автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Характеристики щеточно-коллекторного узла тяговых электрических машин при использовании щеток с мономодальной пористой структурой

1.1 П С РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЗНЛ. ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ИНБЕНЕРОЗ ЕШЗНОДОРОЕНОГО ТРАНСПОРТА им. Ф.Э.Дзерашского

На правах рукописи С!ЛАЗК0В Петр Петрович

ХАРАКТЕРИСТИКИ ШЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНОГО УЗЛА. ТЯГОВЫХ ЭШКГЙ1Ч2СКИХ 1ЛА1ШН ПК! ПСПСШЬЗОЗАНШ ЩВТОК С ШНСиОДАЛЬКОИ. ПОРИСТОЙ СТРУКТУРОЙ

Специальность 05-09.01 - Электрические шлннн

Автореферат диссертации на соискание учеяой степеш! кавдндата технически наук

Москва -'1993

Работа выполнена в научно-исследовательском и проектно- ■ технологическом институте электроугольных изделий и в московском ордена Ленина и ордена Трудового Красного знамени институте инженеров аелезнодороетого транспорта им.Ф.Э.Дзержинского

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент Реморов А.А.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Токарев Б.Ф. - кандидат технических наук, доцент ридель Э.Э.

Ведущая организация - Московский электромашиностроительный завод: "Динамо" им.С.М.Кирова

Защита диссертации состоится " •JjLA.-pWê^ 1993 г. в у y QC час. на заседании специализированного Совета Д 114.05.07 при Московском институте инженеров хелезнодорожно-го транспорта по адресу: 101475, ГСП, Москва, А-55, ул,Образцова, 15, ауд.

С диссертацией ыошо ознакомиться в библиотеке московского института инженеров келезнодорокного транспорта.

Автореферат разослан

» X У" ФгЖр 4 1993 г.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим вить по адресу Сбвета института, //я

ученый секретарь I/

специализированного Совета i(M4i г—' А.П-Матвеевичев

ОБЩАЯ ХА.РАКТЕРЛСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность рабогн. Перед хелезяодорояныя транспортом стоят задачи своевременного, качественного и полного удовлетворения потребностей народного хозяйства и населения в перевозках, выход на передовые позиции в мире по большинству объемных, качественных и экономических показателей. Цостазлеянке задач;! касаются в значительно;: степени тяговых электрических машк (ТШ) эяектроподаи-кного состава (ЭПС) и геплозозов.

В настоящее время более 30?» неисправностей всего электрообо-рудовагая ШС приходится на тяговые электродвигатели (ТЭД), причем наиболее частыми отказами ТЭД являются кругозые огни по коллектору. Поя этом щегочно-коллекторнш узел наиболее уязвим в данном случае, гак как на нем в конечном итоге отражается зсе дефекты конструкции, ремонта и эксплуатации ТЭД. Возникновению круговых огнен по коллектору способствует заволакивание меда (сдвиг кеда на краях коллекторных: пластин з меклаыельное пространство), расстройство коммутации, особенно при воздействии вибрадаонкых и ударных нагрузок на щетка в эксплуатации, а также ряд других факторов, зависящие от параметров цеток и коллектора.

цеточно-коллекторнхй узел глазных тяговых электрических генераторов (ТсГ) современных мощных тепловозов (¿ункцнонипует в слокннх условиях, связанных с наличием многоходовых обг.:оток, значительных видрациошних и ударных нагрузок. По результатам набля>-дешш одно:'; из причин появления круговых огней является потеше-ние ("зсорлстость") коллектора, которое приводит к эрозии цеток и коллектора и сопровождается серьезным расстройство:.! ком.5У""здш.

У вспомогательных ;.:слин (Ш) локомотивов щеточно-коллекторный узы эксплуагируе гея в реьсплах, связанных с частым пусками и остановка:.;::: При зтем коллектор подвержен пилообразной выработ-

ке, а щетки - повышенному износу. Наиболее полно указанные недостатка проявляются на пассажирских локомотивах.

• Существуйте марки щеток отечественного и зарубежного производства не позволяют б полной мере решить проблему устойчивой работы тем в направлении уменьшения случаев круговых огней в эксплуатации за счет снижения заволакивания коллекторов, улучшения коммутации, снижения износа щеток и коллектора. Зто вызвало необходимость в разработке новых щеток. Решение данной задачи позволит обоснованно выбирать пути создания моделей пористой щетки и технологии ее получения, критериев оценки отрывного контактирования щетки с коллектором в динамике и дугостонкости щетки, оценки надежности элементов щеточно-каклекторного узла.

Цель работы. Разработка новых моделей щеток для ТЗМ и конструкций щеточно-ксллекгорного узла с улучшенными характеристиками в эксплуатации на базе исследования моделей пористой щетки, скользящего контактирования щетки с коллектором в,динамике, коммутационной устойчивости щеточно-коллекторного узла, дугосто!жосги щеток и коллектора, прогнозирования надежности щеток.

