Московский политехнический университет, Москва, Россия:

Р. Л. Шаталов, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: mmomd@mail.ru

АО «Кировский завод по обработке цветных металлов», Киров, Россия:

А. К. Толстобров, главный металлург, эл. почта: tolstobrovak@gmail.com
А. А. Агафонов, заместитель главного инженера — начальник технического отдела
О. А. Зернова, начальник Центральной заводской лаборатории

На сегодняшний день актуальными задачами являются повышение надежности и увеличение ресурса машин постоянного тока. Одной из причин необходимости выполнения ремонта машин постоянного тока после эксплуатации является износ коллектора, так как процессы, протекающие при взаимодействии щеток и коллектора под нагрузкой сложные и труднопрогнозируемые по причине участия электрического тока. Для повышения ресурса и надежности коллекторно-щеточного узла необходимо рационально проработать конструкцию узла и выбрать материалы, учитывая технологичность изготовления. Для используемых машин перспективной является замена используемых материалов на другие, способные увеличить ресурс и надежность без изменения основных характеристик. В качестве заготовок для производства коллекторов используют профили из меди и сплавов на ее основе в твердом состоянии, полученные методом прессования и волочения. Повышение износостойкости таких профилей может быть связано с увеличением прочностных характеристик. Одним из применяемых в этих целях методов является микролегирование меди элементами, влияющими на структуру, либо позволяющими проводить упрочняющую термообработку. Интерес представляют сплавы на основе меди, которые применяются в коллекторных узлах электрических машин, и которые можно получать в условиях заводов по обработке цветных металлов. Исследованы образцы из представительных микролегированных сплавов на основе меди: БрКд1, БрХ0,7, МОСр, МОТ и БрЦр0,4, полученные горячей и холодной штамповкой, схожей по деформационно-скоростным режимам с технологией (прессование и волочение) производства коллекторных профилей, изготавливаемых в условиях Кировского завода по обработке цветных металлов. Проведен микроструктурный анализ образцов, определены твердость по Виккерсу (HV), удельное электросопротивление (ρ) и относительная износостойкость (Kи). Наибольшим значением износостойкости обладают образцы из сплава БрЦр0,4. На основании полученных данных выданы рекомендации по перспективному использованию исследуемых сплавов в качестве материала для коллекторов электрических машин в целях повышения их ресурса за счет увеличения износостойкости коллекторного профиля.

1. ГОСТ 859-2001. Медь. Марки. — Введ. 01.03.2002. — М. : Издательство стандартов, 2003.
2. Николаев А. К., Костин С. А. Медь и жаропрочные сплавы : энциклопедический терминологический словарь : фундаментальный справочник. — М. : Издательство ДПК Пресс, 2012. — 720 с.
3. Осинцев О. Е., Федоров В. Н. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки : cправочник. — М. : Машиностроение, 2004. — 336 с.
4. Райков Ю. Н., Ашихмин Г. В., Полухин В. П., Гуляев А. С. Медные сплавы. Марки, свойства, применение : cправочник. — М. : Институт Цветметобработки, 2011. — 456 с.
5. Третьяков А. В., Зюзин В. И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением : справочник. — 2-е изд. — М. : Металлургия, 1973. — 224 с.
6. Смирягин А. П., Смирягина Н. А., Белова А. В. Промышленные цветные металлы и сплавы : cправочник. — 3-е изд. — М. : Металлургия, 1974. — 488 с.
7. Авилов В. Д., Исмаилов Ш. К. Методика нормирования качества коммутации в тяговых электрических машинах // Известия Транссиба. 2012. Т. 10, № 2. С. 2–6.
8. Бекишев Р. Ф., Качин С. И., Боровиков Ю. С. Совершенствование электрических машин систем электроприводов // Известия Томского политехнического университета. 2003. Т. 306, № 3.
9. Харламов В. В., Попов Д. И., Байсадыков М. Ф. Определение интенсивности изнашивания электрических щеток коллекторных машин постоянного тока с учетом воздействия профиля коллектора // Материалы III Международной научно-технической конференции. — Омск, 2019. С. 302–309.
10. ГОСТ 7657–84. Уголь древесный. Технические условия. — Введ. 01.01.1986. — М. : Издательство стандартов, 1984.
11. ГОСТ 546–2001. Катоды медные. Технические условия. — Введ. 01.03.2002. — М. : Издательство стандартов, 2001.
12. ГОСТ 860–75. Олово. Технические условия. — Введ. 01.01.1977. — М. : Издательство стандартов, 1975.
13. ГОСТ 1467–93. Кадмий. Технические условия. — Введ. 01.01.1997. — М. : Издательство стандартов, 1996.
14. ГОСТ 4515–93. Сплавы медно-фосфористые. Технические условия. — Введ. 01.01.1997. — М. : Издательство стандартов, 1996.
15. ГОСТ 2999-75 (СТ СЭВ 470-77). Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу. — Введ. 01.07.1976. — М. : Издательство стандартов, 1975.
16. ГОСТ 21073.0-75. Определение величины зерна. Общие требования. — Введ. 01.07.1976. — М. : Издательство стандартов, 1975.
17. ГОСТ 23.208–79. Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытания материалов на износостойкость при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы. — Введ. 01.03.1981. — М. : Издательство стандартов, 1979.
18. ГОСТ 3647–80. Классификация. Зернистость и зерновой состав. Методы контроля. — Введ. 01.01.1982. — М. : ИПК Издательство стандартов, 1980.
19. ГОСТ 6456–82. Шкурка шлифовальная бумажная. — Введ. 01.01.1983. — М. : Издательство стандартов, 1982.
20. Боровиков В. П. Популярное введение в современный анализ данных в системе Statistica. — М., 2019. — 288 с.
21. Izotov A. I., Bespalov V. Ya., Mamaev G. A., Timoshenko V. N. et al. Brush-wear reduction in high-altitude direct-current motors // Russian Electrical Engineering. 2018. Vol. 89, No. 2. P. 93–97.
22. Deeva V., Slobodyan S. Nanolayer in brush collector contact under Joule heating // Applied Surface Science. 2020. Vol. 500, No. 143999. P. 7.
23. Philippov V., Sidorov O., Sidorova E. Methods for assessing the wear of elements of contact pairs in high-speed motion // Advances in Intelligent Systems and Computing. 2020. Vol. 1115. P. 990–999.
24. Zhang S., Kang H., Li R., Guo E., Chen Z. et al. Microstructure evolution, electrical conductivity and mechanical properties of dual-scale Cu5Zr/ZrB2 particulate reinforced copper matrix composites // Materials Science. 2019. Vol. 762. P. 138108.
25. Weiwei S., Xiaojing X., Shengrong L., Jiafei P., Xiaole G. Effect on the wear resistance of copper alloy surface modification layer by FSSP implanting W Particles // Materials Transactions. 2019. Vol. 60, No. 5. P. 765–769.