Способ изготовления металлографитовых щеток Советский патент 1992 года по МПК H01R43/12 H01R39/20 

Изобретение относится к электротехнике и касается способов изготовления металлографических щеток электрических машин, работающих в условиях интенсивных вибрЗ ционных и.ударных нагрузок, значительных плотностей тока, например, электрооборудования рефрижераторного подвижного состава и пассажирских вагонов.:

Известен способ изготовления металлЬ- графитовых щеток, включающий смешение медного порошка и порошкообразного углё родистого компонента в виде натурального графита и связующего 1..

Недостатки известного способа заключаются в том, что изготовленные по нему щетки имеют нестабильные физико-механические характеристики (удельное электросопротивление, твердость, износ и

коэффициент трения) из-за наличия значи- тел.ьного количества (до 25 мае.%) крупных частиц углеродистого компонента размером более 45 мкм..При работе на электрических машинах крупные частицы углеродистого компонента ухудшают работу скользящего контакта, дестабилизируют процессы по- литурообразования, способствуют повышению износа щеток и приводят к пилообразной выработке контактного кольца или коллектора.

. Известен способ изготовления металло- графитовых щеток электрических машин из композиций, содержащих медный порошок и углеродистый компонент, включающий натуральный графит и графитированный материал 2.

00

W

-А

N3

Недостатки известного способа связаны с наличием в углеродистом компоненте значительного (до 25 мас,%) количества крупных частиц графита размером более 45 мкм и частиц графитированного материала (до 40 мас.%) размером более 63 мкм. Это вызывает вибрацию щеток при работе электрической машины, что отрицательно блия- ет на процессы политурообразования на поверхности скольжения кольца или коллектора, вызывая повышенный износ щеток, кольца или коллектора.

Известен способ изготовления металло- графитовых щеток из композиции, содержащей металлическую составляющую на основе медного порошка и углеродистый компонент, включающий графит и связующее, в котором 10-80 мас.% графита и 20-90 мас.% связующего объединены в гранулы 3.

Недостатки такого способа выражаются в низкой стабильности физико-механических характеристик и размеров щеток в эксплуатации из-за наличия так называемого разбухания щеток, что сопровождается зависанием щеток в щеткодержателях, приводящим к разрушению щеток и к аварийному состоянию узла токосъема, Кроме того, в условиях воздействия на данные щетки вибрационных и ударных нагрузок необеспечи- вается удовлетворительная коммутация, что сопровождается снижением износостойкости, нарушением процесса политурообразования, возрастанием электрических и механических потерь в контакте.

Целью изобретения является улучшение физико-механических характеристик щеток.

Цель достигается тем, что по способу изготовления металлографитрвых щеток, включающему смешение медного порошка и углеродистого компонента, содержащего предварительно размолотые натуральный трафит, графитированный материал и связующее, в качестве связующего выбран высокотемпературный каменноугольный пек с температурой размягчения 120-145°С, перед смешением медного порошка и углеро- дистого компонента составляющие ингредиенты последнего размалывают в вибромельнице так, что отношение среднего диаметра частиц медного порошка к среднему диаметру частиц углеродистого компонента составляет 1,3-2,2, а соотношение ингредиентов углеродистого компонента вьгбраио соответственно в мас.% г

Натуральный графит .10-70

Графитированный материал 1С-70 Высокотемпературный

каменноугольный пек с температурой размягчения 120-145°СОстальное

Существенными отличиями являются

применение в качестве связующего высокотемпературного каменноугольного пека с температурой размягчения 120-145°С, подготовка углеродистого компонента в вибромельнице, соотношение ингредиентов в

0 углеродистом компоненте, определенное отношение среднего диаметра частиц медного порошка к среднему диаметру частиц углеродистого компонента.