Методика исследований. Аналитические и экспериментальные исследования пористой структуры и характеристик щетки, размеров открытых пор, количества открытых пор, технологической модели щетки с регулируемой пористой структурой. Диагностирование скользящего контактирования пористой щетки с коллектором. Исследование критериев дугостойкости щеток и коллектора. Ускорение введения износостойких щеток в эксплуатацию путем совершенствования их притирки к коллектору. Прогнозирование надежности щеток. Исследования проводились в соответствии с теорией планирования эксперимента. Обработка результатов выполнена методами математической статистики с использованием 02,1.

Научная новизна, исследована и разработана структурно-математическая модель щетки о регулируемой пористой структурой. Получены аналитические выражения для (¡,оршровашя технологической модели пористой щетки с моног,гадальной пористой структурой. Впервые созданы и защищены авторскими свидетельствами на изобретения щетки с мономодальной, пористой структурой и новые конструкции щеточ-но-коллекторного узла о их использованием. Разработана модель скользящего контактирования о учетом основных факторов, влиянщжх на возникновение искрения щетки при отрыве от коллектора в динамике, дано ее математическое описание. Цредяокена новая методика сцош-'л надежности щеток, разработаны новые виды а составы токо-лроводяиих композиций для крепления токоведааего провода к щетке, а также новые коглпозиции для цементации узла крепления. Поеддоке-. нн устройство и методика дяя определения дугосюйкосги щеток к коллектора. Разработаны и зашщекы авторским! свидетельстве^ на изобретения новые конструкции щеток, способ притирки износостойких щеток к коллектору.

рпактическая ценность, разработаны новые щетки трок ЭГ75, 9Г751, ¿1756, оГ141, ЗГ142 с мовомодальной пористой структурой. Разработана методика ЩП. 680203.077 о порядке сбора и обработки информации о надекносга щеток для ТШ. Разработан новый способ притирки щеток. разработаны метод и устройство для оценки дуго-сгойкости цеток. Предложены новые щетки с мокшодальной пористой структурой, а такке конструкции щеток и щеточко-кодлекторного узла с их использованием. Разработаны способы крепления токоведущих . проводов к щетке с применением новых токопроводящих и цемрчтнрую-щих композиций. Разработан новый, способ диагностирования работоспособности конкретной цетки с учетом основных факторов, влиявших ,на возникновение искрения, щетка при отрыве ее от коллектора.

Реализация результатов работа, разработанные щетки марок ЭГ75 и ЗГ141 внедрены на заводе "Уралэлектроугли" и на предприятиях железнодорожного транспорта, Приняты государственными комиссиями ж рекомендованы к внедрению новые щетки марок ЭГ751, ЗГ756, ЗГС42 с мондаодальной пористой структурой. Внедрен новый способ притирка щеток в десяти локомотивных депо. На ТЭГ серии ГПЗПБ тепловозов 2ТЭ1Ш в локомотивном депо Верхний Баскунчак Приволжской в.д. внедрен новый щеточно-коллекторный узел с использованием щеток с мономодальной пористой структурой.

апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и были одобрены на: Всесоюзном научно-техническом семинаре "Пути совершенствования техноло'гии электроугольного производства" (Электроугли, 1979); республиканской научно-технической конференции "Коммутация электрических машин" (Харьков, 1934); Всесоюзном научно-техническом совещании "Пути совершенствования технологии электроугольного производства" (Электроугли, .1985); У1 Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электровозостроения в стране" (Тбилиси, 1987); Всесоюзном научно-техническом совещании "пути совершенствования технологии производства электроугольных и металлокерамичесних изделий" (Москва, 1988); республиканской научно-технической конференции "Перспективы развития электромашиностроения на Украине" Царьков, 1988); научно-технической конференции "Совершенствование методов эксплуатации и разработка способов запиты от возгорания воздушных линий электропередачи кблезных дорог в районах с загрязненной атмосферой" (Ташкент, 1989); УД Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электровозостроения в стране" (Новочеркасск, 1991).

Публикации» По теме диссертационной работы- опубликовано 14 печатных работ, получено 30 авторских свидетельств на изобретения.

Объем и структура работы, диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Она содержит 166 страниц основного машинописного текста, 22 иллюстрации, 29 таблиц, 236 наименований используемой литературы и 19 приложений. ОЛций объем работы 257 с.

ОСНОВНОЕ СОДЕШКЕВ РАБОТЫ

Во введении обосновывается'актуальность поставленной задачи, сформулированы цели, намечены основные направления диссертационной. работы, обосновано научное и практическое значение решаемой в диссертации проблемы.

