Щетка для электрической машины

Изобретение относится к области электротехники и касается конструкций щеток для электрических машин, работающих в условиях повышенных электрических, вибрационных и ударных нагрузок, например, тяговых электродвигателей. Технический результат от использования данного изобретения состоит в обеспечении надежности и стабильности контакта за счет создания равнозначных условий токосъема с точки зрения виброустойчивости при реверсивном вращении коллектора, в повышении износоустойчивости контактных пар и ликвидации заволакивания коллекторных пластин. Указанный технический результат достигается тем, что в щетке для электрической машины, состоящей из двух разрезных частей с токоведущими проводами, на которые осуществляют давление нажимного устройства, согласно изобретению каждая разрезная часть щетки по радиальному размеру разделена на токоподводящий и рабочий элементы с плоскостями соприкосновения, скошенными под углом к осям разрезных частей щетки, а плоскости соприкосновения токоподводящих и рабочих элементов разрезных частей образуют направленный в сторону контактной поверхности клин с углом α=124°-152°, причем отношение угла α клина к величине давления выбирают в пределах 2,48-4,34 градус/кПа, а отношение тангенциального размера щетки к радиальному размеру рабочего элемента, измеренному от вершины угла α клина до контактной поверхности, составляет 0,70-0,85. 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и касается щеток для электрических машин, работающих в условиях повышенных электрических, вибрационных и ударных нагрузок, например, тяговых электродвигателей.

Известна щетка для электрической машины, содержащая скошенную относительно оси под углом в верхней плоскости площадку для нажимного устройства, с определенными соотношениями угла скоса площадки к величине удельного нажатия и определенными соотношениями тангенциального и радиального размеров щетки (патент РФ №2150772, кл. H 01 R 39/18, 39/40).

Применение данной конструкции щетки позволяет стабилизировать процесс токосъема, ликвидировать образование «двойного зеркала» на контактной поверхности щеток, однако, устойчивость щетки против внешних возмущающих усилий от силы трения в зоне скользящего контакта не обеспечивается, что приводит также к заволакиванию коллекторных пластин. Кроме того, данное техническое решение позволяет использовать только сплошные щетки, что не обеспечивает требования по коммутации электрической машины с предельными значениями электрической мощности в условиях повышенных электрических, ударных и вибрационных нагрузок.

Известна щетка для электрической машины, состоящая из двух разрезных частей с токоведущими проводами, с раздельным нажатием на каждую часть нажимного элемента (А.М.Бордаченков, Б.В.Гнездилов «Коллекторно-щеточный узел тяговых электрических машин локомотивов, М., Транспорт, 1974, 158 с., стр.19, рис.3, 4, 20 - прототип).

С точки зрения стабильности контакта, равномерности распределения давления это наиболее благоприятное решение.

Недостатком известной щетки является невозможность обеспечения одинаковых условий токосъема при реверсировании электрической машины из-за появления «двойного зеркала» на контактной поверхности щеток. В условиях повышенных электрических, вибрационных и ударных нагрузок это приводит к ухудшению токосъема, повышенному искрению и сопровождается появлением заволакивания коллекторных пластин, что способствует образованию переброса электрической дуги по коллектору.

Техническим результатом изобретения является обеспечение надежности и стабильности контакта за счет создания равнозначных условий токосъема с точки зрения виброустойчивости при реверсивном вращении коллектора, повышение износоустойчивости контактных пар и ликвидации заволакивания коллекторных пластин.

Технический результат достигается тем, что в известной щетке для электрической машины, состоящей из двух разрезных частей с токоведущими проводами, на которые осуществляют раздельное нажатие на каждую часть нажимного элемента, каждая разрезная часть щетки по радиальному размеру разделена на токоподводящий и рабочий элементы с плоскостями соприкосновения, скошенными под углом к осям разрезных частей щетки, а плоскости соприкосновения разрезных частей образуют направленный в сторону контактной поверхности клин с углом 124°-152°, причем отношение угла клина к величине удельного нажатия выбирают в пределах 2,48-4,34 градус/кПа, а отношение тангенциального размера щетки к радиальному размеру рабочего элемента, измеренному от вершины угла клина до контактной поверхности, составляет 0,70-0,85.

Предлагаемое техническое решение применимо в промышленности. Основным потребителем щеток являются тяговые двигатели железнодорожного транспорта.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлен общий вид разрезной составной щетки.

