Проведение трех мероприятий для снижения температуры нагрева щеток МШУ–2,2–230 (Специальная часть курсовой работы)

5 Специальная часть

Как показали наши исследования у серийной МШУ–2,2–230 наблюдается повышенный нагрев щеток. У некоторых машин он достигает 200 ˚С, при допустимом кратковременном нагреве 180 ˚С. Температура нагрева щеток определяется допустимой температурой нагрева связующего который равен 150 ˚С. Превышение допустимых температур приводит к выгоранию связующего и, как следствие, катастрофическому износу щеток.

Для снижения температуры нагрева щеток возможно проведение трех мероприятий:

1.  Замена марки щетки на щетку имеющую меньшее сопротивление угольного столба;

2.  Применение продороженного коллектора, что, как показали наши исследования, позволяет снизить температуру щеток на 20-25 ˚С;

3.  Применение охлаждающей винтовой канавки на коллекторе.

В работе были проведены исследования эффективности применения винтовой охлаждающей канавки на коллекторе. В опытах использовалась серийная машина МШУ-2,2-230 у которой был применен модернизированный щеткодержатель, обеспечивающий смещение щеток по направлению вращения относительно штатного состояния на 5 мм (по коллектору), а также возможность применения смазывающей щетки, выполненной на основе дисульфида молибдена, расположенной на набегающем крае.

В опытах было использовано три серийных якоря на коллекторах, которых нарезались винтовые канавки. В процессе экспериментов проводилось варрирование числом канавок, их глубиной и давлением на токоведущие щетки. В большинстве опытов до нарезки канавок на коллекторе были сняты рабочие характеристики, замерена рабочая температура коллектора, уровень радиопомех и сняты износы щеток.

В некоторых опытах проведена оценка сочетаний двух модернизаций: канавка на коллекторе и установка смазывающей щетки.

Результаты проведенных исследований приведены в таблицах 1,2,3. Как следует из таблицы 1, изготовление винтовой канавки размером 3,5*0,5*16 на коллекторе якоря №1 приводит к некоторому снижению износа щеток (износ в среднем снижен на 20%, п.3). Однако нарезка второй канавки тех же размеров приводит к некоторому увеличению износов (п.5). Снижение давления на штатные щетки до 300 гр. приводит к дальнейшему увеличению износов примерно в 2 раза (п.9), вместе с этим возрастает температура коллектора. Так же, как и на якоре №1, у якоря №3 уменьшение давления на щетки до 300 гр. (вместо 450), приводит к увеличению износа щеток и температуры коллектора (п.18).

Углубление одной канавки до 1 мм вместо 0,5 мм (якорь №2), при пониженном давлении (300гр), приводит к некоторому снижению температуры коллектора, однако резко возрастает износ щеток (п.13). Изготовление второй канавки размером 1*4*16 мм вызывает резкое снижение температуры коллектора до 94˚С, износ щеток уменьшается на 50% (п.14), что является оптимальным для данной машины. Уменьшение давления до 200гр вызывает резкое увеличение износа и температуры коллектора до 156˚С (п.15).

Изготовление на якоре №3 четырех канавок 0,5*1*16 при давлении на щетки 450гр, дает износы и температуру коллектора соответствующие штатному состоянию (п.17). Снижение давления до 300гр вызвало резкое увеличение износов щеток и температуры коллектора до155˚С (п.18).

Таким образом, в результате проведенных исследований по оценке влияния винтовой канавки на температуру щеточно-коллекторного узла можно сделать заключение, что винтовая канавка оказывает определенное влияние на износ щеток и температуру коллектора. Однако при этом требуется некоторое увеличение давления на щетки для того, чтобы компенсировать противодавление создаваемое на щетку потоком воздуха в канавке. Наилучший вариант дает канавка размером 0,5*3,5*16 и случай двух канавок 1*4*16 мм.

Наряду с варрированием размерами и количеством канавок, была проведена оценка эффективности применения смазывающей щетки на основе дисульфида молибдена (МоS2), которая устанавливается на набегающем крае щетки.

Как следует из таблицы 1, установка на серийной машине, с непродороженным коллектором, смазывающей щетки приводит к увеличению износа штатной щетки (п.2). Однако изготовление одной канавки приводит к уменьшению износа как смазывающей, так и штатных щеток (п.4). Увеличение числа канавок приводит к снижению износа смазывающей щетки (п.4,7), хотя износ токоведущих щеток увеличивается.