В первой глазе дан аналитический обзор работ по исследованию влияния параметров щеток на характеристики щеточно-коллекгор-ного узла. Рассмотрены характерные причины отказов элеыентоз ще-точно-коллекторного уала. ?ЗД. Отмечено, что характеристики щеток существенно влияют на работоспособность сеточно-коллекторного уата в эксплуатации. К одкмл из причин возникновения отказов относится низков качество и нестабильность щеток, связанное с этим расстройство ко^утацил, увеличение износа щеток и коллектора, заволакивание коллекторной меди. Большой вклад в развитие теории хошутацяи и процессоз, происходящих в зоне скользящего контакта, внесли Е.Арнольд, О.Г.Вегнер, В.А.Зпнокуров, Л.Дрейуус, М.Ф.Карасе в, з.Т.Касьякоз, М.П.Костекко, А.С.КУрбасов, Л.Л.Лавринозич, р.Малер, р.Рихтер, Е.М.Синельников, А.И.Скоросаетхин, Б.О.Токарев, В.П.Толкунов, В.С.Хвостов, Р.Хельм, К.И.Шен*ер а др. Однако по некоторым вопроса".!, сячзанкым с направлением работ по про-

актированию щеток, конструкций цеточно-каялекторного узла ТШ нет единого мнения. Значительный вклад в создание отечественных щеток для ТШ внесли А.Ы.Бордачекхов, Я.Г.Давидович, м.Я.Скворцова, И.В. Темкин, А.С.Фкалков и др.

В работах М.Д.Глуиенко, Я.Г.Козлова, А.Л.Матвеевичева, В.Б. Мезияова, Д.А.Попова, А.А.Реыорова, Е.Н.Савельевой, В.П.Смирнова, В.П.Степанова, О.В.Чккунова, В.Г.Щербакова и др. подтверждены основные выводы о работоспособности и надежности щеток.

В настоящее время установлены общие закономерности, позволившие получить (функциональные и количественные зависимости для прогнозирования износа щеток и коллектора при воздействии различных факторов эксплуатация. Значительный объем работ выполнен по раскрытию механизма заволакивания коллекторов, являющимся одним из главных дефектов щегочно-коллекторного узла при эксплуатации ТЭД электровозов. В последние годы для выяснения причин неудовлетворительной работы щеточно-коллекюрного уача широко используют-, ся инструментальные методы с помощью различных диагностических устройств.

Основным недостатком вышеперечисленных работ является то, что в них теоретическими и практическими исследованиями лишь объясняется сущность происходящих в скользящем контакте процессов при использовании конкретных материалов щеток и коллектора. При этом разработанные рекомендации и теоретические положения касаются, как правило,.конкретных типов ТОМ и не являются обобщенными. Существующие инструментальные методы оценки с помощью диагностических устройств, позволяющие оценить воздействие на скользящий . контакт электромагнитных и механических факторов, не учитывают,' либо учитывают слишком мало технические параметры: щеток.

В связи с этим возникла задача по разработке щеток и . конст- ,

рукций цеточно-коллекторяого узла ТЗЛ о каклучшаш характеристиками для средств электрической тяги.

Во второй главе выполнен анализ характеристик структуры пористых щеток, известно, что во всем мире для ТШ используется значительное количество марок цеток. по имевшимся данным только на келезнодорожном транспорте высокоразвитых стран используется 74 марки щеток собственного производства, в том числе в России -8, США- 13, Англии - 12, Франщш - 13, Японии - 15, Германии -13. 3 подавлявшем большинстве используются щетки электрогра^п;тированного класса, материал которых представляет собой пористое тело с изобилием пор различного типа с изменякжимися в достаточно широких пределах размерам» пор. в связи с этим дог скользящего контакта важнейшее значение приобретает изучение пористой структуры, главным образом открытых пор и их размеров.

Разработана структурно-математическая модель пористой цетка с применением ЭВМ на основе определения удельного объела открытых пор и распределения удельного объема открытых пор по размерам пх эффективных радиусов. Анализ дифференциальных кривых распределения удельных'объемов открытых пор по размерам их эффективных ра-дпусов на структурно-математической модели показывает, что все существующие марки щеток, подвергнутые исследованиям, имеют два. типа распределения. - бимодальное и полнмодальное, в связи с чем щетки условно назвали с бимодальной пористой структурой или с по-лпиодальной пористой' структурой.

Задача улучшения характеристик щеточно-коллекторного узла выполнялась за счет создания таких новых n>etoK, структура открытых пор и их размеры являлись бы чрезвычайно стабильны,2! для скользящего контакта. При этом вакно было определить граничные размеры открытых пор, удобных для обеспечения высокой коммутлруюцей спо-

собности узла токосъема с одной стороны, а с другой - для насыщения лротлвоизносяши, антифрикционными и лротивоэрозиошшми добавками, скигадаыи износ щеток и коллектора, потери, на трение в контакте и позыаавде дугостойкость щетки и коллектора.

