礦井提升機(jī)用直流電機(jī)換向器故障分析與檢修

于勇

（哈爾濱電氣動力裝備有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

在直流動電機(jī)的各項組成部件中，換向器是核心部件，其工作質(zhì)量的優(yōu)劣對于電機(jī)的整體工作性能也具有直接影響。當(dāng)直流電機(jī)在具體運(yùn)行一段時間后，其表面會逐漸產(chǎn)生相應(yīng)的薄膜，顏色為棕黃色，這層薄膜的主要成分為銅的氧化物。當(dāng)碳刷在和換向器產(chǎn)生具體的接觸和摩擦后，會導(dǎo)致一些碳粉逐漸滲透到膜中，并逐漸地形成膜的外層，而這層薄膜不僅能夠使換向器的換向火花得到減小，而且還能使換向器的表面硬度得到極大的提升，使換向器所具有的耐磨性能得到明顯的增強(qiáng)。而如果換向火花過大，可能會破壞換向器表面的薄膜，進(jìn)而對電機(jī)的正常工作產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

1 換向器的損傷及原因分析

換向器在具體的應(yīng)用過程中，由于其自身所具有的結(jié)構(gòu)特點以及工作原理，進(jìn)而使其成為直流電機(jī)各組成部分中最脆弱的一項部件，其在進(jìn)行具體的維護(hù)和檢修工作時，往往難度較大。而且換向器的表面在使用時，也容易出現(xiàn)粗糙、灼傷、溝槽等相關(guān)現(xiàn)象，如果持續(xù)運(yùn)行將可能會對換向器造成嚴(yán)重的影響，使其表面的圓度和同軸度出現(xiàn)較大的偏差問題。

1.1 表面粗糙、凹凸不平、灼傷

在換向器正常運(yùn)行過程中，碳刷和換向器之間進(jìn)行接觸，可能會出現(xiàn)火花，也就是換向火花，其火花根據(jù)形狀不同，可以具體分為點狀、粒狀、飛濺狀等不同的類型。而其中，點狀、粒狀的火花類型屬于換向器正常的換向火花。而舌狀、響聲狀以及球狀等類型的火花則屬于是換向器中的有害火花，將會導(dǎo)致?lián)Q向器的表面受到破壞，造成換向器表面粗糙、凹凸不平以及灼傷等現(xiàn)象。而換向器不同火花的顏色也具有一定的差異，點狀和粒狀的火花主要呈現(xiàn)出白色以及微帶藍(lán)色等顏色，舌狀的火花則主要呈現(xiàn)出亮黃色，而對于一些具有較強(qiáng)能量的火花，例如，響聲狀和飛濺狀的火花，其顏色主要呈現(xiàn)出暗黃、紅色以及綠色等。碳粒在點燃過程中主要呈現(xiàn)出紅色，而銅屑在燃燒時則主要呈現(xiàn)出綠色。由于火花的顏色和形狀都存在著一定的差異，因此，相關(guān)操作人員可以對換向器的工作狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的辨別。當(dāng)火花的狀態(tài)出現(xiàn)不正常時，例如，其形狀和顏色轉(zhuǎn)換成有害火花時，相關(guān)工作人員需要立即進(jìn)行停機(jī)檢查，而導(dǎo)致出現(xiàn)有害火花或者環(huán)火狀火花的原因具體包括以下幾個方面。首先，是換向器的刷窩在安裝時不夠正確，對于刷窩的軸線和轉(zhuǎn)子的軸向，其所產(chǎn)生的平行度偏差相對較大，這也使得碳刷和換向器的接觸出現(xiàn)了不良現(xiàn)象，從而產(chǎn)生了有害火花。其次，則是由于刷窩底面與換向器表面之間的距離過大，二者的有效距離應(yīng)該控制在2～3毫米，如果二者的距離過大，將會導(dǎo)致雙拼碳刷的磨損速度產(chǎn)生較大的差異，而磨損快的一面會無法與換向器的換向片進(jìn)行有效接觸，進(jìn)而導(dǎo)致接觸面積出現(xiàn)減半的問題。而磨損較慢的碳刷和導(dǎo)線電流進(jìn)行連接后，將會導(dǎo)致其出現(xiàn)成倍增加的現(xiàn)象，將相關(guān)的火花轉(zhuǎn)變成為有害火花，對換向器的表面產(chǎn)生灼傷，而且還可能會由于電流過大，進(jìn)而使其與碳刷連接的導(dǎo)線出現(xiàn)燒斷的現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)更嚴(yán)重的后果。最后，是由于對換向器的日常維護(hù)工作不夠到位，進(jìn)而導(dǎo)致碳刷出現(xiàn)了嚴(yán)重的磨損，減少了壓在碳刷上的彈簧壓力，導(dǎo)致相關(guān)的碳刷出現(xiàn)嚴(yán)重松動現(xiàn)象，減少了二者的接觸面積，最終導(dǎo)致出現(xiàn)了有害火花。

1.2 條紋、溝槽

在換向器上分布著許多的條紋，其具體是按照換向器的圓周方向進(jìn)行分布，而且會形成具有明暗色調(diào)的平行圓環(huán)，當(dāng)相關(guān)條紋繼續(xù)發(fā)展后，會逐漸形成溝槽。而這些條紋其實是換向器的表面薄膜由于受到相關(guān)破壞所產(chǎn)生的一種表現(xiàn)，主要是由于碳刷的局部位置由于受到了有害火花的作用，導(dǎo)致其表面的局部位置出現(xiàn)了硬化，減少了碳刷和換向器的接觸面積，直流電機(jī)會長時間處于空載狀態(tài)或者低載狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致表面薄膜被破壞。

