§ 35. Щетки, щеткодержатели, кронштейны и траверсы тяговых двигателей

Особенности работы щеток и коллектора. Работа щеток и коллектора во многом определяет надежность эксплуатации тяговых двигателей постоянного и пульсирующего тока. Нарушение скользящего контакта приводит не только к усилению искрения под щетками, но и вызывает повышенный износ как их, так и коллектора. Профиль коллектора, износ его рабочей поверхности, износ щеток, интенсивность искрения и перебросы дуги по коллектору взаимозависимы. Так, искажение рабочей поверхности коллектора приводит к отрыву щетки от пластин, что сопровождается интенсивным искрением под щеткой и быстрым износом щеток и щеткодержателей по их направляющим поверхностям.

Отсутствие на щетках сколов и других повреждений, зеркальное состояние их контактной поверхности, наличие на рабочей поверхности коллектора оксидной пленки темно-коричневого цвета, называемой «политурой»,— признаки нормальной работы щеток и коллектора. Повышенный износ щеток, сколы и плохая притирка их к коллектору, отсутствие «политуры», неравномерная выработка рабочей поверхности коллектора свидетельствуют о неудовлетворительной работе скользящего контакта.

В эксплуатации иногда наблюдаются такие неисправности щеткодержателей, как разработка их гнезд, изломы нажимных пальцев и пружин, изломы механизма регулировки нажатия на щетку. На работу щеток влияет также окружающая температура. Так, в зимнее время нажатие на щетки необходимо повышать, а для того чтобы щетки не примерзали к щеткодержателю, хорошо их просушивать.

Мощные тяговые двигатели с номинальным напряжением до 950 В чаще всего имеют наименьшую рабочую поверхность коллектора и наибольшие тепловые потери, приходящиеся на единицу площади. В таких двигателях выделение тепла в контактном слое возрастает не только из-за повышения тока якоря, но и вследствие повышения потерь от тре-

ния, обусловленного увеличением общей площади прилегания щеток к коллектору. Так, в тяговых двигателях ДПЭ-400 и НБ-418К площадь прилегания щеток к коллектору соответственно составляет 64 и 144 см2, удельные потери на коллекторе в часовом режиме равны 1,31 и 3,14 Вт/см2.

Удельные потери становятся особенно большими при высоких скоростях движения. Щетки и коллекторные пластины начинают быстро и неравномерно нагреваться. Сильнее нагреваются выступающие коллекторные пластины, поскольку при соударении с ними щеток часть механической энергии переходит в тепловую. Так как температура верхней части выступающих пластин растет быстрее, чем пластин, расположенных рядом с ними, то еще больше увеличивается неравномерность нагрева, что приводит к дополнительному выделению энергии от удара щеток о выступы коллекторных пластин и дальнейшему повышению температуры и деформации коллектора.

Рабочая поверхность коллектора за короткое время приобретает вид зубчатой рейки, которая с большой скоростью трется о щетки. Это вызывает быстрое истирание щеток по высоте, образование обильной графитовой пыли. Если неровности достигают 40 мк и более, то возможны даже сколы кромок щеток. Тогда щетки начинают вибрировать с амплитудой 0,45—0,5 мм. При этом возникают нарушение контакта и искрение, если двигатель работает под нагрузкой, что при неблагоприятных потенциальных ус-

ловиях на коллекторе приводит к перебросам или круговому огню. По этим причинам износ щеток и коллекторных пластин происходит в десятки раз быстрее, чем вследствие механических повреждений. Следовательно, для нормальной работы щеточно-коллекторного узла при минимальном износе щеток и коллекторных пластин необходимо прежде всего обеспечить стабильный контакт и спокойную работу щеток.

Неизменная форма и необходимый рельеф рабочей поверхности коллектора зависят от монолитности и механической прочности коллектора, класса точности и чистоты обработки этой поверхности, а также от удельных потерь в контактном слое.

Заметно улучшается работа щеточно-коллекторного узла при чистоте обработки рабочей поверхности коллектора Д8 и наибольшей разнице высот не более 2 мк. Снизить удельные потери в контактном слое можно уменьшением давления на щетку (при моторно-осевом подвешивании до 30—35 кПа) без усиления и ухудшения контакта, площади прилегания щеток, коэффициента трения и частоты вращения якоря.

