СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ БЕЗБОЛТОВОЙ ЗАЖИМ

Полезная модель «Соединительный безболтовой зажим» относится к арматуре контактных сетей электрифицированных железных дорог и может использоваться при монтаже системы электросоединений многопроволочных питающих проводов.
Основная задача, которую призваны решить соединительные безболтовые зажимы в системе контактной сети электрифицированных железных дорог - обеспечить токопередачу от одного вида проводов другим с минимальными потерями в местах контакта электропроводящих проводов с арматурой.
Известен зажим, состоящий из медной гильзы, которая устанавливается на соединении двух многопроволочных проводов и в дальнейшем, частями, локально по 5 мм спрессовывается в шахматном порядке с двух сторон гильзы (Бондарев Н.А.. Чекулаев В.Е. «Контактная сеть», М, 2006, с. 52).
Недостаток известного зажима заключается в том, что он имеет большую длину и массу. Процесс монтажа сложен и занимает длительное время. Однако главный недостаток заключается в том, что соединение проводов с телом зажима осуществляется локально, в виде небольших отдельных контактных полей протяженностью не более 5 мм. В результате, в системе соединительный зажим - провода, из-за недостаточного контакта друг с другом, наблюдаются большие потери электричества и неконтролируемый локальный перегрев отдельных участков контактной сети электрифицированных железных дорог.
Известен безболтовой соединительный зажим для многопроволочных проводов, который представляет собой корпус, изготовленный из меди, с симметрично выполненными в нем сквозными отверстиями, с толщиной стенки не менее 1,5 мм, и разделенными перемычкой, толщиной не менее 2,0 мм, при этом на внешней стороне поверхности корпуса в средней части выполнены желоба, а по углам корпуса выполнены фаски. При этом площадь поперечного сечения корпуса зажима выполнена из расчета не менее площади сечения соединяемых проводов (Патент РФ на полезную модель №104898, МПК B60M 1/24, 2011).
Эксплуатация известного зажима выявила ряд недостатков, основной из которых заключается в следующем.
Диаметр сквозных отверстий выбирается исходя из диаметра многопроволочного провода, размещаемого в зажиме, при этом абсолютно не учитываются параметры опрессовки зажима после размещения многопроволочных проводов. Процесс монтажа зажимов осуществляется с помощью специального ручного оборудования в полевых условиях. Мощность (усилие) опрессовки ограничено возможностью используемого оборудования и условиями монтажа. Усилия опрессовки, реализуемого с помощью применяемого оборудования, достаточно для придания соединяемым деталям необходимой механической прочности, но совершенно недостаточно для обеспечения необходимой площади контакта многопроволочного провода с поверхностью зажима. При опрессовке, контакт поверхности зажима с поверхностью многопроволочного провода достигается только в области оси приложения нагрузки опрессовки в секторе с углом 90-100 градусов. В области оси сквозного отверстия перпендикулярной оси приложения нагрузки опрессовки, контакта поверхности сквозного отверстия зажима с поверхностью многопроволочного провода не происходит. Наоборот, после приложения нагрузки опресовки расстояние между поверхностью многопроволочного провода и поверхностью зажима в этом направлении увеличивается за счет деформации сквозного отверстия в направлении приложения нагрузки опрессовки, и изменения формы сквозного отверстия с круглого на овальную.
В результате, резко ухудшаются условия токопередачи от одного питающего провода к другому. Зажим в процессе эксплуатации разогревается, что приводит к повышенному расходу электричества и ослаблению крепления зажима на проводах.
Более того, неконтролируемое выполнение требования по толщине стенок корпуса зажима не менее 1,5 мм и толщине перемычки не менее 2,0 мм приводит к тому, что усилия опресовки, с ростом толщины стенок корпуса зажима и толщины перемычки, при монтаже недостаточно для деформации зажима и закрепления многопроволочных проводов с необходимой прочностью.
Техническим результатом предложенного зажима является улучшение токопередачи за счет улучшения контакта поверхности зажима с поверхностью многопроволочного провода.
Технический результат достигается тем, что в известном безболтовом зажиме, содержащем корпус с симметрично выполненными в нем сквозными отверстиями, разделенными перемычкой с желобами на внешней стороне поверхности в средней части корпуса, и фасками по углам корпуса, отличающийся тем, что в каждом сквозном отверстии, вдоль оси, перпендикулярной оси приложения нагрузки опрессовки, по всей длине контактной поверхности сквозного отверстия, выполнены проточки глубиной 0,1-0,8 мм и шириной 0,1-0,35 мм, площадь поперечного сечения сквозных отверстий в 1,03-1,1 раза превосходит площадь поперечного сечения многопроволочного провода, а площадь контактной поверхности зажима с многопроволочным проводом в сквозном отверстии меньшего диаметра превосходит площадь поперечного сечения зажима в 4,2-5,9 раза.
