ОБНАРУЖЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТИ В ТОКОСЪЕМНОЙ ВСТАВКЕ

Настоящая полезная модель относится к обнаружению повреждения контактной вставки устройства передачи тока между двумя элементами, которые могут перемещаться относительно друг друга, например скользящим элементом и контактным проводом. В частности, настоящая полезная модель, таким образом, может быть использована в области железнодорожного транспорта.
Передача тока обычно обеспечивается вставкой из углерода, скользящей по элементу с током, например контактному проводу или рельсу. Вставка из углерода может, таким образом, быть установлена в пантографе для скольжения по контактному проводу или на башмаке для скольжения по рельсу. Данный рельс может представлять собой третий рельс, который дополняет два рельса, соприкасающихся с роликами скользящего элемента.
Обычно вставка удерживается опорным устройством, которое обеспечивает механическое усиление, а узел, содержащий вставку и опорное устройство, привинчивается к опоре.
Устройство для обнаружения повреждения контактной вставки может обеспечивать обнаружение любого разрушения контактной вставки, возникающего вследствие удара. Данное устройство может содержать герметичную трубку, изготовленную из металла, углерода или т.п. Данная трубка наполнена воздухом под давлением. В случае повреждения трубка может разрушиться, и возникшее в связи с этим понижение давления может быть определено. Исходя из данного определения, пантограф опускают для предупреждения любого повреждения контактного провода.
Документ ЕР 0462909 описывает пример устройства для обнаружения повреждения, известного из уровня техники.
Существует потребность в более эффективном устройстве обнаружения повреждения.
Предлагается устройство для обнаружения повреждения контактной вставки устройства передачи тока между двумя элементами, которые могут перемещаться относительно друг друга, содержащее трубку, изготовленную из жесткого материала и выполненную с возможностью содержания сжатой текучей среды, когда она закрыта. Данная трубка предназначена для установки между контактной вставкой и средствами для поддержки данной вставки, а узел, образованный контактной вставкой, трубкой и средствами поддержки, предназначен для установки на одном из подвижных элементов так, чтобы внутренняя часть данной трубки сообщалась по текучей среде со средствами определения изменения давления.
Согласно настоящей полезной модели трубка характеризуется наличием по меньшей мере одного нарушения сплошности, которое создает локальное уменьшение толщины данной трубки.
Таким образом, можно создать механическое снижение прочности, которое позволит обеспечить дополнительно управляемую механическую прочность трубки и, следовательно, обеспечить разрушение данной трубки в более подходящее время, чем это происходит в уровне техники, когда данная трубка подвержена воздействию механической нагрузки заданной величины.
Это обусловлено тем, что с трубками уровня техники постоянной толщины из углерода или металла существует риск преждевременного разрушения, например, в случае относительно небольшого удара, или незначительного повреждения контактной вставки, и/или слишком позднего разрушения. Существует даже риск отсутствия разрушения, когда контактная вставка фактически более не пригодна к использованию, например, в случае довольно существенного изнашивания материала.
Предусмотрено адаптировать размеры трубки, поскольку данные размеры непосредственно влияют на механическую прочность данной трубки. Однако данные размеры зависят от механических характеристик пантографа и предела износа, предусмотренного оператором. Посредством включения управляемых дефектов в трубку механическая прочность данной трубки уменьшается и относительно легко управляется, например, изменением различных характеристик дефекта, включающих размер, плотность или аналогичных им.
Термин "сжатая текучая среда" предназначен для обозначения текучей среды, которая находится под большим давлением, чем давление окружающего воздуха (одна атмосфера), например от 2 бар до 10 бар, например 7 бар. Данная сжатая текучая среда может, например, представлять собой газ, например, воздух.
Средства для определения изменения давления, например датчик типа манометр или аналогичный, могут быть куплены отдельно от устройства обнаружения повреждения. В том числе данные средства для определения давления могут быть интегрированы в подвижный элемент типа пантограф.
В качестве альтернативы средства для определения давления могут быть объединены с устройством обнаружения повреждения и/или устройством передачи тока, также содержащим контактную вставку, трубку и средства поддержки. В данном случае трубка может быть заполнена сжатой текучей средой перед установкой устройства передачи тока на пантограф.
Дополнительно предложено устройство передачи тока между двумя элементами, которые могут перемещаться относительно друг друга, содержащее:
- контактную вставку, предназначенную для скольжения относительно одного из подвижных элементов,
- средство поддержки, например опорное устройство, на которое контактная вставка установлена, и которые предназначены для жесткого присоединения к другому подвижному элементу,
- устройство обнаружения повреждения, как описано выше, при этом трубка установлена между контактной вставкой и средством поддержки и может быть соединена со средством определения изменения давления.
