Устройство для определения износостойкости скользящего сильноточного электроконтакта
Полезная модель относится к области испытаний конструкционных материалов на трение и износ в условиях скользящего токосъема по схеме нагружения «вал-колодка», применяемой в узлах трения щетка-коллектор (кольцо) электродвигателя или электрогенератора. Предлагаемое устройство позволяет проводить триботехнические испытания с токосъемом без смазки в более широком диапазоне механических и токовых нагрузок, т.е. при давлениях 0.02-0,13 МПа с плотностью тока более 100 А/см2. Оно состоит: из корпуса; подвижного элемента (щеткодержатель) с закрепленным в нем образцом испытуемого материала; контртела; штока, выполняющего функцию нагружения и фиксации подвижного элемента; токоприемной пластины, отводящей джоулеву теплоту и фиксирующую подвижный элемент в вертикальной плоскости. Устройство выполнено с возможностью крепления на штатное крепежное место машины трения. Нагружающий шток выполнен сменным для изменения давления в зоне трения. Токоприемная пластина дополнительно осуществляет фиксацию образца в посадочном гнезде подвижного элемента. Контртело выполнено из стали.
Предлагаемая полезная модель относится к области испытаний конструкционных материалов на трение и износ в условиях скользящего токосъема по схеме нагружения «вал-колодка», применяемой в узлах трения щетка-коллектор (кольцо) электродвигателя или электрогенератора.
Известно устройство для притирки щеток коллекторных электродвигателей [патент РФ 
2212741, H01R 39/58, опубл. 20.09.2003], содержащее корпус, на котором установлены щеткодержатели и имитатор коллектора, и отличающееся возможностью производить притирку одновременно нескольких щеток на разные диаметры коллекторов.
Недостатком устройства является невозможность определения износостойкости щетки при протекании тока в зоне трения.
Известна коллекторная электрическая машина переменного тока [патент РФ 2291530, H01R 39/04, опубл. 10.01.2007], отличающаяся тем, что имеет дополнительную электрощетку с целью снижения уровня сетевых и радиопомех.
Недостатком машины является сложная конструкция щеткодержателя и невозможность определить износостойкость и электросопротивление зоны трения, а также невозможность осуществления скользящего токосъема с повышенной плотностью тока без консистентной смазки.
Общим недостатком большинства узлов со скользящим токосъемом является применение медного контртела, не проявляющего удовлетворительную износостойкость при введении в зону трения электрического тока с повышенной плотностью (более 100 А/см2) без жидкой или консистентной смазки и при давлении более 0,02 МПа [В.В.Фадин, М.И.Алеутдинова. Трение и износ, т.40, 6, 2009, С.596-602].
Кроме того, применяемые щеткодержатели конструктивно не способны создавать более высокие давления и проводить ток с повышенной плотностью вследствие слабого теплоотвода. В результате их применение не позволяет проводить поиск новых материалов с более высокими эксплуатационными характеристиками.
Задачей полезной модели является разработка устройства, позволяющего проводить триботехнические испытания с токосъемом без смазки в более широком диапазоне механических и токовых нагрузок, т.е. при давлениях 0.02-0,13 МПа с плотностью тока более 100 А/см2.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для определения износостойкости сильноточного скользящего электроконтакта, состоящее из корпуса, подвижного элемента (щеткодержатель) с закрепленным в нем образцом испытуемого материала, контртела, содержит шток, выполняющий функцию нагружения и фиксации подвижного элемента, токоприемную пластину, отводящую джоулеву теплоту и фиксирующую подвижный элемент в вертикальной плоскости.
Устройство выполнено с возможностью крепления на штатное крепежное место машины трения.
Нагружающий шток выполнен сменным для изменения давления в зоне трения.
Токоприемная пластина дополнительно осуществляет фиксацию образца в посадочном гнезде подвижного элемента.
Контртело выполнено из стали.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется фигурами 1 и 2.
На фиг.1 представлена рабочая схема предлагаемого устройства: 1 - корпус, 2 - подвижный элемент, 3 - образец (испытуемый материал), 4 - токоприемная пластина, 5 - крепежные болты, 6 - контртело, 7 - консоль с прорезью, 8 - шток
На фиг.2 представлена детальная схема предлагаемого устройства: 1 - корпус, 2 - подвижный элемент, 3 - образец (испытуемый материал), 4 - токоприемная пластина, 5 - крепежные болты, 6 - контртело, 7 - консоль с прорезью, 8 - шток.
