高明縉

(哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

直流電機(jī)電刷與換向器的滑動(dòng)接觸狀態(tài)是影響電機(jī)的換向性能的主要因素。換向器表面較小的徑向圓跳動(dòng)偏差有利于電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下?lián)Q向器與電刷建立比較穩(wěn)定的接觸面積，這是良好的滑動(dòng)接觸的前提。在電機(jī)實(shí)際使用運(yùn)行當(dāng)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)徑向圓跳動(dòng)偏差變大的現(xiàn)象，尤其是換向器在高轉(zhuǎn)速或過熱出現(xiàn)動(dòng)態(tài)變形的情況下，由此導(dǎo)致滑動(dòng)接觸變差，電機(jī)換向惡化。以下根據(jù)我公司近年的生產(chǎn)及檢修經(jīng)驗(yàn)，對(duì)圓跳動(dòng)超標(biāo)簡單分為兩類情況進(jìn)行簡述分析。

1 換向器外圓跳動(dòng)偏差產(chǎn)生的原因

換向器外圓跳動(dòng)(即徑向圓跳動(dòng))出現(xiàn)偏差的原因一般是由于電機(jī)運(yùn)行時(shí)間較長，換向器內(nèi)片間云母及V型云母環(huán)內(nèi)的蟲膠隨時(shí)間揮發(fā)后其含膠量減少導(dǎo)致尺寸收縮，拉緊螺桿的預(yù)緊力減小，換向片片間壓力降低，換向器受離心力影響產(chǎn)生變形，橢圓變形、擺度變大或出現(xiàn)個(gè)別甚至整組凸出片。

2 換向器外圓跳動(dòng)偏差對(duì)電機(jī)的影響

我公司一般將換向器徑向圓跳動(dòng)偏差按換向器擺度偏大及個(gè)別換向片凸出(片間不平度偏大)兩種情況進(jìn)行區(qū)分，方便處理。此兩種情況對(duì)直流電機(jī)換向的影響有所不同。

2.1 擺度偏大的影響

擺度偏大即換向器橢圓變形或換向器偏心的現(xiàn)象，在此類直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，雖然換向器整體擺度偏差較大，但相鄰換向器片間半徑的變化梯度較小，即擺度的變化是平穩(wěn)過渡的，對(duì)電刷跳動(dòng)影響不大，所以對(duì)換向的影響不十分明顯。但換向器外圓擺度偏大會(huì)增加電刷的振動(dòng)值，同樣不利于換向，且隨著換向器圓周線速度增大，對(duì)換向的影響越明顯。此狀態(tài)下的電機(jī)長期運(yùn)行，換向片可能會(huì)出現(xiàn)擠銅現(xiàn)象，增加片間短路的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 凸出片的影響

換向器凸出片(即換向片片間不平度偏大)的現(xiàn)象，此種情況與擺度偏大不同，相鄰換向片片間半徑的變化梯度較大，對(duì)產(chǎn)生電刷跳動(dòng)的影響很明顯，會(huì)使電刷與換向器之間的滑動(dòng)接觸狀態(tài)被破壞，導(dǎo)致電機(jī)換向惡化。

在電機(jī)制造廠內(nèi)，電機(jī)的生產(chǎn)或檢修過程中有可能由于操作不規(guī)范，造成個(gè)別換向片向內(nèi)凹陷，換向片凹片的片間半徑的變化梯度亦較大，其造成的影響和凸片類似。

3 對(duì)換向器外圓跳動(dòng)偏差的要求

3.1 換向器外圓擺度的要求

換向器外圓擺度偏差對(duì)于換向的影響相比凸出片的情況并不十分明顯，很多時(shí)候不會(huì)直接出現(xiàn)換向火花的明顯增大。根據(jù)電機(jī)廠的電機(jī)制造及用戶電機(jī)定期檢修的經(jīng)驗(yàn)，可給出換向器擺度的允許范圍，在允許值內(nèi)的換向器擺度，電機(jī)可以得到滿意的換向且電刷位置不會(huì)出現(xiàn)異響，可以以此作為制造及返修的參考。

