Тепловой расчет компенсационной обмотки. Заволакивание коллекторов тяговых электродвигателей при изменении их температуры, страница 4

 - удельное давление на щётки;

S_щ – площадь поперечного сечения щёток;

V_к – линейная скорость коллектора.

Были проведены испытания со щётками марки ЭГ-61, ЭГ-2А. ошибки средних значений f и ΔU, для каждого десяти градусного интервала температур коллектора в диапазоне от 0 до 100 °С не превышали 8% при вероятности р=0,95. На рисунке 8.1 и рисунке 8.2  показан характер изменения падения напряжения в контакте щётка – катод – коллектор для щёток различным марок  при изменении температуры коллектора для различных плотностей тока. 

 

Характер изменения коэффициента трения щёток различных марок от температуры коллектора показан на рисунке 8.3 и рисунке 8.4

 

При рассмотрении полученных зависимостей средних значений коэффициента трения и падения напряжения в контакте от температуры коллектора установлено следующее:

- наблюдаются одновременные изменения (f) и (ΔU) обоих типов щёток при снижении (повышении) температуры коллектора t_к, что указывает на взаимосвязанные изменения условий механического взаимодействия и токоперехода в контакте, обусловленные процессами в коллекторной плёнке и при поверхностных слоях меди коллекторных пластин при колебаниях температуры коллектора;

- наиболее благоприятные условия контакта имеют место при температуре коллектора 70 – 80 °С, наиболее тяжёлые при температуре t_к=30 – 50 °С и выше 90 °С.

На рисунке 8.5 приведена зависимость изменения коэффициента трения в скользящем контакте при различном содержании влаги – φ в воздухе.

Из рисунке 8.5 видно, что в случае снижения влаги до 5,5 г/м³ наблюдается изменение коэффициента трения (f), близко к полученным в опытах на короткозамкнутом коллекторе (рисунок 8.3 и рисунок 8.4). При содержании влаги в воздухе равном 13 г/м³ коэффициент трения имеет постоянное значение в диапазоне t_к=40 – 100 °С.

На основании исследований по данным среднемесячной температуры воздуха (t_в) и относительной влажности (ψ) определено содержание влаги в воздухе на контролируемых участках обращения электровозов. В качестве примера в таблице 8.2 приведены данные для участка эксплуатации электровозов депо А (Москва).

Таблица 8.2 - Содержание влаги в воздухе на участке эксплуатации электровозов депо Москва

Параметры	Месяцы
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
tв, °С	-23	-21	-7	5,1	13	17	21	15,5	11,2	3,4	-12	-17
Ψ, %	78	74	81	68	50	63	58	69	69	67	82	78
φ, г/м3	0,7	0,8	2,3	4,7	5,4	9,9	11,1	9,3	7,2	4,3	1,7	1,1

Данные таблицы 8.2 показывают, что только в летний период эксплуатации содержание влаги в воздухе приближается к тому значению при котором возможна наиболее благоприятная работа контакта. В остальные периоды эксплуатации содержание влаги значительно ниже. Аналогичный характер изменения (φ) наблюдается и на других участках.

Полученные данные дают основание заключить, что двигатели электровозов работают в условиях, когда в результате колебания температуры окружающего воздуха периодически изменяется коэффициент трения и падение напряжения в скользящем контакте щётка – коллектор. Совместный анализ данных о средних значениях превышения температуры коллектора (τ_к), зависимостей коэффициента трения (f), падения напряжения (ΔU) в контакте от температуры коллектора, от средней температуры воздуха (t_.в) показывает, что наибольшая скорость заволакивания двигателя ТЛ-2К1 (τ_к=35,2…37,8 °С) наблюдается при  t_.в=0…-5 °С, соответствующий t_.к=30,2…37,8 °С, когда отмечаются максимальные (f) и (ΔU) в контакте.

При увеличении или снижении t_в до ±25 °С, при которых t_.к имеет значение соответственно 60,2…62 °С и 10,2…12,8 °С и снижается (f) и (ΔU), заволакивание замедляется.

Ускорение заволакивания коллекторов двигателей НБ-418К (τ_к=47,5…50,7 °С) наблюдается при температуре воздуха (t_.в), равной  -20…-10 °С, когда температура коллектора t_.к=27,5…40,7 °С. При температуре воздуха (t_.в) 15…20 °С и соответственно температуре коллекторов t_.к=62,5…75,7 °С, коэффициент трения и падение напряжения в контакте щётка – коллектор минимальные. Этой температуре воздуха соответствует наименьший сдвиг меди коллекторов.

Таким образом, рост  коэффициента трения и падения напряжения в контакте при снижении температуры коллекторов до 30…40 °С приводит к ускорению заволакивания коллекторов. Наименьший сдвиг меди ламелей наблюдается при температуре коллектора  t_.к=70…80 °С, когда f и ΔU имеют минимальные значения.

9 Система температурной стабилизации тяговых электродвигателей

Установлено, что из трёх переменных оказывающих влияние на работу скользящего контакта щётка – коллектор двигателей НБ-418К, НБ-514 электровозов переменного тока Восточно-Сибирской железной дороги (ВСЖД) – влажность воздуха (ψ), температура воздуха (t_в) и величина вертикальных ускорений (а_в), наибольшее влияние оказывает температура воздуха t_в.

Наилучшие условия работы для контакта - минимальная интенсивность затягивания меди (ω_з), износа коллекторов (ω_к), щёток (ω_щ), интенсивность возникновения круговых огней по поверхности коллектора (ω_ко) - наблюдаются в летний период времени при средней температуре окружающего воздуха  t_вср около +20 °С. Максимальные годовые интенсивности отказов (ω_з), (ω_к), (ω_щ) и (ω_ко) имеют место при  t_вср равной -25…-30 °С.