Файл: Лившиц, П. С. Скользящий контакт электрических машин (свойства, характеристики, эксплуатация).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 97
Скачиваний: 1
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
4- |
|
Значения |
угловых |
коэффициентов |
D и свободных |
членов G |
||||
|
в уравнении фрикционной |
характеристики |
|
|||||
|
|
электрощеточных материалов |
|
|
||||
Марка |
С |
D |
Марка |
с |
D |
Марка |
с |
D |
материала |
материала |
материала |
||||||
гз |
0,25 |
0,005 |
611М |
0,21 |
0,004 |
МГ2 |
0,23 |
0,004 |
ЭГ2А |
0,21 |
0,003 |
M l |
0,23 |
0,004 |
МГ4 |
0,21 |
0,004 |
ЭГ4 |
0,20 |
0,003 |
м з |
0,20 |
0,003 |
МГ64 |
0,22 |
0,004 |
ЭГ8 |
0,22 |
0,005 |
Мб |
0,19 |
0,003 |
МГС5 |
0,21 |
0,004 |
ЭГ14 |
0,23 |
0,005 |
М20 |
0,20 |
0,003 |
|
|
|
ЭГ74 |
0,26 |
0,006 |
МГ |
0,22 |
0,004 |
|
|
|
Закономерности изменения коэффициента трения ц в зависи
мости от плотности тока |
и удельного давления на электрощетки р |
при разном направлении |
проходящего через них тока изучались |
рядом исследователей. Одним из первых авторов, осветивших этот вопрос, является инж. Ю. В. Буткевич [Л. 4-1]. Выполненные им во Всесоюзном электротехническом институте эксперименты дали результат, изображенный на рис. 4-2 [для разных материалов элекгрощеток: графитного (а), металлографитного (б), угольно-графи
тового |
(е) и угольного ( г и б ) |
использовалось контактное |
кольцо |
||||||||
из латуни при окружной скорости |
у =10 м/с] (на позициях |
в, г и д |
|||||||||
сплошные линии относятся к анодно-поляризованным, |
а |
пунктир |
|||||||||
ные — к |
катодно-поляризованным |
электрощеткам). |
Показанные |
||||||||
здесь графики свидетельствуют |
о том, что рассматриваемые |
законо |
|||||||||
мерности для различных марок электрощеточных материалов |
явля |
||||||||||
ются |
различными. |
Так, в |
случае |
электрощеточных |
материалов I |
||||||
и I I I классов, определяемых в |
табл. 1-2, |
значение |
ц от плотности |
||||||||
тока в контакте совершенно не зависит. Положение |
существенно |
||||||||||
изменяется в случае, когда электрощетки изготовлены |
из |
материа |
|||||||||
лов |
I I класса. В последнем |
случае |
ток проявляет себя |
как |
смазы |
||||||
вающее |
вещество, |
снижая |
\i. |
Подобный |
результат |
в |
свое |
время |
|||
был объяснен повышенным искрением твердых электрощеток и вызванным этим увеличением скорости их изнашивания. В резуль
тате |
в зоне |
контакта появляется |
значительное |
количество |
продук |
|||||
тов износа электрощеточного материала, которые |
преобразуют ре |
|||||||||
жим |
его работы, заменяя |
трение |
скольжения |
|
трением |
качения. |
||||
Приведенное |
объяснение |
было |
опубликовано |
Ю. В. |
Буткевичем |
|||||
в |
1928 г. Оно является, по сути |
дела, предшественником |
теории |
|||||||
Р. |
Мейера, |
которая связывает с |
присутствием |
в |
зоне |
скользящего |
||||
контакта продуктов износа электрощеток наряду с характеристикой 2AU и характеристику и. [Л. 3-3].
