Диссертация (Снижение износа щеток в коллекторных машинах постоянного и переменного тока), страница 4

Это связано с тем, что ПП имеетсобственную проводимость, её разрушение может не происходить, а,следовательно,- пятна могут не возникнуть.На собственную проводимость ПП указывает Ф. Шротер [129]. ППявляется полупроводником с дырочной проводимостью, которая сильнозависит от температуры. В экспериментах при нагревании коллектора до 70 Стокопроводящие свойства плёнки резко увеличиваются, а сопротивление ППстремится к нулю.В обычных атмосферных условиях ведущий вид износа электрощётокопределяется не процессами трения, а явлением, связанным с прохождениемтока.Влияниеэлектрическихфакторовнаизносостойкостьособенносущественно для электромашин с затруднёнными условиями коммутации.Повышенное искрение является важным фактором увеличения износа щётоквследствие развития явления электрической эрозии.Таким образом, для машин, работающих в нормальных климатическихусловиях, теория износа электрощёток не имеет единственного объясненияпроцессов, протекающих в зоне контакта щётка-коллектор.

Изучение процессатрения усложняет наличие ПП, состав которой зависит от материалов партрения и внешних факторов. Передача энергии может осуществлятьсяпосредством механического контакта, через частицы материала щётки, путёмпробоя дуговым или искровым разрядом. Износ щётки можно разделить намеханический и электрический.

Преобладание того или иного вида износазависит от условий работы машины.161.2 Способы снижения износа токоведущих щёток в электрическихмашинах общепромышленного примененияОсновными параметрами скользящего контакта являются величинаизноса щёток и падение напряжения в щёточном контакте, которыеопределяются током щётки, усилием нажатия на щётку, линейной скоростьюотносительного перемещения щётки и искрением. Для снижения износов щётоквозможны следующие направления: снижение коэффициента трения иповышение стабильности контактирования щётки с коллектором.В [45] оценивается влияние щёточного перекрытия на износ щёток вколлекторной машине переменного тока.

Щёточное перекрытие изменялось засчёт тангенциального размера, удельное давление на щётку поддерживалосьпостоянным. Наибольший ресурс щёток показали машины с щёточнымперекрытием равным двум коллекторным делениям. При использованиинепродороженных коллекторов уменьшение щёточного перекрытия приводит кувеличению износа.В [33] за счёт проточки винтовой канавки на коллекторе достигнутоснижение износов щёток. Винтовая канавка снижает температуру щёток иколлектора.В [51] снижение износа в коллекторных машинах переменного токадостигнуто смещением щёток с геометрической нейтрали по направлениювращения.

В коллекторных машинах переменного тока магнитная системаимеет большое насыщение. Смещение щёток приводит к уменьшениюпоперечной реакции якоря, а также появлению продольной реакции якоря,которая подмагничивает машину. При этом наиболее активное влияние нарезультирующий магнитный поток оказывает уменьшение размагничивающегодействияпоперечнойреакцииякоряитрансформаторнойЭДСвкоммутируемой секции. Таким образом, в результате смещения щетокпроисходит увеличение результирующего магнитного потока, что вызываетснижение потребляемого тока и скорости вращения при постоянном тормозноммоменте.

Смещение щёток по направлению вращения приводит при17постоянстве нагрузочного момента к снижению износов щёток в среднем на10% за счёт уменьшения электрической (снижение потребляемого тока) имеханической (снижение частоты вращения) составляющих износа. Уровеньискрения не изменяется.В [27] исследованы различные способы снижения износа щёток вколлекторных машинах переменного тока. При замене сплошной щётки наразрезную износы остаются одинаковыми. Волочащаяся щётка позволяетувеличить ресурс на 30 - 40%.

Замена марки щётки наиболее активно влияет наресурс. За счёт подбора марки щётки ресурс по отношению к штатной щёткеЭГ-74 был увеличен в два раза. Повышение давления на щётки позволилозначительно снизить износы (за счёт уменьшения уровня искрения).В [26] проведена оценка эффективности снижения износов пропиткойэлектрощёток различными веществами.

