Повышение ресурса скользящего контакта универсальных коллекторных электродвигателей

• Автор: Качин, Олег Сергеевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 178 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Разработка методов и средств экспериментальных исследований механического состояния коллекторно-щеточных и подшипниковых узлов в процессе эксплуатации электрических машин
1.1. Разработка бесконтактных методов измерений профилей вращающихся элементов машин и регистрации линейных микроперемещений повышенной точности
1.2. Метод определения профиля коллектора в динамических режимах и анализ его воздействия на коллекторно-щеточный узел
1.3. Методика определения параметров вибраций подшипниковых узлов (перемещение, скорость, ускорение)
1.4. Экспериментальные исследования коллекторно-щеточного и подшипниковых узлов электрической машины в процессе ресурсных испытаний

1.4.1. Цель, объект и методика испытаний

1.4.2. Описание аппаратной части бесконтактного измерительного комплекса

1.4.3. Полученные в результате ресурсных испытаний данные

2. Разработка математической модели изнашивания щеток универсальных коллекторных электрических машин
2.1. Моделирование фрикционной, электрокоррозионной (токовой) и электроэрозионной составляющих изнашивания щеток универсальных коллекторных электродвигателей
2.2. Влияние профиля коллектора и вибраций подшипниковых узлов на процесс коммутации
2.3. Методика расчета контактных сопротивлений в процессе коммутации

3. Разработка программного продукта для оценки ресурса
скользящего контакта универсальных коллекторных
электродвигателей
3.1. Алгоритм расчета изнашивания щеток электрических машин
3.2. Метод определения поправочных коэффициентов
математической модели изнашивания щеток для различных конструкций универсальных коллекторных электродвигателей
3.3. Методика определения динамики механического состояния профиля коллектора и подшипниковых узлов в процессе наработки электрической машины на ресурс
3.4. Программное обеспечение для расчета ресурса скользящего контакта универсальных коллекторных электрических машин
3.5. Исследование характеристик изнашивания высокоскоростного коллекторного электродвигателя с помощью разработанного программного обеспечения
4. Пути увеличения ресурса скользящего контакта универсальных
коллекторных электродвигателей
4.1. Исследование влияния нажатия на щетку на ресурсные характеристики универсального коллекторного
электродвигателя
4.2. Исследование влияния конструкций обмоток якоря на ресурсные характеристики универсального коллекторного электродвигателя
4.3. Исследование влияния анизотропии индуктора на ресурсные характеристики универсального коллекторного
электродвигателя
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время универсальные коллекторные электрические машины малой мощности, обладающие хорошими энергетическими показателями и регулировочными характеристиками, находят все более широкое применение в различных сферах современной человеческой жизнедеятельности. В этих условиях все большее значение приобретают вопросы снижения массогабаритных показателей, повышения коэффициента полезного действия, увеличения ресурса и улучшения функциональных характеристик данного класса электрических машин.
Ключевым вопросом, в значительной мере определяющим основные эксплуатационные характеристики электромеханических преобразователей коллекторного типа на современном техническом уровне, остается проблема повышения их ресурсных характеристик и коммутационной надежности, которая зачастую является основным тормозом, препятствующим их совершенствованию.
Анализ отказов универсальных коллекторных машин, проведенный различными авторами, позволил установить, что отказ коллекторнощеточного узла (КЩУ) составляет до 48% общего числа отказов машин, а основной причиной его выхода из строя является износ элементов КЩУ [26, 35, 36]. Одним из путей решения этого вопроса является совершенствование коллекторно-щеточных узлов, а также разработка методов оценки их состояния и коммутационной напряженности коллекторных электрических машин не только при работе уже готовой машины, но и на стадии ее проектирования.
Проблема увеличения ресурса коллекторных машин связана с обеспечением высокой износостойкости элементов скользящего контакта (СК). Однако для теоретического обоснования повышенной износостойкости и понимания процесса изнашивания элементов СК электрических машин, необходимо исследовать механизм изнашивания и разработать методы оценки износостойкости элементов КЩУ, поэтому изучение

Вибрации
мм/с
Рис. 1.12. Вибрации в подшипнике в зависимости от этапа развития дефектов
До начала первого этапа (на рисунке 1.12 это до отметки «1») общее техническое состояние подшипника считается идеальным.
Этап 1. В подшипнике появляется и начинает развиваться какой-либо дефект, возникают ударные виброимпульсы. Уровень вибраций по своей величине при этом остается неизменным, т. к. дефект носит локальный характер и на общем состоянии подшипника пока не сказывается.
Этап 2. Начиная с точки «2» на рисунке 1,12 ударные импульсы в подшипнике достигают по своей энергии практически максимального значения. На данной стадии остановить дальнейшее развитие дефекта практически невозможно, началось его саморазвитие.
Этап 3. Это зона перехода подшипника к полной деградации. Дефект столь велик, что подшипник уже не обеспечивает вращение вала с минимальным трением, увеличивается энергия, выделяющаяся в подшипнике и начинается его саморазрушение.
Этап 4. Это последний этап развития дефекта, когда он охватил весь подшипник. Работы подшипников в этой зоне следует избегать.
Этап 5. Это этап ожидания аварии.
Все вышеперечисленные этапы ухудшения состояния подшипника свойственны практически всем видам дефектов, имеющих место в любых разновидностях подшипников. В зависимости от ряда эксплуатационных параметров подшипников могут лишь наблюдаться различия в длительности этапов и интенсивности процессов в них, но общая картина развития не меняется.