关于集电环系统的使用与维护

在电的旋转传导和信号旋转传输中，需要一静态物体和一旋转动态物体良好接触的系统，这种用于功率旋转传导或信号旋转传输的装置就叫集电环（或称滑环）系统。在集电环系统中，一般把中心环叫集电环。与集电环接触的物体统称为刷体，以导电碳基为固体润滑加入其它低阻值导电金属粉沫压制烧结的产品，用于集电环系统中习惯称为碳刷或电刷。以贵金属制成的刷体叫刷针或刷束。支撑电刷并保持电刷相对位置的装置叫刷架，与电刷配合的盒叫刷盒，刷盒上安装一套能实现碳刷压力的装置叫压指，压指与刷盒的装配统称为刷握装配，也叫刷握。

根据不同的要求，集电环在设计制造中可选择不同的材料，选择材料首先考虑的条件是电流密度的传导实现，环境的适应以及机械性能保障。根据配置设备使用条件、目的转数、设备设计寿命、产品要求维护周期等因数综合考虑。集电环有装配式、模塑式、桥式、密闭式、开启式等诸多结构形式。

集电环的材料根据传统的经验一般有锡青铜、硅黄铜、不锈钢、碳素钢、贵金属。设计集电环系统时首先根据机器的使用条件综合考虑确定集电环材质。在集电环的材质确定后，根据功率计算出电流密度、线数度，再选择碳刷的材质。碳刷材质的正确选择在集电环系统中至关重要，它决定着集电环的寿命、机器的稳定性。不同的环境下和不同性能的机器使用的碳刷都会有极大的差别，特殊情况下要有现场实践确定。开发研究综合性能完美的接触导电刷是我们业内义不容辞的责任。

新出厂的集电环表面粗糙度在0.75～1.25μm，高于0.75μm电刷会产生谐波颤动，形成瞬间断路，这一点往往会给人们造成误解。低于1.25μm集电环和碳刷磨损会相对过快。应尽可能避免小于或等于0.2μm的粗糙度。促使集电环快速形成导电氧化膜是集电环制造商的制造技术核心，只有导电氧化膜形成后，机器才会稳定下来。氧化膜的形成是在70度左右的情况下完成，当氧化膜形成后温度会缓慢下降到40～50度，形成一个稳定的良好的运行环境。集电环表面在形成良好的导电氧化膜后整个系统就产生了一个质的变化，集电环与碳刷的使用寿命会提高数十倍。

集电环系统运行中致命的现象是接触面电火花的产生，它跟碳刷的压力、碳刷的材质、机器震动、机器气隙、碳刷接触弧等诸多现象有关，可按其顺序检查。碳刷的压力又和压指压力、碳刷与刷盒的配合间隙、电刷导线氧化变硬等因素有关，要现场分析解决。刷盒的径向配合为H7,轴向H11，碳刷为d11级，此配合保证在系统温升后有良好的配合间隙存在。

新出厂的集电环一般表面都涂有一层防锈油，用于仓储管理中防氧化锈蚀。特别提醒的是在使用前务必先清洗掉表面油污，否则会对碳刷造成致命的伤害。交付制造单位配套的集电环表面一般不涂任何防锈物质，一般环境下存放周期不要超过30天，存放周期过长表面会出现氧化或锈蚀现象。集电环习惯配合的孔设计为基孔制H8级，相关配套商要特别注意轴的配合公差。

线速较高的集电环，接触面设计了气垫槽，气垫槽的设计给碳刷创造了一个良好的附着条件，避免了集电环高速运转时由于集电环表面气流的产生致碳刷浮起现象。气垫槽端口有0.5×45°倒角非常重要，它的设计有效的提高了碳刷的使用寿命。

刷盒的材料有硅黄铜、铝合金、铁板、铜板、模塑材料等，不论采用哪一种材料最终目的是实现碳刷与集电环的相对位置定位。碳刷的压力根据使用条件不同而不同，经验值一般在0.125～0.400kg/mm2（优选0.150～0.250kg/mm2）。

信号传输滑环其结构大都是贵金属接触，较少的设计以光纤传导、水银接触传导出现。贵金属以铂金、鈀金、银、铜、镍为基体制造。宇航电气公司生产的贵金属接触刷可在极端气候（-40℃～125℃）下稳定工作，静态接触电阻小于3μΩ动态接触电阻小于5μΩ，200赫兹纵横向震动状态下接触断开时间小于15×10负9次幂，免维护周期3年以上。制造防护等级IP65.

刷针或刷束接触的信号滑环，产品在出厂前表面已做好清洗润滑处理，表面已形成良好的导电润滑膜，避免直接裸手接触，防止汗渍感染缩短使用寿命和降低传输效果，避免信号的衰减。

滑环（集电环）结构设计寿命为20年，允许有数次的维修过程。以碳刷为触点的建议维修后刷盒底与滑环表面不超过3毫米，间隙过大易有火花产生，影响机器的稳定。以触针或刷束为触点的，为了增加刷针或刷束的使用寿命，滑环和刷针或刷束表面喷涂EML导电清洗剂。

在机器的正常运行中，仔细观察碳刷与集电环表面的摩擦情况，避免接触表面运行中的火花产生，长时间的火花现象会灼伤集电环表面加速磨损。