Целенаправленные теоретические и экспериментальные исследования в этом направлении позволили разработать технологическую модель еет::и с мономодальнои пористой структурой и стабильны/л размерами открытых пор. Результаты исследований, выполненных в соответствии с теорией планирования эксперимента и с привлечением методов математической статистики, позволили раскрыть основные стадии формирования свойств щеток с мономодальной пористой ■ структурой. Щетки получили условное название ЭГ?5, ИГ751, ЭГ756, ЭГС41, ЭГ142.

В третьей главе приведены результаты исследования динамики скользящего контакта при использовании щеток с мономодальной пористой структурой.

На специальной модельной установке с использованием инструментальных методов и диагностических устройств исследовалась динамика скользящего контакта. Экспериментально установлено, что фаза возникновения отрыва щетки не всегда совпадает с фазой возникновения искрения между щеткой и коллектором по причине этого отрыва. Искрение в контакте зависит от множества факторов, определяемых свойствами материала щетки, параметрами решила электрической нагрузки, -параметрами щеточно-коллекторного узла. Математическая обработка полученных экспериментальных данных позволила комплексно учесть влияние всех этих факторов системой коэффициентов, связанных в единое аналитическое выражение. При этом' основное расчетное выражение имеет вид:

/ ч - Куу^-Ка и^иск

р •

1 + (I)

Кг-« \\

\ 2

где бОиск ~ ьзнпззальная угловая скорость коллектора, при которой возникает искренне, -1/с; Кц, - коэффициент, учитывающий влияние материала щетки на возникновение отрывного контактирования (Кц} а СОэ/СО,-» , где са)э>(л)р - соответственно экспериментальные а расчегшае угловые скорости коллектора, при которых возникает отрыв щетки от коллектора); - коэффициент, характеризу»-СД11 связь возникновения отрыва с возникновением искрения; К"г -коэффициент, характеризующий особенности возникновения лсхреная • в зависимости от количества одноподяркых щеток; Кз - кс^слци-ент, учитывающий влияние конструкции и амортизации щетки; К пр ~ учитывает различие меэду кривой профиля коллектора и кривой, описываемой контактной поверхностью щетки при его вращении; Р - сила нажатия на щетку, К; - соответственно коэффициент трения щетки о коллектор я стенки щеткодернателя; Ипр - приведенная масса цзтки, кг; Доец)Дм ~ соотзегственно.общее биение коллектора и максимальный местный перепад пластик, м; радиус коллектора, ы; - корректорное деление, м.

Зависимости из (I), относящиеся к оценка свойств щеток, следует представить в виде обобщенного технологического коэ..сдциекта Кт^ » л относящиеся к конструктивным параметрам щеточно-коллек-торного угла - в виде обобщенного коэф^цнеата Км :

Кп = Кц • К Д / -----(2)

ос« . п2

Тогда: СОиек - ^Т^ • Км

(4)

Для заданных величав параметров конструкции, профиля коллектора и рабочей эксплуатационной угловой скорости коллектора 6^кс минимально допустимое значение по условию обеспечения

безыскрового контактирования определяется из (4):

К

, м

СОэк* ' (5)

Улучшение характеристик щеточво-коллекторного узла в эксплуатации будет достигаться при использовании щеток, удовлетворяющих следующему условию:

Кгс > КттСл . (6)

На основании выракений (1-6) предложен новый способ диагностирования работоспособности конкретной щетки.

В табл.1 представлены результаты определения коэффициента Кг£ известных и новых щеток, в соответствии с которыми значения коэффициента К-^ щеток марок ЭГ75, ЭГ751, ЭГ756, ЭГ141, ЭИ42 существенно выше, чем щеток с бимодальной пористой структурой или щеток с полимодальной пористой структурой.

В четвертой главе представлены результаты исследования дуго-стойкости щеток с мономодальной пористой структурой. Исследования -выполнялись на экспериментальной установке ИВД-1. Дугостойкость исследовалась в статике и в динамике с определением критериев Д, по убыли массы ( Д.И ) и Д2 по убыли объема ( А М ) при воздействии силой тока дугового разряда ( I ) продолжительностью

Таблица I.

Результаты определения коэффициента Кт;.

Марка щеток Тип пористой структуры Содержание удельного объема открытых пор радиусом от 0.1 до 0,7 шш, > Коэадициент Кц при силе наития на щетку

32Н ЗОН

ЗЕ74 ЭГ841 Е0367 Ей259 зги ЭГ61 ЗГ61А ЕЕ59Ш. &Н1351 ЗГ75 ЭГ751 ЭГ756 • ЭГ141 ЭГ142 Приме стендовых: ставляющей шестью щез размером 2 ясшшодалъная ■ бимодальная мономодальная п. чание: Экспериментам, испытаниях на моделья собой нороткозамкнут кодержателями (по три /12,5x32x57 мм. 7 5 9 2 . 14 28 31 24 10 92 94 93 96 94 ные исследования в ой коллекторной ус ьй коллектор диаме - каждой полярное 4.2 4.1 4.3 4,0 5.4 4,7 5,0 4,4 5,0 6,4 6.2 6,7 7,0 6,0 ьтолКены таяовке, трем 520 ти) со Ц£ 2.7 2.5 3,0 2.6 3,9 3,3 3,5 3.2 3,0 4,5 4.3 4,5 4.8 4.4 при пред-мд с 1тка\а