Учитывая, что повышение износа смазывающей щетки определяется температурой коллектора, можно сделать заключение, что увеличение числа канавок на коллекторе приводит к снижению температуры поверхности коллектора, однако за счет понижения давления на штатную щетку, за счет подпора воздуха в канале, наблюдается повышенный износ (ток проходит путем пробоя между щеткой и коллектором). То есть для получения положительных результатов, в случае применения нескольких канавок на коллекторе в сочетании со смазывающей щеткой, требуется также увеличение давления на токоведущую щетку для компенсации противодавления подпора воздуха в канале.

В исследуемых машинах наблюдается подгар по контуру канавки на длине коллектора соответствующей аксиальной длине щетки (по рабочей дорожке). Наблюдаемое явление, по всей вероятности, так же обусловлено подпором воздуха канала. За счет снижения удельного давления на щетку, ток щетки проходит по каналу, который заполнен ионизированным воздухом набегающего края (в исследуемых машинах имеется искрение не только в сбегающем, но и в набегающем крае). Повышение давления на щетку, которое скомпенсирует противодавление воздуха канала, по всей вероятности приведет к устранению наблюдаемого явления. 

В настоящее время проводится опытная работа по оценке эффективности канавок на коллекторе в случае повышенного давления на щетки до 600гр при изготовлении на роторе одной, двух и четырех канавок.

  В таблицах 2 и 3 представлены оценки влияния канавки на уровень радиопомех и рабочие характеристики. Уровень радиопомех практически остается постоянным. Двигатель с канавками на коллекторе характеризуется некоторым увеличением частоты вращения якоря и снижением потребляемого тока, что по всей вероятности обусловлено уменьшением механических потерь от трения щеток о коллектор.

Таблица 1

п/п	Условия опыта	Износ щеток, мм/ч				Давление, гр		tкол,˚С
		верхняя	нижняя	средний	МоS2	штатные	МоS2
1	Серийный №1	0,063	0,068	0,0655	-	450	-	-
2	Серийный №1	0,082	0,096	0,089	0,084 КБ44	450	50	-
3	1 канавка 0,5*3,5*16	0,057	0,06	0,0585	-	450	-	119
4	1 канавка 0,5*3,5*16	0,06	0,066	0,063	0,07   КБ44	450	50	123
5	2 канавки по 0,5*3,5*16	0,0525	0,114	0,083	-	450	-	-
6	2 канавки по 0,5*3,5*16	0,096	0,104	0,1	0,054 КБ44	350	150	-
7	2 канавки по 0,5*3,5*16	0,086	0,114	0,1	0,028 КБ44	350	50	-
8	2 канавки по 0,5*3,5*16	0,087	0,128	0,107	0,119 КБ91	350	50	-
9	2 канавки по 0,5*3,5*16	0,056	0,198	0,127	-	300	-	124

Окончание таблицы 1

п/п	Условия опыта	Износ щеток, мм/ч											Давление, гр штатная			tкол,˚C
		верхняя				нижняя				средняя
10	Серийный №2	0,078				0,08				0,079			450			100
11	1 канавка 0,5*4*16	0,067				0,069				0,068			450			-
12	1 канавка 0,5*4*16	0,058				0,081				0,695			300			130
13	1 канавка  1*4*16	0,119				0,115				0,117			300			122
14	2 канавки 1*4*16	0,047				0,041				0,044			300			94
15	2 канавки 1*4*16	0,163				0,341				0,277			200			156
16	2 канавки 1*4*16	0,123				0,213				0,168			300			150
17	Якорь №3 4 канавки 0,5*4*16	0,0615				0,072				0,067			450			114
18	4 канавки 0,5*4*16	0,26				0,3				0,28			300			155
19	4 канавки 0,5*4*16	0,37				0,35				0,36			450			180
Таблица 2
Условия опыта			Частота, МГц
			0,16	0,24	0,55		1	1,4	2		3,5	6		10	22		30
Допустимый уровень радиопомех ГОСТ Р51318.14.1-99			75,4	72,1	69		69	69	69		69	74		74	74		74
Коллектор не продороженный			48	49	44		38	35	35		36	37		32	23		27
Коллектор с канавкой 0,5*3,5*16			45	49	44		37	33	33		34	36		25	24		26

Таблица 3

Условия опыта		0	10	20	30	40
Коллектор	I, А
	Р, Вт
	n, об/мин
	Искрение