Щетки. Одной из главных характеристик щетки является зависимость падения напряжения Д1/щ под щеткой от плотности тока /ш. Такие зависимости различны для щеток различных марок (рис. 95, а). Щетки, имеющие большее падение напряжения, обеспечивают больший запас по коммутации. Качество щеток зависит от твердости, удельного сопро-

Рис. 95. Вольт-амперные характеристики щеток (а) и армированная разрезная щетка (б) тяговых двигателей отечественного производства: / и 2 — элементы щетки, 3 — заклепка; 4 — латунная пластина, на которую давнт палец щеткодержателя, 5 и 6 — кабелн гибкие

тивления, коэффициента трения, износостойкости и др. Наилучшими свойствами обладают электрографитированные щетки ЭГ-2А, ЭГ-74А и ЭГ-61 из материала на сажевой основе с развитой и равномерно распределенной пористостью и высокой теплопроводностью. Материал щеток должен иметь износостойкость, соответствующую пробегу электровоза не менее 150 тыс. км. Коэффициент трения щеток ЭГ-2А и ЭГ-74А равен 0,22—0,23. Щетки марки ЭГ-61 имеют коэффициент трения 0,17.

Щетки должны иметь минимально допустимые размеры и массу, равномерную плотность, однородную структуру и хорошо притираться к коллектору. Контактная поверхность щеток одного щеткодержателя

5щ = /,/(Ящ/ш),

где пш— число щеткодержателей (обычно ищ = 2р); /щ — плотность тока под щеткой. А/см2 (обычно /щ = 84-18 А/см2).

Общую длину щеток 1Щ= 5Ш/6Ш (здесь Ьщ—ширина щетки, которую выбирают из условий допустимой плотности тока и обеспечения необходимой ширины зоны коммутации) для одного щеткодержателя выбирают исходя из того, что необходимо обеспечить работу двигателя со степенью искрения не более чем 1'/4 и 11 /г-

Обычио число щеток в одном щеткодержателе тш = 2ч-3. Длина одной щетки /щ = Lm/mm. Ограничение длины отдельных щеток продиктовано Желанием иметь небольшую массу каждой из них и обеспечить большую площадь их контакта с коллектором. Однако значительное число щеток в щеткодержателе усложняет конструкцию последнего и затрудняет обслуживание и смену щеток.

С целью увеличения сопротивления токам в короткозамкнутой секции обмотки якоря щетки шириной более 16 мм выполняют разрезными, т. е. состоящими из двух (рис 95, б) или трех частей. В разрезных щетках каждая часть работает как бы самостоятельно. При этом ширина ее в 2 или 3 раза меньше, уменьшается возможное отклонение поверхности контакта от осевой линии, что улучшает условия работы контакта, а следовательно, коммутацию двигателя.

Однако разрезные щетки по конструкции сложнее цельных, сильнее изнашиваются вследствие увеличения числа трущихся поверхностей.

При выборе размеров щеток руководствуются стандартами. Обычно длина щеток составляет 32, 40, 50 мм, ширина— для цельных 16, 20, 25, 32 мм и составных 2-8, 2-10, 2-12,5, 2-16 мм.

Щеткодержатели и их кронштейны. Эти узлы должны обеспечить высокую электрическую прочность изоляционных деталей и устойчивое положение щеток, необходимое для удовлетворительного токосъема. Последнее требование выполнить трудно, так как из-за имеющегося зазора между окном щеткодержателя и щеткой последняя перекашивается и появляется касательная составляющая силы нажатия, которая поворачивает щетку и прижимает нижнюю ее часть к кромке окна щеткодержателя. Сила прижатия зависит от зазора, размеров щетки и высоты гнезда окна под щетку, массы корпуса щеткодержателя, а также от способа передачи усилия от нажимного пальца на щетку. При вращении коллектора появляется сила трения, значение которой зависит от температуры в месте контакта, свойства щеток, частоты вращения, состояния поверхности коллектора, влажности окружающего воздуха и т. д. Под воздействием непостоянной силы трения при вращении коллектора щетка начинает вибрировать с частотой, зависящей от размеров щетки, условий нажатия и других факторов Снизить вибрации можно путем уменьшения зазоров между щеткой и корпусом, увеличения высоты окна под щетку, применения разрезных щеток с резиновыми амортизаторами, уменьшения коэффициента трения щеток, повышения чистоты обработки рабочей поверхности коллектора.

Щеткодержатель состоит из корпуса и нажимных устройств. Его крепят на изолированном от корпуса кронштейне (рис. 96). Корпуса щеткодержателей отливают из латуни ЛС-59-1Л или ЛК-80-ЗЛ. Корпус имеет два или три гнезда для направления щеток.