Аг-^- (мг/кА'с)

(7)

(смУкА-с)

(8)

В табл. 2 приведены результаты исследования дугостойкости щеток. Наюучдую дугосгойкость (наименьшие критерии) имеют щетки марок ЗГ75, ЭГ751, Ы756, ЭГ141, ЭГ142 с мономодальной пористой структурой. Щетки с полимодалъной пористой структурой имеют наихудшую дугостойкосгь. 1Детки с бимодальной пористой структурой по критериям дугостойкости занимают прсмеаугочное положение ме£ДУ щетками с-мономодальной пористой структурой и щетками с псишмо-дальной пористой структурой.

в пятой главе приведет результаты исследования надежности щеток с мономодальной пористой структурой на схевдах в процессе ускоренных, стендовых испытаний и в эксплуатации с применением разработанной методики 2ЩП.680203.077. В качестве примера представлены результаты оценки показателей надекноотсг коллекторов и щеток ТЗД электровозов ВЛ80Г, в локомотивном депо Чита-1 Забайкальской к.д. Применение щеток марки 2175 позволяет существенно повысить надежность коллекторов ТЭД (габл.З).

С целью повышения надекносги щеток в эксплуатации разработаны новые токопрождащие и цементирующие композиции для крепления токоведущего провода к щетке, перспективные типы щеток с мономодальной пористой структурой, а такие конструкции щеток с мономодальной пористой структурой и конструкции щеточно-коллектор-ного уяла с их использованием, разработан новый способ притирки , щеток к коллектору электрической машины. Указанные новые технические решения защищены авторскими свидетельствами.

Результаты исследования дугостойкости

Таблица 2.

Марка щеток Структура открытых пор в щетке % . 1ЛГ Д2 , см3 Примечание

КА.. с КА .с

317 4 подимодалъная 174,0 0,106 Дуга горит устойчиво, образуя трещины

ЭГ841 201,0 0,114 Дуга горит устойчиво, плавится и горит пропитка с выбросами

ЕЙ367 182,0 0,109 »

20259 112,0 0,102 —

ЭГ14 бимодальная 114,9 0,073 Дуга горит устойчиво с выгоранием кратеров

ЭГ61 60,2 0,038 Дуга горит устойчиво с перемещением по образцу, выплавление и горение пропитки

ЗГ61А 11 52,3 0,032 и

ЯЕ59ЕП 73,8 0,040 11_

енх55х II 118,4 0,067 _ 11_

ЭГ75 мономодалъная 6,8 0,005 Дуга неустойчива, не образует кратера, постоянно перемещается по образцу

ЗГ751 >1 4,2 0,003 —

ЭГ756 3,7 0,003

ЭГ141 1.9 0,001

ЭГ142 3,5 0,002 »1

Таблица 3.

Показатели надежности коллекторов и щеток ТЭД

Показатели, ед.измерения Марка щеток

ЙГ75 ЭГ6ГА. ЭГ75 ЭГ61А ЕВ591ТХ Е0259

Показатели

коллекторов:

, мм/100 тыс.кг 0,024 0,036 0,030 о.ш 0,129

, тыс.км 601 367 481 112 97

Т^. , тыс.юл 731 468 ■585 149 127

Показатели

щеток:

л

оср » !®/Ю тыс.км 1,87 1,42 • 1,60 1,65

. 1,50

Л

тм , тыс. км 115 156 . 120 124 '

141

т^ » шс.ЗШ 145 194 ш 161 161

160

Примечания. I. В числителе представлены показатели для ще-

ток марки ЭГ75, в знаменателе - для деток марки ЭГ61А при их со-

вместной установке (щетки марки ЭГ75 устанавливали в цеткодерка-

тели одной полярности , ЭГ61А - в цеткодеркатели другой падяркос-

та). /ч

2. Приняты следующие условные обозначения йер- средняя

интенсивность изнашивания; Тм - минимальная наработка до от-

каза; Ту - гаша-процоптнаЯ наработка до отказа.

3. При испытаниях.щеток и Е0259 наблюдалось' за-

волакивашю коллекторов и их повышенная выработка, при, примене-

нии !',-.ток марки ЭГ61А заволакивание появлялось в перехо,; ные кли-

матические периоды, при использовании щеток марки 5Г75, а такке

при их совместной установке со щетками ЗГ61А отмечено удовлетво-

рительное состоять коллектора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана структурно-математическая модель пористой щетки для ТЗЛ. Показано, что для сформирования свойств скользящего контакта важнейшее значение тлеют открытые поры в щетке, их размеры и распределение удельного объема открытых пор по размерам их эффективных радиусов. Существующие марки щеток отечественного и зарубежного производства по результатам исследования классифицированы на щетки с бимодальной пористой структурой и на щетки с полимодальной пористой структурой, разработана модель и получены . аналитические выражения для формирования щетки с моноыодальной пористой структурой. Вйервые созданы и защищены авторскими свидетельствами на изобретения новые щетки марок ЗГ75, Э1751, ЭГ756, ЭГ141, ЭГ142 с мономодальной пористой структурой для ТЕМ локомотивов железнодорожного транспорта..

