Материал для изготовления щеток электрических машин

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДИПЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик щ 985868Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(33 УДК 621. 313. .047,43 СО 88.8) Опубликовано 303 2 В 2.Бюллетень Мо 48 Дата опубликования описания 3012 В 2 А.С.фиалков, П.П.Смазнов, А.М.Ворда и Н.В.Родионов(72) Авторыизобретен и Я7 ДньФюР Всесоюзный на техналогическ о-исследовательскийинститут электроугол(У 1) Заявитель 54) МАТЕР АЛ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЩЕТОЛЕКТРИЧЕСКИХ ЮШИН арбиды коммутайчи 1 фИзобретение относится к .электротехнике и касается материала дпя изготовления щеток электрических машин, работа которых связана с:обеспечением высокой коммутирующей способности и удовлетворительной эрозиониой устойчивости узла тоносъема при протекании предельных значений электрического тока, например, в процессе запуска машины.В качестве материалов для изготовления щеток, используемых в электрических машинах подобного вида, большое распространение получили материалы на основе технического углерода (сажи) и связующего, например каменноугольного пека, имеющие определенный гранулометрический состав пресспорсшка с размерами частиц в пределах 63-250 мкм 1.Широко используются также материалы на основе техуглерода и пека 2,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является материал дляизготовления щеток электрических машин, содержащий агрегаты технического углерода, частицы натурального графита, искусственный графит из кокса связующего, легирующие добавки - смесь окислов железа и ти- ЗО тана, полирующие добавки - ктугоплавких металлов.Щетки из такого материала обеспечивают удовлетворительнуюцию и электроэрозионную устовость 3.Однако полирующие и легирующие добавки располагаются на поверхности пор и образуются в щетке в результате технологической переработкимате- . риалов и, главным образом, при разложении эольных примесей из газовой, фазы .в процессе .их графитации. Добавки неравномерно поступают в зону контакта из-за высокой нестабильности размеров пор и пористости материала. Размеры пор материалов, как правило, колеблются в очень широких пределах (порядка 0,01-10 мкм и более при измерении методом ртутной иорометрии), причем структура пср характеризуется наличием одного основного и двух или более максимумов в распределении пор, связанных с наличием внутренней и межагломератной пористости. Низкая стабильность пористой структуры щеток обусловлена тем, что в известных материалах агрегаты текуглерода ичастички графита связаны расплавленным при температуре до 300 С 1 связующимв агломераты, получаемые размолом термообработанной до 300 С композиции. Содержание Фракций агломератов в материале различно и изменяется в широких пределах. Кроме того, обеспечение строго определенных количеств 5 полирующих и легирующих добавок связано с большими трудностями, За счет неравномерности поступления в зону контакта полирующих и легирующих добавок нарушаются условия поли турообразования на коллекторе, происходит разрушение политуры, особенно при протекании предельных значении электрического тока, в результате . чего увеличиваются потери в контак те, нарушается коммутация и возрастает эрозия щеток и коллектора.Цель изобретения - повышение коммутирующей способности и уменьшение эрозии щеток за счет обеспечения равномерной поставки в зону контакта щетки с коллектором полирующих, легирующих и антифрикционных добавок.указанная цель достигается тем, что в материале, содержащем агрегаты технического углерода, частицы натурального графита и искусственный графит из кокса связующего,а также поли рующие и легирующие добавки, отношение среднего диаметра частиц натурального графита к среднему диаметру агрегатов техуглерода находится в пределах 0,2-50, материал дополнительно содержит антифрикционную добавку - полимер на основе Фурилового спирта при следующем соотношении компонентов, вес,Ъ:Легирующие добавки 0,04-0,7Полирующие добавки 0,06-0,8Антифрикционныедобавки 5,0-12,0Агрегаты техническогоуглерода 2,9-69,0Частицы натуральногографита 1,2-62,3 45Искусственный графитиз .