Таким образом, предложена трубка, изготовленная из жесткого материала, выполненная с возможностью содержания сжатой текучей среды и предназначенная для соединения со средствами для определения изменения давления. Устройство скомпоновано так, что трубка установлена между контактной вставкой и средством поддержки. Трубка характеризуется наличием по меньшей мере одного нарушения сплошности, которое создает локальное уменьшение толщины данной трубки.
Дополнительно предложена система передачи тока, содержащая устройство, описанное выше, и подвижный элемент, к которому жестко присоединено средство поддержки, например пантограф.
Трубка может содержать одно или два отверстия, например, определенных на одном конце/концах трубки, или образованных в толще трубки. Устройство и/или система передачи тока может содержать одно или два средства соединения для отверстия (отверстий) трубки. Средства соединения могут, например, содержать патрубок, который может быть гибким или жестким и который проходит через средства поддержки контактной вставки, соединение между данным патрубком и трубкой в области соответствующего отверстия трубки и концевую часть на другом конце данного патрубка. Патрубок может, таким образом, проходить между трубкой и подвижным элементом, например пантографом.
Соединение может содержать соединитель или герметичную конструкцию, объединенную со вставкой.
Концевые части патрубков могут взаимодействовать с концевыми частями подвижного элемента, например пантографа.
Концевые части патрубков могут быть штыревыми или гнездовыми для соответствия концевым частям подвижного элемента, при этом эти концевые части являются гнездовыми или штыревыми соответственно. В качестве альтернативы также возможно обеспечить две одинаковые концевые части (например, штыревые), связанных вместе посредством двойного соединения (например, штыревого).
Перед закупоривающим устройством в области одной из концевых частей текучая среда может быть введена в узел, образованный трубкой, соединителями, патрубками и концевыми частями для создания давления во внутренней части трубки, затем концевая часть пантографа может быть закрыта на данной концевой части.
Трубка может содержать одиночное отверстие для образования сообщения по текучей среде с патрубком или множество отверстий.
Трубка может быть расположена так, чтобы проходить на протяжении по меньшей мере части длины контактной вставки, а предпочтительно на протяжении всей длины контактной вставки.
Трубка может быть, например, из металла, например меди, алюминия, алюминиевого сплава, медного сплава, например латуни или аналогичного материала.
Трубка может состоять из углерода, композитного материала, пластикового материала или аналогичного материала.
Как правило, настоящая полезная модель не ограничена выбором материала трубки.
Настоящая полезная модель также не ограничена формой, размерами, расположением, плотностью нарушения сплошности или нарушений сплошности.
Например, нарушение сплошности может иметь форму канавки, например продольной канавки, проходящей на протяжении по меньшей мере части длины трубки, круговой канавки, вырезанной в профиле трубки, при этом данный профиль является перпендикулярным продольному направлению трубки или наклонен относительно данного направления, винтовой канавки или т.п.
Настоящая полезная модель также не ограничена формой профиля самой канавки. Канавка может, например, характеризоваться скругленным, прямоугольным, квадратным или V-образным или аналогичным профилем.
Данное по меньшей мере одно нарушение сплошности может, например, содержать одну или несколько канавок, образующих рисунки. Например, возможно обеспечить один круговой вырез или несколько круговых вырезов.
Как правило, настоящая полезная модель не ограничена выбором канавки. Было бы, например, возможно обеспечить глухие отверстия, углубленные в трубку, при этом данные отверстия характеризуются круглой, овальной, квадратной, треугольной, прямоугольной формами или другими менее обычными формами.
Настоящая полезная модель также не ограничена расположением нарушения сплошности или нарушений сплошности. Было бы, например, возможно обеспечить канавки, которые по существу прямолинейны и которые характеризуются случайными или псевдослучайными ориентациями на протяжении по меньшей мере части длины трубки. Аналогичным образом отверстия, которые не являются сквозными, могут быть углублены на протяжении по меньшей мере части длины трубки.
Настоящая полезная модель также не ограничена шириной канавки или диаметром глухого отверстия. Возможно, например, обеспечить относительно узкие канавки, например, с размерами меньшими или равными 2 мм в ширину (и в то же время большими 0,01 мм), или даже более широкие канавки. Следовательно, было бы возможно локально уменьшить толщину трубки на протяжении части ее длины, например, 0,5 см, 1 см и т.п. Таким образом, создается ослабление, обеспечивающее более раннее разрушение, чем в уровне техники.
