4.2 Проектування колектора
Колектор призначений для підведення до обмотки якоря струму й забезпечення комутації у секціях цієї обмотки. У тягових двигунах застосовують колектори аркового типу. Колектор є складним вузлом електричної машини, тому що потрібно забезпечити монолітну робочу поверхню колектора, що складається з великого числа мідних і міканітових пластин, які чергуються. У тягових електродвигунах застосовують тільки аркові колектори (рис. 13).
Рис. 13 – Колектор аркового типу
Клиноподібні мідні колекторні пластини 9 з прорізом, ізольовані один від одного каліброваними міканітовими пластинами й зібраними в кільце, затискають між корпусом (втулкою) колектора 4 і натискним конусом 6 за допомогою гайки 1. Для ізоляції колекторних пластин від корпуса й натискного конуса служать міканітові ізоляційні конуси 2, 3 й ізоляційний циліндр 7. „Півники” колекторних пластин 8 мають шліці, в які укладають та припаюють кінці обмотки якоря.
У „півниках” міканітові пластини 10 роблять ширше мідних, щоб при пайці провідників запобігти замиканню між собою мідних пластин через можливе утворення «містків» з припою. У зібраному, вирівняному й спресованому в кільце комплекті колекторних пластин роблять виточення, що утворюють у нижній частині пластин виступи у вигляді ластівчиного хвоста.
Передача тиску від сили запресовування Рзапр з корпуса колектора й натискного конуса на комплект колекторних пластин відбувається по опорній поверхні ластівчиного хвоста. У верхній частині виточень між колекторними пластинами й міканітовими манжетами є зазор 0,5-1,0 мм.
Колекторні пластини виготовляють з твердої холоднотягнутої міді або з кадмієвої міді. Кадмієва мідь більш дорога, але має кращі властивості, має значно меньший знос, тому колектори тягових двигунів виготовляють із кадмієвої міді. На рис.14 зображений фрагмент вікна програми з 3-D моделлю колекторної пластини. Порядок побудови 3-D моделі наступний:
на панелі інструментів Стандартна вибрати команду Створити деталь, дати оригінальне ім'я файлу, вказати папку, куди зберегти нову деталь;
на площині Праворуч створити ескіз мідного профілю, закрити ескіз і викликавши команду Витягнути встановити у вікні, що відкрилося, відстань, на яку необхідно витягнути ескіз. Вона дорівнює довжині заготовки пластини із припусками на обробку, потім натиснути кнопку ОК;
створити ескіз під робочу поверхню колектора й виконати операцію Виріз-Витягнути 1 (ескіз виділений червоним кольором);
створити ескіз під кріплення ластівчиного хвоста й виконати операцію Виріз-Витягнути 2;
виконати округлення крайок пластини з радіусом R=0,5 мм;
виконати команду Виріз-Повернути1 для одержання прорізу в «півнику» пластини під пайку обмотки якоря;
зберегти зображення деталі.
Рис. 14 – Фрагмент вікна програми з моделлю колекторної пластини
Побудова ескізу моделі деталі ґрунтується на даних, наведених на робочому кресленні деталі, або на розмірах деталі знятих з деталі за допомогою вимірювальних інструментів, що забезпечують необхідну точність вимірів. Робоче креслення деталі Колекторна пластина подано на рис. 15.
Рис. 15 – Креслення колекторної пластини тягового електричного двигуна ТЄ-022
Шліци в „півниках” колекторних пластин фрезерують і лудять до збирання пластин у кільце так, щоб ширина шліца була на 0,3 мм більше товщини провідника. При ізоляції провідників класу „В” шліци лудять оловянистим припоєм. При ізоляції провідників класів „F” і „Н” шліци піддають гальванічному покриттю кадмієм товщиною шару ≈ 8 мк, кінці обмоток припаюють до колектора тугоплавким припоєм марки ПСр-3Кд.
Як ізоляційні прокладки між колекторними пластинами застосовують головним чином колекторний міканіт наступних марок:
КФШ – колекторний міканіт з слюди флогопіт на шелаку;
КФГ – колекторний міканіт з слюди флогопіт на гліфталевому лаку.
Основні властивості колекторних міканітів – мала усадка при нагріванні й тиску. Тому їх виготовляють з мінімальним вмістом речовини, що склеює [8]. Висока вартість колекторного міканіту змушує підбирати для нього замінники. Як замінник колекторного міканіту застосовують слюденіт, що робиться відливом водослюдосмоляної суспензії, приготовленої застосуванням спеціальної обробки відходів слюди мусковіт і кремнійорганічної смоли або слюдопласт. Через високу вартість слід вживати заходи до ощадливого розкрою листів міканіту або слюденіту при штампуванні.
Фізико-механічні властивості й точність виготовлення міканітових прокладок колектора мають не менший вплив на стабільність форми й надійність в експлуатації колекторів. На рис.16 зображена тривимірна модель ізоляційної міканітової прокладки (побудову моделі ізоляційної пластини виконують аналогічно побудові колекторної пластини).
Рис. 16 – Тривимірна модель ізоляційної пластини
За способом кріплення корпуса з натискним конусом колектори можна розділити на болтові й гайкові. Для ТЕД міського електричного транспорту (тролейбусів, вагонів трамвая й метрополітену) застосовують колектори гайкового типу (рис. 13). Виготовлення гайки вимагає великої точності, щоб запобігти перекосу при її нагвинчуванні на втулку (корпус) колектора. Перекос може викликати нерівномірний затяг колектора [2].