В качестве пропитывающих веществиспользована суспензия фторопласта Ф-4Д, фторопластовый лак Ф-32ЛН иколлоидныйпогружениемграфит.подПроцессвакуумом,пропиткиосуществлялсяультразвуковойобработкой.окунанием,Пропиткеподвергались щеточные изделия ЭГ-74. Пропитка суспензией фторопластаФ-4Д приводит к незначительному снижению износа щеток, характеристикаизносовимеетмаксимальноезначение,припревышениикоторогоэффективность снижается. Пропитка лаком Ф-32ЛН также приводит кснижению износа.

Недостатком является необходимость длительной промывкиповерхности щеточных изделий от пленки фторлака. Коллоидный графит самый эффективный для снижения износов, который показал существенноеснижение износа и уменьшение радиопомех на всех частотах. С увеличениемвремени наработки эффективность снижается.В [115] предлагается создавать окисную пленку на металлических частяхщеточно-коллекторного узла потоком озонированного воздуха, котораяснижает скорость износа коллектора и улучшает распределение тока подщёткой.

Недостатком способа является сильная коррозия всех металлическихчастей электродвигателя при температурах 17-20 0С.18В [14, 15] для создания ПП применяется пропитка щёток поверхностноактивными веществами (ПАВ).В [3] для уменьшения износа щёток и коллекторов электродвигателейметрополитена предлагается применять жидкую смазку «эпилам». Недостаткомспособаявляетсявысокаяхимическаяактивностьжидкихсмазокитехнологические трудности в осуществлении такого вида смазки.В [12] разработан способ увеличения срока службы электрощёток иконтактных колец за счёт применения тефлонового покрытия в скользящемконтакте.Обладаябольшейэффективностьюпосравнениюспропиткойэлектрощёток, твёрдые смазочные материалы в отличие от жидких легче ввестив зону электрического контакта, проще регулировать уровень подачисмазочного материала.

Твёрдые смазочные материалы обеспечиваю граничноетрение. Граничный слой смазки толщиной от 0,1 мкм имеет свойства резкоотличные от объёмных свойств жидкой смазки: он имеет определённоориентированное молекулярное строение, обладает упругостью формы ивысоким значением предельного напряжения сдвига [9, 88]. К граничномутрению следует отнести трение при наличии плёнки твёрдых смазок графита,дисульфида молибдена, талька, нитрида бора, политетрафторэтилена и др.

Длясмазкиконтактащётка-коллекторнаиболееподходятдисульфидыидиселениды тугоплавких материалов.Как показали исследования [79, 82] наилучшим результатом в сниженииизноса электрощёток обладает дисульфид молибдена. Дисульфид молибдена(ДМ) [19] (молибденит) - тёмный блестящий минерал по внешнему видусхожий с графитом. Количество ДМ в руде составляет всего 0,5%, поэтомунаиболеерациональноеполучениеДМсинтетическимспособом.ДМ - диэлектрик и только при определённых условиях может проявитьсвойства полупроводника. Электрическое сопротивление ДМ падает сувеличением напряжения в тонких плёнках. Появление проводимости в ДМвызываетсянагревомзасчётпрохождения19электрическоготокаиэлектрического поля. Наличие слоёв двух различных атомов в структуре ДМсоздаёт условия лёгкого скольжения. Плёнка толщиной 0,02 мкм можетвключать 40 слоёв или 39 поверхностей скольжения.

Применение плёноктолщиной 5 мкм вполне достаточно для обеспечения нормального процессатрения.НемалоевлияниенаантифрикционныесвойстваДМоказываеториентация его частиц. От чистоты частиц порошка ДМ зависит коэффициенттрения. Чистота порошка должна быть не менее 98,5%. Величина частицпрошка ДМ также влияет на коэффициент трения, чем тоньше порошок, темвыше его смазывающие свойства. Однако, величина частиц должна быть неменьше 1 мкм, так как при меньшей величине частиц порошок утрачиваетсмазывающие свойства.ДМхарактеризуетсяхорошейкроющейспособностью,поэтомунебольшого количества порошка достаточно для создания на поверхноститрения слоя смазки.