Нарушения сплошности могут, например, характеризоваться шириной меньшей чем сантиметр, и предпочтительно меньшей чем 2 мм, предпочтительно большей, чем 0,01 мм.
Нарушения сплошности могут характеризоваться глубиной выреза большей чем 0,1 мм, и предпочтительно большей чем 0,25 мм, предпочтительно меньшей чем 2 мм.
Оставшаяся толщина трубки может предпочтительно быть больше чем 0,15 мм, предпочтительно больше чем 0,30 мм, и в то же время предпочтительно быть меньше чем 2 мм.
Можно предусмотреть, чтобы трубка имела толщину стенки, которая изменяется между 0,1 мм и 1,1 мм, предпочтительно меньше или равна 1 мм. В данном случае предпочтительно, чтобы по меньшей мере для одного нарушения сплошности, оставшаяся толщина стенки среди прочего могла изменяться между 0,20 мм и 0,33 мм, пред почтительно между 0,25 мм и 0,32 мм, например 0,3 мм.
Предпочтительно, чтобы по меньшей мере для одного нарушения сплошности, оставшаяся толщина стенки среди прочего изменялась между 0,15 мм и 0,8 мм, предпочтительно между 0,20 мм и 0,60 мм.
Глубина нарушения сплошности может, например, быть между 30% и 90% толщины стенки трубки, предпочтительно между 40% и 80%. Таким образом, локальное уменьшение может быть между 10% и 70% толщины стенки трубки, предпочтительно между 20% и 60%.
В предпочтительном исполнении трубка среди прочего может иметь такую форму, чтобы толщина материала, оставшаяся в области нарушения сплошности или нарушений сплошности, находилась между 50% и 60% номинальной толщины стенки трубки, предпочтительно между 50% и 58%, предпочтительно между 50% и 55%.
В предпочтительном исполнении оставшаяся толщина стенки трубки среди прочего находится в пределах между 0,20 мм и 0,40 мм, предпочтительно между 0,30 мм и 0,325 мм.
В предпочтительном исполнении толщина стенки трубки среди прочего находится между 0,3 мм и 2 мм включительно, предпочтительно между 0,5 мм и 1 мм включительно,
По меньшей мере для одного нарушения сплошности локальное уменьшение может соответствовать толщине между 0,1 мм и 0,6 мм включительно, предпочтительно между 0,2 мм и 0,5 мм включительно.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящей полезной модели трубка может характеризоваться:
- внутренним диаметром между 1 мм и 6 мм, предпочтительно между 2 мм и 4,9 мм, например 4,8 мм; и
- внешним диаметром между 2 мм и 7 мм, предпочтительно между 3 мм и 6,5 мм, например между 5,5 мм и 6,3 мм, например 6 мм.
В данном варианте осуществления настоящей полезной модели трубка является относительно тонкой и может использоваться главным образом для обнаружения удара.
В данном варианте осуществления настоящей полезной модели по меньшей мере для одного нарушения сплошности оставшаяся толщина может изменяться в пределах между 0,15 мм и 0,35 мм, предпочтительно между 0,25 мм и 0,33 мм, например между 0,30 мм и 0,325 мм.
В данном варианте осуществления настоящей полезной модели трубка может, например, быть изготовлена из латуни или меди.
В другом варианте осуществления настоящей полезной модели трубка может характеризоваться:
- внутренним диаметром между 6 мм и 10 мм, предпочтительно между 6,5 мм и 9 мм, например 7 мм; и
- внешним диаметром между 7 мм и 15 мм, предпочтительно между 7,8 мм и 8,8 мм, например 8 мм.
В этом варианте осуществления настоящей полезной модели трубка характеризуется большими размерами и будет пригодна к использованию для обнаружения удара и для обнаружения износа.
В этом варианте осуществления настоящей полезной модели по меньшей мере для одного нарушения сплошности оставшаяся толщина может изменяться между 0,15 мм (или предпочтительно 0,16 мм) и 0,8 мм, предпочтительно между 0,18 мм и 0,40 мм, например, между 0,20 мм и 0,35 мм, например 0,25 мм или 0,30 мм.
В этом варианте осуществления настоящей полезной модели трубка может, например, быть изготовлена из меди.
Настоящая полезная модель также не ограничена количеством внесенных нарушений сплошности. Можно обеспечить одиночный вырез или множество вырезов.
