Скользящий контакт электрических машин - Щетки для электрических машин горной промышленности

Электрощетки для электрических машин горной промышленности.
Современные способы добычи полезных ископаемых требуют проведения подземных (шахтных) горных работ, открытых горных работ и работ по бурению скважин. Комплексы оборудования, обслуживающие перечисленные виды работ и требующие для своего функционирования применения электрических машин со щетками, включают в себя подъемные машины, насосы, вентиляторы, компрессоры, экскаваторы, землесосные снаряды, драги, транспортные системы и буровые станки. Выбор приводных машин для перечисленных комплексов определяется имеющимся в отечественной промышленности опытом их эксплуатации. Этот опыт свидетельствует о том, что в случае применения регулируемых электроприводов производительность горных механизмов повышается на 10—15% по сравнению с нерегулируемыми. 

Рис. 9-4. Щетки для электрических машин самолетов Аэрофлота. а — стартерные; б — генераторные.
Регулируемый электропривод механизмов для разрушения горных пород (угольные комбайны, экскаваторы, буровые установки) позволяет создавать оптимальные режимы резания. С введением регулируемого электропривода значительно уменьшаются динамические перегрузки горных машин и механизмов, в результате чего существенно повышается их надежность. Изложенные обстоятельства объясняют распространение в горнодобывающей промышленности электрических машин, снабженных электрощетками, и делают необходимым рассмотрение вопроса о выборе марок материалов для изготовления последних.
При шахтном способе ведения горных работ основными агрегатами, требующими применения двигателей с электрощетками, являются подъемные машины, насосы, вентиляторы, компрессоры и рудничные электровозы.
Привод шахтных подъемных установок в наиболее сложных случаях работает по системе Г—Д или УВР—Д. В первом случае в состав установки входят синхронный или асинхронный двигатель, генератор и двигатель подъемной машины; во втором — управляемый выпрямитель и двигатель. Контактные кольца синхронных и асинхронных машин изготавливаются из бронзы, чугуна и стали. На машинах с бронзовыми контактными кольцами применяются электрощетки марок Т2, ЭГ4 и ЭГ14. Изделия двух последних марок встречаются также на машинах со стальными кольцами; машины, снабженные контактными кольцами из чугуна, оборудуются электрощетками марок Т2, ЭГ4, ЭГ14, Г3, МГ и МГ2. Электрооборудование постоянного тока преобразовательных агрегатов шахтной подъемной установки ранее комплектовалось машинами серий ПБК и ДПП, а в последнее время машинами единой серии П. В частности, для безредукторного привода этой установки, питаемого по системе УВР—Д, в серии П, предназначены компенсированные закрытые двигатели 21-го габарита, обладающие следующими характеристиками:
Таблица 9-38

Крупные машины единой серии П следует оборудовать электрощетками марок ЭГ14 и ЭГ74. Эти же марки могут быть рекомендованы и для машин серий ПБК и ДПП.
Выбор приводных двигателей насосов, вентиляторов п компрессоров определяется мощностью установки. При мощности до 250 кВт обычно используется асинхронный двигатель с фазным ротором, при более высоких мощностях используется синхронный двигатель. Выбор марок электрощеток для них определяется материалом контактного кольца и вполне аналогичен только что рассмотренному способу решения этой задачи для двигателей переменного тока шахтных подъемных машин.
Тяговые двигатели рудничных электровозов оборудуются электроугольными изделиями марок ЭГ2А и ЭГ14. Эта рекомендация распространяется как на аккумуляторные, так и на троллейные электровозы. На открытых горных работах электрооборудование, требующее применения электрощеток, размещено на экскаваторах, отвально-перегрузочных мостах и транспортирующих механизмах. Наиболее сложные условия работы имеют место на экскаваторах, поэтому предназначаемое для них основное электрооборудование изготавливается в специальном (экскаваторном) исполнении. Машины этого исполнения образуют три серии: ДПЭ, МПЭ и ПЭ. Машины серии ДПЭ применяются в качестве приводных двигателей главных механизмов экскаваторов средней производительности. Они разработаны на базе краново-металлургической серии ДП и отличаются от них конструктивными элементами привязки к механизмам и обмоточными данными. Машины серии ПЭ разработаны на базе общепромышленной единой серии П и отличаются от них повышенной механической прочностью и обмоточными данными. Помимо перечисленного для применения на экскаваторах изготавливаются электрические машины индивидуального исполнения серии МПЭ и типов ПЭ-200, ПЭ-100 и ПЭ-400. Во всех перечисленных случаях нормальная эксплуатация электрооборудования обеспечивается применением электрощеток марок ЭГ4, ЭГ2А, ЭГ14 и Г3. В тех случаях, когда перечисленные изделия не обеспечивают нормальной работы деталей узла токосъема, рекомендуется переходить к использованию электрощеток марок 611М (вместо Г3 и ЭГ4) и ЭГ74 (вместо ЭГ2А и ЭГ14). Эта рекомендация остается справедливой и для машин, установленных на отвально-перегрузочных и транспортирующих механизмах.
Эксплуатационные свойства щеток, используемых на электрических машинах горнодобывающей промышленности, изучались выборочно путем проведения соответствующих испытаний на отдельных горнодобывающих предприятиях. В результате этих испытаний установлено, что параметры кривой распределения скорости и изнашивания щеток на шахтном электрооборудовании оказались следующими (табл. 9-39):