Техническое решение полезной модели заключается в том, что скользящий токосъем осуществляется в устройстве, состоящего из корпуса 1, в который помещен подвижный элемент 2 с закрепленным в нем образцом 3 (фиг.1). Крепление образца 3 проводится токоприемной пластиной 4 при помощи болтов 5. Новизной устройства является применение стали 45 (59 HRC) в качестве контртела 6. Во время испытаний подвижный элемент 2 с образцом 3 и токосъемной пластиной 4 расположен со скользящей посадкой в пазе корпуса 1. Устойчивое вертикальное положение подвижного элемента 2 обеспечивается помещением одного конца токоприемной пластины 4 в прорезь консоли 7 и установкой штока 8 сквозь канал в верхней части корпуса 1 в гнездо верхней части подвижного элемента 2. Дополнительная функция токоприемной пластины - отвод джоулевой теплоты. Второй (правый) конец токоприемной пластины 2 фиксируется гибким проводом, соединенным с одним из выводов обмотки трансформатора. Второй вывод обмотки трансформатора соединен с корпусом машины трения, что равносильно электрическому соединению с контртелом 6.
Детальная схема полезной модели предлагаемого устройства представлена на фиг.2. Видно, что корпус 1 имеет канал для помещения штока 9 и прорезь в консоли 8 для помещения токоприемной пластины 4. Очевидно также, что подвижный элемент 2 имеет внизу посадочное место для образца 3 и гнездо для штока 8 в своей верхней части. Новизной устройства является стабилизация подвижного элемента 2 в вертикальной плоскости и исключение рыскания путем ограничения движения концов токоприемной пластины и верхней части подвижного элемента 2. Применение контртела 6 из стали 45 (50 HRC) позволяет увеличить давление в зоне трения и осуществлять скользящий токосъем при повышенной плотности тока без электроэрозионного износа контртела.
Принцип работы полезной модели предлагаемого устройства следующий (фиг.1):
Корпус 1 крепится к машине трения через электроизоляционную проставку в штатные места крепления. Подвижный элемент 2 с закрепленным в нем образцом 3 помещается в паз корпуса 1. Вертикальные стенки паза служат направляющими для подвижного элемента 2. При этом левый конец токоприемной пластины 4 вставляется в прорезь консоли 7, а сменяемый шток 8 фиксирует подвижный элемент 2 в вертикальном состоянии и одновременно создает своей заранее выбранной массой механическую нагрузку, требуемую для испытаний. Необходимо учесть, что давление в зоне контакта определяется номинальной площадью поверхности трения и нагрузкой N, но варьировать давление нагрузкой технологически удобнее. Поэтому устройство имеет набор штоков 8, обладающих разной массой и позволяет проводить испытания при давлении до 7 МПа в отсутствие тока. Протекание тока при таком давлении вызывает резкое увеличение интенсивности изнашивания. Износ определяется на подвижном элементе 2, извлеченном из корпуса 1, по изменению высоты образца 3 с помощью микрометра после окончания эксперимента. При этом образец 3 не извлекается из подвижного элемента 2. Путь трения задается скоростью скольжения (угловой скоростью вращения контртела) и временем испытания. Значение интенсивности изнашивания определяется как отношение износа образца к пути трения. Сила тока задается выходным напряжением силовой обмотки трансформатора и определяется по амперметру. Контактное падение напряжения измеряется вольтметром. Электросопротивление зоны трения вычисляется по закону Ома.
Вышеизложенная методика с применением предлагаемой полезной модели устройства позволяет определить основные параметры работоспособности скользящего электроконтакта - линейную интенсивность изнашивания и электросопротивление зоны трения в зависимости от основных входных параметров трибосистемы с токосъемом - плотности тока, давления, скорости скольжения, природы образца (тела) и контртела.
1. Устройство для определения износостойкости сильноточного скользящего электроконтакта, состоящее из корпуса, подвижного элемента (щеткодержатель) с закрепленным в нем образцом испытуемого материала, контртела, отличающееся тем, что оно содержит шток, выполняющий функцию нагружения и фиксации подвижного элемента, токоприемную пластину, отводящую джоулеву теплоту и фиксирующую подвижный элемент в вертикальной плоскости.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью крепления на штатное крепежное место машины трения.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагружающий шток выполнен сменным для изменения давления в зоне трения.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что токоприемная пластина дополнительно осуществляет фиксацию образца в посадочном гнезде подвижного элемента.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контртело выполнено из стали.