Настоящая полезная модель также не ограничена размерами расстояния между данными двумя кольцевыми вырезами. Можно обеспечить подрез в пределах между 1 мм и 1 см, например 2 мм, или большего расстояния, порядка десятков сантиметров, например между 5 см и 50 см.
В предпочтительном исполнении трубка среди прочего может быть изготовлена из латуни. Неожиданно было обнаружено, что выбор данного материала обеспечивает достижение лучшей воспроизводимости условий разрушения.
Определенное преимущество заключается в том, что внесенное нарушение или нарушения сплошности могут быть незаполненными, но в качестве альтернативы данные углубления могут быть заполнены материалом, отличающимся от материалов трубки, например резиной или аналогичным материалом. Локальное уменьшение трубки касается только материала самой трубки.
В предпочтительном исполнении отличающийся материал, применяемый для заполнения, может характеризоваться ударной вязкостью меньшей чем ударная вязкость материала трубки.
В предпочтительном исполнении в трубке среди прочего можно задать по меньшей мере две кольцевые канавки поверх сечения трубки, при этом канавки разнесены меньше, чем на один сантиметр.
В предпочтительном исполнении по меньшей мере для одного нарушения сплошности локальное уменьшение среди прочего может находиться между 50% и 60% толщины трубки.
В предпочтительном исполнении по меньшей мере для одного нарушения сплошности локальное уменьшение среди прочего может находиться между 50% и 55% толщины трубки.
Настоящая полезная модель лучше воспринимается посредством прилагаемых чертежей, которые иллюстрируют варианты осуществления настоящей полезной модели, приведенные в качестве примера.
На фиг. 1 в качестве примера представлен вид в разрезе устройства передачи тока согласно варианту осуществления настоящей полезной модели.
На фиг. 2 представлена трубка для устройства обнаружения повреждения согласно варианту осуществления настоящей полезной модели.
На фиг. 3А и 3В представлены две части двух соответствующих трубок согласно другим вариантам осуществления настоящей полезной модели.
По фиг. 1 устройство 1 передачи тока между двумя элементами, которые могут перемещаться относительно друг друга (не показаны), например пантографом и контактным проводом, содержит контактную вставку 2, которая установлена на средствах 5 поддержки, например на опорном устройстве.
Контактной вставкой 2 определяется углубление 10, в которое вмещается герметичная трубка 4. Эта герметичная трубка изготовлена из латуни. В трубке задается продольная канавка 11. Глубина выреза продольной канавки 11 представлена между 30% и 50% от толщины трубки 4.
По фиг. 2 трубкой 4' из латуни определяется множество кольцевых вырезов 12. Наружный диаметр трубки составляет 6 мм, а внутренний диаметр трубки составляет 4,8 мм. Таким образом, номинальная толщина трубки составляет 0,6 мм. Каждая канавка 12 характеризуется глубиной выреза приблизительно 0,3 мм и шириной 1,5 мм, при этом сечение каждой канавки является прямоугольным в данном случае. Кольцевые вырезы 12 разнесены друг от друга на приблизительно 100 мм. Трубка характеризуется общей длиной 690 мм.
По фиг. 3А, трубка 4'' может быть локально утончена для образования прямолинейных вырезов 12'', которые проходят в различных направлениях и которые распределены по поверхности трубки 4''. Глухие круглые отверстия 13 также углублены в поверхность трубки 4''.
В варианте осуществления настоящей полезной модели по фиг. 3В трубкой 4'' может быть задана прямолинейная канавка 12''', которая проходит в продольном направлении трубки 4''' на протяжении части изображенной трубки или на протяжении всей длины трубки 4'''.
На различных образцах были проведены испытания. Необходимо было выбрать образцы, которые удовлетворяют энергетическому критерию сопротивляемости в диапазоне: от 0,8 Дж до 0,999 Дж, предпочтительно от 0,85 Дж до 0,95 Дж, предпочтительно 0,90 Дж, - при одиночном ударе.
Испытываемые материалы были выбраны так, чтобы удовлетворять требованиям термической устойчивости по стандарту CENELEC 50406.
Испытания на сопротивление по Шарли были проведены на испытываемых трубках с использованием прибора для испытания прочности на удар CHARPY-ZWICK, при этом данные испытания осуществлялись в соответствии с европейским стандартом EN ISO 179.
