление с уменьшенным числомвитков обмотки возбуждения с реальным годовым экономическим эффектом2,7 млн. руб., а также двигатель МШУ-2-230П, имеющий смещение щётокпротив направления вращения.98. Физические модели износа коллектора и щёток в случае применениясмазывающей щётки в коллекторном двигателе переменного тока позволяют настадиипроектированиядвигателяоцениватьвозможностьприменениясмазывающих щёток.Положения, выносимые на защиту:1. снижение износа токоведущих щёток в коллекторных машинахпостоянного тока, предназначенных для работы в высотных условиях, за счётустановки смазывающей щётки, выполненной на основе дисульфида молибденас оценкой влияния степени герметизации двигателя;2.

оценка материала коллектора, сроков хранения и условий эксплуатациина эффективность применения смазывающих щёток в электрических машинах,предназначенных для работы в высотных условиях;3.методикаускоренногообразованияполитурнойплёнкивмногощёточных системах токосъёма за счёт включения в систему токопередачинаряду со штатными щётками щёток, обладающих высокой скоростьюобразования политурной плёнки;4. методика снижения степени искрения и уровня радиопомех (помощности и напряжению) в коллекторных двигателях переменного тока сщёткодержателями жёстко установленными в корпусе за счёт смещениящёткодержателей по направлению якоря на половину тангенциального размератоковедущих щёток;5. методика снижения износа коллектора в коллекторных машинахпеременного тока за счёт установки смазывающей щётки, выполненной наоснове дисульфида молибдена;6. физические модели износа коллекторов, выполненных из профилямарки ПКМС (щётки Г-33И);7. физические модели износа коллекторов изготовленных из профилямарки ПКМС и токоведущих щёток марки Г-33И, в случае использованиисмазывающей щётки, выполненной на основе дисульфида молибдена.10Реализациярезультатовработы.Достоверностьрезультатовпроведённых исследований подтверждаются тремя актами лётных и моторныхиспытаний,однимактомпромышленныхиспытаний.Результатыдиссертационной работы докладывались на конференциях: 7-я Международнаяконференция «Авиация и космонавтика-2008», г.