Автореферат (Оценка влияния твердой смазки на трибохарактеристики узлов скользящего токосъема)

На правах рукописиФОМИНЫХ АНТОН АНАТОЛЬЕВИЧОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТВЕРДОЙ СМАЗКИ НАТРИБОХАРАКТЕРИСТИКИ УЗЛОВ СКОЛЬЗЯЩЕГО ТОКОСЪЕМАСпециальность 05.09.01 – Электромеханика и электрические аппаратыАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукКиров – 2015Работа выполнена на кафедре электрических машин и аппаратовФедеральногогосударственногобюджетногообразовательногоучреждениявысшегообразования«Вятскийгосударственныйуниверситет» (ВятГУ)Научный руководитель:Изотов Анатолий Ивановичкандидат технических наук, доцент,заведующий кафедрой «Электрическиемашины и аппараты» ФГБОУ ВО«Вятский государственныйуниверситет»Официальные оппоненты: Плохов Игорь Владимировичдоктор технических наук, профессор,заведующий кафедрой «Электроприводи системы автоматизации» ФГБОУ ВПО«Псковский государственныйуниверситет»Кади – Оглы Евгений Федоровичкандидат технических наук,главный конструктор турбогенераторовООО «АЛЬСТОМ Атомэнергомаш»Ведущая организация:ФГБОУ ВПО «Омский государственныйуниверситет путей сообщения»(ОмГУПС (ОмИИТ))Защита диссертации состоится «10» февраля 2016 г.

в 13 час.30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.19 приФГБОУ ВО «НИУ«МЭИ»поадресу111250,Москва,ул. Красноказарменная, д 13, корп. Е, ауд. Е-205.СдиссертациейможноФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ».ознакомитьсявбиблиотекеАвтореферат разослан «__» ______ 20__ г.Ученый секретарь Д 212.157.19к.т.н., доцентБоровкова А.М.2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства широкое распространение нашли узлы скользящего токосъема, состоящие из вращающихся контактных поверхностей и скользящих по ним электрических щеток.

Это турбо- и гидрогенераторы, электровозы, тепловозы, электроподвижной состав метрополитена, электропоезда постоянного и переменноготока, двигатели привода ручного электроинструмента и т.д. Основная функцияузлов токосъема – отвод или подача рабочих токов, отвод токов статическогоэлектричества, «паразитных» токов.Работа этих узлов сопровождается износом пар трения, что приводит к расходу контактных материалов, требует периодического контроля и ремонта,ухудшает экологические условия работы.

По данным Международной Ассоциации «Интерэлектромаш» доля отказов турбогенераторов по причине выхода изстроя щеточно – контактного аппарата составляет 26 % и занимает первое место среди прочих неисправностей.Поэтому в настоящее время ряд научных и промышленных коллективовпроводят свои исследования в направлении повышения надежности, стабильности и долговечности работы узлов скользящего токосъема. Одним из прогрессивных способов является метод нанесения на поверхность коллектора,контактного кольца смазочного наноразмерного покрытия на основе дисульфида молибдена, позволяющего улучшить трибохарактеристики пар трения щетка - кольцо или коллектор в виде снижения их износов и повышения стабильности работы электрического контакта.Благодарю научного консультанта Виктора Яковлевича Беспалова за полезные рекомендации и поддержку при выполнении диссертационной работы.Цель работы: проведение экспериментальных и теоретических исследований процессов, протекающих в узлах скользящего токосъема при различной токовой нагрузке, с оценкой эффективности применения твердой смазки, выполненной на основе дисульфида молибдена.Решаемые задачи:1.

Исследование работы узлов скользящего токосъема при отсутствии токовой нагрузки (заземляющие устройства, устройства отвода статическогоэлектричества):– исследование влияния материла контактных пар (электрических щетокмарок МГС – 7, ЭГ – 61 А, ЭГ – 2 А, ЭГ – 4 и контактных колец из стали12Х18Н10Т, чугуна СЧ – 18, латуни Л 63 и бронзы БрХ08) на износы щеток;– оценка эффективности применения смазывающих щеток, выполненныхна основе дисульфида молибдена, на снижение износов электрических щетокразных марок в сочетании со стальными контактными кольцами на лабораторных и промышленных установках;– оценка эффективности влияния смазывающих щеток на стабильность износов электрических щеток во времени;3– создание двух математических моделей первого порядка при использовании контактных пар сталь – щетка МГС – 7, ЭГ – 61 А для прогнозирования износа щеток на стадии проектирования и эксплуатации контактных узлов;– опытная проверка влияния толщины смазывающей пленки на износ электрических щеток марок МГС – 7, ЭГ – 61 А, ЭГ – 4 при работе на стальныхконтактных кольцах;– создание двух математических моделей первого порядка для контактныхпар сталь – щетка МГС – 7, ЭГ – 61 А в случае использования смазывающихщеток для определения оптимальной толщины смазывающей пленки, обеспечивающей минимальный износ электрических щеток;– повышение стабильности работы электрических щеток заземляющихустройств электроподвижного состава железнодорожного транспорта за счетустранения сколов штатных электрических щеток и снижения их износа;2.

