Конопаточный порошок для крепления токоведущего провода к щетке электрических машин Советский патент 1982 года по МПК H01R39/20 

CS) КОНОПАТОЧНЫЙ ПОРОШОК ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ТОКОВЕДУЩЕГС

. :t , ,.: : : Изобретение относится к электротехнике и касается конопаточного п6рсника, используемого для крепления токоведущего провода к щетке электрических машин, преимущественно работающих в условиях повышенных пусковых токов при наличии высокого уровня вибраций и повышенной влажности окружающей среды, например тяговых электрических машин.

Известен кЬнопаточный порошок для крепления токоведущего провода к щетке электрических машин подобного типа, состоящий из медного порошка с размером частиц преимущественно 5-бЗО мкм, который получают спеканием мелкозернистого медного порошка в среде водорода, либо из медного посеребренного порошка с аналогичными размерами частиц и содержанием серебра вес.. 1.

Известные конопаточные порошки обладают рядом недостатком в случае ПРОВОДА К 1ДЕТКЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ MAJMH

их использования для щеток, работающих на электрических машинах в указанных выше условиях. Так например, при использовании медного конопаточного порошка, имеющего преимущественно размеры частиц 5-бЗО мкм, при которых наиболее эффективно проявляются такие ствойства как ковкость и высокая скорость заполнения конОпаточного отверстия при отсутствии

10 обрыва стренг токоведущего провода, опрессованный в результате конопатки порошок имеет крупные поры, через которые в процессе эксплуатации щеток осуществляется подсос воздуха

ts и интенсивное окисление контактирующих поверхностей порошка, что приводит к резкому возрастанию переходного электросопротивления между токоведущим проводом и щеткой и, как

20 следствие, к значительному снижению прочности крепления. Менее выражен этот эфОект у медных посеребренных конопаточных порошков, однако они имеют высокую стоимс сть и остродефицитны. Известен конопаточиый порошок на основе смеси меди ( вес.;) и графита (60-90 вес.)2. Однако указанный порошок не обладает необходимой вибростойксстью и стойкостью к большим токовым и термическим перегрузкам, характерным для работы таких машин как тяго вые двигатели. Крепление провода пр использовании такого конопатомного порошка без последующей термообработки не обладает необходимой вибро стойкостью из-за плохой адгезии гра фита к меди и щелочному материалу. В результате этого в эксплуатации на тяговых двигателях от действия вибрационных нагрузок происходит разупрочнение узла крепления.приводящее к выпаду токоведущего прово При использовании конопатомного порошка с последующей высокотемпературной термообработкой в спеченном конопаточном порошке образуется угл

род-медная матрица. Это не пригодно для конопатки пропитанных щеток,так как при термообработке пропитка выгорает и ухудшаются характеристики щеток. Кроме того, вследствие большой разницы в коэффициентах линейного расширения этих материалов при многократных циклах быстрого нагрева из-за высоких пусковых токовых, а следовательно, и термических перегрузок происходит постепенное ослабление прочности крепления проводов, часто приводящее к разрушению не только крепления, но и самой щетки, в месте заделки.

Известен также медный конопаточный порошок, частицы крторого покрыты металлами (не-более 5 весД), например никелем. Покрытие защищает частицы медного порошка от окисления при протекании через конопаточный узел тока З.

Известный конопаточный порошок имеет существенные недостатки ,так как электропроводность никеля значительно меньше, чем меди и значение переходного электросопротивления между токоведущим проводом и телом щетки очень высоко. Зто объясняется тем, что при конопатке токоведущего провода никелевое покрытие не разрушается, так как обладает очень прочной адгезионней связью с медной основой, В результате этого

Цель изобретения - снижение переходного электросопротивления между токоведущим проводом и щеткой, повышение его стабильности, а также повышение прочности крепления при хранении и в эксплуатации.

