ТОКОСЪЕМНАЯ ВСТАВКА ТОКОПРИЕМНИКА ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к устройствам для контактного токосъема, в частности, к токосъемным вставкам для железнодорожного транспорта и городского электротранспорта.
Поиск наиболее близких аналогов показал, что токосъемные вставки для токоприемников электротранспортных средств, как правило, имеют форму горизонтального параллелепипеда с основанием и рабочей поверхностью, повторяющей профиль контактного провода, и могут быть изготовлены из электроугольных материалов, металлических сплавов и углерод-углеродных, в частности, графитированных материалов.
Такая вставка из электроугольного материала раскрыта в патенте на полезную модель RU 51569.
К недостаткам вставок из электроугольных материалов относится их низкие прочностные свойства.
Токосъемная вставка, выполненная из металлического электропроводного сплава, содержащего следующие компоненты, в масс.%: свинец 12-16, олово 3-8, графит 1-4, медь - остальное раскрывается в патенте на изобретение RU 2156704. Данная вставка позволяет снизить коэффициент трения скольжения, однако она обладает низкой дугостойкостью и повышенной склонностью к схватыванию с медным контртелом, что приводит к интенсивному износу самой вставки и контактного провода.
Наиболее близкой токосъемной вставкой (см. патент RU 2150444) является вставка в виде пластины, выполненная из материала, содержащего в масс.% частицы естественного графита 10-90, коксовый остаток 5-20 и пиролитический углерод 5-70. Данная вставка демонстрирует следующие свойства: предел прочности на сжатие 49 МПа, удельное электрическое сопротивлением 2,8 мкОм·м, износостойкость вставки при трении с токосъемом - 0,1-0,14 мм на 1000 км пробега токоприемника, уменьшенный в 2-5 раз износ медного контртела, предельно допустимая линейная плотность электрического тока, выше которой начинается катастрофический износ материала и/или медного контртела - более 20 А/мм.
К недостаткам наиболее близкой вставки относится относительно высокая интенсивность ее изнашивания при низких плотностях тока и при скольжении без тока. Задачей полезной модели является устранение присущих известным техническим решениям недостатков.
Поставленная задача решается токосъемной вставкой токоприемника электротранспортного средства, выполненной в виде пластины с основанием и контактной поверхностью из композиционного материала, содержащего графит, и коксовый остаток, отличающаяся тем, что она выполнена из материала, дополнительно содержащего кокс и железный порошок при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Графит
5,0-30,0
Кокс
50,0-80,0
Железный порошок
0,5-1,5
Коксовый остаток
остальное.
В частных воплощениях полезной модели поставленная задача решается тем, что основание вставки выполнено в виде «ласточкиного хвоста».
В качестве графита вставка может содержать естественный графит.
Сущность полезной модели состоит в следующем.
Качественные и количественные соотношения компонентов материала вставки выбраны из следующих соображений.
Кокс необходим для обеспечения собственной износостойкости и твердости материала. Превышение содержания кокса выше заявленных значений приводит к значительному увеличению удельного электрического сопротивления (УЭС), к повышенному износу контактного провода и к снижению дугостойкости электроконтактных вставок. Его содержание ниже заявленных значений приводит к снижению механических свойств материала и к увеличению интенсивности изнашивания изделий контактного токосъема.
Графит необходим для обеспечения достаточного удельного электрического сопротивления, самосмазывающих свойств, высокой дугостойкости. Его повышенное содержание приводит к снижению механических свойств вставки. Его пониженное содержание приводит к снижению дугостойкости и повышению удельного электрического сопротивления. Графит в примерах реализации использован природный, поскольку он привлекателен своей ценой, но может быть использован и искусственный графит.
Железный порошок необходим для обеспечения необходимой износостойкости вставки при повышенных значения тока. Его повышенное содержание, выходящее за заявляемые пределы, приводит к повышенному износу контактного провода. Его пониженное содержание приводит к повышенному износу вставки при высоких значениях тока. При реализации изобретения может быть использован порошок Под порошком понимается такое состояние вещества при котором твердое вещество, входящее в его состав, очень сильно измельчено, причем частицы этого вещества не соединены друг с другом, что позволяет придавать их скоплению произвольную форму.
Для достижения декларируемого технического результата важно присутствие всех заявляемых компонентов в заявленных соотношениях.
В качестве связующего может быть использован любой карбонизующийся материал с высоким коксовым остатком - нефтяные и каменноугольные пеки, фенолформальдегидные смолы, полиамидные смолы и пр.
Вставки получали следующим образом.
Частицы графита, кокса, связующего - высокотемпературного каменноугольного пека, измельченное углеродное волокно в заявляемых количествах смешивали в закрытом вращающемся барабане. Затем путем прессования в стальной форме формовали заготовку, после чего полученную заготовку обжигали для получения коксового остатка при температуре 800-1000°С в условиях, обеспечивающих получение пористости, содержащей не более 10% закрытой пористости.
Из полученного материала механической обработкой изготавливалось токосъемное контактное изделие в виде пластины, с «ласточкиным хвостом». Определяли эксплуатационные свойства вставок - износостойкость вставки и взаимодействующего с ней провода, твердость, удельное электрическое сопротивление, износостойкость под током.
Свойства вставок в зависимости от состава материала приведены в таблице 1.
Как следует из представленных данных, материал показывает приемлемый уровень износостойкости при высоких плотностях тока и отличную интенсивность изнашивания при низких плотностях тока и при скольжении без тока, что позволяет использовать материал в производстве контактов как электровозов, так и электричек. Такие универсальные углеродные вставки одинаково надежно могут эксплуатироваться при любых токах без скачков в интенсивности изнашивания и без аварийной замены.
Таблица 1
Состав материала вставки, % масс.
Свойства вставки
Интенсивность изнашивания, усл. ед.:
УЭС, мкОм.м
Твердость HS
Кокс
Кокс. остаток
Графит
Железный порошок
вставка
Провод
Вставка при высоком токе
Вставка при низком токе
Вставка без тока
50
19,5
30
0,5
13
48
2,3
1
3,9
1,8
1,8
80
9
10
1
27
69
1,5
2,1
2,8
1,3
1,1
60
20
18,5
1,5
19
63
1,8
1,4
1,6
1,5
1,5
70
24
5
1
30
75
2
3,3
4,8
1,2
1
65
25
9
1
27
70
1,3
2,8
3,7
1,2
1
63
23
23,5
0,5
16
53
1
1,2
4,1
1,4
1,3