2. Разработана технологическая модель скользящего контакти- . рования с учетом основных факторов, влияющих на возникновение искрения щетки при ее отрыве от коллектора в динамике, дано ее математическое описаете. Предложен новый способ диагностирования работоспособности щетки путем сравнения полученного по результатам испытаний обобщенного технологического коэффициента скользящего контактирования Кг; конкретной щетки в условиях воздействия динамики с минимально допустимым значением обобщенного технологического коэффициента скользящего контактирования' по условиям обеспечения безыскрового контактирования дум заданных величин параметров конструкции, профиля коллектора и рабочей экс- . плуатационной угловой скорости коллектора. Улучаете характерпс-

' тик щеточно-кодлекгорного узла в эксплуатации будет достигаться при использовании щеток, удовлетворяющих условны Кт^ Кг,г;х.

Коэффициент Кт. при использовании щеток с .мономодальной пористой структурой в 1,2-1,5 раза выше, чем щеток с бимодальной пористой структурой и в 1,4-1,7 раза выше, чем щеток с полшлодальной пористой структурой, что указывает на преимущества работы данных щеток по сравнению с существующими в условиях воздействия динамики.

3. По результатам исследования дугоотойкости новые щетки с мономодальной пористой структурой на порядок превышают существующие щетки с бимодальной пористой структурой и на два порядка - щетки с полимодальной пористой структурой. Предлокон новый щеточно-коллекторный узел ТсЭД, в котором щетки отрицательной полярности выполнены из материала с монодадалькой пористой структурой, щетки положительной полярности - из материала с бимодальной пористой структурой, а критерии дугоотойкости материалов коллектора, щеток отрицательной полярности и положительной полярности связаны определенными соотношениями. ,

4. Разработана методика ЩШ,680203.077, устанавливающая единые принципы оргаш1зацпи сбора, требования к составу и порядку про хождения, метод обработки, а такад прашша хранения к реализации информации о надежности щеток для ТЖ. Исследования, выполненные с применением данной методики, показали, что использование в щеточно-коллекторном узле новых щеток с мономодальной пористой структурой позволяет существенно повысить надежность работы щеток и коллектора в эксплуатации.

5. Анализ результатов испытаний щеток марки ЭГ75 на ТЭД показывает, что щетки имеют износ, соизмеримый с износом лучпих отечественных и зарубекных аналогов, обеспечивают устойчивую коммутацию т.д. особенно в перегрузочном рекпае по току. щшенегсю щеток марки ЭГ75 позволяет снизить потери на трение в контакте,под-■" ноегью исключить в экспортации случаи вотшгшовенпя завагизкмзсии:«

коллекторов ТЭД, уменьшить их износ. Количество круговых огней в зависимости от тила ТЭД составляет 7-13 случаев на I млн.км пробега локомотивов, что в 1,5-2 раза меньше, чем при использовании щеток .ЗГ61 и в 2-3 раза меньше, чем при. использовании щеток ЗГ2А. На ТЭД,. работающих в рекиме рекуперации, количество круговых огней снижается в 3-7 раз по сравнению с серийными щетками.

6. При проведении стендовых и эксплуатационных испытаний щеток марок ЭТ14Г, ЭГ142 с мономодальной пористой структурой на ТЭГ тепловозов отечественного и зарубежного производства получено существенное улучшение характеристик щеточко-коллекторного узла по сравнению с серийными щетками марки ЭГ14. Снинш.ется уровень возникновения потемнений и эрозии пластин коллекторов, не требуется проведения дополнительных шлифовок коллекторов в процессе эксплуатации щеток по' причине повышенного электроэрозионного разрушения коллекторных пластин. Средняя интенсивность изнашивания щеток марки ЗГТ41, ЭГ142 составляет не более 1,5 мм/Ю тыс.км, что в 1,83,5 раза ниже, чем серийных щеток марки ЗГ14.

•7. 3 случае применения щеток марки £07756 с моноыодалъной пористой структурой на ЕМ ликвидируется пилообразная выработка коллекторов, характерная для эксплуатации щеточно-коллекторного узла с серийными щетками ЭГ2А и 2X5141) . Средняя интенсивность изнашивания щеток марки 31756 составляет не более 0,7 мл/10 тыс.км, что на порядок ниже, чем серийных щеток. Средняя интенсивность изнашивания коллекторов ш не превышает 0,05 та/100 тыс.мл, что в 2-3 раза нике, чем при использовании серийных щеток.