кокса связующего ОстальноеВ результате получают щеточный материал с так называемой мономодально-пористой структурой повышенной стабильности с преобладающим размером пор радиуса 0,1-0,3 мкм (до 90 всех пор,находящихся в щеточном материале), весьма удобных для осаждения на их поверхности легирующих, полирующих и антифрикционных добавок;Причем количество агрегатов техуглерода, частиц натурального графита, взятых в различных соотношениях, не изменяют общего характера структуры пор, 0 так как формирование пор в щеточном материале происходит лишь за счет Физико-химических превращений связующего в структуру кокса и искусственного граФита при его термообработке. 65 Щетки с данной структурой пор и оченьузким разбросом размеров пор обеспечивает весьма равномерную поставку в зону контакта полирующих, легирующих и антифрикционных добавок,. что способствует повщаению коммутирующих свойств и электроэрозионной устойчивости, При соотношении средних диаметров частиц графита и агрегатовтехуглерода, выходящих эа указанныепределы, работа щеток ухудшается.При большем соотношении ухудшаетсякоммутация, возрастает эрозия вслед-,ствие того, что структура материалащеток становится нестабильной из-заобразования микротрещин в местахсоединения частиц графита со связующим и с агрегатами техуглерода эа счет большой величины релаксации напряжений в процессе формования блокови их термообработки. При соотношенииниже указанных пределов невозможнополучить щеточный материал, главнымобразом, по причине резкого возраста" ния брака по трещинам и деформации, а также из-за комкования пресс-порошка за счет увеличения энергозатрат иповышения его температуры при вибропомоле,П р и м е р. В вибромельницуМ-1,5 последовательно загружают (состав 1) техуглврод марки ПМ 16 Э (54,5), натуральный эавальевский графит (6,1%) и высокотемпературный каменноугольный пек марки Г (39,4). Регулирование соотношения средних диаметров частиц графита и агрегатов техуглерода осуществляют путем варьирования времени совместной вибрационной обработки смеси в вибромельнице,Определение средних диаметров агрегатов техуглерода и частиц графита,производят по данным измерений удельной поверхности на приборе ПСХпо Фор-.мулед = ,(м),6Д дАгде 9 А - плотность частиц, агрегатов;БА - удельная поверхность, частиц,агрегатов, м/г.При времени работы вибромельницы50 мии отняаение диаметра частиц гра"Фита к диаметру агрегатов техуглеродасоставляет 50, при 90 мин - 18, при120 мин - 0,2.1По аналогичной технологии виброизмельчения в вибромельнице в течение 60 мин подвергают обработке ком.позиции с различным содержанием компонентов (составы 2-4). Полученныепорошки просеивают через сетку 07навибросите и прессуют при удельномдавлении 850-1200 кгс/см 2- с кажущейся плотностью 1;2-1,3 г/см при темпе-Ратуре окружающей среды. Полученныеблоки обжигают в коксовой засыпке при(соотношение окисловжелеза и титана 10)Полирующке добавкиАнтифрикционные добавкиагрегаты техническогоуглеродаЧастицы натуральногографитаИскусственный графиткз кокса связующего 0,70,8 . 45 12,0 2,962,3 50Остальное 2800 ф С. Заготовки щеток подвергают" йропктке Фуриловым спиртом в автокла-,ве при остаточном давленки 0,94 кгс/сми сушке при 120-130 фС в печи туннельного типа. Методом рентгеноструктурного, спектрального и ртутно-порометч,рического анализа оценивают структуру материала, наличие в нем добавок иустанавливают количественное соотношение компонентов,Полученный материал содержит в ка Очестве легкрующих добавок смесь окис лов железа и титана в различных соотношениях, в качестве полирующих добавок - карбиды тугоплавких металлов,в качестве антифрикционных добавок - 35полимер на основе фурилового спирта.