Нажимные устройства выполняют с цилиндрическими или спиральными (рис. 96, а) пружинами. Кронштейны с пру-

Рис. 96. Кронштейны с пальцами и щеткодержателями тяговых двигателей ТЛ-2К, НБ-412К (а)

и ДК-Ю6Б; УРТ-ПОА, РТ-51Д (б): / и 2 — верхняя и нижняя половины кронштейна; 3 и 4 — пальцы кронштейна, 5 — гайка; 6 — нажимной палец; 7— гибкий шунт, 8 — цилиндрическая пружина; 9—щетка, 10 — коллекторные пластины; // — латунный корпус щеткодержателя, 12—кронштейн из стеклопластика, 13 — стальные пальцы с резьбовыми отверстиями для крепления кронштейна к остову, 14 — болт

жинами рессорного типа широко применяют на отечественных тяговых двигателях. В такой конструкции обеспечивается раздельное практически постоянное нажатие на щетки пальцев (стальных или из бериллиевой бронзы). Чтобы ток не проходил по стальным пружинам щеткодержателя и не нагревал их, щетки, расположенные в окне, соединяют с корпусом щеткодержателя медными гибкими проводами.

Кронштейн выполнен из стали и состоит из двух половин / и 2, скрепленных болтом. К половине 2 крепят болтом наконечник с кабелями, подводящий ток к коллектору, и перемычки для щеткодержателей одной полярности. Каждая половина кронштейна имеет две выточки для охвата пальцев 3 и 4. Пальцы представляют собой стальные стержни переменного сечения или шпильки, опрессо-ванные пресс-массой АГ-4. Стальные стержни имеют изоляцию из компаунда на основе эпоксидных смол. Для предохранения ее от повреждения разъемным кронштейном на пальцы надеты стальные трубки. Пальцы имеют фарфоровые изоляторы с глянцевой поверхностью, что уменьшает скопление пыли и предотвращает электрическое перекрытие с корпуса кронштейна на остов. Наличие двух пальцев исключает возможность поворота кронштейна относительно остова.

Применяют также пальцы, изготовленные из пресс-массы АГ-4В (рис. 96, б). Для соединения с траверсой или остовом

двигателя такие пальцы армированы металлическими шпильками с резьбой.

Корпус щеткодержателя крепят к кронштейну на шпильке гайкой 5 или болтом 14. Поверхности соприкосновения корпуса и кронштейна сделаны рифлеными, что позволяет правильно (по высоте) устанавливать щеткодержатель. Чтобы можно было передвинуть корпус вниз или вверх, т. е. менять расстояние от корпуса щеткодержателя до рабочей поверхности коллектора,отверстие под болт или шпильку выполняют продолговатой формы. Щеткодержатель в осевом направлении относительно петушков коллектора фиксируют специальной шайбой, помещенной на шпильке или болте кронштейна.

Давление пальцев регулируют, изменяя натяжение пружин. При максимальном допустимом износе щетки нажатие пальца на нее автоматически прекращается. Это позволяет предотвратить повреждение рабочей поверхности коллектора гибкими проводами сработанных щеток. Нажимное устройство может фиксировать в оттянутом состоянии пальцы, что обеспечивает смену щеток.

На ряде двигателей электропоездов применяют кронштейны и щеткодержатели, изготовленные из стеклопластика (рис. 97). Такие щеткодержатели кронштейнов не имеют, крепят их к остову болтами.

Траверсы. Число щеткодержателей всегда равно числу главных полюсов.

Рис 97 Щеткодержатель тягового двигателя электропоезда с корпусом из стеклопластика / — цилиндрическая пружина, 2 — нажимные пальцы, 3 — корпус, 4 — гибкий шунт, 5 — щетки

При четырех щеткодержателях кронштейны обычно крепят жестко на торцовой стенке остова со стороны коллектора, осматривают их через два коллекторных люка. У тяговых двигателей с числом полюсов шесть и более кронштейны со щеткодержателями обычно крепят на траверсе. Траверсу (рис. 98) поворачивают зубчатым колесом, укрепленным на оси в остове двигателя. С помощью траверсы можно подвести любой щеткодержатель под коллекторный люк. После осмотра щеток траверсу устанавливают в нужное положение и закрепляют фиксаторным болтом.

Рис 98 Траверса тяговых двигателей НБ-418К и ТЛ-2К1:

/ — венец, 2 — кронштейн; 3 — щетка, 4 — щеткодержатель; 5 — палец кронштейна; 6 — кабель

Предыдущая Оглавление Следующая