СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЩЕТОК ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН Российский патент 1996 года по МПК H01R43/12 

Изобретение относится к электротехнике и касается способов изготовления щеток для электрических машин, работающих в условиях затрудненной коммутации, при наличии значительных вибрационных и ударных нагрузок, например, тяговых электродвигателей электровозов.

Известен способ изготовления щеток для электрических машин на основе углеродистых и древесных наполнителей, а также связующего, в котором углеродистый наполнитель и связующее композиционно объединены в гранулы определенного фракционного состава, а частицы древесного наполнителя в соотношении 4:100 смешивают с гранулами, затем композицию прессуют и подвергают термообработке [1]
Щетки, изготовленные по известному способу, имеют недостатки, связанные с проявлением отрицательного воздействия щеток на коллектор (заволакивание коллекторной меди) из-за высоких значений микротвердости щеточного материала.

Известен способ изготовления щеток для электрических машин из пресс-композиций, в которых 5-40 мас. древесного наполнителя и 60-95 мас. углеродистого наполнителя композиционно объединены в гранулы, причем отношение размера частиц углеродистого наполнителя к размеру частиц древесного наполнителя в грануле находится в пределах 0,8-1,2. Вначале в известном способе подготавливают композиционно объединенные гранулы, а затем их смешивают со связующим [2]
Недостатки известного способа заключаются в сложности технологического цикла из-за раздельного приготовления гранул и связующего, что затрудняет механизацию процесса и приводит к низкой стабильности характеристик щеток и к ухудшению контактных свойств щеток.

Предлагаемый способ позволяет устранить отмеченные недостатки и заключается в том, что в способе изготовления щеток для электрических машин из пресс-композиции, содержащей углеродистый и древесный наполнители и связующее, включающий композиционное объединение наполнителей в гранулы, смешение их со связующим, прессование, термообработку и пропитку, образованные композиционно объединенные гранулы и связующее перед прессованием дополнительно гранулируют при температуре 250-320^оС, охлаждают и подвергают размолу, причем содержание частиц (мас.) в пресс-порошке составляет
размером менее 63 мкм 15-80
размером 63-250 мкм 19-55
размером более 250 мкм 1-30, а соотношение компонентов в пресс-композиции выбрано соответственно, мас.

древесный наполнитель 3-61
углеродистый наполнитель 3-55
связующее 36-42.

Исследованиями установлено, что при температурах гранулирования ниже 250^оС, например, в шнековом смесителе, не происходит образование гранул, а при температурах выше 320^оС осложняется работа смесителя и получение гранул из-за плотного прилипания гранул к нагретым частям смесителя с последующим коксованием гранул и остановкой процесса гранулирования.

Содержание частиц в пресс-порошке после размола охлажденных гранул зависит в основном от типа размольного оборудования и выбирается для конкретных условий эксплуатации электрических машин.

При содеpжании частиц в пресс-порошке и соотношении компонентов в пресс-композиции, выходящих за указанные пределы, характеристики щеток при работе на электрических машинах ухудшаются.

П р и м е р. Для приготовления пресс-композиции используют углеродистый наполнитель (технический углерод ПМ805Э ГОСТ 7885-85), древесный наполнитель (древесная мука хвойной породы марки 180 ГОСТ 16362-86) и твердое связующее (высокотемпературный каменноугольный пек марки "В" ТУ ФЭО.054.992). Взятые в различных соотношениях наполнители (варианты 1-5) композиционно объединяют в гранулы и смешивают со связующим одновременно в вибромельнице типа СВМ 40/2 в течение 45-60 мин. Затем половину пресс-композиции формуют в блоки при удельном давлении 1000 кгс/см² с кажующейся плотностью 1,20-1,22 г/см³. Блоки обжигают при 1200^оС в камерной печи, графитируют при 2800^оС, изготавливают из полуфабриката заготовки, которые подвергают пропитке фурфуриловым спиртом, и армируют щетки (варианты 1-5). Другую половину пресс-композиции подвергают дополнительному гранулированию в шнековом смесителе СН-100 при температурах 250-320^оС, охлаждают и подвергают размолу на молотковой дробилке ДМ-300 (вариант 6). Содержание частиц (мас.) в пресс-порошке составляет
размером менее 63 мкм 15
размером 63-250 мкм 55
размером более 250 мкм 30
Часть размолотого на ДМ-300 порошка домалывают в мельнице СМ2 СМ-493А (вариант 7). Содержание частиц (мас.) в пресс-порошке составляет
размером менее 63 мкм 80
размером 63-250 мкм 19
размером более 250 мкм 1
Из пресс-порошка прессуют блоки при удельном давлении 1200 кгс/см², с кажующейся плотностью 1,34-1,36 г/см³ (вариант 7), 1,30-1,32 г/см³ (вариант 8). Блоки обжигают при 1200^оС и графитируют при 2800^оС. Из полуфабриката изготавливают заготовки, которые пропитывают фурфуриловым спиртом (вариант 8) и смесью фурфурилового спирта с фосполиолом (вариант 7).

Изготовленные щетки вариантов 1-8 испытывали на установке УК (коэффициент трения) и на тяговых электродвигателях АL4846еТ электровозов ЧС2Т (средний износ щеток, состояние коллектора). Результаты испытаний представлены в таблице.

Как следует из представленных результатов, применение предлагаемого способа позволяет реализовать по сравнению с известными способами следующие преимущества:
на 10-30% снижается коэффициент трения щеток о коллектор;
в 1,1-2,0 раза уменьшается износ щеток на электрических машинах;
улучшается состояние коллектора, ликвидируется заволакивание и потемнение коллекторов;
снижаются расходы на материалы для изготовления щеток за счет использования древесного наполнителя, получаемого из отходов деревообработки.

Использование: изобретение относится к электротехнике и касается способов изготовления щеток для электрических машин, работающих в условиях затрудненной коммутации, при наличии значительных вибрационных и ударных нагрузок, например, тяговых электродвигателей. Сущность изобретения: подготовленные композиционно объединенные гранулы и связующее перед прессованием дополнительно гранулируют при температуре 250 - 320^oС, охлаждают и подвергают размолу, причем содержание частиц в порошке составляет, мас.%: размером менее 63 мкм - 15 - 80; размером 63 - 250 мкм - 19 - 55; размером более 250 мкм - 1 - 30, а соотношение компонентов в пресс-композиции выбрано соответственно, мас.%: древесный наполнитель - 3 - 61; углеродистый наполнитель - 3 - 55; связующее - 36 - 42. 1 табл.

Способ изготовления щеток для электрических машин из пресс-композиции, содержащей углеродистый и древесный наполнители и связующее, включающий композиционное объединение наполнителей в гранулы, смешение их со связующим, прессование, термообработку и пропитку, отличающийся тем, что образованные композиционно объединенные гранулы и связующее перед прессованием дополнительно гранулы и связующее перед прессованием дополнительно гранулируют при 250 320^oС, охлаждают и подвергают размолу, причем содержание частиц по размерам в пресс-порошке составляет, мас.

Менее 63 мкм 15 80
63 250 мкм 19 55
Более 250 мкм 1 30
а соотношение компонентов в пресс-композиции составляет, мас.

Древесный наполнитель 3 61
Углеродистый наполнитель 3 55
Связующее 36 42