УСТАНОВКА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ УГЛЕРОДНОГО СЛОЯ НА КОЛЛЕКТОРЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Полезная модель относится к разделу машиностроения, в частности к технологии ремонта коллекторных электрических машин.
В практике ремонтного производства существует необходимость в ремонте коллекторной электрической машины (ЭМ), которая состоит из остова, якоря, главных и дополнительных полюсов, компенсационной обмотки.
Область применения - ремонтные предприятия коллекторных электрических машин и железнодорожные ремонтные локомотивные депо.
Наиболее близкой к конструкции предлагаемого устройства является известная конструкция электроискрового легирования [1, 2].
Установка электроискрового легирования (ЭИЛ) для формирования упрочненного слоя стальных деталей работает следующим образом.
-6
-3
Формирование упрочненного слоя происходит в результате сложных плазмохимических, теплофизических и механотермических процессов, реализуемых на микролокальных участках воздействия единичного искрового разряда. При сближении легирующего электрода с упрочняемой поверхностью на определенном расстоянии происходит искровой разряд длительностью 10-10 с. В результате на поверхностях анода и катода образуются локальные очаги плавления и испарения, вызывающие их электрическую эрозию и взаимный массоперенос. Благодаря полярному эффекту, связанному с преимущественным переносом эродируемого материала анода на катод, на поверхности последнего формируется тонкое покрытие с определенными физико-химическими и механическими свойствами. Параллельно действующее импульсное тепловое воздействие вызывает гамму механотермических процессов, приводящих поверхностные слои электродов в сложнонапряженное состояние вплоть до их пластической деформации и хрупкого разрушения. Поскольку электроды при искровом разряде находятся между собой в кинематической связи, вслед за осажденными частицами упрочняемая поверхность подвергается ударно-вибрационному воздействию. В течение каждого акта контактного взаимодействия между электродами образуются и тут же разрушаются микролокальные мостики сварки, вызывающие дополнительную к механическому воздействию пластическую деформацию упрочняемых поверхностных слоев. Энергетическое воздействие высокой концентрации стимулирует протекание сопутствующих электроискровому легированию микрометаллургических процессов, в частности термохимических, газодинамических и диффузионных.
Упрочненная поверхность, сформированная электроискровым легированием, представляет новую композиционную структуру, которую в общем случае можно представить следующим образом. Самый верхний слой представляет пленку из материала анода, модифицированного элементами материала катода и межэлектродной среды, лежащего на поверхности в виде отдельных «островков», сплошность которых зависит от режимов упрочнения, материала анода и времени обработки.
Упрочнение происходит за счет следующих процессов:
1) За счет осаждения на поверхности катода материала противоположного электрода (анода). Наибольший эффект - при использовании материала легирующего электрода с высокой твердостью.
2) За счет диффузии материала анода в катод и образования растворов, смесей, химических соединений. Происходит насыщение поверхности оксидами, нитридами, а также образование на поверхности метастабильных фаз с очень мелким зерном.
1
2
3) За счет образования зоны взаимной кристаллизации Me и Ме и неравновесных структур, фаз, а также мелкозернистой структуры.
Несмотря на то, что метод ЭИЛ используется для упрочнения поверхностных слоев стальных деталей, конструкция имеет ряд недостатков:
- использование токарного станка с изолированными кулачковым патроном и задней бабкой;
- наличие вращающегося электрода;
- сложная следящая система.
Все эти недостатки увеличивают металлоемкость, и установка не может быть использована для процесса формирования углеродного слоя коллекторных пластин.
Целью полезной модели является уменьшение металлоемкости и повышение физико-механических свойств коллекторных пластин и повышение (увеличение) ресурса ЭМ.
Предлагаемая конструкция установки имеет преимущественные отличия по сравнению с аналогичными установками, разработанными ранее [1, 2]:
- установка для формирования углеродного слоя на коллекторе электрической машины состоит из опорной рамы, на которой располагается якорь ЭМ и механизм его поворота (электродвигатель и червячный редуктор);
- в качестве углеродного электрода используется электрографитовая щетка марки ЭГ-61;
Суть конструкции заключается в том, что происходит формирование углеродного слоя коллекторных пластин за счет подачи импульсов тока с генератора импульсов на вращающийся якорь ЭМ через углеродные электроды.
Конструкция универсальна и предназначена для любых коллекторных электрических машин.
Установка (фиг.1) представляет собой рамную конструкцию, на которой устанавливаются роликовые опоры 7 с двух сторон. На роликовые опоры устанавливается якорь 1, приводимый во вращение от электродвигателя 9 через муфту 10, червячный редуктор 11 и ременную передачу 12. Связь ременной передачи с якорем осуществляется через переходной опорный стакан 6, сочлененным с валом якоря 5. Напряжение с генератора импульсов 8 подается на углеродные электроды 3, закрепленный на изолирующей штанге 4.
Перед началом работы по формированию углеродного слоя, коллектор 2 якоря обтачивается, осуществляется продорожка коллекторных пластин, и закрепляются переходные опорные стаканы на валу якоря с обеих сторон.
Опорный стакан с противоположной стороны коллектора имеет шкив 13, который впоследствии соединяется с червячным редуктором посредством ременной передачи. Редуктор в свою очередь через эластичную муфту соединен с валом электродвигателя.
С помощью лебедки якорь монтируется на установку. Опорными стаканами якорь устанавливается на жестко закрепленные роликовые опоры, обеспечивающие его плавное вращение. Изолирующая штанга с жесткой опорой располагаются над коллектором с закрепленными углеродными электродами, прижатыми к коллекторным пластинам с усилием 1Н. Далее включается механизм поворота якоря и генератор импульсов. На углеродные электроды подается напряжение 1500 В от генератора импульсов с частотой ν=3-5 Гц и якорь начинает вращаться. Происходит процесс формирования углеродного слоя. После окончания формирования углеродного слоя генератор импульсов и механизм поворота выключается. Демонтируются углеродные электроды и ременная передача. Якорь с помощью лебедки поднимается, переходные опорные стаканы снимаются, и транспортируются на позицию сборки.
Список использованных источников
1. Верхотуров А.Д. Формирование поверхностного слоя металлов при электроискровом легировании / А.Д.Верхотуров - Владивосток: Даль-наука. - 1995. - 323 с.
2. Верхотуров А.Д. Технология электроискрового легирования металлических поверхностей / А.Д.Верхотуров, И.М.Муха. - Киев: Техника, 1988. - 181 с.