Результаты эксплуатационных испытаний щеток на электрических машинах многоковшового роторного экскаватора и отвального перегружателя представлены в табл. 9-40. Данные описанных испытаний дают основание заключить, что значение средних скоростей изнашивания электрощеток на рассмотренных машинах не превышает тех, которые характерны для электрощеток машин, эксплуатируемых в других отраслях народного хозяйства.
Все упомянутые ранее механизмы горнодобывающей промышленности не создавали специфических особенностей для работы деталей узла токосъема.  

Таблица 9-4θ
Оценка эксплуатационных свойств щеток, используемых на электрических машинах многоковшового роторного экскаватора и отвального перегружателя

Продолжение табл. 9-40

Принципиально по-другому обстоит дело в приводных системах электробуров. В современных конструкциях этих механизмов в качестве привода используется маслонаполненная электрическая машина постоянного тока, применение которой значительно упрощает систему подведения энергии к механизму и разрешает проблему регулирования частоты вращения исполнительного инструмента — долотa. Наличие внутри машины жидкого диэлектрика, находящегося под значительным гидростатическим давлением, представляет особенность работы скользящего контакта этих машин. Упомянутая особенность состоит в том, что работа контакта должна происходить без искрообразования при совершенно темной коммутации, поскольку нарушение этого условия приводит к разложению диэлектрика, подгару коллектора и значительному возрастанию скорости изнашивания электрощеток. Большая практическая значимость погружных электрических машин повлекла за собой расширение исследований скользящего контакта в среде жидкого диэлектрика [Л. 346—3-19, 6-11]. Обобщение упомянутых исследований, равно как и других работ рассматриваемого направления, позволяет сформулировать некоторые общие закономерности, влияющие на характеристики и эксплуатационные двойства контакта в среде жидкого диэлектрика. В самом общем виде можно заключить, что большинство показателей скользящего контакта погружных машин качественно не отличаются от тех, которые характерны для машин, эксплуатируемых в воздушной атмосфере. Подобное заключение относится к фактической продолжительности периода коммутации, различиям в ходе коммутационного процесса под электрощетками различной полярности, виду вольт-амперных характеристик, характеру токораспределения между параллельно работающими электрощетками, влиянию нажатия и некоторым другим процессам и явлениям. Практическими выводами из описанных исследований, оказывающими влияние на выбор и условия эксплуатации щеток для погруженных электрических машин, являются следующие: а) при замене воздушной среды средой трансформаторного масла ширина зоны безыскровой работы машины постоянного тока существенно возрастает; б) удельное нажатие на электрощетки должно быть повышено и в зависимости от марки их материала и окружной скорости коллектора доведено до 2—5х103 гПа (кгс/см²); в) электрощетки должны снабжаться декомпрессионными каналами; г) используемое для заполнения машины масло должно обладать возможно меньшими вязкостью и маслянистостью; д) межламельные пространства коллекторов подлежат обязательному продораживанию, а размеры электрощеток следует выбирать возможно меньшими.
При выполнении перечисленных рекомендаций для погружных электрических машин могут быть использованы серийные электрощеточные материалы (ГОСТ 2332-63). В [Л. 6-11] сообщается о результатах испытаний маслонаполненной машины, коллектор которой был изготовлен из стальных пластин, а электрощетки из материала марки МГСО. Работа машины протекала нормально и средний износ электрощеток после 3000 ч составил 1,2 мм.
В зарубежной практике работа электрических машин горнодобывающей промышленности также обеспечивается за счет использования неспециализированных щеток. Так, например, фирма «Ле Карбон Лоррен» (Франция) рекомендует для электрооборудования горных механизмов применять электрощетки марок EG97, EG98, EG99, EG97B, EG98B и EG99B, характеристики которых приводились в табл. 9-14. Для шахтных подъемников рекомендованы щетки марок Е5, Е8, Е13 (ГДР), EG236 (Англия), TG501 (Япония), RE12, RE56 и 1090V (ФРГ). Характеристики в области применения большинства перечисленных электрощеток приводились ранее.