棒磨機(jī)用異步電機(jī)電刷和刷握改進(jìn)

袁德寧

（山東鋼鐵集團(tuán)萊蕪分公司型鋼煉鐵廠 山東萊蕪）

一、存在的問題及分析

型鋼煉鐵廠棒磨機(jī)的驅(qū)動電機(jī)為YRKK630-8型繞線式異步電機(jī)（額定功率710 kW、額定電壓10 kV，額定電流461.83 A、額定轉(zhuǎn)速742 r/min，下水冷卻方式）。目前，電機(jī)時常發(fā)生電刷跳火故障，導(dǎo)致電刷弧光短路，集電環(huán)損壞嚴(yán)重，造成停機(jī)跳閘，從而嚴(yán)重影響燒結(jié)機(jī)正常生產(chǎn)。

棒磨機(jī)電機(jī)電刷跳火，產(chǎn)生火花的原因十分復(fù)雜，既有電磁方面原因，也有機(jī)械和化學(xué)方面原因，且多為綜合結(jié)果。電化學(xué)方面原因主要是有電流流過時，機(jī)械磨損明顯加快，當(dāng)電刷與粗糙的滑環(huán)接觸瞬間就要產(chǎn)生電弧。采取磨光滑環(huán)、更換電刷和彈簧等措施，不但增加維修人員工作量，而且損壞設(shè)備，效果

1.滑環(huán)表面粗糙

（1）電刷之間長時間負(fù)載分配不均，現(xiàn)場表現(xiàn)為電刷上壓力不平均；壓力不平衡；壓力過高使電刷磨損加劇，壓力過小接觸不穩(wěn)定，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時滑環(huán)上電刷跳動量大，引發(fā)火花，損壞滑環(huán)。

（2）電刷型號不合適，同一滑環(huán)上電刷型號混雜。根據(jù)不同環(huán)境，滑環(huán)有錫青銅、硅黃銅、2Cr13不銹鋼和45#鍛鋼等材質(zhì)，不同材質(zhì)的滑環(huán)應(yīng)與相應(yīng)硬度的電刷匹配。不同硬度電刷用在相同滑環(huán)上容易造成滑環(huán)磨損、損壞。

（3）螺絲松動，接頭被污染；氣體對辮子線的腐蝕；辮子線過短或過硬，使電刷脫離。

（4）在電流作用下，不僅有機(jī)械磨損還有電氣磨損，即由于電弧高溫和放電等因素作用，損壞極面材料。由于電氣磨損影響極面，因此也會影響機(jī)械磨損程度。

（5）不正確或不平均的電刷壓力。壓力過小，碳刷和滑環(huán)表面接觸不穩(wěn)定，容易引起電弧，使電氣磨損增大。壓力過大刷面的硬粒對滑環(huán)表面刮割嚴(yán)重，又會使機(jī)械磨損增加。因此彈簧壓力要適中。

2.電刷上壓力過小

一方面是配件及絕緣不良，流過彈簧的電流過大，產(chǎn)生退火作用，導(dǎo)致彈簧失效；另一方面是滑環(huán)表面粗糙，致使電刷磨損太快，需要經(jīng)常用手去壓彈簧。棒磨機(jī)電機(jī)配備的是普通圓柱螺旋彈簧，由于彈簧結(jié)構(gòu)達(dá)不到現(xiàn)場使用條件，電機(jī)長期運(yùn)行也會造成彈簧壓力不足，出現(xiàn)跳火現(xiàn)象，輕則損壞滑環(huán)，使滑環(huán)表面更加粗糙、凹凸不平，甚至造成表面剝離等；重則造成電弧短路，不但影響生產(chǎn)，還有可能因短路電流過大而燒毀電機(jī)，后果非常嚴(yán)重。電刷與刷握配合也非常關(guān)鍵，否則也是造成跳火的原因之一。

綜上所述，要確?；h(huán)膜層不受損壞，即滑環(huán)表面光潔、不粗糙，則必須保證電刷不跳火。由于電刷是電機(jī)轉(zhuǎn)動部分和固定部分導(dǎo)電的過渡部件，它在工作中不僅有負(fù)荷電流通過，還與滑環(huán)表面直接摩擦，因此電刷型號和電刷所受壓力，就是解決電機(jī)電刷跳火的關(guān)鍵，為此，必須考慮改用其他型號的電刷和刷握，并正確使用和維護(hù)。

二、改進(jìn)實(shí)施

1.電刷選型原則

由于制造電刷時所選用的原材料和工藝不同，其技術(shù)性能也有差異。電刷質(zhì)量優(yōu)劣，最根本區(qū)別在于電刷本身的電阻離散性，不同質(zhì)量電刷的電阻率范圍一般相差30%～50%。因此在選擇電刷時，應(yīng)綜合考慮電刷性能和電機(jī)對電刷的技術(shù)要求，電刷選型原則如下。