Площадь поперечного сечения сквозных отверстий в зажиме должна быть в 1,03-1,10 раза больше площади поперечного сечения много проволочного провода.
При величине площади поперечного сечения сквозного отверстия зажима менее 1,03 от площади сечения многопроволочного провода возникают проблемы при монтаже многопроволочного провода в сквозное отверстие зажима. Провод сложно заправить в отверстие зажима. При значении этой величины более 1,10 усилие опрессовки не в состоянии деформировать тело зажима на заданную величину, и многопроволочный провод просто не обжимается в сквозном отверстии на необходимую величину, что не создает необходимого контакта поверхности многопроволочного провода с поверхностью зажима. Кроме того, не обеспечивается необходимая механическая прочность соединяемых элементов контактной сети.
В предложенном зажиме в каждом сквозном отверстии вдоль оси, перпендикулярной оси приложения нагрузки опрессовки выполнены проточки глубиной 0,1-0,8 мм и шириной 0,1-0,35 мм. При наличии таких проточек, в процессе опрессовки, под действием деформации зажима проточка «захлопывается», что приводит к увеличению угла обхвата контактных поверхностей без заметного изменения круглой формы на овальную, обеспечивая надежный контакт одной поверхности с другой. При глубине и высоте проточки менее 0,1 мм, не наблюдается улучшения контакта поверхностей. При глубине проточки более 0,8 мм и ширине более 0,35 мм, как показали расчеты напряжений, происходит необоснованное ослабление механической прочности зажима, что может привести к нештатной ситуации в процессе его эксплуатации.
Многопроволочный провод и зажим изготовлены из одного материала - меди. Величина удельного электрического сопротивления их одинакова, следовательно, условия токопередачи будут зависеть от площади контакта между поверхностью многопроволочного провода с поверхностью сквозных отверстий и площадью поперечного сечения зажима. Поэтому расчет площадей контакта предлагаемого зажима проводят по площади контакта проводов меньшего диаметра.
При величине соотношения между этими величинами равной 4,2-5,9 наблюдаются наиболее оптимальные условия работы зажима. Температура нагрева зажима в процессе эксплуатации не превышает величины оговоренной стандартами.
Величина соотношения достигается путем изменения длины зажима. В случае превышения площади контактной поверхности зажима с многопроволочным проводом в каждом сквозном отверстии площади поперечного сечения зажима на величину в 4,2-5,9 раза, можно уменьшить толщину стенок зажима, и, тем самым, повысить прочность сцепления многопроволочного провода с телом зажима при существующем монтажном оборудовании без ухудшения условий токопередачи.
При соотношении между площадью контактной поверхности и площадью поперечного сечения менее 4,2 наблюдается интенсивный разогрев зажима. При величине соотношения более 5,9 заметного улучшения работы зажима в процессе эксплуатации не наблюдается. В этом случае необоснованно увеличиваются габаритные размеры зажима: длина и масса. Поэтому использование зажимов с отношением площади контактной поверхности зажима с многопроволочным проводом в сквозном отверстии меньшего диаметра к площади поперечного сечения провода более 5,9 раза экономически нецелесообразно.
Зажим изготавливают из меди методом горячего прессования литой заготовки. На фигуре 1 показан поперечный разрез зажима. Зажим состоит из цельно прессованного профиля 1. Площадь поперечного сечения сквозных отверстий 2 превосходит площадь поперечного сечения многопроволочного провода в 1,03-1,1 раза. В сквозных отверстиях 2, вдоль оси перпендикулярной оси приложения нагрузки опрессовки P выполнены проточки 3 глубиной 0,1-0,5 мм и шириной 0,1-0,35 мм. Длина зажима выбирается из условия, что площадь контактной поверхности зажима с многопроволочным проводом в сквозном отверстии меньшего диаметра превосходит площадь поперечного сечения зажима в 4,2-5,9 раза.
В результате использования предложенного зажима, длительность монтажа не изменяется, но значительно, на 35-60% увеличивается площадь контакта поверхности многопроволочных проводов с поверхностью зажима, и на 15-20% возрастает разрушающая нагрузка.