Щетка состоит из двух разрезных частей, которые разделены на токоподводящие 1 и рабочие 2 элементы с плоскостями соприкосновения 3, скошенными под углом α/2 к оси 4 разрезных частей щетки. Плоскости соприкосновения 3 образуют направленный в сторону контактной поверхности 5 клин с углом α при вершине. Щетка, имеющая токоведущие провода 6, установлена в обойме щеткодержателя 7. Токосъем со щетки осуществляется на коллектор 8. Замена изношенных рабочих элементов 2 производится при повороте щеточной траверсы (на чертеже не показано), в процессе которого изношенные элементы 2 удаляются из обоймы щеткодержателя 7, а на их место устанавливаются новые рабочие элементы. При этом токоподводящие элементы 1 не удаляются и могут использоваться многократно.

Наличие клина с вершиной из соприкасающихся плоскостей 3 и рабочих элементов 1 разрезных частей щетки позволяет повысить устойчивость щетки в тангенциальном направлении, ликвидировать образование «двойного зеркала» на контактной поверхности 5 щетки, тем самым существенно улучшить условия токосъема, что, в свою очередь практически предотвращает заволакивание коллектора.

Эффективность эксплуатации щетки достигается выбором клина с углом α=124-152° и отношением угла (α) клина к величине удельного нажатия (Р) в пределах 2,48-4,34 градус/кПа, отношением тангенциального размера (t) щетки к радиальному (r_k) размеру рабочего элемента 2, измеренному от вершины угла клина до контактной поверхности 5 в пределах 0,70-0,85, и подтверждается результатами эксплуатационных испытаний предложенных и известных щеток на тяговых электродвигателях НБ418К6 электровозов ВЛ80С в локомотивном депо Горький - сортировочный Горьковской ж.д.

Работа щетки осуществляется следующим образом.

Токовая нагрузка к каждому рабочему элементу 2 передается через токоведущие провода 6 и токоподводящие элементы 1.

Наличие клина с углом α обеспечивает плотное прижатие рабочих элементов 2 щетки к стенкам обоймы щеткодержателя 7 и ликвидирует зазор между щеткой и щеткодержателем, предотвращая вибрацию щетки во время работы и поддерживая, таким образом, надежный электрический контакт между щеткой и коллектором.

Таблица
Щетка	Соотношение параметров	Угол клина	Средний износ щеток, мм/10 тыс.км	Состояние щеточно-коллекторного узла
α:Р	t:rk	α
Известная (прототип)	-	-		2,0	Следы подгара и искрения на КПЩ*, небольшое заволакивание коллектора при пробеге 40-60 тыс.км
Предлагаемая
1	2,48	0,78	124	1,8	Удовлетворительное
2	4,34	0,78	152	1,5	Удовлетворительное
3	3,73	0,70	152	1,7	Удовлетворительное
4	3,73	0,85	152	1,6	Удовлетворительное
* КПЩ - контактная поверхность щеток

Как следует из анализа полученных данных, представленных в таблице, применение предложенной щетки по сравнению с прототипом позволяет повысить надежность и стабильность контакта с ликвидацией образования «двойного зеркала» и снижением износа щеток на 10-25%; при использовании щетки не возникает заволакивания коллекторов в процессе эксплуатации, улучшается состояние щеточно-коллекторного узла, снижаются трудовые затраты при смене рабочих элементов щеток, не происходит смены токоподводящих элементов.

При изменении соотношений α:Р и t:r_k эффективность эксплуатации щетки снижается. При увеличении угла клина и соотношения α:Р появляется «двойное зеркало» на контактной поверхности щеток, возникает заволакивание коллекторов, а при снижении увеличивается сила трения щетки о стенки обоймы щеткодержателя, что приводит к повышенному искрению щеток и их интенсивному износу. При увеличении соотношения t:r_k существенно уменьшается ресурс рабочих элементов, что сопровождается их преждевременной заменой, а при уменьшении возникают ограничения по радиальному размеру токопередающих элементов.

Щетка для электрической машины, состоящая из двух разрезных частей с токоведущими проводами, с раздельным нажатием на каждую часть нажимного элемента, отличающаяся тем, что каждая разрезная часть щетки по радиальному размеру разделена на токоподводящий и рабочий элементы с плоскостями соприкосновения, скошенными под углом к осям разрезных частей щетки, а плоскости соприкосновения токоподводящих и рабочих элементов разрезных частей образуют направленный в сторону контактной поверхности клин с углом α=124-152°, причем отношение угла α клина к величине удельного нажатия Р выбирают в пределах 2,48-4,34 градус/кПа, а отношение тангенциального размера щетки к радиальному размеру рабочего элемента, измеренному от вершины угла α клина до контактной поверхности, составляет 0,70-0,85.