Щетка для электрических машин и способ ее изготовления

/20 1)4 НО РЕТЕНИ ельстВ сесои проАвторское св775799, кл. НБордаченков Аоллекторно-щеточэлектрических машиТранспорт, 1974,о СССР1980овяговыхтивов. идетельств01 Б 39/20М. и Гнездилный узел.18-22 ющим мообр конта тро три элэ,п ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский институт инженеров железнодорожного транспорта и В юзный научно-исследовательский ектно-технологический институт элект роугольных изделий(56) Авторское свидетельство СССР В 368687 кл, Н 01 Н 39/20, 1970.Авторское свидетельство СССР У 3484991 кл. Н 01 В 39/04 1969.Авторское свидетельство СССР В 616673, кл, Н 01 Н 39/26, 1978.(54) ЩЕТКА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХСПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ(57) Изобретение относитсятехнике и касается щеток для ческих машин, работающих в условиях затрудненной коммутации, воздействия значительных вибраций и ударных нагрузок, например тяговых электрических маллн. Цель изобретения состоит в повькении коммутирующей способности, износостойкости и снижении потерь на трение щетки. Щетка включает в себя пористый электропроводный материал 1, в котором выполненыпазы с уложенньпы волокнами 2, ориентированными по высоте щетки. Волокна 2 скреплены друг с другом и с пористым электро- проводным материалом антифрикционным полимером на основе фурилового спирта. Расположение пазов на набегающей поверхности 4 в аксиальном направлении щетки совпадает с промежутками между пазами на сбегающей поверхности 5. Волокна укладывают в пазах с натягом путем навивки при вращении заготовки щетки вокруг оси, совпадающей с аксиальным размером щетПосле заполнения пазов волокнами х концы связывают, Подготовленную заготовку пропитывают полимерообраэуантифрикционным раствором, терабатывают, после чего шлифуют ктную поверхность щетки, армируют и собирают. 2 с.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к электротехнике икасается щеток для электрических машин, работающих в.условиях затрудненной коммутации, воздействия значительных вибрационных иударных нагрузок, наличия в зонеконтакта паров масла, влаги пыли,например, тяговых электрических машин.Целью изобретения является повышение коммутирующей. способности, эрозионной стойкости, износостойкости, снижение потерь на трение нриработе с повьппенной плотностью токав контакте, упрощение технологии изготовления,На фиг.1 схематически изображенащетка со стороны сбегающей (набегающей) поверхности, общий вид; нафиг.2-5 - форма пазов для укладкиволокон, варианты.Щетка включает в себя пористыйэлектропроводный материал 1, в котором выполнены пазы с уложенными волокнаьк 2, ориентированными по высоте щетки. Волокна 2 скреплены друг сдругом и с пористым электропроводным материалом ачтифрикционным полимером на основЕ фурнлового спирта3, Расположение пазов на сбегающейповерхности 4 в аксиальном направлении щетки совпадает с промежуткамимежду пазами на сбегающей поверхности 6.Пазы могут быть выполнены различной формы. форма паза в виде полуокружности (фиг.З) позволяет уменьшитьконцентрацию напряжения в щетке иповысить ее виброустойчивость. Пазыпо форме в виде окружности, соединенной перемычкой с поверхностью 4 и5 в виде ласточкина хвоста, способствуют более прочному закреплениюволокон на сбегакпцей и набегающейповерхностях щетки.Углеродные волокна, располагаясьв пазах на сбегающей и набегающейповерхностях, способствуют существенному повьппению коммутирующей способности щетки, Обладая повьппеннойэлектропроводностью по сравнению сматериалом щетки, углеродные волокна разгружают его от действия электрического тока. Поэтому фактическаяплотность тока под основным материалом щетки существенно снижается,что способствует повышению эрозийнойстойкости и износостойкости щетки,Антифрикционный полимер из фурилового спирта пронизывает поры электропроводного материала и углеродного волокна, прочноих скрепляет в единый каркас и улучшает антифрикционные свойства щетки (снижает коэффициент трения), При термообработке заготовки щеток ниже 120 С возрастает коэффициент трения и снижается прочность крепления волокон в пазах, при термообработке выше 150 С увеличиваются знергозатраты на изготовление, а также жесткость щетки и волокон. Предла" гаемые соотношения размеров пазов позволяют создать оптимальные условия для формирования толщины политуры на поверхности скольжения коллектора.При соотношении а : а менее пред лагаемого предела ухудшается прочность крепления уложенных в пазах волокон, что приводит к их отрыву от электрощеточного материала в процессе эксплуатации.Прн соотношении а: а более предлагаемого предела снйжается прочность электропроводного материала в аксиальном направлении, что приводит к разрушению промежутков между пазами с волокнамиПри соотношении 11 . С, ниже предлагаемого предела снйжается коммутирующая способность щетки из-за недостаточной разгрузки основного электропроводного материала от действия электрического тока.При соотношении Сц. 1 выше предлагаемого предела снйжаются жесг- . кость и прочность щетки в тангенциальном направлении, что приводит к разрушению щетки.Расположение лазов на набегающей поверхности в аксиальном направлении щетки, совпадающем с промежутками между пазами на сбегающей поверхности щетки, позволяет более равномерно воздействовать на процесс политурообра-, зования.П р и м е р 1 (известный). В вибромельницу М 400-1,5 последовательно загружали 59,6 мас. Е технического углерода ПИ 16 Э и 40,4 мас.