КОНТАКТ-ДЕТАЛЬ

Полезная модель относится к электротехнике, преимущественно к материалам, служащим для изготовления электрических контактов низковольтной аппаратуры, а именно к электрическим контактам низковольтных электрических реле. Может быть использовано в электромеханических реле, для устройств сигнализации, централизации, и блокировки (устройства СЦБ) на железнодорожном транспорте, для которых необходимы высокая надежность и ресурс.
Отличительной особенностью условий работы низковольтной аппаратуры является наличие при замыкании контактов ударных нагрузок и больших коммутирующих токов. К материалам, из которых изготавливают электрические контакты, предъявляются высокие требования к прочности основы и особые требования к свойствам поверхностей. Так, контактные поверхности материала, входящие в соприкосновение с ответными контактами, должны иметь достаточную твердость и прочность, высокое сопротивление окислению и электрической эрозии в состоянии замыкания и размыкания контактов. Материал контактов должен иметь незначительную склонность к свариванию и прилипанию с ответными контактами, а также должен обладать хорошей теплопроводностью и электропроводностью при высокой стабильности переходного сопротивления в замкнутом состоянии контактов.
Известно, что высокая прочность материалов достигается за счет высокого содержания в объеме материала металлов, при объемной доле графита не превышающей 10-15% (4-5 мас.%). Высокие электротехнические свойства достигаются путем, создания материалов на основе металлографита с добавлением в различных пропорциях меди, никеля, кобальта, алюминия, серебра. Повышение электроэрозионных свойств достигается изготовлением композиционных материалов на основе серебра. (Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения: Справочник/Под ред. И.М.Федорченко. -Киев: Наукова думка, 1985, стр.442)
Однако данные материалы имеет ряд существенных недостатков: они дороги, имеют малый ресурс, склонны к свариванию. Для удовлетворения предъявляемым требованиям контактные пары реле автоматики традиционно изготавливаются из серебросодержащих материалов.
Известны и широко применяются реле (Сороко В.И., Милюков В.А. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Кн.1 НПФ «Планета», 2000 - стр.256), в которых контакт-деталь для фронтовых контактов представляет собой элемент в виде тела вращения выполненный методом порошковой металлургии из композиции серебро - графит запрессованную в держатель в виде чашеобразной наклепки, указанная композиция содержит 38-44% серебра (ТУ 16-538.158-72).
К недостаткам контактов следует отнести: нестабильность переходного сопротивления. На стадии приработки в паре с серебром, сопротивление составляет 0,1 Ом, в процессе эксплуатации может скачкообразно увеличиваться до 0.3 Ом, затем опять уменьшиться. Имеется большой разброс по коммутационному ресурсу (количеству срабатываний контактов) от 1,4 до 2,0 млн. Контакт детали изготовленные методом порошковой металлургии имеют большой допуск на отклонение по размерам. Размерная точность изделий изготовленных методом порошковой металлурги зависит от многих от условий, начиная от состава исходного состава сырья, подготовкой шихты и заканчивая температурными параметрами спекания. Эти условия всегда разнятся при изготовлении изделий методом порошковой металлургии и, как следствие, всегда имеются разброс по размерам, а последующая механическая обработка контакт-деталей экономически не целесообразна. Поэтому идут по пути увеличения допуска, а это влечет за собой необходимость увеличения усилий при закреплении контакт детали в держатель.
Электрический контакт между стенками чашеобразного держателя и контакт - деталью обеспечивается за счет упругого прижатия кромок чашеобразного держателя к поверхности контакт - детали. Чтобы обеспечить стабильный электрический контакт, за счет действия сил упругости стенок чаши, необходимо приложить значительные усилия для деформации стенок чаши и материала контакт - детали. Проконтролировать усилия необходимые для деформации стенок при обжатии чашеобразного держателя практически невозможно, т.к. обжатие чаши происходит на прессе, и усилие обжатия задается ходом пуансона пресса. Поскольку все детали выполнены с определенным допуском на размеры, то усилия обжатия на каждой детали получаются различными, поэтому чтобы создать надежный контакт идут по пути повышения прочностных свойств материала, создавая необходимый запас прочности контакт - детали при ее деформировании в процессе запрессовки. Увеличение прочностных свойств возможно за счет увеличения металлической составляющей в композиции серебро-графит, что не желательно, т.к. появляется вероятность сваривания контактов..
При обжатии контакт детали возможно частичное повреждение места обжатия, образование микротрещин, которые в процессе работы контакта приводят к осыпанию места обжатия (контакт начинает шататься в держателе) и появлению нестабильного электрического контакта.
Известна, контакт-деталь (Патент RU №90615) из композиционного материала в виде тела вращения ограниченная боковой поверхностью, с образующей, состоящей из прямолинейных и (или) криволинейных отрезков и двумя параллельными поверхностями оснований, выполненная из мелкозернистого плотного графита с удельным электросопротивлением не более 16,0 мкОм*м и прочностью на сжатие не менее 60 МПа, зольностью не более 0.3% и пористостью не более 20%, при этом удельное электросопротивление и прочность на сжатие контролируют в направлении оси тела вращения. Прочность на сжатие материала не менее 60 МПА, при высокой точности изготовления, позволяет не разрушать зону контакта контакт-детали с держателем при ее закреплении и тем самым исключить нестабильность свойств во время эксплуатации обусловленную качеством закрепления.
К недостаткам данного технического решения можно отнести не технологичность, так как контакт имеет форму вращения, то при ее изготовлении образуется большое количество отходов, кроме этого требуется специальный инструмент.
Наиболее близким, принятым за прототип, является композиционный электрический контакт (Патент RU №2400852), выполненный из материала, содержащего графитовую основу и металлические добавки серебра, графитовая основа выполнена из мелкозернистого плотного графита с удельным электросопротивлением не более 16 мкОм·м, прочностью на сжатие не менее 60 МПа, зольностью не более 0,3% и объемной пористостью 15-25%, металлическая добавка распределена во внутреннем объеме графитовой основы в порах в количестве не менее 10% от объема пор, а на поверхности графитовой основы частицы металлической добавки образуют, не сплошное поверхностное покрытие толщиной до 10 мкм.
К недостаткам данного технического решения можно отнести не стабильность электрического сопротивление композиционного материала, и не технологичность изготовления контакт-детали.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение надежности и ресурса работы электромеханического реле за счет увеличения коммутационной стойкости контакт-детали, повышение стабильности переходного электрического сопротивление контактной пары в процессе коммутаций, повышение технологичности изготовления контакт-детали.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышение стабильности переходного электрического сопротивление контактной пары в процессе коммутаций, увеличении коммутационной стойкости контакт-детали, снижении трудоемкости изготовления контакт-детали, снижение расхода мелкозернистого плотного графита.
Технический результат достигается, тем что контакт-деталь из композиционного материала, выполнена из мелкозернистого плотного графита с удельным электросопротивлением не более 16,0 мкОм*м и прочностью на сжатие не менее 60 МПа, зольностью не более 0.3% и пористостью не более 20%, с равномерно распределенным во внутреннем объеме металлическими добавками серебра, при этом контакт - деталь выполнена в форме усеченной пирамиды с основанием в виде прямоугольника, грани усеченной пирамиды расположены к основанию под углом 75-87 градусов, а масса металлических добавок серебра составляет не менее 7% от массы контакт-детали.