一般按換向器線速度的不同，對(duì)換向器擺度的允許值給出不同的允許值，如表1所示。

表1 換向器的擺度允許值

3.2 換向器凸出片的要求

換向器外圓個(gè)別換向片凸出對(duì)直流電機(jī)換向產(chǎn)生的影響直接會(huì)體現(xiàn)到換向火花變化上，因此，在電機(jī)制造及檢修時(shí)對(duì)此類情況應(yīng)給予足夠重視。

根據(jù)我公司近些年的制造經(jīng)歷，對(duì)換向器外徑在Φ456～Φ800 mm，線速度在20～38 m/s的中型Z系列直流電機(jī)出現(xiàn)凸出片的情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，凸出片值>0.02 mm即會(huì)對(duì)換向火花產(chǎn)生影響，在凸出片值達(dá)到0.04～0.06 mm時(shí)，即使是在較低轉(zhuǎn)速運(yùn)行仍會(huì)出現(xiàn)明顯火花，電刷噪聲亦明顯增大。

一般換向器凸出片導(dǎo)致?lián)Q向惡化的情況其相關(guān)影響因素較多，且由于其對(duì)換向的影響較直接，換向器表面不平度的允許值可通過對(duì)電刷經(jīng)過換向器凸出片位置的情況進(jìn)行論述求得。圖1為電刷在有凸出片的換向器表面工作的示意圖。

圖1 換向器表面工作示意圖

在電刷彈簧壓力p，電刷質(zhì)量m為已知的情況下，可求得電刷從凸出片位置下落高度Δh，即

據(jù)此，可導(dǎo)出電刷從凸出片位置下落滑出Xo長度，重新落至換向器表面所需的時(shí)間t，即

若要保證在電刷下降的距離(Xo)內(nèi)不產(chǎn)生火花，則這段距離應(yīng)小于換向節(jié)距(tk)，即Xo

由于電刷壓力P、電刷質(zhì)量m、換向器節(jié)距tk、換向器線速度vk等均為已知，據(jù)此可以導(dǎo)出電刷從凸出片位置滑出一個(gè)換向器節(jié)距時(shí)凸出片的高度，即不產(chǎn)生火花時(shí)凸出片的極限高度Δh′，即

根據(jù)此公式亦可求導(dǎo)出同系列電機(jī)中轉(zhuǎn)速與凸出片允許值的曲線關(guān)系。

由于我公司生產(chǎn)的中型直流電機(jī)(電機(jī)中心高450～1 000 mm)中，公式中涉及的幾項(xiàng)參數(shù)除換向器線速度外均較接近，可通過換向器線速度對(duì)凸出片要求做大致分類，如表2所示。

表2 換向器的凸出片高度允許值

各制造廠或檢修單位也可根據(jù)自身直流電機(jī)類型做大致分類，便于生產(chǎn)服務(wù)中參考使用。

4 結(jié)論

換向器外圓擺度大造成直流電機(jī)換向惡化，進(jìn)而使換向片被燒蝕，一般都是由于換向器片間不平度超差造成的。電機(jī)制造時(shí)應(yīng)注意相關(guān)制造工藝，避免換向器片間不平度的產(chǎn)生，電機(jī)檢修時(shí)對(duì)換向器片間不平度超差的情況應(yīng)有足夠的重視，做好對(duì)換向器拉桿進(jìn)行熱態(tài)及冷態(tài)下重新校緊并車削外圓等檢修措施。對(duì)于換向器橢圓變形及偏心等雖然擺度大但片間不平度不超差的情況，可根據(jù)制造或檢修難度及成本進(jìn)行定奪，若無法及時(shí)處理則應(yīng)做好記錄，日常監(jiān)測(cè)好換向器表面氧化膜及滑動(dòng)接觸狀態(tài)，并在電機(jī)大修時(shí)進(jìn)行處理。