КОНТАКТНАЯ ВСТАВКА ДЛЯ ТОКОПРИЕМНИКА ТРОЛЛЕЙБУСА

Полезная модель относится к устройствам для скользящего токосъема и может быть использована для городского электрического транспорта (вставки троллейбусов) и в других машинах с аналогичными условиями токосъема.
Токосъемные контактные вставки используют для снятия тока с контактного провода при движении троллейбуса. Использование того или иного типа вставок определяется техническими характеристиками: низким электрическим сопротивлением при высокой износостойкости, механической прочностью, высокой электропроводностью, отсутствием искрения при контакте с проводом троллейбусных линий, а также их себестоимостью.
Известна контактная вставка, описанная в а.с. СССР №465352. Данная вставка имеет плоскую рабочую поверхность со сферическими торцевыми частями, расположенными под наклоном к горизонтальной плоскости в (30÷60)°. Недостатком указанной конструкции является то, что наряду со снижением динамических нагрузок в вертикальной плоскости, она испытывает в процессе работы высокие динамические нагрузки на торцевую часть в горизонтальной топлоскости, а также у нее ослаблена боковая грань вставки, что снижает ее эксплуатационную стойкость за счет интенсивного износа боковых граней. При этом из-за сложности с вхождением в специальные части контактной сети происходит частое дугообразование при прохождении последних.
Также известна токосъемная вставка, описанная в патенте РФ №2201876. Вставка имеет вид пластины с рабочей поверхностью в виде желоба с симметричными торцевыми краями, расположенными под углом к горизонтали в 30÷60°, имеющими седловидную форму, и направленными наружу под углом 10÷30°.
Недостатком данной конструкции является приводящая к повышению токовых нагрузок малая рабочая поверхность, что приводит к перегреву материала и быстрому разрушению вставки.
Известен патент на полезную модель РФ №39541, в соответствии с которым контактная вставка токоприемника троллейбуса представляет собой пластину с основанием и рабочей поверхностью, имеющей ширину меньше ширины основания и выполненную в виде желоба с бортиками, диаметрально сопряженную с симметричными торцевыми частями, расположенными под углом, в частности 45° к горизонтали, при этом торцевые части выполнены с выступами за габариты вставки, имеющие ширину, равную 0,8÷1,2 ширины рабочей поверхности и длину, равную 0,2÷1,0 ширины выступа.
К недостаткам данной конструкции токосъемной вставки следует отнести небольшой по глубине желоб, который не полностью охватывает контактный провод, что приводит к выходу контактного провода из желоба и истиранию «щечек» токосъемной головки троллейбуса. Указанные размеры токосъемной вставки и широкий диапазон их разброса исключают возможность использования некоторых из них в действующих конструкциях. Предлагаемый профиль и габаритные размеры не соответствуют размерам выступов в «щечках» стандартных токосъемных головок троллейбуса, что может привести к перекосу вставки при установке и ее быстрому износу при эксплуатации.
Наиболее близким по технической сути является патент на полезную модель №1300262, согласно которому контактная головка токосъемника троллейбуса содержит контактную вставку, имеющую сопряженную с башмаком поверхность, выполненную по радиусу. Башмак и контактная вставка установлены в щеках. Боковые поверхности вставки контактируют со щеками соответственно по вертикальной и по горизонтальной поверхностям. Подобная конструкция позволяет повысить электропроводность головки, однако это повышение несущественно, так как площадь контактирующих сферических поверхностей и плоских отличаются незначительно в данном виде изделия, а трудозатраты на изготовление повышаются. Также существенным недостатком указанной головки является низкая прочность контактной вставки при прохождении головки по стыкам проводов, что значительно снижает ее эксплуатационную стойкость.
Технической задачей настоящей полезной модели является создание конструкции износостойкой геометрической формы контактной вставки для токоприемника троллейбуса, позволяющей улучшить эксплуатационные характеристики: повысить прочность, ее истирание, исключить перемещение провода к щечке токосъемной головки, обеспечивая контактному проводу устойчивое скольжение по поверхности токосъемной вставки без потери контакта и надежное удерживание контактного провода в пазу, тем самым увеличить эксплуатационную стойкость изделия.
Поставленная техническая задача решается с помощью предлагаемой конструкции контактной вставки для токоприемника троллейбуса, включающей пластину с основанием и рабочей поверхностью, выполненную в виде желоба, сопряженного с симметричными торцами, расположенными под углом к горизонтали, изготовленная прессованием по способу порошково-обжиговой технологии на основе углерода. Конструкция выполнена при следующих соотношениях геометрических размеров: ширина пластины основания В=28,0÷29 мм; глубина желоба h=4÷5 мм; длина подошвы вставки L=87 мм; толщина стенок желоба S=6,7÷6,8 мм; высота токосъемной вставки H=17÷21 мм; радиус желобка R=7÷8 мм; угол наклона торцевой части к вертикали α=25÷35°.
Предлагаемая конструкция позволяет повысить эксплуатационные характеристики за счет геометрической формы вставки. Указанная конфигурация вставки, а также наличие металлических добавок и компонентов, повышающих гидрофобность композиции, обеспечивают улучшение эксплуатационных характеристик вставки при работе в условиях отрицательных температур и атмосферных осадков, а также при наличии значительного износа контактной сети. Данная конструкция отличается увеличенной глубиной желоба (4÷5 мм), что позволяет контактному проводу устойчиво скользить по поверхности токосъемной вставки без потери контакта и надежно удерживать его в пазу, исключая перемещение провода к щечке токосъемной головки, ее истирание и выход из строя.
Также отличительной чертой предложенной конструкции является отсутствие бортиков и увеличенная высота стенки (17÷21 мм), и соответственно рабочая высота вставки (с 4÷8 мм), что способствует повышению срока службы троллейбусной вставки данной конструкции.