Исследование работы узлов скользящего токосъема для случая прохождения по стальным контактным кольцам постоянного тока:– исследование нестабильности токораспределения и износов во временипараллельно работающих щеток МГС – 7;– оценка эффективности повышения удельного давления на электрическиещетки и установки смазывающих щеток на снижение нестабильности токораспределения и износов параллельно работающих щеток МГС – 7;– разработка двух математических моделей первого порядка для прогнозирования износа щеток МГС – 7 на стадии проектирования и эксплуатации (дляколец положительной и отрицательной полярности тока);– исследование влияния толщины смазывающей пленки на износ электрических щеток МГС – 7 при различной полярности тока;– разработка двух математических моделей первого порядка в случае использования смазывающих щеток для определения оптимальной толщины смазывающей пленки, обеспечивающей минимальный износ электрических щетокМГС – 7 (для колец положительной и отрицательной полярности тока);3.

Оценка возможности использования программного комплекса ELCUTдля определения установившейся температуры узла скользящего токосъема сцелью последующего расчета микротемператур зоны непосредственного контакта щетка – кольцо.4. Разработка промышленной технологии изготовления смазывающих щеток, выполненных на основе дисульфида молибдена, при использовании методагорячей прессовки.5. Разработка технических условий на поставку смазывающих щеток потребителю.6. Оценка влияния некоторых факторов на характеристики смазывающихщеток (дисперсность частиц дисульфида молибдена, процент содержания связующего вещества, массовая доля кремния и железа).7.

Проведение промышленных испытаний на турбогенераторе мощностью320 МВА с целью оценки влияния установки смазывающих щеток на снижение4износов, токораспределение параллельно работающих щеток ЭГ – 2А+М и611 ОМ+М, а также на температурный режим щеточно – контактного аппаратапри различной токовой нагрузке (60, 80, 100 %).Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:1.

Исследована работа узлов скользящего токосъема при отсутствии токовой нагрузки:– проведена оценка эффективности применения смазывающих щеток поснижению износов электрических щеток марок МГС – 7, ЭГ – 61 А, ЭГ – 2 А,ЭГ – 4 на стальных контактных кольцах с получением двух актов промышленных испытаний;– исследовано влияние толщины смазывающей пленки на износы электрических щеток марок ЭГ – 61 А, ЭГ – 4, МГС – 7 на стальных контактных кольцах, найдено ее оптимальное значение, обеспечивающее минимальный износ;– созданы две математические модели первого порядка для контактных парсталь – щетка МГС – 7, ЭГ – 61 А, позволяющие прогнозировать их износ настадии проектирования и эксплуатации, а также созданы аналогичные модели вслучае использования смазывающих щеток для определения оптимальной толщины смазывающей пленки, обеспечивающей минимальный износ электрических щеток;2. Исследована работа узлов скользящего токосъема для случая прохождения по стальным контактным кольцам постоянного тока:– исследовано влияние величины подачи твердой смазки на износ электрических щеток МГС – 7 при различной полярности тока;– разработаны две математические модели износа первого порядка в случаеиспользования щеток МГС – 7 для прогнозирования их износов на стадии проектирования и эксплуатации;– разработаны две математические модели щеток МГС – 7 первого порядкав случае использования смазывающих щеток, позволяющие определить оптимальную толщину смазывающей пленки, которой соответствует минимальныйизнос электрических щеток.3.

Разработана промышленная технология изготовления смазывающих щеток при использовании метода горячей прессовки.Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:1. Для узлов скользящего токосъема, работающих при отсутствии токовойнагрузки:– проведенные испытания различных контактных пар, позволившие оценить влияние материала щеток и контактных колец на износы электрическихщеток и их стабильность во времени, а также на сопротивление политурной(окисной) пленки, могут быть использованы при проектировании и подбореконтактных пар узлов заземления турбогенераторов, систем снятия потенциалаэлектроподвижного состава железнодорожного транспорта и т.д.;5– разработанные мероприятия по стабилизации величины износов электрических щеток во времени за счет повышения удельного давления и применениясмазывающих щеток позволяют проектировать узлы токосъема с равномерным,увеличенным ресурсом электрических щеток;– использование математических моделей износов первого порядка для щеток МГС – 7 и ЭГ – 61 А в сочетании со стальными контактными кольцами дляслучая отсутствия, а также установки смазывающих щеток позволяют на стадии проектирования и эксплуатации осуществлять подбор материала контактных пар, обеспечивающих повышенный ресурс щеток;– применение смазывающих щеток в узлах заземления электровозов Чс4т всочетании с повышенным давлением на электрические щетки позволилоуменьшить сколы штатных щеток при относительно низком их износе (результаты подтверждены двумя актами эксплуатационных испытаний).2.