Несущий усиленный трос контактной сети железной дороги

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к конструкциям многослойных и многопроволочных несущих тросов, используемых для передачи электрической энергии в воздушных электрических сетях и высокоскоростных линиях электрифицированного транспорта, например железнодорожного.
Известен Провод электрический (варианты), (см. описание изобретения к патенту RU 2179348 С2, Н01В 5/08; Н01В 7/28, опубликовано 10.02.2002). Провод состоит из витков наружного повива, выполненного из медной проволоки, центрального сердечника, внутренних повивов, причем сердечник и внутренний повив выполнены из стальной проволоки как минимум с одним защитным слоем никеля, и/или хрома, и/или меди. Или провод состоит из витков наружного повива, выполненного из медной проволоки, центрального сердечника и внутренних повивов, выполненных из стальной оцинкованной проволоки. Проволока наружного повива выполнена как минимум с одним защитным слоем никеля и/или хрома. Проволоки всех повивов направлены в противоположную сторону.
Известная конструкция многопроволочного провода, используемого в качестве несущего троса контактной сети, в которой для увеличения механической прочности используется центральный сердечник витков внутреннего повива (шесть проволок круглого сечения), все проволоки выполнены из стальной проволоки (Ст. 40-80) с защитным покрытием как минимум из одного слоя никеля и/или хрома, и/или меди. Данное техническое решение предполагает повышение электропроводности наружным повивом, выполненным из двенадцати медных проволок.
К недостаткам проводов данной конструкции, которая соответствует канатам с точечным касания проволок, необходимо отнести крайне низкий технический ресурс. Проволоки подвергаются значительному износу из-за перекрещивания между слоями, а также значительным контактным напряжениям, что неизбежно приведет к нарушению защитного покрытия и, как следствие, снижению коррозионной стойкости провода в целом. Точки контакта проволок между слоями являются концентраторами напряжений, что ведет к повышению местных значений напряжений не только при изгибе, но и при растяжении каната. Со временем из-за действия описанного эффекта канат точечного касания проволок может потерять устойчивость и пластически деформироваться даже в области упругих деформаций.
Круглая форма проволок внешнего повива способствует ухудшению аэродинамических свойств, связанных с повышенным налипанием снега, образованием гололеда, увеличению веса провода.
Данное техническое решение снижает электрическую проводимость провода, так как для заданных диаметров проводов 10,70; 12,60; 14.00; 15,80 мм, применяемых в качестве троса контактной сети железной дороги, использование стальных круглых проволок уменьшает сечение токопроводящих медных проволок.
Известен Межгосударственный стандарт ГОСТ 32697-2014. Тросы контактной сети железной дороги несущие. Настоящий стандарт распространяется на несущие тросы из меди и ее сплавов, предназначенные для контактной подвески железной дороги. Тросы классифицируются по материалам:
медные - М;
бронзовые, условной группы Бр1; Бр2.
У троса, выполненного из сплава на основе меди Бр2, по отношению к тросу, выполненному из меди, разрывное усилие выше примерно на 40%, но при этом удельное электрическое сопротивление выше примерно на 52%.
К недостаткам троса, выполненного из бронзового сплава при увеличенной механической прочности, можно отнести высокую стоимость изготовления и повышенное электрическое сопротивление, по отношению к тросу, изготовленному из меди.
Задачей заявляемой полезной модели является создание несущего усиленного троса контактной сети железной дороги с увеличенным разрывным усилием и пониженным электрическим сопротивлением, по отношению к несущему тросу контактной сети, выполненному из бронзового сплава Бр2, применяемому в настоящее время на высокоскоростных линиях железной дороги.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в следующем.
Несущий усиленный трос контактной сети железной дороги, содержащий центральную высокопрочную стальную омедненную проволоку, первый слой из четырех медных проволок и трех высокопрочных стальных омедненных проволок одного диаметра, второй слой с чередованием семи медных проволок одного меньшего диаметра и семи медных проволок одного большего диаметра и третий слой из четырнадцати медных проволок одного диаметра. При этом все три слоя выполнены за одну технологическую операцию, с одинаковым шагом свивки, в одном направлении и с линейным касанием проволок первого, второго и третьего слоя. Наружные поверхности проволок третьего слоя пластически деформированы со степенью обжатия площади поперечного сечения троса 10-12%.
2
2
В предлагаемом техническом решении, увеличение разрывного усилия несущего усиленного троса достигается новой конструкцией, в которой центральная высокопрочная стальная омедненная проволока выполнена с временным сопротивлением разрыву, не менее 1770 н/мм, а три высокопрочных стальных омедненных проволоки, в первом слое, выполнены с временным сопротивлением разрыву, не менее 1960 н/мм, технологией изготовления медной проволоки и несущего усиленного троса в целом. Уменьшение электрического сопротивления обеспечивается применением медных пластически деформированных проволок с большим сечением и меньшим удельным электрическим сопротивлением.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 изображено поперечное сечение несущего усиленного троса.
На чертеже приняты следующие обозначения:
1 - центральная высокопрочная стальная омедненная проволока;
2 - три высокопрочных стальных омедненных проволоки одного диаметра в первом слое;
3 - четыре медных проволок одного диаметра в первом слое;
4 - второй слой с чередованием семи проволок одного меньшего диаметра;
5 - второй слой с чередованием семи проволок одного большего диаметра;
6 - третий слой из четырнадцати медных проволок одного диаметра.
Наружные поверхности проволок третьего слоя, несущего усиленного троса, пластически деформированы со степенью обжатия площади поперечного сечения несущего усиленного троса 10-12%.
Технология изготовления несущего усиленного троса следующая.
Свивку проволок всех трех слоев несущего усиленного троса осуществляют за одну технологическую операцию. При этом шаг свивки для всех трех слоев проволок сохраняют постоянным, что позволяет исключить возможность перекрещивания проволок, которое наблюдается при свивки троса с точечным касанием проволок, по отдельным слоям и обеспечить им линейное касание при свивке усиленного троса.
Вторая технологическая операция - это пластическая деформация по площади поперечного сечения несущего усиленного троса со степенью обжатия 10-12%, по наружной поверхности проволок.
Пластическое деформирование по площади поперечного сечения несущего усиленного троса способствует увеличению заполнения расчетного медного высоко проводящего сечения несущего усиленного троса за счет увеличения исходных диаметров медной проволоки, что позволяет, несмотря на применение четырех высокопрочных омедненных стальных проволок, суммарно снизить удельное электрическое сопротивление усиленного троса, по отношению к тросу несущему, выполненному из бронзовых круглых проволок Бр2 на 35-40% и увеличить на 8-12% его разрывное усилие
Полученная внешняя поверхность более гладкая и ровная, чем у несущего троса, выполненного из круглых проволок, позволяет уменьшить нагрузку от климатических воздействий, значительно снизить аэродинамическое сопротивление и вибрацию проводов.