1.3 表面圓度、同軸度偏差變大

在換向器的具體運(yùn)行過程中，由于在安裝電機(jī)或者刷窩的過程中沒有充分地滿足相關(guān)的安裝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)在實際運(yùn)行時出現(xiàn)了碳刷和換向器接觸壓力不均勻的現(xiàn)象，導(dǎo)致其表面的磨損現(xiàn)象不夠均勻，從而產(chǎn)生了較大的換向器表面圓度和同軸度的偏差問題。在使用提升機(jī)進(jìn)行提升時，由于其帶載的裝載和卸載點都是十分固定的，因此，從開始啟動到最后的停機(jī)，碳刷和換向器的換向片在接觸時所產(chǎn)生的摩擦?xí)r間不等，如果長時間運(yùn)行，將會導(dǎo)致?lián)Q向器的表面圓度出現(xiàn)較大的偏差，進(jìn)而形成橢圓現(xiàn)象。而換向器的表面圓度和同軸度偏差在增大后，將會導(dǎo)致碳刷在具體工作過程中，對刷窩內(nèi)所攢動的能量會逐漸增大，進(jìn)而使二者接觸時所產(chǎn)生的質(zhì)量出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，這也加大了火花。

2 換向器的檢查

在直流電機(jī)中，換向器是一項十分重要的部件，如果沒有對其進(jìn)行有效的維護(hù)，則容易使換向器出現(xiàn)相關(guān)的故障問題，進(jìn)而對電機(jī)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。因此，相關(guān)維修人員需要加強(qiáng)對換向器的日常維護(hù)工作，并對其進(jìn)行定期檢查和清理。

2.1 感官檢查

首先，采用目視檢查法，對換向器的表面進(jìn)行細(xì)致的觀察，并對其表面薄膜的變化進(jìn)行有效的檢查。通常情況下，換向器的表面所產(chǎn)生的摩擦痕跡會呈現(xiàn)出一種均勻光滑的狀態(tài)，而且顏色也會表現(xiàn)為暗褐色。如果表面出現(xiàn)了不均勻磨損、燒傷、凹凸不平、條紋等相關(guān)現(xiàn)象，這都表明換向器受到了相關(guān)的損害。對換向器的火花性質(zhì)進(jìn)行檢查，其主要選擇夜間熄燈檢查的方式，如果換向器出現(xiàn)點狀、粒狀等火花或者顏色為白色或微帶藍(lán)色等火花，則都屬于正常狀態(tài)。而如果換向器出現(xiàn)舌狀、響聲狀以及飛濺狀等火花類型，或者其顏色呈現(xiàn)為暗黃、紅色以及綠色等，則說明換向器產(chǎn)生有害火花，需要對其進(jìn)行停機(jī)檢查等相關(guān)處理。

2.2 換向器跳動量測量

對換向器的圓度和同軸度所產(chǎn)生的偏差進(jìn)行檢查，主要是測量換向器的跳動量，需要在掛繩安裝完成前進(jìn)行，而在具體投入使用后，需要按照每季度一次的方式定期進(jìn)行檢查。具體來說，需要將百分表的頂針在碳刷上方進(jìn)行垂直設(shè)置，并通過對其百分表的數(shù)值轉(zhuǎn)動一周的變化量進(jìn)行有效的記錄，從而得到換向器的具體跳動量。

2.3 接觸面積的檢查

在對換向器的接觸面積進(jìn)行檢查時，首先，需要將碳刷取下，并對其接觸面的情況進(jìn)行有效的觀察，如果發(fā)現(xiàn)接觸不良現(xiàn)象，則應(yīng)該對探索進(jìn)行研磨處理。同時還需要對碳刷和換向器的距離進(jìn)行有效的檢查，通常需要保持在2～3毫米。

3 換向器的檢修

如果直流電機(jī)的換向器表面產(chǎn)生了粗糙、凹凸不平、條紋等狀況時，需要對其進(jìn)行有效的檢修。如果情況較輕，那么，可以使用砂紙進(jìn)行研磨，并制作出弧形木網(wǎng)，其圓弧半徑應(yīng)與換向器的外圓半徑保持相等，并將砂紙在木網(wǎng)弧形面上進(jìn)行固定，握住木馬的手柄進(jìn)行反復(fù)的研磨。而當(dāng)換向器的表面產(chǎn)生比較嚴(yán)重的情況時，例如，出現(xiàn)燒傷以及有較大的偏心和橢圓等相關(guān)缺陷時，需要采用車削的方式。由于礦井的提升，機(jī)電機(jī)的體積和重量往往都相對較大，因此，進(jìn)行拆卸運(yùn)輸以及安裝時也有較大的難度，需要進(jìn)行長時間的檢修，從而確保其能夠正常運(yùn)行。

4 結(jié)語

綜上所述，在礦井提升機(jī)用直流電動機(jī)換向器的具體運(yùn)行過程中，存在著一些常見的故障問題，當(dāng)換向器出現(xiàn)有害火花后，會對換向器與碳刷的接觸造成影響，而且也會對換向器表面的薄膜造成損害，進(jìn)而影響直流電機(jī)的正常運(yùn)行。對此，相關(guān)維修人員需要采取相應(yīng)的檢查方法，有效地識別換向器故障位置和故障的產(chǎn)生原因，合理地運(yùn)用檢修技術(shù)對換向器進(jìn)行有效的維修，從而確保直流電機(jī)換向器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。