В процессе подготовки углеродистого

5 компонента в вибромельнице происходит существенная стабилизация гранулометрического состава натурального графита, графитированного материала и связующего, снижается количество частиц размерами

0 более 45 мкм и увеличивается содержание мелкой фракции частиц, размерами менее 45 мкм. При этом за счет разрушения связей в частицах графита, графитированного материала и связующего существен но воз5 растают адгезионная способность тонкриз- мельченных частиц, их способность образовывать достаточно прочное сцепление с поверхностью металлических частиц, в результате чего улучшаются процессы

0 смешения и гомогенизации тонкодисперсных порошков углеродистого компонента с медным порошком, стабилизация и улучшение физико-механических характеристик щеток. :; V.

5 По результатам выполненных исследований в известных способах отношение среднего диаметра частиц медного порошка .к среднему диаметру частиц углеродистого компонента по результатам оценки: их

0 удельных поверхностей составляет 0,9-1,2, В предлагаемом способе путем подготовки углеродистого компонента, состоящего из натурального графита, графитированного материала и высокотемпературного пека в

5 вибромельнице за счет получения тонкодисперсных порошков углеродистого компонента данное отношение составляет 1,3-2,2. При отношениях; выходящих за указанные пределы, ухудшаются физико-меха0 нические характеристики щеток,

При меньших отношениях увеличивается количество крупных частоц размером 6cuiee 45 I мкм, происходи неравномерное распределение углеродистого компонента в композиции,

5 дестабилизируются процессы политурообразования, что способствует повышению износа щеток и приводит к пилообразной выработке кольца или коллектора.

При больших отношениях затрудняются процессы распределения частиц углеродистого компонента в композиции из-за их сегрегации, что приводит к нестабильности износа щеток и к возрастанию коэффициента трения.

При оптимальных отношениях (1,3-2,2) происходят равномерное распределение частиц углеродистого компонента в композиции и равномерная его поставка в зону контакта в виде твердой смазки, что позволяет создавать на поверхности скольжения кольца.или коллектора устойчивую политуру и улучшить физико-механические характеристики щеток.

Углеродистый компонент содержит определенное количество входящих в негоин- градиентов. При содержании натурального графита ниже указанного значения, а графитированного материала выше предлагаемого предела затрудняется прессование г композиции и в готовых щетках появляются трещины. При содержании натурального графита выше предлагаемого предела, а графитированного материала ниже указанного значения ухудшается политурообразо- вэние и увеличивается выработка кольца или коллектора.

П р и м е р 1.

Подготовку углеродистого компонента, содержащего из 40 мас.% натурального гра- фита марки ЭУТ-П с содержанием частиц размером менее 45 мкм 82 мас.%, 40 мае. % размолотого предварительно графитированного материала ЭГ75 с мономодально- пориетой структурой с содержанием частиц размером менее 63 мкм 72 мае. % и 20 мае. % высокотемпературного каменноугольного пека с температурой размягчения 120- 145°С. предварительно размолотого на мо- лотковой дробилке ДМЗОО, осуществляли в, вибромельнице М400-1.5. Определение среднего диаметра частиц подготовленного углеродистого компонента, а также частиц медного порошка производили по результа- там измерения удельной поверхности час- тиц на приборе ПСХ-2. Регулирование отношения среднего диаметра частиц медного порошка к среднему диаметру частиц углеродистого компонента осуществляли за счёт изменения среднего диаметра частиц углеродистого компонента при его подго- товке в вибромельнице путем изменения. продолжительности размола смеси графита, графитированного материала и высоко- температурного пека.1 При времени работы вибромельницы 15 мин отношение средне- го диаметра частиц медного порошка к среднему диаметру частиц углеродистого наполнителя составило 1.2 (щетка 1), при 20 Мин - 1,3 (щетка 2), при 25 мин - 1,7 (щетка

3), при 30 мин - 2,2 (щетка 4), при 45 мин - 2,3 (щетка 5).

Полученную массу углеродистого компонента в количестве 60 мас.% загружали в смеситель 3/1200, после чего загружали медный порошок ПМС-1 с содержанием 74 мае. % частиц размером менее 45 мкм и производили смешение без подогрева в течение 3 ч. После этого массу выгружали. Композицию просеивали через сетку 045 и прессовали при удельном давлении 260 МПа с кажущейся плотностью блоков 2,6- 3,2 г/см3. Спрессованные блоки упаковывали в металлические контейнеры с угольной засыпкой и гобжигали в 14-камерной печи по графику ТГ-07 до температуры 900 ± 10рСс выдержкой в течение 3 ч. Из заготовок изготавливали образцы и щетки для проведения испытаний..

