直流電動(dòng)機(jī)電刷調(diào)整的應(yīng)用分析
摘要:根據(jù)某起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)在外場(chǎng)實(shí)際工作過(guò)程中,由于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完成后,仍由發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)空轉(zhuǎn),其電刷仍正常磨損,影響了電刷正常使用壽命,使得電動(dòng)機(jī)在工作300小時(shí)后電刷高度不能滿足正常工作的需要。因此,本文提出改變起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的電刷高度來(lái)滿足500小時(shí)更換一次電刷的要求。根據(jù)計(jì)算和分析,驗(yàn)證該調(diào)整方法的可行性。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201610/306593.htm1 前言
直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。作為電力拖動(dòng)使用的直流電動(dòng)機(jī),由于它具有良好的啟動(dòng)與調(diào)速性能,在某些要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,或?qū)φ{(diào)速性能要求較高的設(shè)備中都采用直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子主要由主磁極、換向極、機(jī)座和電刷裝置等組成。轉(zhuǎn)子主要由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸等組成。電刷靠彈簧壓力壓緊在換向器表面,將電樞繞組和外電路連接起來(lái)。換向器由許多彼此絕緣的換向片構(gòu)成,片與片之間彼此絕緣。
某起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的電刷采用各項(xiàng)指標(biāo)與原型機(jī)電刷相似的常用航空航天電機(jī)用金屬石墨電刷(TJ5A),長(zhǎng)試中發(fā)現(xiàn)原電刷的高度,對(duì)于500(原300小時(shí))小時(shí)維修一次的要求有些欠缺。因此,提出了對(duì)原電刷進(jìn)行改進(jìn)的分析,分析發(fā)現(xiàn),有兩種方法可以達(dá)到要求。首先,增加電刷高度,根據(jù)磨損、彈簧壓力計(jì)算等公式計(jì)算出增加的電刷高度,此方法可提高起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的使用壽命,不會(huì)影響起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的性能。其次,在電刷的制造材料中加入某種硬度適當(dāng)?shù)牟牧?,以減慢電刷的磨損速度,從而提高起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的使用壽命,但是,該方法對(duì)轉(zhuǎn)子、換向器磨損較大,有一定的影響。根據(jù)具體情況,本文從增加電刷高度出發(fā),計(jì)算分析該方法的可行性。
2 某起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)原電刷的工作狀態(tài)
某起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)所用的電刷為TJ5A,原電刷的初始高度為、長(zhǎng)30mm、寬12.5mm。經(jīng)研磨后實(shí)際工作高度尺寸約為2 1 mm(電刷實(shí)際工作高度尺寸為電刷與換向器貼合面圓弧中心到端面的高度)。電刷允許最小使用工作高度為15.5mm,裝配實(shí)際工作約3 00h就達(dá)到最小使用工作高度為1 5.5mm,電刷實(shí)際磨損高度為5.5mm即平均每1 00h電刷磨損高度約為1.833mm。
3 電刷高度調(diào)整的可行性論證
原電刷在要求電機(jī)每運(yùn)行1000小時(shí)進(jìn)行1次維護(hù)中共需使用3付電刷來(lái)滿足電機(jī)的要求即350小時(shí)就要更換一次電刷,由于技術(shù)要求調(diào)整要求電刷每500小時(shí)更換一次即在1000小時(shí)的維護(hù)時(shí)間內(nèi)只需備1付電刷即可。因此,在保證電刷與換向器之間的接觸不受太大影響且滿足500小時(shí)更換電刷的要求下,只需將電刷高度稍做增加。綜合各項(xiàng)考慮,現(xiàn)擬將電刷高度由原來(lái)的mm調(diào)整為 mm,長(zhǎng)度和寬度尺寸不變,經(jīng)研磨后實(shí)際工作高度尺寸為24.5mm,電刷實(shí)際允許使用的最小工作高度改為14.5mm,這樣電刷允許磨損高度為10mm,仍使用原彈簧,并保證裝配初始對(duì)電刷的壓力不變,電刷允許工作時(shí)間約為545h,應(yīng)能滿足500h更換電刷的要求。
3.1 電刷工作時(shí)的壓力要求
TJ5A電刷工作時(shí)壓力要求根據(jù)資料為19.6kPa~58.8kPa之間。
3.2 電刷壓力的計(jì)算
某電動(dòng)機(jī)所用彈簧及電刷的裝配結(jié)構(gòu)彈簧為一非接觸型平面渦卷彈簧,內(nèi)部固定(初始階段可調(diào)彈簧旋轉(zhuǎn)角,調(diào)整好彈簧所需的壓力后固定),外端鉸鏈于彈簧架,彈簧架作用于電刷,電刷作用于換向器上。
3.2.2 彈簧參數(shù)
類型:非接觸型平面蝸卷
彈簧材料:碳素彈簧鋼T9A(矩形截面)
材料彈性模量:E=2000kgf/mm2=196000N/mm2
安裝結(jié)構(gòu):外端鉸鏈k=1.25
尺寸:截面寬度b=10mm
截面厚度h=0.6mm
展開(kāi)長(zhǎng)度l=325mm
彈簧組件、電刷、換向器安裝結(jié)構(gòu)如圖2所示:
3.2.3 電刷高度變化引起的彈簧轉(zhuǎn)角變化
如圖2所示,電刷高度由24.5mm變化到14.5mm的過(guò)程中,彈簧組件有效中心距L遞增,彈簧轉(zhuǎn)角φ遞減。
L1=20.25mm,L2=23.96mm,轉(zhuǎn)角變化量△φ=φ1-φ2=0.45r。
3.2.4 電刷壓力計(jì)算
彈簧壓力計(jì)算基本公式:
其中:
l-彈簧的展開(kāi)長(zhǎng)度
E-材料的彈性模量
b、h-分別為截面的寬度和厚度
k-外端鉸鏈
L-有效中心距
若保證裝配初始要求彈簧對(duì)電刷的壓力仍為16.2N~19.1N,且電刷與換向器的接觸面積為S=377.4mm2;則
a.初始狀態(tài),電刷高度為H11=24.5mm,給定彈簧對(duì)電刷壓力即彈簧壓力F11=16.2N,則電刷單位面積的壓力P11=42.93kPa??傻茫藭r(shí)彈簧轉(zhuǎn)角φ11=3.775r。電刷最終工作高度為H12=14.5mm,此時(shí)彈簧轉(zhuǎn)角為φ12=φ11-△φ可得,彈簧壓力為 F12=12.059N’電刷單位面積壓力P12=3 1.95kPa,均滿足電刷壓力不小于19.6kPa的要求。
b.同理,電刷高度仍為H11=24.5mm ,當(dāng)F21=19.1N時(shí),電刷單位面積壓力P21=50.6kPa,當(dāng)電刷最終工作高度為H22=14.5mm時(shí),F(xiàn)22=14.5 1N,P22=38.45kPa均滿足電刷壓力不大于58.8kPa的要求。
下表為某電動(dòng)機(jī)電刷TJ-5A在不同工作高度隨彈簧壓力變化時(shí)電刷單位面積所受壓力變化情況。
4 結(jié)論
經(jīng)分析計(jì)算,在某電動(dòng)機(jī)彈簧、換向器等均不變的情況下,仍采用TJ-5A電刷,彈簧壓力不變,調(diào)整電刷的尺寸,使電刷的高度由原來(lái)的mm調(diào)整為mm,仍能保證某電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)符合要求正常工作,且滿足500h更換一次電刷的要求。
評(píng)論