Композиция для электрических щеток Советский патент 1987 года по МПК H01R39/20 

Изобретение относится к электромеханике и касается щеток электрических машин, работающих в условиях за- трудненной коммутации, воздействия значительных вибрационньпс и ударных нагрузок, наличия в зоне контакта паров масла и нефтепродуктов, например тяговых электрических машин,

В предлагаемой композиции углеродные волокна, распол агаясь в открытых порах пористого электрографитирован- ного материала, пронизывающих весь его объем, являются дополнительными проводниками электрического тока, чт способствует значительному повьш1ению стабильности физико-механических характеристик щеток, особенно их удельного электросопротивления. Наличие дополнительных путей цля электрического тока в щетке позволяет существенно разгрузить основной электро- графитированный щеточный материал, уменьшить действительную плотность тока в контакте, что способствует повьш1ению коммутирующей способности щеточно-коллекторного узла. Присутствие в порах гибкого углеродного волокна повьтает плотность, прочност и упругость щетки, что способствует повьш1ению износостойкости, срока службы щеток и снижению потерь на трение в скользящем контакте,

В открытые поры пористого элект- рографитированного материала вводятся углеводородные волокна диаметром 0,02-7,0 мкм при следующем соотнопге- НИИ компонентов, мас.%: углеродные волокна диаметром 0,02-7,0 мкм 0,2- 12,0 пористый электрографитирован- ный материал остальное.

При значениях компонентов щеток, выходящих за указанные пределы, снижается стабильность физико-механических характеристик и ухудшаются эксплуатационные свойст ва щеток,

При содержании углеродных волокон в щетке ниже предлагаемого предела возрастает настабильность удельного электросопротивления, снижаются плотность, прочность и упругие свойства щетки, возрастают износ и коэффициент трения.

В случае, если в щетке углеродные волокна содержатся выше предлагаемого предела, существенно возрастает твердост щетки, что приводит к ухудшению механических характеристик контакта и заволакиванию коллекторной

ь

25

19123-2

меди. Щетка нарабатывает политуру значительной толщины, в результате чего основным переносом является фриттинг (пробой) коллекторной плен5 ки, что приводит к нарушениям процев- са политурообразования, увеличению износа щетки и потерь на трение в контакте.

Пример 1. В смеситель с

W рабочим объемом камеры 400 л загружают техуглерод (15 мас,%), пековый . кокс (30,1 мас,%). Порошки перемешивают 30 мин до , затем в смеситель заливают 37,1 мас,% воды и пере15 мешивают в течение 30 мин до , Дапее в смеситель заливают подогретую до 150°С смесь из каменноугольного пека (12,7 мас,%) и проводят смешение в течение 3,5-4 ч до температу20 ры массы 130 С, Затем массу выгру- |Жают и вальцуют на валках, нагретых

до 140-150°С, После этого массу охлаждают и размалывают до дисперсности частиц размером менее 500 мкм (содержание фракции менее 63 мкм 68%) на мельнице. Прессование блоков проводят с кажуш;ейся плотностью 1,50 - 1,52 г/см, Обжиг блоков проводят в печи туннельного типа при макси мальной температуре 1200 С, графити- зацию - в печи при 2700°С, Из полученного электрографитированного материала изготавливают образцы и щетки для проведения испытаний. Удельный

35 Объем открытых пор по данным ртутной порометрии 0,176 см /г, размер пор по диаметру 0,01-3,5 мкм,

Пример 2, Образцы щеточного материала, изготовленные по примеру

1, подвергают однократной пропитке органическим раствором полиакрилнит- рила в автоклаве при остаточном давлении 0,94 кгс/см „ Затем образцы обрабатывают в сушильной печи при