С учетом выхода кокса из связующего59,8) и удаления летучих зольныхпримесей при графитации из натурального графита (содержание эольных примесей в натуральном графите равняется 4,8) и данных рентгеноструктурного, спектрального и микроскопического анализов производят пересчеткомпонентов, содержащихся в материале. Количественное соотношениекомпонентов следукщее, вес.Ъ:Состав 1Легирующие добавкисоотношение окисловжелеза и титана б)Полирующие добавкиАнтифрикционные добавки 8,2Агрегаты техническогоуглерода 53,4Частицы натуральногографитаИскусственный графитиз кокса связующего(соотношение окисловжелеза и титана 8) 0,1Полирующке добавки 0,3Антифрикционные добавки 10,1Агрегаты техническогоуглерода - 42 е 3Частицы натурального графита 23,6Искусственный графитиэ кокса свяэующе о Остальное Состав 4 Легирующие добавки(соотношение окисловжелеза и титана 4) 0,04 Полирующие добавки 0,0 б Антифрикцконные добавки 5,0 Агрегаты техническогоуглерода б 9,0 Частицы натуральногографитаИскусственный графитиз кокса связующего ОстальноеВ таблице приведены результаты испытания щеток, изготовленных из известных и предлагаемых материалов, различающихся как по размерам входящих в них частиц и агрегатов, так и по количеству компонентов. 1,2 Как следует из представленных в таблице данных, щетки, изготовленные из предлагаемого материала,имеют преимущества по сравнению с ".известными, заключающиеся в повьадении коммутирующей способности щеток при работе с предельными значениями плотности тока, снижении эрозии щеток эа счет создания стабильных условий равномерной поставки в зону контакта полирующих, легирующих и антифрикционньл добавок, стабилизации структуры щеточного материала, резком уменьшении рззбросов размеров пор, а также существенном повышении технологичности и,воспроизводимости структуры и свойств щеток, Размеры пор, их распределение не зависит от соотношения в пресс-порошке агрегатов технического углерода и частиц графита.;ь Ф ; хэ ое.о К ЭХнбаххх о оэоэ 64 дфопНхЦоохн хохо ч ь с сь ь аЛгЧа о Эх Эф 1О) ь е хххю х оИ Э Э Пхи иэххоэ рю щ со о с с с СЧ аЧ аа ь ЮО со о ц о ф а ь га 4с Вйехнцн оць е а. ь ра 4 аЧ 1 е оь ола 1а 1 н о нсвт фм фь Ю 1 л ФГР сщ Э Р хМ Йо. эо н,цюофЙа ЮЮх у юнФх ч4 фйфМЮО 3хх 1 хх оххнхе ххьавОМх)нс.25333 о оХсааахнюоьцдоОХЮЭхэооекоих Г-хюохни х3 хоороеэцхц оОеэфФОх ФРа аа ХО охэхехйеехвфВи о хэйххх ьа фхтр жо е е е е оннецэхо О О О оьцох э н н Фа або а а" с с аа Ь а а ааа985868 10 0,04-0,7 0,06-0,8 Легирующие добавкиПолирующие добавкиАнтифрикционныедобавкиАгрегаты техническогоуглеродаЧастицы натуральногограФитаИскусственный графитиз кокса связующего 5,0-12,0 2,9-69,Д, 1 в 2-62 ю 3Остальфое 1. Авторское 15 В 368687,. кл, Н 2. Авторское В 253910 с кл 3. Авторское В 770415, кл. Нсвидетельство СССР01 К 39/20, 1973,свидетельство СССР01 К 43/12, 1969.свидетельство СССР01 К 39/20, 1978.Составитель В. ЧерноваТехред М,Тепер Корректор Н, Еуряк Редактор А. Огар Эаказ 10175/73 Тираж 630Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Формула изобретенияМатериал для изготовления щеток электрических машин, содержащий агре- гаты технического углерода, частицы натурального граФитЬ, искусственный графит из"кокса связукщего, легирующие добавки - смесь окислов железа и титана, полирующие добавки в . карбиды тугоплавких металлов, о т л ич а ю щ и. й с я тем, что, с целью повышения коммутирующей способности ,и уменьшения эрозии, отнашение сред него диаметра частиц натурального граФита к среднему диаметру агрегатов технического углерода находится в пределах 0,2-50, материал дополнительносодержит антифрикционную добавку - полимер на основе фурилового спирта при следующем соотношении компонентов, вес.Ф: Источники информации,принятые во внимание при экспертизе