КОНТАКТНАЯ ВСТАВКА ТОКОСЪЕМНИКА ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к транспортной технике, а именно к устройствам для скользящего токосъема, преимущественно для железнодорожного электротранспорта.
Известна контактная вставка токосъемников троллейбусов, имеющая подошву и рабочую поверхность в виде желоба и скругленные буртики (Патент РФ на полезную модель №120052, Контактная вставка токоприемников троллейбусов, МПК В60L 5/08, от 10.09.2012). Вставка выполнена из материала на основе графита.
Недостатком данной вставки является повышенный износ и, как следствие, малый срок службы и ограниченная область применения. Такую вставку нельзя применять в электротранспорте с повышенными токовыми нагрузками, например в железнодорожном транспорте.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту предлагаемой является контактная вставка токосъемника электротранспортного средства, имеющая подошву и рабочую поверхность (Патент РФ на изобретение №2207962, Способ изготовления контактной вставки электротранспортного средства, МПК В60L 5/08, от 10.07.2003). Вставка выполнена из материала на основе графита и пропитана водным или водноспиртовым раствором смеси борной кислоты и буры. Поверхность вставки покрыта медью.
Следует отметить, что поры, полученные в основном материале вставки при ее прессовании, заполненные водными растворами кислоты и буры не обеспечивают ни повышения прочностных свойств, ни сниженияе удельного электросопротивления. К тому же, покрытая сплошным слоем меди рабочая поверхность вставки увеличивает вероятность схватывания ее с контактным медным проводом, что приводит к интенсивному износу как вставки, так и провода (И.С. Гершман, Л.М. Бучнев, Токосъемные углеродные материалы нового поколения, Вестник ВНИИЖТ, 2003, №6, с.2).
Известно также (И.С. Гершман, Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. - Москва 2006, с.137), что в «системе медь-графит наблюдается отсутствие смачивания, поскольку краевой угол при температурах выше плавления меди намного превышает 90°». Это свидетельствует об отсутствии физико-химического взаимодействия меди с графитом.
Таким образом, основными недостатками наиболее близкого аналога являются низкая прочность и пониженная электропроводность.
Задачей предлагаемого решения является устранение этих недостатков, а именно повышение прочности и увеличение электропроводности.
Поставленная задача решается тем, что в контактной вставке токосъемника электротранспортного средства, выполненной из материала на основе графита и имеющей подошву и упрочненную рабочую поверхность, согласно предлагаемому решению, 65÷75% пор примыкающей к рабочей поверхности части объема вставки высотой h=(0.6÷0,7) Н, где Н - высота вставки, заполнены оловянистой бронзой.
Заполнение пор части объема вставки, примыкающей к рабочей поверхности, бронзой с высокой электропроводностью и низким удельным электросопротивлением, а также высокой прочностью и твердостью позволит повысить электропроводность и прочность вставки в целом. Известно, что твердость оловянистой бронзы составляет 1050МПа, удельное электросопротивление равно 0,17 мкОм - м. (ЗатовскийВ. Г., Френкель А.Г., Структура и свойства материалов на основе оловянистой бронзы для высокоскоростных теплонагруженных токосъемников // Порошковая металлургия, 1995, №11-12, с.57-58).
Контакт провода с графитом и бронзой на рабочей поверхности заявляемой вставки устранит свойственное наиболее близкому аналогу схватывание ее рабочей поверхности с контактирующим проводом и обеспечит высокие антикоррозионные свойства. Кроме того, оловянистая бронза вступает в физико-химическое взаимодействие с графитом, что обеспечит ее надежное удержание в порах и на рабочей поверхности.
Заполнение пор бронзой примыкающей к рабочей поверхности части объема вставки на высоту, превышающую 0,7 высоты вставки, нецелесообразно, поскольку вызывает большой расход дорогой бронзы, а уменьшение заполнения пор части объема вставки на высоту менее 0,6 высоты вставки не позволит достичь нужного повышения электропроводности и прочности на изнашиваемой в процессе работы части вставки.
Заполнение менее 65% пор указанной части объема вставки не позволит достичь нужного увеличения прочности и электропроводности, а заполнение более 75% пор этой части объема вставки не всегда технологически выполнимо поскольку после прессования пористой основы вставки из композиции «порошок графита - порошок фенолформальдегидной смолы» часть пор будет закрыта.
Вставку изготавливают следующим образом.
Порошковый графит, полученный при обточке графитированных электродов, смешивают с фенолформальдегидной смолой и прессуют в пресс-форме. Полученную вставку с пористостью до 30% помещают в пресс-форму из графита с верхним и нижним пуансонами-электродами. На верхнюю рабочую поверхность наносят дозированный слой порошка оловянистой бронзы, который подпрессовывают верхним пуансоном при давлении 5-10 МПа, а затем через электроды- пуансоны пропускают электрический ток плотностью 500-800 А/см. Ток после расплавления бронзы отключают и на расплав бронзы прикладывают давление верхнего пуансона значениями от 35 до 120 МПа. В результате расплав бронзы проникает в поры или системы пор и заполняет их.
Предлагаемая контактная вставка для пантографа железнодорожного транспорта проиллюстрирована на фиг.1, 2, где на фиг.1 показан общий вид вставки, на фиг.2- вид сверху.
Вставка имеет подошву 1 и рабочую поверхность 2. Вставка выполнена из материала на основе графита. В примыкающей к рабочей поверхности 2 части 3 объема вставки 65÷75% пор 4 заполнены оловянистой бронзой. Высота части 3 объема вставки п равна (0,6÷0,7) Н, где Н - высота вставки.
Контактная вставка работает следующим образом.
Своей подошвой 1 ее устанавливают в пантограф (на черт, не показан) транспортного средства. Электрический ток от контактного провода через рабочую поверхность 2 передается на двигатель электровоза. При перемещении транспортного средства с контактным проводом взаимодействует наряду с графитом основного материала и оловянистая бронза в порах 4 примыкающей к рабочей поверхности 2 части 3 объема вставки.
4
Согласно предлагаемому решению были изготовлены контактные вставки размером L=250 мм, Н=30 мм, h=20 мм и В=30 мм из порошкового графита по ТУ 1916-109-71-2000, полученного на Челябинском электродном заводе при обточке графитированных электродов, с добавлением фенолформальдегидной смолы марки СФП-011А по ТУ 6-05751768-35-94. Вставки испытывали на износостойкость на машине МТ-66 в условиях сухого трения при скорости скольжения 6 м/с и давлении 12 кг/см. В качестве контртела использовали медный провод марки ПМТ. Установлено, что износ провода при 10 циклах составил 0,6 мкм. Условная эксплуатационная стойкость вставки составила 6500 км, что свидетельствует о ее повышенной прочности. Замерено также удельное электросопротивление полученных опытных вставок, средняя величина которого составила 44,5 мкОм·м, что на 19% ниже по сравнению с промышленными вставками, выпускаемыми ООО «ГРАФИТОПЛАСТ» (г.Челябинск).
Предлагаемая вставка найдет применение в городском и железнодорожном электротранспорте.