Для виконання віртуального збирання колекторних й ізоляційних пластин у кільце необхідно виконати наступні дії:
на стандартній панелі натиснути кнопку Створити зборку, дати їй оригінальне ім'я й зберегти у відповідній папці на жорсткому диску ПК;
у відкритий документ Збирання колектора вставити 3-D модель мідної пластини, для цього необхідно виконати операцію Додати компонент із файлу й вказати шлях до файлу Колекторна пластина; повторити операцію Додати компонент із файлу й указати шлях до файлу Ізоляційна пластина;
між двома деталями встановити відповідні сполучення. Для виконання цієї операції необхідно відкрити панель Сполучення. У вікні, що відкрилося, вибрати необхідні сполучення (паралельність, перпендикулярність, на відстані, під кутом, торкання, співвісність й установити їхнє чисельне значення);
Алгоритм побудови складання Комплект колекторних пластин представлений у табл. 3, а на рис. 17 наведений результат побудови.
Таблиця 3 – Алгоритм побудови складання Комплект колекторних пластин
|
|
Рис. 17 – 3-D складання комплекту колекторних пластин
Для створення необхідного тиску між пластинами й надання колектору циліндричної форми зібрані в кільце пластини піддають пресуванню в конічному сталевому кільці 1 з розрізними плашками 2 (рис. 18).
Рис. 18 – Пресування комплекту колекторних пластин
Для пресування розрізні чавунні плашки надягають на комплект пластин, знявши з нього попередньо з`єднальний дріт. Потім на плашки надягають суцільне сталеве конічне кільце 1, установлюють колонки гідравлічного преса й дають на них тиск 15÷18 т. При цьому розрізні плашки 2 стискують й спресовують комплект пластин. Двічі нагрівають комплект пластин до температури 180°С, після кожного нагрівання підпресовують у гарячому й після остигання в холодному стані. Далі роблять перевірку на відсутність замикань між пластинами контрольною лампою потужністю 60-100 Вт при напрузі 220 В.
Після остаточного пресування комплект пластин разом із пресувальним кільцем надходить на обробку ластівчиних хвостів. При обробці ластівчиних хвостів cлід побоюватися замикань між пластинами через заусениці. Тому беруть невеликий переріз стружки й більші швидкості різання – до 250 м/хв [5]. Перевірку на замикання між пластинами роблять зовнішнім оглядом, під час якого шабером знімають всі заусениці міді на поверхні міканітових прокладок.
При проточці ластівчиних хвостів у колекторах для виміру профілю застосовують два шаблони: з кутом 30° для попередньої проточки й 33° — для остаточної. У великій частині колекторів застосовують ті самі кути ластівчиних хвостів, а змінюють тільки глибину виточення. Після механічної обробки ластівчиних хвостів виконують загальну зборку колектора. На складальній плиті встановлюють втулку колектора 1, ще раз перевіряють відсутність затягувань міді в ластівчиних хвостах колекторних пластин і відсутність забоїн на конусах втулки й натискного конуса.
Підготовлений ізоляційний конус 2 і міканітів циліндр 3 надягають на сталевий натискний конус втулки 1 (рис. 19). Установлюють мідні пластини, що перебувають у кільці 4, яке пресує, „півниками” або прорізами вниз на міканітів конус 3. У верхнє конічне виточення в пластинах вкладають міканітів конус 6 і верхній натискний конус 7. Захищають зазор між міканітовим конусом і пластинами шляхом обв'язування кіперною стрічкою з обох сторін колектора, охороняючи від металевих стружок, пилу та інших сторонніх предметів.
У зібраному стані перевіряють рейсмусом горизонтальність положення торцевої поверхні мідних пластин і верхнього конуса щодо складальної плити. Згідно з маршрутним технологічним процесом на виготовлення колектора його необхідно запресувати зусиллям 15÷18 т і, не знімаючи зусилля, затягти гайку 8 колектора. Дану операцію рекомендується виконувати за допомогою пристрою зображеного на рис.19.
Рис. 19 – Пристрій для затягування гайки колектора:
Пристрій конструктивно складається з наставки 11, ключа 10 і воротка 9. Для того щоб затягти гайку 8, треба вставити вороток 9 у вікно наставки 11 і затягти гайку обертовим рухом. Потім необхідно перевірити перекіс конуса й торця пакета колекторних пластин щодо плити преса. Перекіс повинен бути не більше 1 мм.
Для створення монолітної конструкції колектор проходить тривале формування [9]. Після затягування гайки колектора й зняття запресованого присторою колектор знову двічі нагрівають до 160оС і пресують під тиском рзапр. Далі його двічі піддають розгону при частоті обертання 1,25 nmax з одночасним нагріванням до 140оС. Після кожного розгону, що триває 15 - 60 хв., колектор у гарячому й холодному стані пресують і до кінця затягують гайку. Такий технологічний процес забезпечує стабільність подальшої роботи колектора. Колектор, що пройшов формування, запресовують на вал осердя якоря, зовнішній вигляд якого показаний на рис.20.
Рис. 20 – Осердя якоря під укладання обмотки якоря
При підготовці осердя якоря до укладання обмотки потрібно попередньо виконати дві операції: зробити обпиловку гострих кутів торців зубців сталевого пакета й акуратно покласти ізоляцію натискних шайб. Вона повинна бути на рівні дна пазів осердя і вище приблизно на 1 мм дна шліців колекторних пластин.