In frequente start-stopsituaties (bijv. liften, CNC-bewerkingsmachines, geautomatiseerde productielijnen) ondergaan DC-motoren herhaaldelijke overgangen van 0 naar de nominale snelheid en vice versa. Dit stelt specifieke componenten bloot aan constante impact en energieverlies, wat gerichte aandacht vereist voor vier kerncomponenten: borstels en commutatoren, ankerwikkelingen, lagers en elektromagnetische remmenHieronder worden de slijtagemechanismen en gerichte onderhoudsmaatregelen beschreven:
1. Borstels en commutatoren: zones met hoge impact voor wrijving en vonkvorming tijdens starten/stoppen
Frequente starts en stops versnellen de slijtage van borstels en commutatoren, veroorzaakt door twee belangrijke factoren: Ten eerste fluctueert de ankerstroom drastisch tijdens het starten/stoppen (de startstroom kan 5-8 keer de nominale stroomsterkte bereiken) en neemt de commutatorsnelheid snel toe of af vanaf 0, wat leidt tot "schuivende wrijving" en "versterkte commutatievonkvorming" op het contactoppervlak. Aan de ene kant versnelt wrijving de slijtage van de borstels: bij normaal continu gebruik gaan de borstels doorgaans 2.000-3.000 uur mee, maar deze levensduur wordt verkort tot 800-1.200 uur bij frequente start-stopsituaties. Als de borstels niet worden vervangen wanneer ze tot 1/3 van hun oorspronkelijke lengte zijn versleten, neemt het contactoppervlak af, neemt de stroomdichtheid toe en neemt de vonkvorming toe. Aan de andere kant genereren plotselinge veranderingen in de commutator-elektromotorische kracht tijdens het starten/stoppen gemakkelijk sterke vonken, die het commutatoroppervlak verbranden, waardoor putjes of oxidelagen ontstaan en de contactweerstand toeneemt. Zo ontstaat een vicieuze cirkel van “slijtage → vonkvorming → ernstigere slijtage”.
Onderhoud richt zich op drie belangrijke stappen:
- Controleer de borstelslijtage regelmatig na 200-300 bedrijfsuren. Vervang de borstels door geschikte modellen (bijvoorbeeld borstels van grafiet-metaalpoedercomposiet hebben de voorkeur bij frequente start-stopsituaties, omdat ze 30% meer slijtvastheid bieden dan borstels van puur grafiet) en zorg ervoor dat de borsteldruk stabiel is op 15-25 kPa (onvoldoende druk veroorzaakt vonkvorming; overmatige druk versnelt de slijtage).
- Polijst het commutatoroppervlak elke 500 uur met fijn schuurpapier (korrel 400) om oxidelagen en putjes te verwijderen. Zorg ervoor dat de oppervlakteruwheid (Ra) ≤ 0,8 μm is. Reinig het oppervlak na het polijsten met alcohol.
- Breng een dunne laag geleidend vet (bijvoorbeeld vet op grafietbasis) aan op het oppervlak van de collector om de wrijvingscoëfficiënt tijdens het starten/stoppen te verlagen en vonkvorming tot een minimum te beperken.
2. Ankerwikkelingen: risico's van isolatiedegradatie en koperverlies onder invloed van start-stopstroom
Tijdens het starten en stoppen worden de ankerwikkelingen blootgesteld aan een dubbel risico op slijtage:
- Een hoge aanloopstroom veroorzaakt een piek in koperverlies (Pcu = I²R). Een motor met een nominale stroomsterkte van 50 A kan bijvoorbeeld een aanloopstroom van 300 A hebben, waardoor het koperverlies tot 36 keer het nominale bedrijfsniveau toeneemt. Dit veroorzaakt een plotselinge temperatuurstijging in de wikkelingen, waardoor de isolatie sneller veroudert (de levensduur van isolatie van klasse B wordt bijvoorbeeld gehalveerd bij blootstelling aan temperaturen boven 130 °C).
- Terwijl de rotor draait, worden de ankerwikkelingen herhaaldelijk blootgesteld aan elektromagnetische krachten. Vooral aan de vaste uiteinden van de wikkeldraden kunnen trillingen de isolatielaag gemakkelijk beschadigen, wat leidt tot kortsluiting tussen de windingen.
Onderhoudscentra gericht op “stroomregeling” en “isolatietesten”:
- Installeer een softstarter in het ankercircuit. Door de ankerspanning geleidelijk te verhogen, wordt de startstroom beperkt tot 1,5-2 keer de nominale waarde (bijv. 75-100 A voor een 50 A-motor), waardoor hoge stroomstoten worden vermeden.
- Test de isolatieweerstand van de ankerwikkelingen elke 3 maanden met een megohmmeter en zorg ervoor dat deze ≥ 0,5 MΩ blijft (voor 380V-motoren). Als de isolatieweerstand daalt, demonteer dan de motor en droog de wikkelingen met een heteluchtpistool (temperatuur ≤ 80 °C) of breng opnieuw isolatieverf aan (bijvoorbeeld epoxy-gemodificeerde isolatieverf).