Указанная цель достигается за счет того, что в конопаточном порошке для крепления токоведущего провода к щетке, содержащем медный порошок, не менее 57 вес.% частиц которого имеют размеры ifS-SSO мкм, и никель, последний берут Б виде порошка, не менее 80-100% частиц которого имеют размеры. 0,1-10 мкм, при следующем соотношении компонентов, вес.: Медный порошок 60-Э Никелевый лорошок В процессе смешения порошков меди и никеля происходит адгезионное воздействие между ними, в результате чего частицы никеля, обладая высокоразвитой удельной поверхностью, располагаются по поверхности более крупных, но имеющих низкую удельную поверхность частиц медного порошка. 8 процессе конопатки (механического уплотнения) крупные частицы медного порошка на границах взаимодействия освобождаются от тонкодисперсных частиц никеля благодаря разрушению механическим ноздействием адгезионных сил сцепления и еытесняют частицы никеля R поророе ппг1-т15,знство между |4 ток проходит по следующей цепи: токоведущий провод - никелевое покрытие - медь-никелевое покрытие щетка. Значение переходного электросопротивления щеток, законопаченных медным порошком с никелевым пократием, в рез выше, чем у щеток, законопаченных обычным медным порошком. Это сказывается и на увеличении тепловых потерь в конопэточном узле от действия протекающего электрического тока, что в конечном итоге приводит к ослаблению узла крепления, выпадению провода из тела щетки, а в тяжелых режимах эксплуатации к разрушению тела щетки, главным образом из-за разрушения никелевого покрытия в связи с различными коэффициентами температурного расширения меди и никеля. Кроме того, известный порошок обладает ухудшенной ковкостью и повышенной жесткостью-, что приводит к возрастанию случаев обрыва стренг провода в момент конопатки токоведущего провода. частицами меди. В результате этого пространство между токоведущим проводом и щеткой заполняется материалом, имеющим прочный электропроводный каркас из крупных медных частиц а поры между этими частицами блокированы тонкодисперсными частицами никеля. В процессе эксплуатации электропроводимость от токоведущего провода к щетке осуществляется путе мостиковой проводимости через частицы меди, а наличие в поровом пространстве частиц никеля с высоко развитой удельной поверхностью защи щает поверхность медных частиц от окисления за счет захватывания кислорода, проникающего в поры. Данное обстоятельство позволяет обеспечить высокую стабильность переходного электросопротивления и прочность крепления при хранении щеток, так ка введение никеля повышает коррозионную стойкость соединения. Наличие в конопаточном порошке крупных и мелки частиц способствует резкому увеличению прочности крепления токоведущего провода из-за возрастания прочности укладки частиц в результате конопатки. Наилучшие результаты достигаются при использовании медного порошка с размерами частиц +5-630 мкм не менее вес. и порошкообразного никеля с размерами частиц 0,110 мкм не менее 80-100 вес.. При такой компановке конопаточного порошка наилучшим образом проявляются силы адгезионного взаимодействия и способность никеля предохранять поверхность медных частиц от окисления Оптимальное соотношение компонентов в смеси: 60-9 вес. медного порошка и 6-АО вес.% порошка никеля в зависимости от условий эксплуатации. При значениях соотношений компонентов, выходящих за указанные пределы, характеристики конопаточногЪ порошка ухудшаются. При меньших значениях содержания никеля не обеспечивается защита.поверхности медного порошка от окисления, при больших резко увеличивается переходное электросопротивление между токоведущим проводом и щеткой за счет избытка порошка ни{ . 6 ккпн и ослабления мостиковой проводимости тока через частицы меди.При использовании щеток в условиях повышенной влажности необходимо увеличить содержание никеля до верхнего значения укагтнного передела. При эксплуатации в нормальных условиях количество никеля в порошке может быть уменьшено до нижнего значения указанного предела. Пример 1, 20 вес. порошка никеля, 90 вес.% частиц которого имеют размер 0,1-10 мкм и 80 вес.5 порошка меди, 98 вес.% частиц которого имеют размер мкм,смешивают в турбулентном смесителе в течение 1 ч при температуре окружающей среды. Полученным порошком конопатят щетки. Аналогично примеру 1 готовят конопаточные порошки с различными соотношениями компонентов и гранулометрич ским составом. Полученными порошками законопачивают провода сечением 2,5 и 6 щетки электрических машин. Цетки с проводом сечением 2,5 мм испытываются на тяговых двигателях электровозов ВЛбОК, сечением 6 мм - на тяговых двигателях электровозов ЧС2. Результаты испытаний щеток, законопаченных известными и предлагаемым порошками, приведены в таблице. Из данных таблицы видно,что предлагаемый конопаточный порошок позволит обеспечить снижение переходного электросопротивления и повысить прочность крепления по сравнению с известными. Предлагаемый конопаточный порошок позволит обеспечить производство транспортных щеток для локомотивов, эксплуатируемых на ПАНе и в экстремальных условиях, без применения отстродефицитного серебра. От использования предлагаемого конопатбчного порошка вместо существующего, например, только на щетках для тяговых электрических машин экономический эффект составит 33,8 руб. на 1000 конопаточных узлов, что при максимальном выпуске составит 1 млн. руб. экономии.

а

s

I

- «)

ct 3

U Ct 3 U ct о , (0 m a cone; 3 a Ш s 00 с 0. I

oo

O ОЛ

oo

oo

ЛLO

cr

un

n

«s

-Я-T

m CM

oo CM

-aГ4

О

rr 1Л

M

О -

r

-dCM

CM

en

-a9t

#.

-

ro

3 -H

02

(3 J

I

о s

00 Hj:

оо

(U ПЗ L.

+ foa

т«

HI (tJ

г K P)

5

СЭ (D

i

0) СЛ Q.

a C3

: rsl

ITl

in

u

, CM (N1

fM

II

ft S о

о. I

о

4

«k

«M

CM

CM

о

tA

.

(M

CM

VD

oo

CM

CM

r

CM oo

r

о ft

1Л

00

CO

1/Ч

oo

tn so

u

1Л

LTl

M M

о V m о

-

u

mai

оь4s

Q

r

tt

СЧ

(v-

ил LA

-:r

r

NJ

ГЛ

vO

Lr

-3tr( M

r о

3Jj

, „sp3- Z

3 о

z 00ь z z

О

та +Ш Q CD

I-ЗГ О) .-

(П -Н21

Cvl

,с; п II

Т)

О КО О сз

а сэ.

- изобретения формула Конопаточный порошок для крепления токоведущего провода к щетке электрических машин, содержащий медный порошок, не менее 97 весД частиц которого имеют размеры «S 630 мкм, и никель, отличающ и и с я тем, что, с целью снижения переходного электросопротивления и повышения его стабильности,а также повышения прочности крепления при хранении и в эксплуатации, никель содержится в виде порошка, не менее 80 весД частиц которого имею Э 1 размеры 0,1-10 мкм, при следующем соотношении компонентов,вес.;; Медный порошок бО-Э Никелевый порошок Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Бордаченков A.M. и др. Коллекторно-щеточный узел тяговых электрических машин локомотивов. М., Транспорт, с. 158, 197. 2.Авторское свидетельство СССР К 609157,кл. Н 01 R 39/36, 1978. 3.Патент СЫА Jf 2631252, кл. 310-2 9, 1957.