Взгляды Ю. Буткевича и Р. Мейера по вопросу о влиянии па раметра j на \х не разделяются И. Ланкастером и И. Стенлеем. Последние авторы объясняют рассматриваемое влияние специфи ческими свойствами порошковых материалов и считают, что умень шение [г протекает одновременно с уменьшением переходного со противления нагружаемых током контактов. Оба явления связаны с окислением контактирующих поверхностей и вызываемым этим окислением снижением размеров реальной площади контакта при
53
0,25
0,20
0,15
0,20 * n
0
0,15 и ^
п
—о '
0,10О 5
НБ = 10
р=10С ГПа
100 - о
|
500>~ |
|
р=400ГПа> |
|
j |
5 |
15Д/см2 |
пр=100ГПа
р=гоо
\
\
ъоо 40о
|
> / о |
|
/ о |
|
о— |
О |
|
0 |
|
|
|
о |
|
|
|
A |
J |
|
' |
|
р =500ГПа. |
|||
|
|
|
J |
|
.10 |
|
15 |
А/см? |
|
а ) 0,20 |
|
|
|
|
|
|
с- |
°~ |
|
|
0,15 |
|
ч |
|
|
|
|
1 |
^ |
"в =65
0,10
0,15 |
|
|
|
|
р = 100ГПа |
200 |
|
|
/ |
/ п о— |
|
0,10 |
|
р |
|
р=Ш ГПа/ |
|||
|
|||
|
о-\ |
7*1 |
|
0,05 |
5 |
|
1 о
р = 4СОГПа
О
I |
N •500 |
^400
J.00
-100
'ЮОГПа.
1 7
|
j |
|
|
|
10 |
15А/см2 |
|
|
|
б ' |
0,20 |
р=400 |
/77а |
|
|
|
|
||
|
—- |
|
о |
J |
|
|
|
" |
|
|
.о-""" " |
. - А |
/00 |
|
|
0,15 |
200 |
|
|
|
400 |
200 |
|
|
|
|
|
/
"в'50
0,10
10 |
15 А/см? |
5 |
10^ |
15 А/см* |
Рис. 4-2. Изменение коэффициента трения в зависимости |
от плотности тока при различных значениях удельно |
го давления на |
электрощетки. |
одновременном возрастании числа индивидуальных площадок кон такта. Определенная роль отводится также и температуре нагрева контактной зоны [Л. 4-2].
Влияние удельного давления оказывается ощутимым для гра фитных и угольно-графитных электрощеток во всем диапазоне из
менения / и для угольных электрощеток |
при />0. |
При |
холостом |
||||
ходе |
(/ = 0) |
в последнем |
случае |
кривые |
исходят |
почти |
из одной |
точки, |
т. е. |
параметр /; |
на ц |
влияния |
не оказывает. |
Последнее |
|
положение распространяется также и на медно-графитные компо
зиции. |
|
Описываемые |
закономерности |
Ю. В. |
Буткевич |
объясняет |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,3. |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
J |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
32 Д/см? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) |
|
Рис. 4-3. Изменение коэффициента |
|
|
|
||||||||
трения |
|
в |
зависимости |
от |
плотности |
Q 32 |
|
|
|||
тока |
при |
работе |
электрощеток |
на |
д^^ |
|
|
||||
коллекторах |
из |
разных |
материалов |
|
|
||||||
[Л. |
3-8] |
и |
разных марок щеток. |
' |
|
|
|||||
а — ЭГ4; |
б — ЭГ2А; |
в — ЭГ74; |
/ — на |
кол |
0,16 |
|
|
||||
лекторе |
из |
меди марки |
Ml; |
2 — на |
кол- |
16 |
32Д/смг |
||||
лекторах |
из |
того |
же |
материала, что и |
|
||||||
|
|
|
|
электрощетки. |
|
|
|
б) |
|
||
теми |
же причинами, |
что и воздействием / |
на р.: по мере |
повышения |
р у |
электрощеток |
из мягких материалов |
(графитных |
и угольно- |
графитных) увеличивается количество продуктов износа в зоне контакта и работа последнего переходит из режима трения сколь жения в режим трения качения. У электрощеток, изготовленных из
твердых |
материалов (угольных и медно-графитных) |
возрастание |
р |
отмечаемого изменения режима трения в контакте |
не вызывает. |
||
Малые |
значения р вызывают соответственно и меньшие значения |
р.. |
|
Описанная на рис. 4-2,а, б, в обратно пропорциональная зави симость между р. и р является характерной для большинства пар трения, образованных металлами, сплавами, текстильными материа лами и др. ;[Л. 4-3]. По современным воззрениям она объясняется тем, что площадь фактического контакта возрастает медленнее, чем прилагаемая нагрузка. Показанная на рис. 4-2,г и д прямо пропор циональная связь между рассматриваемыми характеристиками удов летворительного объяснения пока не получила.
