在電的旋轉傳導和信號旋轉傳輸中,需要一靜態物體和一旋轉動態物體良好接觸的系統,這種用於功率旋轉傳導或信號旋轉傳輸的裝置就叫集電環(或稱滑環)系統。在集電環系統中,一般把中心環叫集電環。與集電環接觸的物體統稱為刷體,以導電碳基為固體潤滑加入其它低阻值導電金屬粉沫壓制燒結的產品,用於集電環系統中習慣稱為碳刷或電刷。以貴金屬制成的刷體叫刷針或刷束。支撐電刷並保持電刷相對位置的裝置叫刷架,與電刷配合的盒叫刷盒,刷盒上安裝一套能實現碳刷壓力的裝置叫壓指,壓指與刷盒的裝配統稱為刷握裝配,也叫刷握。
根據不同的要求,集電環在設計制造中可選擇不同的材料,選擇材料首先考慮的條件是電流密度的傳導實現,環境的適應以及機械性能保障。根據配置設備使用條件、目的轉數、設備設計壽命、產品要求維護周期等因數綜合考慮。集電環有裝配式、模塑式、橋式、密閉式、開啟式等諸多結構形式。
集電環的材料根據傳統的經驗一般有錫青銅、矽黃銅、不銹鋼、碳素鋼、貴金屬。設計集電環系統時首先根據機器的使用條件綜合考慮確定集電環材質。在集電環的材質確定後,根據功率計算出電流密度、線數度,再選擇碳刷的材質。碳刷材質的正確選擇在集電環系統中至關重要,它決定著集電環的壽命、機器的穩定性。不同的環境下和不同性能的機器使用的碳刷都會有極大的差別,特殊情況下要有現場實踐確定。開發研究綜合性能完美的接觸導電刷是我們業內義不容辭的責任。
新出廠的集電環表麵粗糙度在0.75~1.25μm,高於0.75μm電刷會產生諧波顫動,形成瞬間斷路,這一點往往會給人們造成誤解。低於1.25μm集電環和碳刷磨損會相對過快。應盡可能避免小於或等於0.2μm的粗糙度。促使集電環快速形成導電氧化膜是集電環制造商的制造技術核心,隻有導電氧化膜形成後,機器才會穩定下來。氧化膜的形成是在70度左右的情況下完成,當氧化膜形成後溫度會緩慢下降到40~50度,形成一個穩定的良好的運行環境。集電環表麵在形成良好的導電氧化膜後整個系統就產生瞭一個質的變化,集電環與碳刷的使用壽命會提高數十倍。
集電環系統運行中致命的現象是接觸麵電火花的產生,它跟碳刷的壓力、碳刷的材質、機器震動、機器氣隙、碳刷接觸弧等諸多現象有關,可按其順序檢查。碳刷的壓力又和壓指壓力、碳刷與刷盒的配合間隙、電刷導線氧化變硬等因素有關,要現場分析解決。刷盒的徑向配合為H7,軸向H11,碳刷為d11級,此配合保證在系統溫升後有良好的配合間隙存在。
新出廠的集電環一般表麵都塗有一層防銹油,用於倉儲管理中防氧化銹蝕。特別提醒的是在使用前務必先清洗掉表麵油污,否則會對碳刷造成致命的傷害。交付制造單位配套的集電環表麵一般不塗任何防銹物質,一般環境下存放周期不要超過30天,存放周期過長表麵會出現氧化或銹蝕現象。集電環習慣配合的孔設計為基孔制H8級,相關配套商要特別註意軸的配合公差。
線速較高的集電環,接觸麵設計瞭氣墊槽,氣墊槽的設計給碳刷創造瞭一個良好的附著條件,避免瞭集電環高速運轉時由於集電環表麵氣流的產生致碳刷浮起現象。氣墊槽端口有0.5×45°倒角非常重要,它的設計有效的提高瞭碳刷的使用壽命。
刷盒的材料有矽黃銅、鋁合金、鐵板、銅板、模塑材料等,不論采用哪一種材料最終目的是實現碳刷與集電環的相對位置定位。碳刷的壓力根據使用條件不同而不同,經驗值一般在0.125~0.400kg/mm2(優選0.150~0.250kg/mm2)。
信號傳輸滑環其結構大都是貴金屬接觸,較少的設計以光纖傳導、水銀接觸傳導出現。貴金屬以鉑金、鈀金、銀、銅、鎳為基體制造。宇航電氣公司生產的貴金屬接觸刷可在極端氣候(-40℃~125℃)下穩定工作,靜態接觸電阻小於3μΩ動態接觸電阻小於5μΩ,200赫茲縱橫向震動狀態下接觸斷開時間小於15×10負9次冪,免維護周期3年以上。制造防護等級IP65.
刷針或刷束接觸的信號滑環,產品在出廠前表麵已做好清洗潤滑處理,表麵已形成良好的導電潤滑膜,避免直接裸手接觸,防止汗漬感染縮短使用壽命和降低傳輸效果,避免信號的衰減。
滑環(集電環)結構設計壽命為20年,允許有數次的維修過程。以碳刷為觸點的建議維修後刷盒底與滑環表麵不超過3毫米,間隙過大易有火花產生,影響機器的穩定。以觸針或刷束為觸點的,為瞭增加刷針或刷束的使用壽命,滑環和刷針或刷束表麵噴塗EML導電清洗劑。
在機器的正常運行中,仔細觀察碳刷與集電環表麵的摩擦情況,避免接觸表麵運行中的火花產生,長時間的火花現象會灼傷集電環表麵加速磨損。
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