- Inspecteer de bindtape aan de uiteinden van de ankerwikkelingen. Vervang losse of kapotte tape door hittebestendige alternatieven (bijv. glasvezeltape) om slijtage door trillingen te voorkomen.
3. Lagers: verborgen risico's van radiale kracht en smeringsproblemen tijdens het starten/stoppen
Regelmatig starten en stoppen verstoort de stabiele smering en de krachtenbalans van lagers:
- Bij het opstarten versnelt de rotor plotseling vanuit stilstand, waardoor er "glijdende wrijving" (in plaats van normale rolwrijving) ontstaat tussen de binnenring van het lager en de kogels. Hierdoor breekt de vetfilm, wat de slijtage van de kogels en loopbanen versnelt.
- Tijdens het starten/stoppen is de motoras gevoelig voor radiale slingering door belastingsfluctuaties, waardoor de lagers aan extra radiale krachten worden blootgesteld. Dit vergroot na verloop van tijd de lagerspeling (normale groefkogellagers hebben een speling ≤ 0,1 mm, die na frequent starten/stoppen groter kan worden dan 0,2 mm), wat leidt tot abnormale geluiden en trillingen.
Bij onderhoud ligt de nadruk op ‘smeerbeheer’ en ‘spelingtesten’:
- Verkort de vetverversingsinterval – van 6 maanden (bij normaal gebruik) tot 3 maanden bij frequente start-stopsituaties. Gebruik hittebestendig, schuifbestendig vet (bijv. lithiumvet klasse 2, geschikt voor temperaturen van -20 °C tot 150 °C) en vul de helft tot 2/3 van de binnenruimte van het lager (overmatig vet veroorzaakt oververhitting; onvoldoende vet leidt tot droge wrijving).
- Controleer het lagergeluid elke 200 uur met een stethoscoop. Schakel de motor onmiddellijk uit als er een brommend of klikkend geluid optreedt. Meet de lagerspeling met een voelermaat en vervang de lagers als de speling groter is dan 0,15 mm.
- Zorg ervoor dat de coaxialiteitsafwijking tussen de motoras en de koppeling tijdens de installatie ≤ 0,1 mm bedraagt om de radiale krachtimpact tijdens het starten/stoppen te beperken.
4. Elektromagnetische remmen: slijtage van remblokken en spoelen bij frequent remmen
Sommige gelijkstroommotoren (bijvoorbeeld lifttractiemotoren en hijsmotoren) zijn uitgerust met elektromagnetische remmen. Frequent starten en stoppen vereist dat de rem herhaaldelijk "in- en uitschakelt", wat twee soorten slijtage veroorzaakt:
- Slijtage van de remblokken: Elke remcyclus gaat gepaard met wrijving tussen het remblok en de remtrommel. Frequent remmen vermindert de dikte van het remblok snel (de normale dikte van het remblok is 5 mm; slijtage kan 0,5 tot 1 mm per maand bedragen bij frequente start-stopsituaties). Wanneer de dikte onder de 2 mm zakt, nemen de remprestaties aanzienlijk af.
- Slijtage van de spoel: Regelmatige bekrachtiging van de remspoel verhoogt het koperverlies. Bovendien kan elektromagnetische kracht tijdens het aangrijpen de isolatielaag van de spoel gemakkelijk beschadigen, wat kan leiden tot kortsluiting.
Onderhoud richt zich op “remblokken” en “spoelen”:
- Controleer de dikte van de remblokken wekelijks. Vervang de remblokken wanneer de dikte minder dan 2 mm bedraagt. Zorg ervoor dat er ≥ 90% contactoppervlak is tussen het remblok en de remtrommel om ongelijkmatige remkracht te voorkomen.
- Meet maandelijks de weerstand van de remspoel. Als de afwijking van de nominale waarde meer dan 5% bedraagt, demonteer dan de spoel om te controleren op kortsluiting tussen de windingen. Wikkel de spoel opnieuw op of vervang de gehele remeenheid als er kortsluiting wordt gedetecteerd.
- Breng een dunne laag van een hittebestendige, slijtvaste coating (bijvoorbeeld een keramische coating) aan op het oppervlak van de remtrommel om de slijtvastheid van de remblokken en -trommels te verbeteren en zo de levensduur van de remblokken te verlengen.
Kortom, voor DC-motoren met frequente start-stop-scenario's kunnen "hoogfrequente inspecties + gericht onderhoud" van koolborstels/commutatoren, ankerwikkelingen, lagers en elektromagnetische remmen het uitvalpercentage van componenten met meer dan 60% verminderen. Dit garandeert een stabiele werking op lange termijn en voorkomt productiestilstand of ongevallen door componentschade.