8. Существенное повышение износостойкости щеток с глономодаль-ной пористой структурой достигается в случае их использования а новых конструкциях щеточно-коллекторного узла. При установке щеток марки ЭГ75 в цегкодеркатели одной полярности, а цетск 2161 -

в щеткодержатели другой полярности интенсивность изнашивания щеток ЗГ75 на ТЭД грузовых электровозов составляет 1,2-1,7 мм/10 тыс.км в зависимости от типа электровоза, ЭГ61 - соответственно 1,8-2,2 ш/ю тыс.км при средней интенсивности изнашивания коллектора 0,03 га/100 тыс.км. при применении щеток Э175 к ЗГ61 с использованием их совместной установки на ТЭД пассажирских электро--возов величина износа щеток ЭГ75 составляет 0,5-0,7 мм/10 тыс.км, щетки ST6I при этом имеют износ 0,7-1,2 ш/ю тыс.юл.

9. Разработан и внедрен на.ПраволжскоЙ к.д. новый щеточно-кодлекторныи узел ТЭГ тепловозов 2ТЭ1Ш с использованием установки в щеткодержатели одной полярности щеток марки ЗГ75 с мономо-дальиой пористой структурой, размер радиуса преобладающих пор которых в 1,1-35 раз меньше размера радиуса преобладающих пор щеток марки ЭГ84Х. устанавливаемых в щеткодержатели другой полярности. При этом удалось снизить электроэрозионшй износ коллекторов и уровень потемнения пластин, особенно при внедрении вовдения тяжеловесных грузовых поездов. Средняя интенсивность изнашивания щеток ЭГ75 составила 0,7 ш/ю тыс.им, ЭГ841- 1,2 мм/Ю гыс.кы, серийных щеток ЗГ14 - 2,5 мм/Ю гас.¡а,!.

10. Разработанные щетки марок ЗГ75 и ЭГ141 внедрены ка заводе "уралэлектроугли" и на предприятиях келезнодорокного транспорта с .о&цим экономическим адектш болез II шн.рублей. Приняты государственными комиссиями и рекомендованы к внедрению ковыэ щетки марок ЭГ751, ЭГ756, ИГ142 с иономодааьной пористой структурой. разработан и внедрен в десяти локомотивных депо новый способ притирки щеток, рекомендованы к внедрению новые конструкции щеток* с моноыодадьной пористой структурой, конструкции щеточно-качек-торного узла с их использованием, .a также способы крепления токо-ведуцнх проводов с применением новых гокопроводяищх и цементирую--

вдх композиций.

ОсновЕше положения диссертации отражены в следующих работах:

1. Бордаченков A.M., Щербаков З.Г., Яковлев Г.П., Тишков A.A., Смазнов П.П. Повышение качества коллекторных материалов и щеток тяговых двигателей электровозов//перспективы внедрения новых износоустойчивых элекгрощегок и их влияние на условия работы щето-чно-коллекторного узла. Тез. докл. Всесоюз.научно-техн. семинара. Электроугли, М.: Информэлектро, 1973, с.4-5.

2. Смазнов ПЛ., Сенин Н.Д., Колдашова H.A., Чалых Е.Ф. Уплотнение сажепековой композиции в процессе вибропомола и холодного формования. - Труды МХТИ. Зып.91, М., 1976. С.154-158.

'3. ^иалков A.C., Смазнов П.П., Колдашова H.A., Огарева H.H. Свойства щеточных материалов на сакепековой основе с мономодальной пористой структурой//Ёлектротехническая промышленность. Сер. Электротехнические материалы. 1978, й 3(92). С.16-17.

4. Смазнов П.П. Характеристики щеточно-коллекторного узла тяговых электрических машин при использовании щеток с мономодальной пористой структурой//Коммутация электрических машин. Тез. докл. республ. научно-техн.конф. 5-6 декабря. Харьков, ХПИ, 1984. С.86-87.

5. Бордаченков A.M., Смазнов П.П. Новые щетки для тяговых электрических машин, перспективы их использования//комг.5утащи электрических машин, тез.докл. республ. научно-техн.конф. 5-6 декабря. Харьков, ХПИ, 1984. С.75-76.

6. фиалков A.C., Бордаченков A.M., Смазнов П.П. Разработка щеток с улучшенными эксплуатационными характернотнкаш для тяговых генераторов тепловозов//пути совершенствования технологии электроугольного производства. .Тез.докд. на Всесоюзном научно-техн. совещании.23-25 октября, олектроуглп. З^П'.ЭЛ. 1953. С.14.

7. Бордаченков А.М.. Смазнов П.П. Перспективы использования новых марок щеток для тяговых электрических машин электровозов// Состояние и перспективы развития электровозостроения в стране. Тез. докл. У1 Всесоюзной научно-техн. конф. II-I3 ноября. Тбилиси. М.: Ин^ормэлектро. 1987. С.51.