45 120-150 с. Содержание в образцах по- лиакрилнитрила 0,58 мас,%,

После этого заготовки щеток и образцы подвергают нагреву до 2700 С

50 в специальной печи изотермического нагрева. При указанных температурах размещенный в порах волокнистый материал полиакрш :нитрила переходит в состояние графита и начинает пропус« кать ток. Выход графита 34,5 мас.%, С учетом этого соотношения определяют содержание углеродного волокна в щетке (0,2 мас,%). Методом ртутной порометрии определяют значение открытой пористости и диаметр открытых пор. Величина удельного объема открытых пор уменьшается на 24% и составляет 0,134 , однако содержание открытых пор диаметром 0,02-7,0 изменяется незначительно. Таким образом, получаемые углеродные волокна имеют диаметр от 0,02 до 7,0 мкм.

П р и м е-р 3. По технологии примеров 1 и 2 готовят образцы щеток с использованием двукратной пропитки и сушки. Содержание углеродистого волокна 6,2 мас.%, удельный объем открытых пор диаметром 0,02-7,0 мкм 0,098 CMVr.

Пример 4. По технологии примеров 1 и 2 готовят образцы щеток с использованием трехкратной пропитки и сушки. Содержание углеродного волокна 12,0 мас.%, удельный объем открытых пор диаметром 0,02-7,0 мкм 0,061 смэ/г.

Пример 5. По технологии примеров 1 .и 2 готовят образцы щеток с использованием четьфехкратной пропит- кй и сушки. Содержание углеродного волокна 12,82 мас.%, удельный объем открытых пор диаметром 0,02-7,0 мкм 0,036 .

Пример 6. По технологии примеров 1 и 2 готовят образцы щеток с использованием однократной пропитки в автоклаве при уменьшенном до 0,92 кгс/см давлении. Содержание углеродного волокна диаметром 0,02 - 7,0 мкм в щетке 0,18 мас.%, удельный объем открытых пор диаметром 0,02 - 7,0 мкм 1,12 смз/г.

Результаты испытаняй известных и предлагаемых щеток приведены в таблице.

Как следует из представленных в г таблице результатов испытаний существенно повьш1ается стабильность физико-механических характеристик щеток - удельного электросопротивления и твердости (например, разброс значений O удельного электросопротивления 2 - 10 ед. у предлагаемой щетки вместо 24 ед. у известной, разброс значений твердости 1-4 ед. вместо 6 ед.)умень- шается износ щетки при испытании на 5 установке КЗК-95, при испытаниях в эксплуатационных условиях срок службы щеток возрастает в 1,2-1,5 раза, за сче.т улучшения коммутирующей способности щеток улучшается состояние 0 /щеточно-коллекторного узла в эксплуатации. Формула изобретения

Композиция для электрических щеток, содержащая пористый злектрогра- 5 фитированный материал и углеродные :волокна, отличающаяся тем, что, с целью повьш1ения срока службы, коммутирующих свойств и сни- Ькения потерь на трение, углеродные 0 волокна имеют диаметр 0,02-7,00 мкм и расположены в открытых порах пористого электрографитированного материала при следующем соотношении компонентов, мас.%: 2 Углеродные волокна

диаметром 0,02 7,0 мкм0,2-12,0

Пористый электро-

графитированный

материалОстальное

дай

0,18 0,20 6,23 12,0 12,82

23-58 26-32 24-30 24-28 24-26

10-160,25

12-180,20

12-160,15

14-160,12

15-160,10

Ширина зоны искровой работы тягового двигателя при j 13А/см,

%

Зоны нет, искрение 1 1/4

Зоны нет, искрение 1 1 /4

0,98 1,42

3,74 5,24

вниипи

Заказ 2519/48 Тираж 625

Произв.-полигр. пр-тие, г о Ужгород, ул. Проектная, 4

0,22 0,20 0,18 0,16 0,19

Продолжение таблицы

Испытания в эксплуатационных условиях

Состояние щеточно- коллекторного узла

136

Следы искрения и подгара

То не Удовлетворительное

То же

Заволакивание коллектора

Подписное