換向器運行穩定性的研究

龐紅

摘 要：本文根據直流電動機換向器的基本結構，對影響換向器運行穩定性的主要因素如換向器烘壓參數的選擇、溫度的選擇、烘焙時間進行了分析，并提出解決方法。

關鍵詞：換向器;穩定性;烘壓工藝參數

中圖分類號：TS914.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）14-0079-02

1 換向器的運行穩定性對直流電機的可靠運行至關重要

換向器是直流電動機的主要組成部分。換向器的作用是“變流”，即將電樞繞組中感應的交變電勢經電刷變為直流電勢，或把由電刷引入的外部直流電壓變為交變電壓，加到電樞繞組上。圖1為換向器在直流電動機中的結構位置。

直流電機由于“變流”而出現特有的“換向”問題，即旋轉著的電樞繞組元件被電刷短接過程中，元件內的電流方向要改變。換向不良，將出現火花，甚至發生環火、接地等故障。因此，良好的換向，是直流電機正常工作的必要條件。換向問題很復雜，影響換向的因素很多，其中換向器的運行穩定性是一個重要的因素。因此，換向器運行穩定性直接影響到直流電機的可靠運行。

2 影響換向器運行穩定性的因素分析

換向器在運行中的穩定性控制是一個復雜的過程，受到各種因素的影響。

換向器在工作溫度和離心力的作用下，要求保持結構形狀的穩定性。因此，在壓裝過程中，必須進行反復烘焙和加壓，使云母片、V型絕緣環排除多余的膠粘劑，并使之固化，保證換向器成型穩定。圖2為換向器的結構組成。

換向片、V形絕緣環是換向器的兩個重要組件，其零件結構分別如圖3、圖4所示，兩者生產質量直接影響了換向器的壓裝質量，從而對換向器的運行穩定性造成直接影響。故技術要求換向片落料后毛刺不大于0.15，升高片槽底每邊銅片厚度不小于0.9，未注尺寸公差為+IT13。

換向器的壓裝分為二個階段。第一階段在換向片和云母片之間形成需要的片間壓力，加上高溫烘焙，以使云母片在高溫高壓下盡量收縮，使換向器結構堅實，穩定性良好。第二階段是套上V形絕緣環，然后進行烘壓，常稱為第二次裝配或總裝。主要是烘壓絕緣環，使換向器V形槽與V形絕緣環和壓圈緊密貼合，并充分收縮聚合。

在換向器制造過程中必須進行多次烘壓，正確選擇工藝參數，才能使片間云母板和V形絕緣環在制造過程中充分壓緊，并完成膠粘劑的聚合作用，以保證換向器在運行中的穩定性。換向器烘壓參數的選擇和材料的種類工件的大小、烘爐條件有關。下面討論應如何選擇有關烘壓參數。

2.1 壓力的選擇

蟲膠云母板的收縮率和壓力的關系：當壓力較小時，收縮率變化較大，當壓力增大時，收縮率變化減小，而當壓力達到35-40N/mm2時，收縮率變化很小。因此，在烘壓換向器時，換向片側面壓力通常在35-40N/mm2范圍內選取。

2.2 溫度的選擇

蟲膠云母收縮率與溫度的關系：當溫度在70℃以下時，云母的收縮率變化很小。因為溫度過低，云母板蟲膠尚未軟化，當溫度在70-120℃之間時，蟲膠軟化后，一部分被擠出來，因此，云母板的收縮率變化較大;而在120℃以上時，云母板的收縮率變化變小，因為多余的蟲膠早已基本上被擠出。在生產中為了縮短烘焙時間，烘焙溫度取165±5℃，也不宜溫度過高，以免引起云母板的熱老化和換向片硬度下降。在換向器裝配過程中，第一次裝配的三次烘壓目的是為了使片間的云母板盡量收縮，達到穩定。第一次與后兩次的烘壓溫度應有所不同，前者約為120-140℃，后者為165±5℃。第一次烘壓溫度之所以稍低，是為了避免外部的膠粘劑過早硬化，以致內部的溶劑無法揮發出來，而影響烘壓質量。

因此，溫度選擇不當是造成換向器運行失穩的另一個主要原因。

2.3 烘焙時間

烘焙時間的長短根據絕緣中膠粘劑聚合所需時間來定。對于140-165℃的烘焙時間一般可取5-7小時。在每次裝配過程中，須進行熱壓三次，冷壓二次，即在加溫一段時間后，進行一次熱壓，然后進入電烘箱加溫，過5-7小時后，溫度達到165±5°時，再進行熱壓和冷壓二次，而不是烘一次。根據實際情況，適當延長烘焙時間，原因有以下幾點：

（1）換向器的數量多，需要吸收的熱量較多;

（2）入冬以后，由于天氣較冷，爐溫升溫較慢;

（3）烘到規定的溫度后，膠軟化部分被擠出，重疊的云母片也因被壓發生微小的位移而減薄，這時實際上存在于片間的壓力已不夠了。分三次加熱加壓，能使收縮更完善。

在每次加壓過程中都是先熱壓而后冷壓，這是由于換向片（銅片）比鋼壓圈的膨脹系數大，一般冷卻到40℃左右時需再進行冷壓。

因此，烘焙時間的選擇不合適，也是造成運行失穩的一個主要原因。

3 解決方法

（1）換向片組裝的烘焙時間、溫度、壓力及擰緊力矩，要嚴格按工藝規程進行操作。

片間絕緣的彈性可起到因溫度變化膨脹時，調整換向片片間壓力的作用。為保證片間云母和絕緣環的良好固化程度，除了保證恒溫箱、溫度顯示裝置的正常運行外，還應在換向片組裝后，在末次加壓后，必須冷至室溫再進行冷壓。

每次加壓前，要檢查換向器端面和壓床平臺的平行度。第一次、第二次烘壓時，帶著片裝工具，以后可將片裝工具拆除。

（2）職工的技能素質決定了產品的質量。根據工作條件及崗位特點，加強對操作人員的技術及職業道德培訓。也可通過有特色的小組活動，小組成員之間進行技術交流，互學工作的絕活和竅門，提高其技能水平。

（3）創建良好的工作環境，營造職工濃厚的學習氛圍，設立激勵政策，完善企業文化，明確崗位職責，建全規章制度，提高職工以廠為家的主人翁責任感。

（4）積極進行技術改造和設備更新，改進結構、完善工藝規程、提高效率、減少耗能。

參考文獻

[1] 沈本蔭.牽引電機[M]北京：中國鐵道出版社，2010.

[2] 鐵道部永濟電機工廠.牽引電機制造[M].北京：鐵道部工業總局，1982.