ЩЕТКА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
BRUSH FOR ELECTRIC MACHINES

Изобретение относится к электротехнике и касается щеток для электрических машин, работающих в условиях эксплуатации при значительном воздействии вибрационных и ударных нагрузок, при высоких плотностях тока в контакте, например, тяговых электродвигателей электроподвижного состава железнодорожного и городского транспорта, метрополитена и большегрузных дизель-электрических автосамосвалов.
Известен щеточный узел электрической машины, содержащий разрезную щетку с жесткой изоляционной накладкой и эластичный элемент. Накладка выполнена в виде пластины с площадкой для контакта с нажимным элементом, установлена в пазах, выполненных в щетке параллельно направлению приложения нажимного усилия и перпендикулярно эластичному элементу (авт. свид. №970526, кл. H01R 39/26, опубл. 1982 г.).
Недостатком данного щеточного узла является существенное снижение площади контакта щетки с коллектором из-за наличия паза для размещения изоляционной накладки параллельно направлению приложения нажимного усилия, что увеличивает плотность тока при работе контактного узла и приводит к возрастанию износа элементарных частей щетки.
Известна щетка для электрических машин, состоящая из разрезных по тангенциальному размеру элементарных частей, с закрепленными в них токоведущими проводами и глухими отверстиями, выполненными в верхней нерабочей части щетки, в которых запрессовкой закрепляется выступ резиновой накладки, взаимодействующей с нажимным элементом (авт. свид. №1647717, кл. H01R 39/18, опубл. 1991 г. - прототип). Верхняя часть резиновой накладки в сечении выполнена прямоугольной формы, а нижняя - в форме, по крайней мере, одного усеченного круга и посредством выступа соединена с верхней частью накладки.
Данная накладка позволяет амортизировать вибрационные и ударные нагрузки по всем направлениям и тем самым стабилизировать и снижать износ щетки и потери на трение в контакте.
Недостатком данной щетки является тот факт, что в процессе эксплуатации нажимной элемент не обеспечивает постоянного нажатия на щетку из-за плохой фиксации на ее поверхности. Кроме того, между нажимным элементом и резиновой накладкой под действием сил трения происходит смещение нажимного элемента относительно центра резиновой накладки, что ухудшает равномерность нажатия на щетку и приводит к ухудшению процесса токосъема, снижению надежности щетки и к ухудшению эксплуатационных характеристик щеток.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы щетки за счет улучшения процесса токосъема с точки зрения обеспечения безотрывного контакта и равномерного распределения тока по всей поверхности контактной части щетки, а также снижение износа щетки.
ж
н.э
ж
н.э.
Технический результат достигается тем, что в известной щетке для электрических машин, состоящей из разрезных по тангенциальному размеру элементарных частей, с закрепленными в них токоведущими проводами, глухими отверстиями, выполненными в верхней нерабочей части щетки, резиновой накладки, состоящей из прямоугольной в сечении верхней части с контактной поверхностью под нажимной элемент и нижней части, нижняя часть резиновой накладки выполнена в виде цилиндра и соединена с верхней ее частью перемычкой, на контактной поверхности верхней части резиновой накладки выполнен желоб цилиндрической формы, причем радиус желоба R и радиус нажимного элемента R. связаны соотношением R=(1,1÷1,5)R, контактная поверхность желоба покрыта антифрикционным материалом, при этом резиновая накладка размещена в аксиальном направлении между токоведущими проводами с зазором.
Предлагаемое техническое решение применимо в промышленности. Основным потребителем щеток являются тяговые электродвигатели электроподвижного состава железнодорожного транспорта.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена предлагаемая щетка, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 показаны глухие отверстия, выполненные в верхней нерабочей части щетки при снятой накладке.
ж
н.э.
ж
н.э.
Щетка 1 состоит из разрезных по тангенциальному размеру элементарных частей 2. Токоведущие провода 3 закреплены в элементарных частях 2 при помощи конопатки медным конопаточным порошком. В верхней нерабочей части щетки 1 в элементарных частях 2 выполнены глухие отверстия 4, в которых размещена соединительная резиновая накладка 5, верхняя часть которой выполнена прямоугольной формы 6, а нижняя - в форме цилиндра 7 и соединена перемычкой 8. На контактной с нажимным элементом 9 поверхности накладки 5 выполнен желоб 10. В качестве нажимного элемента 9 может быть использована, например, рулонная пружина. Для исключения смещения нажимного элемента 9 относительно накладки 5 контактная поверхность желоба 10 покрыта антифрикционным материалом 11. В качестве антифрикционного материала применяют стеклотекстолит, резиновые растворимые антифрикционные составы и суспензии. Радиус R желоба 10 и радиус R нажимного элемента 9 связаны соотношением R=(1,1÷1,5)R. Резиновая накладка 5 размещена в аксиальном направлении между токоведущими проводами 3 с зазором, что дает возможность предупредить преждевременное повреждение токоведущих проводов в месте их заделки в щетку.
Работа щетки осуществляется следующим образом. Токовая нагрузка передается каждой элементарной части 2 разрезной щетки 1 через токоведущие провода 3. Наличие желоба 10 цилиндрической формы на контактной поверхности резиновой накладки 5 обеспечивает плотное прижатие нажимным элементом 9 элементарных частей щетки 2 к стенкам обоймы щеткодержателя (на чертеже не показано), обеспечивая безотрывный контакт, а также равномерное распределение тока по всей поверхности контактной части 1.
Известные (по прототипу) и предлагаемые щетки подвергали испытаниям на тяговых электродвигателях электропоезда ЭД4М в локомотивном депо Перерва Московской железной дороги филиала ОАО «РЖД». Результаты испытаний представлены в таблице.
Как следует из анализа результатов испытаний, представленных в таблице, применение предложенной щетки (примеры 1-3) по сравнению с прототипом позволяет обеспечить постоянное нажатие на щетку за счет хорошей фиксации нажимного элемента, снижение износа и коэффициента трения щеток, что в целом улучшает процесс токосъема и состояние щеточно-коллекторного узла.
ж
н.э.
ж
н.э.
ж
н.э.
При изменении соотношения R=(1,1÷1,5)R эффективность эксплуатации щетки снижается. При R:R<1,1 (пример 4) ухудшается скольжение рулонной пружины относительно желоба, что приводит к неравномерности нажимного усилия на щетку и к нарушению режима работы щетки; при R:R>1,5 (пример 5) - нарушается фиксация рулонной пружины, которая в эксплуатации приводит к перекосу щетки, вследствие чего щетка контактирует не всей своей поверхностью, что приводит к увеличению износа щеток и коэффициента трения. При отсутствии антифрикционного материала на поверхности желоба накладки (пример 6) происходит смещение рулонной пружины и, вследствие этого, происходит ухудшение работы щеток.