（1）在滑環(huán)表面能較快地形成一層均勻、適度和穩(wěn)定的氧化薄膜。

（2）電刷使用壽命長且不磨損滑環(huán)。

（3）電刷具有良好的換向和集流性能，使火花抑制在允許范圍內(nèi)且能量損耗小。

（4）電刷運(yùn)行時，不過熱、噪聲小，裝配可靠，不破損。

2.電刷與刷握的裝配

電刷裝入刷握內(nèi)要保證能夠上下自由移動。電刷與刷握內(nèi)壁的間隙應(yīng)在0.1～0.3 mm，以免電刷卡在刷握之中或因間隙過大產(chǎn)生擺動。若電刷與刷握框配合不當(dāng)，加之滑環(huán)振動，刷握框內(nèi)表面很容易磨損。這時，應(yīng)校正刷握框空隙，同時銼光刷握框內(nèi)表面毛刺。刷握框與電刷的空隙不允許超過表1數(shù)值；刷握離開轉(zhuǎn)動體表面的距離，應(yīng)保持在2～4 mm，若距離過小，刷握易觸傷換向器，距離過大，電刷易顫動而導(dǎo)致破損。刷握前后兩端和滑環(huán)平面必須保持相等距離，不要傾斜，電刷與刷握的不正確配合見圖1。

3.電刷的磨弧

為確保電刷與集電環(huán)接觸良好，新電刷應(yīng)進(jìn)行磨弧度，磨弧度一般在電機(jī)上進(jìn)行。在電刷與集電環(huán)之間放置1件00#細(xì)玻璃砂紙，在正常彈簧壓力下，沿電樞旋轉(zhuǎn)方向研磨電刷，砂紙應(yīng)盡量貼緊集電環(huán)，直至電刷弧面吻合。然后，提起電刷，取下砂紙，用壓縮空氣吹凈研磨粉塵，再用軟布擦拭干凈。磨弧后，電機(jī)先以20%～30%的負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)小時，使電刷與集電環(huán)磨合，并建立均勻的氧化薄膜，再逐步提高電流至額定負(fù)荷。

表1 刷握框與電刷允許空隙 mm

圖1 電刷與刷握的不正確配合

4.合理選擇電刷單位壓力

應(yīng)力求施加在同一臺電機(jī)各個電刷的單位壓力均勻，避免電流分配不勻，導(dǎo)致個別電刷產(chǎn)生過熱或火花。通常，電刷單位壓力過高，使電刷磨損加劇，單位壓力過小，接觸不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)機(jī)械性火花。

5.電刷與刷握的選型

改造電刷及其刷握，以確保電機(jī)在運(yùn)行中良好的換向性能及維持電刷較長的使用壽命。棒磨機(jī)電機(jī)共有3個集電環(huán)，每個集電環(huán)上有 7塊 J164型（64 mm×31.8 mm×25 mm）金屬電刷（上海摩根公司生產(chǎn)），先后對J163、J201、D172等型號電刷及刷握進(jìn)行可行性分析和研究，最終選用J201型（64 mm×32 mm×25 mm）石墨電刷（上海摩根公司生產(chǎn)）。更換原普通圓柱螺旋彈簧，改用公稱壓力為18.13N（1.85 kg）的非接觸型平面渦卷彈簧及其刷握。另外，為減小每塊電刷所承受電流，在每個集電環(huán)上各加裝1塊電刷。改造前、后1 mm2電刷承受電流分別為461.83/7×25×31.8=0.83 A/mm2和 461.83/8×25×32=0.72 A/mm2，電流減小了0.11 A，這就有效延長了電刷使用壽命。

三、改進(jìn)效果

1.經(jīng)濟(jì)效益

改進(jìn)前每月至少更換35塊電刷（每塊電刷215元），10套彈簧（每套刷握227元），改造后每月最多更換2塊電刷（每塊電刷43元）。改進(jìn)前、后1年材料費(fèi)分別為12×35×215+10×227=92570元和 12×2×43=1032元。

2.其他

棒磨機(jī)電機(jī)改進(jìn)后，未出現(xiàn)因彈簧壓力過小發(fā)生的跳火現(xiàn)象，解決了因電刷跳火造成滑環(huán)表面損傷問題（只有當(dāng)電刷太短時，才需要更換電刷），滿足了燒結(jié)生產(chǎn)工藝要求，提高了燒結(jié)礦產(chǎn)量和質(zhì)量，有效降低了維修成本，改善了維修工勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，確保了棒磨機(jī)電機(jī)及整個燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。