Как правило, трубки из углерода характеризуются довольно низкой ударной вязкостью, которая увеличивается с размерами трубки:
- 0,076 Дж для углеродной трубки с внутренним диаметром 4 мм и внешним диаметром 6 мм (CarbD4-6),
- 0,274 Дж для углеродной трубки с внутренним диаметром 6 мм и внешним диаметром 10 мм (CarbD6-10).
В случае медных трубок испытания показали, что ударная вязкость больше зависит от толщины материала, оставшегося после выреза, чем от диаметра трубки. Следовательно, для медной трубки, которая характеризуется отсутствием выреза и которая имеет внутренний диаметр 5,34 мм и внешний диаметр 6 мм, то есть имеет толщину 0,33 мм (CuD5.34-6), удар в 1 Дж не приводит ни к разрушению, ни к трещине. Однако для медных трубок с внутренним диаметром 6,8 мм и внешним диаметром 8 мм, то есть имеющих толщину 0,6 мм (CuD6.8-8), с различными кольцевыми вырезами в сечениях трубки, перпендикулярных продольному направлению, получают следующие результаты:
- 0,765 Дж для выреза глубиной 0,25 мм,
- 0,72 Дж для двух вырезов глубиной 0,25 мм, которые разнесены друг от друга на 2 мм,
- 0,037 Дж для выреза глубиной 0,45 мм (другими словами, 0,15 мм оставшегося материала).
Для медной трубки с внутренним диаметром 2 мм и внешним диаметром 4 мм, оставшаяся толщина материала в области нарушения сплошности 0,2 мм приводит к энергиям 0,849 Дж и 0,803 Дж (для 2 соответствующих испытаний); оставшаяся толщина материала в области нарушения сплошности 0,3 мм приводит к энергиям 0,955 Дж, 0,998 Дж и 0,998 Дж (для 3 соответствующих испытаний).
Для медной трубки с внутренним диаметром 3,5 мм и внешним диаметром 6 мм, оставшаяся толщина материала в области нарушения сплошности 0,40 мм приводит к энергиям 0,997 Дж, 0,557 Дж, 0,530 Дж, 0,147 Дж, 0,997 Дж и 0,179 Дж (для 6 соответствующих испытаний). Данные результаты весьма неудовлетворительны из-за их низкой воспроизводимости.
Что касается латунных трубок, предпочтительно, чтобы параметры этих трубок позволяли вырезы, которые оставляют остаточную толщину материала между 0,35 мм и 0,28 мм, предпочтительно между 0,325 мм и 0,30 мм. Этот последний диапазон значений позволяет получить разрушение при каждом испытании.
Следовательно, для 7 испытаний, которые были проведены с трубками из латуни толщиной 0,6 мм (BrassD4.8-6), параметры каждой из которых позволяли определить кольцевой вырез в сечении трубки, перпендикулярном продольному направлению, с глубиной 0,275 мм, были получены следующие значения энергии: 0,861 Дж, 0,804 Дж, 0,870 Дж, 0,982 Дж, 0,960 Дж, 0,892 Дж и 0,925 Дж.
Для 7 испытаний, которые были проведены с трубками из латуни, характеризующимися толщиной 0,6 мм (BrassD4.8-6), параметры каждой из которых позволяли задать кольцевой вырез в сечении трубки, перпендикулярном продольному направлению, с глубиной 0,3 мм, были получены следующие значения энергии: 0,836 Дж, 0,823 Дж, 0,802 Дж, 0,785 Дж, 0,794 Дж, 0,801 Дж и 0,703 Дж.
Испытания были проведены с латунными трубками толщиной 0,6 мм (BrassD4.8-6), параметры каждой из которых позволяют задать кольцевой вырез в сечении трубки, перпендикулярном продольному направлению, с глубиной 0,25 мм. Менее воспроизводимые результаты получены для 4 испытаний со значениями энергии между 0,994 Дж и 0,998 Дж, для двух испытаний - образование трещин и для одного испытания - ни разрушения, ни трещины.
Испытания были проведены с латунными трубками, характеризующимися толщиной 0,6 мм (BrassD4.8-6), каждая из которых определяет кольцевой вырез в сечении трубки, перпендикулярном продольному направлению, глубиной 0,5 мм. Результаты с относительно небольшой воспроизводимостью были также получены в данном случае: 5 из 7 проведенных испытаний приводят к значениям энергии между 0,943 Дж и 0,997 Дж, и в то же время 2 испытания приводят к образованию трещин.
В настоящей заявке - каждый раз для параметра задается диапазон значений - следует понимать, что предельные значения включены, даже если это не указано.