П р и м е р 2.

; По технологии примера щетка 3) изготавливали композиции с дозированием углеродистого компонента и медного порошка, взятых в соотношении 60:40, Количество натурального графита, графитированного материала и высокотемпературного пека варьировали в соотношениях: 75:5:20. (щетка б), 70:10:20 (щетка 7), 10:70:20 (щетка 8), 5:75:20 (щетка 9).

Изготовленные по примерам 1 и 2 образцы и щетки подвергали испытаниям. В образцах определяли удельное электросопротивление по ГОСТ 9506.4-74, твердость Н 7,9/15 по ГОСТ 9506.3-74. Испытания щеток производили на установке с короткозамкну- тым коллектором типа КЗК-280 по ГОСТ 9506.7-74.

По результатам измерений определялись средние значения, среднеквадратичные отклонения и коэффициенты вариации значений износа как отношение среднеквадратичного отклонения к среднему значению износа. Коэффициент вариации определялся е %. По значениям коэффициента вариации судили о стабильности и улучшении характеристик, щеток. После испытаний на КЗК-280 и вибростенде производилась оценка состояния щеток и коллектора.,

Результаты испытаний образцов и щеток, изготовленных из известных и предлагаемых композиций, представлены в таблице.

Как еледуегиз представленных результатов испытаний, при использовании предлагаемой композиции взамен известной достигаются следующие преимущества: улучшаются физико-механические характеристики щеток - удельное электросопротивление, твердость, износостойкость,

коэффициент трения: износ щеток на установке с короткозамкнутым коллектором и на двигателях, установленных на вибростенде, снижается в 1,2-1,7 раза, коэффициент тре-1 ния уменьшается на 19-38%; происходит 5 стабилизация физико-механических характеристик: коэффициент вариации значений - удельного электросопротивления уменьшается, разброс значений падения напряжения на пару щеток снижается; улучшается 10 состояние коллектора при работе щеток, снижается выработка коллектора, стабили- зируются процессы политурообразовэния.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я15

Способ .изготовления металлогрзфито- вых щеток, включающий смешение медного порошка и углеродистого компонента, содержащего предварительно размолотые натуральный графит, графитированный 20

материал и связующее, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения физико-механических характеристик щеток,.в качестве свя зующего выбран высокотемпературный каменноугольный пек с температурой размягчения 120-145 -С, перед смешением медного порошка и углеродистого компонента, составляющие ингредиенты последнего размалывают в вибромельнице так, что отношение среднего диаметра частиц медного порошка к среднему диаметру частиц углеродистого компонента составляют 1.3- 2,2, а отношение ингредиентов углеродистого компонента выбрано в мас.%:

Натуральный графит Графитированный материал Высокотемпературный каменноугольный пек с температурой размягчения 120И45°С

10-70 10-70

Остальное

Изобретение относится к электротехнике и касается металлографитных щеток электрических машин. Цель изобретения - улучшение физико-механических характеристик щеток. В данной композиции в отличие от известных. содержащих металлическую составляющую на основе медного порошка и углеродистый компонент, включающий натуральный графит, графитированный материал и связующее, в качестве связующего используют каменноугольный пек с температурой размягчения 120-145°С. Подготовку углеродистого компонента осуществляют в вибромельнице при определенном соотношении ингредиентов, причем отношение среднего диаметра частиц медного порошка к среднему диаметру частиц углеродистого компонента составляет 1,3-2,2. 1 табл.

Предлагаемая: Пример 1: четка 1

ка) коллектора ...

27,6 1.7-2.0 0.23 Политура неустойчивей

25,1 1,8-1,90,20 Удовлетворительное

20, 1.9-1.9 i,j8 Ton 23. 1,9-2,10,21 То : .;

28,0 1,7-2,20,22 Трещинм на

контактной поверхности

цетох