Для нормальной работы пар трения необходимо выбиратьоптимальную толщину слоя смазки в зависимости от давления, скорости,температуры, чистоты поверхностей трения, метода нанесения плёнки.СпособностьДМсущественноснижатькоэффициенттренияимеханический износ электрощёток отмечает большинство авторов. Вместе сэтим, применение ДМ способствует уменьшению степени искрения подщётками, снижая ток щётки [93]. При высоких температурах, особенно приинтенсивном искрении графит может сублимироваться, т.е. испаряться безперехода в жидкую фазу [121].В [105] электрические свойства ДМ объясняются его строением.

Типпроводимости в ряду дихалькогенидов переходных металлов IV-VI группзависит от номера группы металлического атома, что связано с его акцепторнойспособностью. Поэтому, несмотря на похожие кристаллические структуры,дихалькогениды Мо и W , в том числе и MoS2 – полупроводники, адихалькогенидыNbиТаобладаютметаллическойпроводимостью.Электропроводимость ДМ как и у других дихалькогенидов W и Мо изменяется20вширокихпределахиз-занеконтролируемыхпримесей.Поэтомутехнологические параметры получения МоS2 оказывают существенное влияниена величину электропроводимости. У ДМ существует кристаллографическаяанизотропия электропроводности.

В направлении параллельном оси кристаллаσ= 4,6x10-4 Ом-1см-1, а в перпендикулярном направлении σ=7,8x10-2 Ом-1см-1[101].Одним из факторов, ограничивающих применение ДМ в токосъёмномузле электрической машины, является его температурная неустойчивость [98].При превышении определённых температур ДМ переходит в оксид молибденаМоО3. Температура перехода в оксид для частиц ДМ 7 мкм равна 400 С, сувеличением размера частиц она увеличивается, но с увеличением размерачастицснижаютсясмазывающиесвойстваДМ.ОксидДМобладаетабразивными свойствами, что вызывает существенное увеличение износаэлектрощёток. В электрических машинах, предназначенных для работы ввысотных условиях из-за высоких температур применяют крупнозернистый(140 мкм) ДМ.На смазывающую способность влияет толщина нанесённой плёнки.Толщина плёнки определяется размерами кристаллов, способом нанесения ДМна подложку, и может составлять 2-5 мкм при размере кристаллов 0,8 мкм;3 10-3 мкм при размере кристаллов 2 мкм [101].Существуетнесколькоспособовнанесениятвёрдойсмазкинаповерхности скольжения:- натирание поверхности порошком или брикетом твердой смазки [112];- напылениепокрытиятвердойсмазкипульверизациейраствора,представляющего собой суспензию твердой смазки с органическимвеществом или пропитка пористой поверхности раствором, содержащимтвердую смазку [127];- катодное напыление чистой твердой смазки [127];- внедрение твердой смазки при изготовлении деталей трения методамипорошковой металлургии [98];21- химико-термическая обработка деталей в среде твердой смазки [15].Способ нанесения твёрдой смазки выбирается в зависимости от условийэксплуатации.

У каждого из способов имеются свои достоинства и недостаткив технологическом плане, а также в механических и электрических свойствахполучаемых плёнок.В [24] износ щёток в коллекторном двигателе переменного тока насоса«Кама» уменьшается за счёт установки в дополнительный щёткодержательщёток на основе дисульфида молибдена. Износ токоведущих щёток приискрении 2 балла уменьшился на 20%.В [31] износ щёток (на продороженном коллекторе) коллекторногодвигателя переменного тока МШУ-2,2-230 за счёт установки смазывающейщётки (СЩ), выполненной на основе ДМ, уменьшился в два раза.В [32] за счёт подбора марки щётки и установки СЩ, выполненной наоснове дисульфида молибдена ресурс токоведущих щёток был увеличен в трираза, отмечается снижение уровня радиопомех, рабочие характеристикипрактическинеизменяются.ПрименениеСЩнанепродороженныхколлекторах приводит к возрастанию износов токоведущих и СЩ.Таким образом, наиболее эффективное снижение износа щёток можнодостичь путём подбора марки щётки и способом создания на коллектореплёнки дисульфида молибдена.1.3 Проблема износа токоведущих щёток в электрических машинах,работающих в высотных условияхЭлектрооборудование, устанавливаемое на самолетах, работает в гораздоболее тяжелых эксплуатационных условиях, чем аналогичные системыназемного назначения.