Графики на рис. 4-2,в, г и д содержат дополнительную инфор мацию о влиянии направления тока в скользящем контакте на ве личину \i. При прохождении тока от электрощетки к кольцу (т. е. под анодно-поляризованной электрощеткой) ц оказываются всегда меньшими, чем под катодно-поляризованной электрощеткой, причем
55
во всех случаях с ростом / наблюдается снижение \i. Коэффициент
трения |
под электрощеткой-катодом, |
удовлетворяя |
неравенству |
|
ц _ > д + , |
при возрастании тока может изменяться по-разному: сни |
|||
жаться |
(рис. 4-2,s), или оставаться постоянным |
(рис. |
4-2,г), или |
|
возрастать (рис. 4-2,6). |
|
|
|
|
Неравенство ц,_>ц+ находит свое объяснение в различии со |
||||
стояния |
поверхностей скольжения под |
различным |
образом поляри |
|
зованными электрощетками. Металлическая поверхность под элек трощеткой-катодом всегда более шероховата. Физика явлений;
изображенных |
на рис. |
4-2,г |
и д |
под |
катодно-поляризованными |
||||
|
|
|
|
|
А |
л |
|
ш |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Компоненты |
П°/п |
»- |
Графит |
100% |
. |
гоафит - с |
0°, "ol |
||
состава |
100% |
Медь |
-* |
0%\—'*- С ажа |
100%\ |
||||
Группы (подклассы) |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
материалов |
~ s ^ ~ |
г |
Д |
Л |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|||||
Классы |
|
|
|
Третий(И ) |
|
Второй.to) |
/ , |
||
материалов |
|
ПерВый |
(1) |
|
|
|
Четвертый. |
(Ш)_ |
|
Рис. 4-4. График зависимости номинального значения коэффициента трения от состава электрощеточных материалов.
Условия испытаний: материал коллектора — медь; окружная скорость 15 м/с; плотность тока и удельное давление по ГОСТ 2332-63.
электрощетками, связана с природой угольных материалов. Введение
в |
состав электрощетки графита устраняет отмечаемую |
особенность |
в |
изменении характеристики ц = ф(;') (рис. 4-2,s). |
|
|
Отмеченная на некоторых графиках рис. 4-2 связь |
между осо |
бенностями изменения коэффициента трения и природой электро
щеточных |
материалов далеко |
не |
исчерпывает |
вопроса |
|
о |
влиянии |
|||||||||
на |
коэффициент |
трения |
контактирующих |
элементов. |
Относящиеся |
|||||||||||
к этому |
|
вопросу дополнительные |
сведения |
приведены |
|
на рис. 4-3 |
||||||||||
и |
4-4. |
На первом |
из |
них |
показано, |
как |
изменяется |
\i при |
||||||||
работе |
электрографитированных |
электрощеток |
на |
коллекторе, |
из |
|||||||||||
меди и из тех же материалов, |
из которых |
изготовлены |
электрощет |
|||||||||||||
ки. |
Оказалось, |
что, |
как |
и в |
общей теории |
трения, |
значения |
ц |
||||||||
для |
пары из одноименных материалов являются |
более |
высокими, |
|||||||||||||
чем при разноименных. На рис. 4-4 показана |
общая |
закономерность |
||||||||||||||
изменения |
значений |
ц для электрощеточных |
материалов |
различного |
||||||||||||
состава, работающих на медном коллекторе. Если отвлечься от некоторого крайне незначительного рассеивания экспериментальных точек, то можно заключить, что для всего возможного интервала изменений состава порошковых композиций значения ц остаются практически постоянными. Оценивая подобный результат, следует иметь в виду одну особенность, связанную с методикой экспери ментального определения значений коэффициента трения. Упомяну тая особенность состоит в том, что при проведении соответствую щих испытаний контактирующие элементы нагружены током. Вели чина тока выбирается так, чтобы удельная токовая нагрузка на 56
единицу площади контакта |
соответствовала |
номинальной для дан |
|
ного контактного материала плотности тока |
/„. Для |
порошковых |
|
контактных материалов IV |
класса и для |
материалов |
группы Д |
I класса номинальные плотности тока являются практически оди наковыми. По мере перехода к материалам, расположенным в левой части оси абсцисс рис. 4-4, т. е. по мере перехода к материалам, содержащим в своем составе все большее количество меди, номи нальные плотности тока возрастают. Последнее обстоятельство, как это следует из рис. 4-2, приводит к снижению значений и. В ре зультате общий характер зависимости коэффициента трения от состава порошковых композиций при их использовании в реальных условиях эксплуатации, т. е. при номинальной токовой нагрузке, оказывается таким, как это показано на рис. 4-4.
