СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОКОПРОВОДЯЩИХ КОНТАКТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
MANUFACTURING METHOD OF CURRENT CONDUCTING CONTACT ELEMENTS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области электротехники и касается способа изготовления токопроводящих контактных элементов, преимущественно электрощеток и угольных контактных вставок для токоприемников электроподвижного состава, работающих в условиях высоких плотностей тока, значительных вибраций и ударных нагрузок.
Уровень техники
Известен способ изготовления токопроводящих контактных элементов для указанной цели, включающий подготовку порошков в основном из отходов механообработки графитированных конструкционных электродов, их смешение с фенолформальдегидной смолой, выдавливание нагретой смеси через фильеру (мундштук) на горизонтальном прессе под готовые габариты изделия (Вставка «У» ГОСТ 32680-2014. Токосъемные элементы контактных токоприемников электроподвижного состава. Общие технические условия, М.: Стандарт-информ, 2015, 14 с. - аналог).
Недостатки известного способа заключаются в низкой электроэрозионной стойкости элементов, особенно в условиях работы при воздействии атмосферных осадков, в результате чего на контактной поверхности образуется значительное количество зон со следами поджогов с выкрашиванием материала, с резким увеличением износа контактных элементов от действия высокой плотности тока в контакте. Кроме того, данный способ не позволяет обеспечить высокую точность получаемых размеров изделий, что также отрицательно сказывается на эксплуатационной надежности контактных элементов.
2
Известен способ изготовления токопроводящих контактных элементов, включающий изготовление электрографитированной пористой заготовки с готовыми размерами токопроводящего контактного элемента и отличающийся тем, что сквозные поры насыщают путем пропитки принудительно с помощью автоклава связующей и антифрикционной добавкой, при чем в качестве связующей добавки используют полимер на основе фурфурилового спирта, полимеризованный при конечной температуре 160°С-220°С в количестве 5%-15% от массы заготовки, а затем в качестве антифрикционной добавки - полимер на основе фурфурилового спирта, полимеризованный при конечной температуре 110°С-160°С в количестве 1%-8% от массы заготовки (Патент №2647498, опубликован 16.03.2018 г - прототип). Обладая рядом преимуществ, связанных с улучшением характеристик готовых токопроводящих контактных элементов, способ имеет существенные недостатки. Пропиточный раствор поступает в сквозные поры материала принудительно с помощью автоклава при остаточном давлении 0,94 кгс/см, что неизбежно приводит к нарушению конструкции микропор за счет появления гидравлических ударов, способных нарушить состояние микропористости и сохранить его в готовом материале в процессе термообработки заготовок, что отрицательно сказывается на формировании политуры контактируемых с элементом материалов(медный контактный провод, медное кольцо, коллектор и т.д.), ухудшая тем самым условия токосъема.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом изобретения является формирование устойчивой и стабильной по мере износа элемента политуры при длительной эксплуатации, в том числе с повышенной плотностью тока при наличии ударных и вибрационных нагрузок. Это способствует улучшению коммутации, снижению износа элемента при длительной эксплуатации.
3
Указанный технический результат достигается посредством способа изготовления токопроводящих контактных элементов, включающего изготовление электрографитированных пористых заготовок с готовыми размерами элемента, пропитку их водным раствором, состоящим из 72,8 масс. % фурфурилового спирта, 2,9 масс. % ортофосфорной кислоты и 24,3 масс. % воды, при этом в начале подготавливают водный раствор фурфурилового спирта, наливая в пропиточную ванну необходимое количество фурфурилового спирта, отдельно готовят воду с добавлением ортофосфорной кислоты, раствор ортофосфорной кислоты выливают в ванну с фурфуриловым спиртом при тщательном перемешивании до получения плотности раствора 1,120-1,130 г/см, затем в ванну загружают упакованные в перфорированные коробки заготовки и выдерживают их там в течение 2-3 часов, после чего коробки с заготовками удаляют из емкости и подвергают вместе с заготовками промывке, погружая коробки с заготовками от трех до пяти раз в емкость с водой, затем промытые заготовки подвергают подсушке при комнатной температуре в течение не менее 8 часов и дальнейшей термообработке в нагревательных устройствах с выдержкой в течение 2-3 часов при температуре 140°С-160°С.
Предлагаемый способ позволяет насыщать поры материала элемента пропиточным раствором определенной плотности естественным путем без применения дорогостоящих автоклавов.
Фурфуриловый спирт обладает уникальной способностью смачивать поверхности и впитываться в открытые поры графитированных материалов. При применении пропитки и заполнении пор естественным путем его содержание в материале снижается по сравнению при принудительном заполнении, но это снижение способствует улучшению политурообразования, коммутации и, как следствие, износостойкости.
Осуществление изобретения
Пример 1.
3
Из электрографитированного материала марки ГМЗ (ТУ 48 4802-86-97) изготавливали заготовки токосъемных контактных элементов токоприемников электроподвижного состава(ТУ 3497-010-50165580-2009) размерами 30*36*260,8 мм. Подготавливали водный раствор фурфурилового спирта, наливая в пропиточную ванну 72,8 масс. % фурфурилового спирта, подготовленную предварительно 24,8 масс. % воды, смешанную с 2,9 масс. % ортофосфорной кислоты. Данный раствор выливают в ванну с фурфуриловым спиртом при тщательном перемешивании до получения плотности 1,120-1,130 г/см. Затем в ванну загружают упакованные в перфорированные коробки заготовки и выдерживают их там в течение 2-3 часов, после чего коробки с заготовками удаляют из ванны и подвергают вместе с заготовками промывке, погружая коробки с заготовками от трех до пяти раз в емкость с водой, с целью исключения выпотевания фурфурилового спирта при термообработке заготовок. Затем промытые заготовки подвергают подсушке при комнатной температуре не менее 8 часов и дальнейшей термообработке в нагревательном шкафу с выдержкой в течение 2-3 часов при температуре 140°С-160°С.
Изготовленные вставки испытывали в локомотивном депо Москва-Сортировочная Московской ж.д. на электровозах ЭП-10. Для сравнения испытывали также вставки, изготовленные по способу аналога и прототипа. Дополнительно из вставок изготавливали щетки- образцы размером 8*12,5*12,5 мм, которые затем испытывали на установке КЗК-95Д при воздействии ударных и вибрационных нагрузок. Результаты испытаний представлены в таблице.
Пример 2.
В ОАО «Опытный завод электроугольных изделий» (г. Электроугли) подготовили электрографитированные пористые заготовки с готовыми размерами щетки ЭГ61А для тягового электродвигателя ЭК-810Ч. Заготовки подвергали пропитке фурфуриловым спиртом по технологии примера 1 с естественным насыщением пор пропиткой, изготовленные щетки испытывали на стенде тягового электродвигателя ЭК-810Ч в соответствии с протоколом №ЦТЕХ-539 ОАО «РЖД» в сравнении со щетками ЭГ61А АО «Прожекторные угли» (г. Елец), ЭГ61АК ЗАО «Электроконтакт» (г. Кинешма), изготовленных с принудительным с помощью автоклава насыщением пор пропиткой, щетками EG820 ЛЭГ Центр (г. Старый Оскол). Результаты представлены в таблице 2.
Заключение: Для применения на электродвигателе ЭК-810Ч по результатам испытаний соответствуют щетки марки ЭГ61А ОАО «Опытный завод электроугольных изделий» (г.Электроугли) с естественным насыщением пропитки и ЭГ61АК ЗАО «Электроконтакт» (г. Кинешма). Состояние политуры и поведение щеток следует оценить в процессе длительных эксплуатационных испытаний.