При этом толщина стенки, благодаря предлагаемому решению, увеличилась с 2,5 мм до 6,75 мм, что позволяет эксплуатировать данный вид вставки даже в неотрегулированных токосъемных головках троллейбусов и на сильно изношенных контактных сетях, у которых происходит диагональное истирание токосъемной поверхности из-за перекоса головки и неправильно отрегулированной нагрузки пантографа к контактному проводу.
Входная часть вставки выполнена в форме «седла» с симметричными торцевыми краями, находящимися под наклоном 25÷35 к боковым граням, что позволяет плавно входить изношенным спецчастям контактной сети без упругой деформации для материала и избежать преждевременного выхода из строя из-за растрескивания вставки, а также предотвратить дальнейший износ скоростных стрелок.
Предлагаемая модель позволяет повысить эксплуатационные характеристики за счет особенностей геометрической формы вставки, в частности износостойкость и электрические характеристики. Данная модель позволяет увеличить скорость прохождения перекрестков и скоростных стрелок и избежать при этом образования дуги, что способствует уменьшению износа контактной сети и снижает потери электроэнергии.
Заявленная полезная модель проиллюстрирована чертежами, где показана токосъемная вставка (Фиг. 1, а), и разрез общего вида головки с расположенной в ней токосъемной вставкой (Фиг. 1, б), где В - ширина пластины основания; h - глубина желоба; L - длина подошвы вставки; S - толщина стенок желоба; H - высота токосъемной вставки; α - угол наклона торцевой части к вертикали; R - радиус желоба.
Контактная вставка для токоприемника троллейбуса работает следующим образом. Вставка фиксируется в токоприемной головке троллейбуса, которая связана с тяговыми электродвигателями. В процессе работы, токосъемная вставка скользит по контактному проводу. Благодаря углубленному желобу не происходит выпадения контактного провода из желоба и не происходит быстрого разрушения конструкции самого желоба, а также токосъемной вставки, при этом сохраняются «щечки» токосъемной головки троллейбуса из-за устойчивой работы контактного провода внутри желоба.
Предложенная вставка может быть изготовлена в соответствии с методами порошково-обжиговой технологии из различных материалов. В составе изделия не используются сложные композиции и дорогостоящие материалы. Опытные образцы были изготовлены одним из наиболее экономически обоснованных способов - периодическим прессованием в глухую матрицу при обогреве из углеграфитового материала с применением модифицированного синтетического и пекового связующего с последующим спеканием (допускается также применение технологий прошивного прессования на пульсирующих прессах и прессования в экструдере). В составе исходной массы были использованы следующие компоненты: графит, кокс, терморасширенный и окисленный графит и модифицированное связующее на основе синтетической смолы и уротропина. Введение порошков одного из металлов: железа, меди, алюминия, олова, цинка, бронзы позволило улучшить электротехнические характеристики вставки. Все компоненты были смешаны в смесителе до однородной массы, с последующей гомогенизацией смеси вальцеванием и затем спрессованы. После этого изделия, при необходимости, в зависимости от состава, подвергли термической обработке.
3
Полученные вставки из углеграфитового материала, имеют повышенную плотность порядка 1,8÷1,9 г/см, что позволяет снизить вероятность механического разрушения и упругой деформации с последующим растрескиванием по центру и по краям, при этом они обладают низким удельным электрическим сопротивлением 10÷20 мкОм/м, позволяющим повысить экономичность эксплуатации троллейбуса за счет снижения расхода городской электроэнергии, уменьшенным уровнем электромагнитного шума при движении, а также возможностью увеличить скорость передвижения при прямолинейном движении или при начале движения с высокой нагруженностью (на подъеме или загруженностью пассажирами).
Однако при этом вес углеграфитовой вставки, предлагаемой геометрической формы, немного увеличивается по сравнению с выпускаемыми аналогами. Эта разница в массе приводит к незначительному удорожанию вставки за счет дополнительных затрат на сырьевые материалы. Однако, учитывая совокупность перечисленных выше факторов, а также то, что уменьшаются затраты на ремонт контактного провода, специальных частей и троллейбусных токосъем-ных головок, снижаются простои троллейбусов и повышается безопасность водителей за счет уменьшения экстренных ситуаций на дороге можно заключить следующее: предложенная конструкция троллейбусной токосъемной вставки позволяет увеличить срок службы, что делает ее использование экономически более целесообразным и перспективным по сравнению с аналогами, даже несмотря на незначительные дополнительные затраты на сырьевые материалы.
Отличительной чертой предложенной модели является доработка щечки токосъемной головки (Фиг. 1, б). На данный момент распространены щечки производства Невинномысского завода, предполагающие использование вставок с высотой стенки до 15 мм. Предложено увеличить высоту паза равную высоте стенки вставки +2 мм на технический зазор. Увеличенная высота позволяет снизить токовые нагрузки, за счет увеличения площади контакта, а это позволяет избежать перегрева материала, а также дугообразования.
Проведенные ходовые испытания предложенных троллейбусных вставок показали, что время эксплуатации увеличилось в 4 раза, по сравнению с применяемыми ранее стандартными вставками с бортиками. Отмечено отсутствие образования дуги при прохождении перекрестков и изношенных спецчастей, отсутствие шума и металлических стуков, а также уменьшение износа контактного провода и щечки токосъемной головки, что обеспечивает значительный экономический эффект при использовании вставок данного типа. Большой срок службы, 4-5 дней, или 1500 км, позволяет экономить время водителей на трассе и обезопасить их движение, к тому же исключаются возможные поломки вставки на трассе, из-за которых водителю приходится покидать кабину и устанавливать новую пару вставок в тяжелых условиях, особенно в зимнее время.