8. Смазнов ПЛ., Мезинов в .В., реморов A.A. Диагностика скользящего контактирования пористой щетки с коллектором электрической машины//пути совершенствования технологии производства электроугольных и мегаллокерамических изделии. Тез.докл. на Всесоюзном научно-техн.совещании. 26-28 октября. М.: Информэлектро. 1988.

С.7-8.

9. Реморов A.A., Смазнов П.П. Характеристики щеточно-коллек-торного узла тяговых электрических машин при использовании новых марок щеток. - Труды ШИТ. Вып.789. M.:. 1987. С.65-83.

10. Смазнов л.п. Порядок сбора и обработки информации о надежности щеток для тяговых электрических машин. - Методика ЩШ. 680203.077. ВШШ1. Электроугли, 1987 . 38 с.

11. Козлов Л .Г., Реморов A.A., Смазнов П.П., Чикуиов О.В., Бордаченков A.M. Методика выбора силы тока тяговых электродвпга- , телей с целью прогнозирования -надехносзн щеток//Щ'тн совераенст-вования технологии производства глектроуголышх и метадлокераш-ческих изделий. Тез.докл, на Всесоюзной научно-техн. совещании. 26-28 октября. 1,1.: Ин^ормэлектро. 1988. С.17.

12. фкалков A.C., Смазнов П.П., Бордаченков A.M. Перспективные направления в совершенствовании технологии щеток для келез-

нодорокного транспорта//Цути совершенствования технологии произ-с

водотва электроугольник <л металлокеракнческик изделий. Тез.докл. на Всесоюзном научно-техн. совещании. 26-28 октября, м.: йнЛ.сч-ц-элсктро. 1988. С.29.

13. реморов А-А., Смазнсв п.П. Совершенствование узлов токосъема электровозов в направлении улучшения экологической обсгано-вки//Совераенствовакие методов эксплуатации и разработка способов защиты от возгорания воздушных линий электропередачи железных дорог в районах с загрязненной атмосферой. Тез. докл. научно-техн. конференции. 27-29 сентября. Ташкент. ТашИИТ. 1989. С.47.

14. Смазноз п.П., Бордаченнов A.M., Хромов Б.А. Перспективы использования отечественных щеток взамен импортных на тяговых электрических машинах электровозов ЧС6, ЧС200//Состсяние и перспективы развития электровозостроения в стране. Тез. докл. УП Всесоюзной научно-техн.кояф. 15-17 октября. Новочеркасск, 1991. С.88-89.

Приоритет новых технических решений и технологических процессов, реализующих научные результаты диссертации, задицен авторскими свидетельствами на изобретения (одинаковые названия а.с. не повторяются, а перечисляются только их номера, "Бюллетень изобретений" обозначен БИ, прц отсутствии номера Рй -изобретения для ограниченного распространения и патентования, все изобретения получены в соавторстве):

- щетка для электрических мадам: 832639 (БИ ¿9, 1981), 836712 (БИ #21, 1981), 843057 (БИ -'«24, 1981), 970525 (Б/1 ^40, 1982), 985868 (ЕИ Й48, 1982), I23375I (1986), I376I57 (ЕЙ i«7, 1988), 1379843 .(ЕИ 1988), 1427455 (БИ Й36, 1988);

- композиция для щеток электрических машин: 1335095 (I9S7);

- материал доя щеток электрических машин: I3350S6 (1987);

- способ изготовления щеток для электрических малин: 615792' (1978), 677607 (1979), 1050505 (1983), IC99800 (1984), 1207360 (1985);

-'конопаточный породок для крепления токсзеду^его прснсда

к щетке электрических машин: 908214 (1981), 909734 (1981), 1228703 (Г986);

- токопроБодащая композиция: 1108923 (1984), 1391352 (1987);

- композиция для цементации кокопаточного порошка для заделки гокоаедущего провода б тело щетки: 984371 (1982), 1060074 (1983);

- способ притирки щеток к коллектору электрической машины: 1198623 (ВТ А46, 1985);

- щеточно-коллекторный узел электрической машины: 534818 (Ю #41, 1977), 964810 (БИ Й37, 1282), 1215158 (Е1 1986), 1243056 (Ш ^5, 1986), 1410808 (1988), 2603467 (БИ МО, 1990).

ШЗНОВ Петр Петрович ХАРАКТЕРИСТИКИ ШЕТОЧНО-КО/ШШОРНОГО УЗЛА ТЯГОВЫХ ЗЛШРЛЧЕСт ШШН ПРИ ИСПОЯЬЗСВАгШ ЩЕТОК с моно-ИОДАЛЫЮЛ ПОРИСТОЙ СТРУКТУРОЙ

Специальность 05.09.01 - Электрические машины

Сдано в набор /С.02 Объем печ.л. / ¿Г, Заказ # ¿ЦО,

Подписано к печати /с. ^ Формат бумаги 60x90 1/16 Тиран 100 экз.

Типография шт, Москва, 101475, ГСП, уд.Образцова, 15