Е высокотемпературного каменноугольного пека марки Г. Порошки размалывали совместно в течение 45 мии, затем смесь вальцевали на вальцах 502066 три раза при температуре нагретых валков0280-290 С. Вальцованную массу разма 376157ливали на мельнице СИ 493 А и в соотношении 4 мас.й на 100 масЛ порошка вводили древесную муку марки 180. Пресс-порошок имел следующий гранулометркческий состав, мас.Х:2,0 - с5 размером частиц более,250 мкм; 33,0 - с размером частиц 250-63 мкм; 65,0 - с размером частиц менее 63 мкм.Из пресс-порошка прессовали с кажущейся плотностью 1,30-1,33 г/см блоки. размером 35 х 80 х 125 мм, которые обжигапи в камерной печи при температуре 200 С и затем подвергали электо рографнтации при температуре 2800 С :в печи НеРС. Из полученного электро- проводного пористого материала размером 6 х 32 х 50 изготавливали заготов.ки щеток. Заготовки подвергали пропитке раствором фурилового спирта, состоящего из 72,8 мас, Х фурилового спирта, 2,9 мас.З ортофосфорной кислоты и 24,3 мас.Х воды, в автоклаве при остаточном давлении 0,94 кгс/см .г После этого заготовки сушили в печи 25 туннельного типа при максимальной температуре 120-150 С. Содержание пропитки составило 11,8 масД. Щетки подвергали армюровке, сборке и испытаниям. 30П р и м е р 2 (известный), На графитированные заготовки размером 14 х 32 х 50 мм, выполненные по способу примера 1, на сбегающей и набегающей ,поверхностях по всей высоте щетки наклеивали углеродное волокно, изготов 35 ленное в виде препрега. Затем после сушки сбегакппую и набегающую поверхности щетки шлифовапи под размер 16 х 32 х 50 мм, иосле чего производили армировку, сборку и испытания щеток.П р и м е р 3. В графитированных заготовках размером 16 х 32 х 50, выполненных по способу примера 1, на соегающей и набегающей поверхностях по всей высоте щетки изготавливали пазы с различным соотношением размеров пазов и щетки (щетка по примерам 3-11). Затем специальным устройством при вращении заготовки щетки вокруг оси, совпадающей с аксиальным размером щетки, производили укладку с натягом углеродного волокна (углеродной графитированной жилы) диаметром 1,5 мм, После заполнения волокнами пазов начало волокна и конец волокна связывали узлом и заготовку подвергали пропитке фуриловым спиртом по технологии и режимам прнмера . Затем производили шлифовку контактной поверхности щетки, армировку и сборку щеток.Изготовленные по примерам 1-3 щетки испытывали на специальной модельной установке при плотности тока 50 А/см и в эксплуатации на тяговом двигателе ДК 104 вагона метрополитена. Результаты испытаний известных и предлагаемых щеток представлены в таблице.Как следует из представленных результатов, при использовании предлагаемой щетки в отличие от известной повьппается ее коммутирующая способность при работе с плотностью тока, в 2-4 раза превышающей нормативную; повьппается эрозионная стойкость, отсутствует электроэрозионный износ сбегакпцей и набегающей поверхностей; в 1,2-2,2 раза снижается износ в эксплуатации, что приводит к повышению ее срока службы; на 20-307 снижается коэффициент трения о коллектор, снижаются потери на трение в контакте.Формула изобретения1. Щетка для электрических машин, выполненная из пористого электропроводного материала, в которой выполнены пазы, расположенные по всей высоте перпендикулярно основанию щетки, казы заполнены углеродными волокнами с ориентацией по всей высоте щетки, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повьппення коммутирующей способности, эроэионной стойкости, износостойкости, снижения потерь на трение .при работе с повьппенной плотностью тока в контакте, пазы расположены на набегающей и сбегающей поверхностях так, что пазы на набегающей поверхности в аксиальном нап" равлении совпадают с промежутками между пазами на сбегающей поверхноспи, а углеродные волокна скреплены друг с другом и с пористым электро- проводным материалом посредством антифрикционного полимера, причем размеры паза и щетки выбраны из следующих соотношений:а,: а225;т : т, = 840,где ащ - аксиальный размер щетки;а - аксиальный размер паза;137 б 157 олытаннв на олецввльвол новелуеталовке лрн ллотноси тока Ватка3(рвыеов( ав Переводное Яоа(1(2 вцнн ааденне на- ент(Оввенвя, В нив Полгар ветокн коллектораСледы вроаннПоломка накладок ясеневнер0,19 О,5 11 г Вредлага рннер У1,В Удовлетворнтелъно 51 2 нн(о а 2 15 Ирн нар Цн нар,5 а нер В 2,О,г о а,15 2 9 о,ав Раерувенве веткн нер 11 т . - тангенциапьный размер щетки; т - тангенциальный размер паза.2. Способ изготовления щетки для электрических машин, включающий иэго 5 товление пористой заготовки щетки с паэамн, заполнение пазов углероднымн волокнамн, шлифовку армировку и сборку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения коммутирующей 10 способности и упрощения технологии иэ готовления, волокна укладывают в пазах путем навивки с натягом прнвращении заготовки щетки вокруг оси,совпадающей с аксиальным размеромщетки, после заполнения пазов волокнами концы волокон связывают, затем заготовку пропитывают полимеробразующим антифрикционным раствором,термообрабатывают при температуре полимеризации раствора, после чего производят шлифовку контактной поверхности, армировку и сборку щетки.137 б 157Составитель В,ЧерноваРедактор Л.Гратилло Техред А.Кравчук Корректор Н.КорольЗаказ 793/51 Тираж б 32 Подписное ВНИИПИ Государственного коьытета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Рауаская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4.