ЩЕТКА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2006 года по МПК H01R39/18 H01R39/40 

Описание патента на изобретение RU2274935C1

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 (rk) 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.

ТаблицаЩеткаСоотношение параметровУгол клинаСредний износ щеток, мм/10 тыс.кмСостояние щеточно-коллекторного узлаα:Рt:rkαИзвестная (прототип)--2,0Следы подгара и искрения на КПЩ*, небольшое заволакивание коллектора при пробеге 40-60 тыс.кмПредлагаемая12,480,781241,8Удовлетворительное24,340,781521,5Удовлетворительное33,730,701521,7Удовлетворительное43,730,851521,6Удовлетворительное* 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:rk 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:rk существенно уменьшается ресурс рабочих элементов, что сопровождается их преждевременной заменой, а при уменьшении возникают ограничения по радиальному размеру токопередающих элементов.

Похожие патенты RU2274935C1

название год авторы номер документа
СОСТАВНАЯ РАЗЪЕМНАЯ ЩЕТКА С ЗАМКОВОЙ ЧАСТЬЮ 2007
  • Степанов Евгений Леонидович
  • Рылов Юрий Анатольевич
RU2365005C2
Щеточно-коллекторный узел электрической машины 1984
  • Смазнов Петр Петрович
  • Реморов Андрей Алексеевич
  • Мезинов Владислав Васильевич
  • Степанов Владимир Петрович
  • Чикунов Олег Владимирович
  • Шестопалов Александр Сергеевич
  • Козлов Леонид Григорьевич
  • Щербаков Виктор Гаврилович
SU1243056A1
ЩЕТКА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН 2010
  • Жуликов Владимир Николаевич
  • Козлов Леонид Григорьевич
  • Ротанов Владимир Николаевич
  • Смазнов Петр Петрович
  • Степанов Владимир Петрович
RU2416847C1
ЩЕТКА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ 1999
  • Смазнов П.П.
  • Степанов В.П.
  • Козлов Л.Г.
  • Смазнов Д.П.
  • Реморов А.А.
  • Рамазанов Г.Н.
RU2150772C1
Щеточно-коллекторный узел электрической машины 1991
  • Хлыстов Михаил Филиппович
  • Юрлов Владимир Александрович
  • Дербенев Валентин Антонович
SU1746450A1
Щеточно-коллекторный узел 1979
  • Туктаев Игорь Измайлович
  • Хлыстов Михаил Филиппович
  • Степанов Юрий Андреевич
SU890498A1
Узел скользящего токосъема 2020
  • Изотов Анатолий Иванович
  • Изотов Сергей Анатольевич
  • Никулин Сергей Викторович
  • Фоминых Антон Анатольевич
  • Тимошенко Вячеслав Николаевич
RU2752651C1
Токосъемное устройство для униполярной машины 1982
  • Харитонов Виталий Васильевич
  • Киселев Олег Иванович
  • Карлеев Владимир Михайлович
  • Ильин Владимир Михайлович
  • Безгачев Евгений Александрович
SU1073831A1
Щеточно-коллекторный узел электрической машины 1983
  • Чикунов Олег Владимирович
  • Смазнов Петр Петрович
  • Пшеничкин Петр Александрович
  • Степанов Владимир Петрович
  • Сизов Борис Валентинович
  • Козлов Леонид Григорьевич
  • Реморов Андрей Алексеевич
  • Бордаченков Анатолий Михайлович
SU1215158A1
УЗЕЛ СКОЛЬЗЯЩЕГО ТОКОСЪЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН 1999
  • Изотов А.И.
  • Мамаев Г.А.
  • Катаев В.И.
  • Шабардин В.А.
  • Изотов С.А.
  • Колесов С.Л.
RU2162261C1

Реферат патента 2006 года 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.

Формула изобретения RU 2 274 935 C1

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2006 года RU2274935C1

БОРДАЧЕНКО A.M., ГНЕЗДИЛОВ Б.В
Коллекторно-щеточный узел тяговых электрических машин локомотивов
- М.: Транспорт, 1974, с.19, рис.3, рис.4, рис.20
ЩЕТКА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ 1999
  • Смазнов П.П.
  • Степанов В.П.
  • Козлов Л.Г.
  • Смазнов Д.П.
  • Реморов А.А.
  • Рамазанов Г.Н.
RU2150772C1
ЩЕТКА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ 1992
  • Смазнов Петр Петрович[Ru]
  • Реморов Андрей Алексеевич[Ru]
  • Чикунов Олег Владимирович[Ru]
  • Белоглазов Владимир Васильевич[Ru]
  • Остин Антон[Gb]
RU2031498C1
ЩЕТКА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ 1992
  • Смазнов Петр Петрович[Ru]
  • Реморов Андрей Алексеевич[Ru]
  • Чикунов Олег Владимирович[Ru]
  • Белоглазов Владимир Витальевич[Ru]
  • Остин Антон[Gb]
RU2025843C1
Токосъемное устройство коллекторной электрической машины 1988
  • Кириленко Всеволод Михайлович
  • Ласкавый Владимир Августович
  • Сигаев Александр Леонидович
  • Ситникова Ирина Александровна
SU1725301A1
US 3518475 А, 30.06.1970
US 3439206 А, 15.04.1969
US 3474274 А, 21.10.1969.

RU 2 274 935 C1

Авторы

Коршунов Гелиард Михайлович

Дербенев Валентин Антонович

Смазнов Петр Петрович

Степанов Владимир Петрович

Бороха Иван Карпович

Сизов Борис Валентинович

Даты

2006-04-20Публикация

2004-07-22Подача