直流牵引电动机电刷压力的研究

工艺与测试

直流牵引电动机电刷压力的研究

温乐平1高连斌1曾丹2

1成都中车电机有限公司（610051）

2中车成都机车车辆有限公司（610057）

Study on the Brush Pressure of DC Traction Motors

WENLeping GAO Lianbin ZENG Dan

Chengdu CRRC Electric Co.,Ltd.

CRRC Chengdu Locomotive Vehicle Co.,Ltd.

摘要：通过对某进口直流牵引电动机电刷压力随电刷磨耗程度不同而发生变化的计算和分析，得出电刷压力和电刷磨损间的非线性关系，确定该款进口电机电刷压力范围。

关键词：直流牵引电动机电刷压力电刷磨耗

中图分类号:TM303文献标识码：A

DOI编码：10.3969/j.issn.l006-2807.2019.02.015 Abstract:Through the study and analysis on brush pressure variation corresponding to different wearing de­gree of the brush in an imported DC traction motor,nonlin­ear relationship between the brush pressure variation and brush wearing is achieved.Thus,ranges of brush pressure of the imported DC traction motor are settled.

Keywords:DC traction motor brush pressure brush wearing

直流牵引电动机刷握的每刷压力在设计上都有一定的要求范围，且要求该压力稳定并保持均匀不变［1］,电刷压力的大小直接影响电机的换向性能。本文主要对某进口直流牵引电动机电刷压力与电刷磨耗量进行计算研究。

1弹簧应变关系式

直流牵引电动机电刷装置一般由刷握、电刷、刷握夹和刷杆座组成。刷握包括刷盒、弹簧和压指等零件。电刷放在刷握的刷盒孔内，压指通过弹簧的作用对电刷施加一个压力，将电刷压在换向器表面上，弹簧的性能对电刷压力起着非常重要的作用［2】。

电机刷握弹簧应变关系见图1,根据图1可知，弹簧的弹性应变量与压缩量呈线性关系。弹簧的初始自由长度厶=52mm,假设弹簧的压缩量为x（单位：mm）,产生的压力为F（单位：N）。则该弹簧的应变线性关系式可表示为F=kx,其中k 为常数。

根据给定的数值，得到k=6.13,此弹簧的应变线性关系式为：

F=6.13x（1）

2电刷压力的计算

电刷的性能对电机的换向性能也有很大影响，并要求电刷具有一定的耐磨性⑶。此电机电

•54-2019年第2期《电瓠技术

》

工艺与测试

刷寿命线为30.5 mm,即电刷工作的允许磨耗量 为30.5 mm 0为方便研究并得到较准确的电刷压力与 电刷磨耗量的关系曲线，分别计算电刷在未磨 耗、磨耗量为5 mm 、磨耗量为10 mm 、磨耗量为 15 mm 、磨耗量为20 mm 、磨耗量为25 mm 和磨 耗量为30.5 mm 这7种状态下的电刷压力。各种状 态下的电刷压力计算结果见表1。2.1电刷未磨耗状态下电刷压力的计算电刷在未磨耗状态下，其刷握弹簧、压指与 电刷的相对位置如图2所示。则F 2=F\LJL2=\4&09X9.31/41.49=33.23N 。尸2为压指垂直作用在电刷上的力，需换算到

电刷垂直作用在换向器表面上的力凡。如图3所示，通过对电刷的受力分析可知：21+02=03, P i =F 2cos 30°, P2=FaCOs24°而Pl=P2,即F2COs30°=FaCOs24°则 F a =F 2cos30°/cos24°=33.23X0.866/0.913= 31.52 No

考虑到电刷与刷盒之间存在滑动摩擦，摩擦

系数为0.2,则摩擦力戶^0.2=6.3 No

故电刷在未磨耗状态下，其压力为F=Fa-f=

31.52-6.3=25.22 N o

图2电刷未磨耗状态下的刷握弹簧、压指与电刷相对位置

此时弹簧压缩后的长度厶0=27.85 mm,压缩

量为x ()=52-27.85=24.15 mm,根据式(1)计算出 此时弹簧的弹力Fi=6.13X24.15=14&09 N 。根据力臂平衡关系，可得到以下方程：F l Li=F 2L 2 (2) 2.2电刷压力与电刷磨耗量关系曲线表1为各状态下电刷压力的计算结果。以电

刷磨耗量为横坐标，电刷压力为纵坐标，绘制电 刷压力与电刷磨耗量的关系曲线，如图4所示。

表1各状态下的电刷压力计算结果

序号电刷磨耗量/mm 0510********.51弹簧初始自由长度厶/mm 52

2弹簧压缩后长度Z»/mm 27.8528.9930.2431.5732.9634.8335.973弹簧压缩量/mm 24.1523.0121.7620.4319.0417.1716.034弹簧座与芯轴之间的臂长厶】/mm 9.3111.713.5715.0616.2417.1717.955弹簧压缩所产生的弹力巧/N 148.09141.1133.44125.29116.76105.398.316芯轴与压指作用在电刷之间的臂长厶2/mm 41.4945.9249.5152.4554.8356.7258.267压指在电刷表面的压力F2/N 33.2336.6536.5735.9734.5832.8630.298压指作用在电刷上的压力角/(°)30

9电刷作用在换向器表面的压力角/(°)24

10电刷在换向器表面的压力F°/N 31.5234.134.6934.1232.831.172&7311摩擦系数0.2

12摩擦力/7N 6.3 6.82 6.94 6.2 6.6 6.2 5.7513考虑摩擦后电刷在换向器表面的压力F/N 25.2227.2827.7527.9226.224.9722.98

(下转第64页)

《电¢1技术》2019年第2期

-55-