Наблюдаемое в ряде случаев влияние плотности тока на вели чину р, связано, как отмечалось в [Л. 4-1], с температурными явле ниями в зоне контакта. График, описывающий зависимость и, от
температуры Т, имеет г-образный вид. |
Левая восходящая |
ветвь |
||||||||
этого |
графика |
располагается в |
области |
изменения температуры от |
||||||
30 до |
70 °С. |
В области |
70°<7'<90°С |
происходит |
резкое, |
почти |
||||
трехкратное снижение значения и,. При |
изменении Т от 90 до |
110°С |
||||||||
величина |
р, сохраняется |
постоянной, |
при Г = 1 5 0 ° С |
и более |
снова |
|||||
начинает |
возрастать. Описанный |
вид |
кривой |
ц = }(Т), |
относящейся |
|||||
к электрографитированным электрощеткам, работающим на |
нагре |
|||||||||
том медном коллекторе, впервые |
был получен |
С. В. Глассом в 1937 г. |
||||||||
(Л. 4-4]. Более поздние опыты И. Стенлея для аналогичных мате
риалов |
контактной |
пары подтвердили описанный характер измене |
||
ния |
и. на участке |
изменения температуры до 65 °С, но при дальней |
||
шем |
повышении Т |
этот автор наблюдал снижение р, до |
минимума, |
|
который |
наступал |
при 7"=155°С. Уменьшение ц при |
Г > 1 1 0 ° С |
|
объяснялось образованием окисных чешуек графита на поверхности
меди, которые снижают сопротивление сразу |
на поверхности |
раздела |
|||||
окисной пленки и меди {Л. 4-5]. Р. Мейер в |
своих работах |
отрицает |
|||||
наличие |
существенных изменений |
значений |
р, |
при |
температурах |
||
до 100°С. |
|
|
|
|
|
|
|
Разнообразие описываемых |
взглядов на |
характер |
зависимости |
||||
H = F(T) |
нашло себе объяснение |
в |
работе |
[Л. |
4-6], |
где |
показано, |
что при малом содержании влаги в атмосфере справедливы законо
мерности, описанные Глассом. Когда |
это содержание повышается |
до 13 г/см3 , становится справедливым |
вывод Р. Мейера. |
Коэффициент трения, возникающий при совместной работе элементов электрического скользяще"о контакта, не остается без различным к изменению состояния окружающей среды, причем это состояние может определяться механическими примесями, хи мическим составом и термодинамическими параметрами. Так, на пример, при работе электрографитированных электрощеток на мед
ном коллекторе |
при загрязнении атмосферы, |
окружающей |
контакт, |
|
значения ц изменяются |
так, как это указано в табл. 4-2. |
|
||
Аналогичные |
изменения наблюдаются при |
введении в |
атмосфе |
|
ру кремнийсодержащих |
веществ, паров хлора, кислот, красок, ски |
|||
пидара, ацетона, |
спирта и т. п. |
|
|
|
Только что описанные случаи загрязнения атмосферы химиче скими примесями (их называют контактными ядами) вызывали возрастание коэффициента трения. Значительно более сложным яв ляется комплексное воздействие химических и термодинамических факторов. Изучение влияния па рассматриваемую характеристику