Анализ и исследование динамического поля проводимости щёточного контакта

• Автор: Деева, Вера Степановна
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Проблемы скользящего токосъёма

1.1. Введение в анализ проблем КЩУ

1.2. Особенности физических свойств элементов контакта

1.3. Влияние материала элементов контактной пары токосъёма

1.4. Обобщение анализа

1.5. Выводы

1.6. Постановка задач исследования

Глава 2. Модель контактного слоя динамической плотности

2.1. Факторы снижения точности оценки состояния СК
2.2. Деструкция элементов СК
2.3. Физические основы деструкции элементов СК
2.4. Физико-механические вероятностные аспекты ДПП
2.5. Фрикционные неравновесные аспекты
2.6. Скорость смены структуры контактного поля
2.7. Обоснование учёта хаотичности явлений в СК
2.8. Формализация модели контактного поля
2.9. Физические параметры потока фракций
2.10. Оценка переноса случайного потока фракций в ДПП
2.11. Энергия потока фракций контактного поля
2.12. Уравнения стационарного потока фракций ДПП
2.13. Учёт влияния ориентации контактного ДПП
2.14. Верификация модели контактного поля
2.15. Выводы
2.16. Технические рекомендации
Глава 3. Динамика воздуха в ДПП КЩУ
3.1. Введение
3.2. Модель открытого контактного ДПП
3.3. Основные проблемы контактного ДПП
3.4. Оценка давления в ДПП
3.5. Оценка точности аппроксимации
3.6. Термодинамика ДПП
3.7. Проникновение воздуха в ДПП щётки
3.8. Влияние перегородок входа в ДПП
3.9. Влияние акта эмиссии фракции на ДПП
3.10. Выводы
Глава 4. Вероятностный подход оценки состояния КЩУ
4.1. Трудности оценки состояния СК
4.2. Краткий анализ коммутации подвижным токосъёмом
4.3. Характер проводимости в контактном ДПП
4.4. Динамика периодического контакта
4.5. Сущность математической модели дискретного ДПП

4.6. Структура ДПП
4.7. Оценка предельной мощности КП
4.8. Обоснование марковского подхода
4.9. Оценка параметров цикла периодического контакта
4.10. Смена состояний ДПП в одиночном цикле
4.11. Эргодичность ДПП
4.12. Смысл предельной вероятности состояния ДПП
4.13. Динамика ДПП на сплошной поверхности
4.14. Подвижный контакт: характерные ситуации
4.15. Обобщение анализа
4.16. Выводы
Глава 5. Оценка параметров структуры ДПП щётки
5.1. Физическая интерпретация образования ДПП
5.2. Модель плавной деструкции щётки
5.3. Математическая формализация модели ДПП
5.4. Анализ решения и оценка размерности ДПП
5.5. Оценка структуры ДПП
5.6. Дробная структура ДПП передачи энергии
5.7. Влияние пористости ДПП
5.8. Особенности движения фракций в ДПП токосъёма
5.8.1. Типы движения отдельных фракций
5.8.2. Качение фракции по телу вращения
5.9. Обобщение анализа качения фракций ДПП
5.10. Интеллектуализация передачи и преобразования энергии
5.11. Исследование оптимального управления токосъёмом
5.12. Выводы
Заключение
Литература
Принятые сокращения
Приложение
Введение
Актуальность темы. Широкое применение коллекторных электрических машин (КЭМ) вызвано хорошими регулировочными свойствами, особенно важными при решении практических задач, требующих наличия способности изменения частоты вращения и выдерживания больших перегрузок. Наличие в КЭМ коллекторно-щёточного узла (КЩУ), реализующего физический принцип скользящего токосъёма (СТ), обуславливает как достоинства, так и недостатки этого класса элементов электромеханики.
Главная проблема КЭМ, нерешённая до сих пор и определяющая актуальность работы, обеспечение их коммутационной устойчивости в широком интервале изменения режимов функционирования. Нерешённость проблемы устойчивости, определяемой большим числом взаимосвязанных факторов, объясняется тем, что математическая формализация динамической вероятностной задачи в многомерном контактном пространстве, а также его метрология весьма затруднены. Это одна из причин того, что её решение остаётся открытым до сих пор, несмотря на значительное число проведённых исследований. Важнейшими из них, с точки зрения наибольшей близости математических моделей к реальному вероятностному протеканию процесса передачи энергии разрывным контактом, являются исследования Лифшица П.С., Фридмана Г.И., Карасёва М.Ф., Плохова И.В., Нэллина В.И., Харизмана Ю.Д., Скороспешкина А.И., Тарановского В.Р., Забоина В.Н., Авилова В.Д. и других, работы которых приведены в библиографии диссертации.
Реализация на практике мер обеспечения повышения надёжности, контроля и диагностики состояния КЭМ и их коммутационной устойчивости затруднена ввиду недостаточной проработанности анализа и отсутствия обобщающего подхода к исследованию физических явлений, протекающих в пространстве вероятностного динамического взаимодействия элементов контактной пары СТ и КЩУ- основы функционирования электрических, электромеханических преобразователей энергии и электрических аппаратов.
Анализ многих работ показывает: при решении проблемы передачи энергии СТ в основном идут по пути описания детерминированной

предыдущего цикла деструкции, назовём этот поток фракций транзитным, уравнение непрерывности представится в следующем виде т=ттск+ттр-шУдСТ z=mTp+ шудст (h-z), где h - размер тела в ортогональном к плоскости скольжения направлении.
2.11. Энергия потока фракций контактного поля
Для учёта особенностей динамики потока фракций КП в модели баланса энергии, кроме уравнения неразрывности потока, полезно иметь уравнение баланса энергии потока фракций. Деструкция элементов равносильна потенциальной работе по отрыву фракции, их перемещению в ДГТГТ и за его пределы. Передача энергии как работы идёт в процессе силового скользящего взаимодействия контактной пары.
При движении с равными векторами скорости фракций элементарная

работа 8А движения dz составит: 5А = ^ Fdz = Fdz. При стационарном

движении сила, действующая на фракцию и поток фракций, равны F = const и А = Fz. Сила, действующая на поток фракций, потенциальная, производимая ею работа перемещения фракций зависит только от начального и конечного их положений в ДПП. Мерой потока фракций КП служит кинетическая энергия, измеряемая работой, которую может совершить поток фракций при его торможении до полной остановки, т.е.: wk = mv2 / 2.
Учтя, что это поток отдельных фракций формула получит вид 1 pv2dv = 0,5 | v1 dm,
(У) (и)
где dm - масса г'-той фракции; dV, р иг- объём, плотность и модуль вектора скорости фракций в потоке; т и V - масса и объём полного потока фракций. При поступательном движении энергия потока равна wkniI = mv2/2.
Энергия потока фракций сЛгпф как силовая функция U характеризует потенциальное поле потока и связана с ней соотношением dwn$=-dU или ^пф—U +С, (С - постоянная интегрирования). Исходя из этих определений и