СТЫКОВОЙ ЗАЖИМ КОНТАКТНЫХ ПРОВОДОВ

Полезная модель относится к обустройству контактной сети электрифицированных железных дорог, в частности, к области разработки деталей арматуры электрифицированной воздушной контактной сети железнодорожного и городского транспорта для стыкового соединения контактных проводов.
Основные задачи, выполняемые стыковым зажимом контактных проводов - обеспечить прочное удержание концов контактного провода в линии контактной сети электрифицированных железных дорог, обеспечив безаварийное движение токосъемника подвижного состава в местах стыковки контактного провода, а также, обеспечить эффективную передачу электрического тока от одного отрезка контактного провода к другому, по всей длине контактной сети.
Прочное удержание стыкуемых концов контактного провода плашками стыкуемого зажима зависит, в основном, за счет определенной конфигурации зубьев крепления контактного провода, и усилия затяжки плашек.
о
Эффективная передача электрического тока от одного отрезка контактного провода другому в месте стыковки зависит от условий контакта стыкуемых проводом с поверхностью плашки, и от электропроводности материала плашки. Эффективность токопередачи стыкового зажима характеризуется коэффициентом дефектности по сопротивлению (К), и определяется как отношение величины падения напряжения на стыковом участке к величине падения напряжения на участке целого контактного провода аналогичной длины.
Известен стыковой зажим, состоящий из двух плашек (щек) с желобом в виде зубьев, форма которых соответствует форме пазов контактного провода. Плашки соединяются друг с другом с помощью болтовых соединений [1].
Недостаток известного зажима заключается в низкой надежности его работы. В процессе эксплуатации известного зажима контактные провода выскальзывают их плашек зажима, приводя к сбоям движения поездов.
o
При этом коэффициент дефектности по сопротивлению (K) известного зажима находится в пределах 1,3-1,15. При эксплуатации известного зажима происходит перегрев зажима, что может привести к аварийной ситуации.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому положительному результату к предложенному, является известный стыковой зажим для контактных проводов, изготовленный из бронзы, и состоящий из двух плашек, соединяемых друг с другом с помощью болтовых соединений, с пазами в виде зубьев для крепления контактного провода и насечками на зубьях, высотой и шагом, равным 1,5-2,0 мм, с вершинами, направленными навстречу друг другу, от места стыковки контактного провода с обеспечением упора против направления растягивающей нагрузки, причем выступы насечки выполнены с возможностью проникновения в поверхностный слой контактного провода на 0,6-1,0 мм [2].
Известный зажим имеет следующие недостатки.
Согласно нормативным документам, распространяющимся на арматуру контактной сети железных дорог [3], крутящий момент затяжки болтовых соединений, обеспечивающий соединение плашек стыкового зажима друг с другом, строго лимитирован, и составляет от 40 до 60 Нм.
Элементарные расчеты контактных напряжений [4] в местах соприкосновения контактного провода с зубьями плашек зажима, и исследования контактных проводов после эксплуатации известного зажима, показали, что насечка высотой 1,5-2,0 мм с шагом 1,5-2,0, и с вершинами, направленными против направления действующей растягивающей нагрузки, предлагаемая в известном зажиме, даже при затяжке болтовых соединений с крутящим моментом 60 Нм, не в состоянии внедриться в тело контактного провода на величину более 0,1-0,12 мм. Это не обеспечивает необходимую площадь контакта тела плашки с телом контактного провода, что приводит к росту электрического сопротивления в местах контакта и неконтролируемому разогреву плашек в момент прохождения электропоездов.
Текст п. 3 известного стыкового зажима [2], остается пустой декларацией, поскольку предложенные параметры зажима не могут обеспечить возможность проникновения выступов насечки в поверхностный слой контактного провода на величину 0,6-1,0 мм, предложение авторов не представляет технического решения, а является постановкой задачи.
В результате, при наложении растягивающих напряжений, в процессе эксплуатации контактной сети, закрепленные в зажиме концы контактного провода деформируются высокими зубьями насечки. Концы контактного провода удерживаются зажимом, но подвергаются значительной деформации, что может привести к нештатной ситуации - выскальзыванию из плашки или провисанию концов контактного провода.
При этом, из-за большой высоты насечки, не обеспечивается необходимый контакт тела контактного провода с телом плашки стыкового зажима по всей поверхности, что приводит к высокому электрическому сопротивлению, неоправданным потерям электрического тока, и чрезмерному разогреву стыкового зажима, что может привести к ослаблению натяжения контактной сети и вызвать аварийную ситуацию.
Кроме того, в известном стыковом зажиме не учтены различные значения удельного электрического сопротивления используемых материалов: материала плашки и контактного провода, что приводит к электрическим потерям и чрезмерному разогреву стыкового зажима за счет различных значений электрической проводимости отдельных деталей стыкового зажимка в сборе. В результате всех перечисленных недостатков, коэффициент дефектности по сопротивлению известного зажима недостаточен для надежной эксплуатации его в контактных сетях электрифицированных железных дорог.
Наиболее существенный недостаток известного зажима заключается в том, что при регламентированной величине затяжки болтовых соединений с моментом 60 Нм, плашка деформируется, и в процессе эксплуатации, под воздействием постоянных знакопеременных нагрузок и температурных перепадов, образуется трещина по всей длине плашки вдоль осевой линии крепежных отверстий болтового соединения, и в конечном итоге, происходит разрушение плашек и стыкового зажима.
Перечисленные недостатки известного стыкового зажима приводят к снижению надежности его эксплуатации и неоправданным электрическим потерям.
Техническим результатом предложенной полезной модели стыкового зажима является повышение эксплуатационной надежности его работы в контактной сети электрифицированных железных дорог.
Повышение эксплуатационной надежности достигается за счет устранения возможности деформации и хрупкого разрушения плашек в процессе эксплуатации, обеспечения необходимой плотности контакта контактного провода с зубьями крепления контактного провода за счет оптимизации размера и конфигурации насечки, а также снижения электрических потерь в стыковом зажиме за счет оптимального выбора поперечного сечения плашек с учетом удельного электрического сопротивления материала плашки и материала контактного провода.
Технический результат достигается тем, что в известном стыковом зажиме контактных проводов, состоящем из двух плашек, соединяемых друг с другом с помощью болтовых соединений, с пазами в виде зубьев для крепления контактного провода, и насечками на поверхности зубьев, отличающийся тем, что, площадь поперечного сечения зажима превосходит величину поперечного сечения контактного провода на величину отношения значений удельных электрических сопротивлений материала плашки к материалу контактного провода, на внутренней стороне каждой плашки, вдоль осевой линии крепежных отверстий болтового соединения выполнено утолщение, а высота насечки на зубьях для крепления контактного провода составляет 0,25-0,4 мм с углом при вершине 80-100 градусов, и шагом выступов насечки 0,9-1,1 мм.
Площадь поперечного сечения зажима превосходит площадь поперечного сечения контактного провода на 1,05-1,15 величины отношения значений удельного электрического сопротивления материала плашки к материалу контактного провода.
Величина утолщения на внутренней стороне каждой плашки вдоль осевой линии крепежных отверстий болтового соединения составляет 1,8-2,0 мм.
На фигуре 1 изображена плашка стыкового зажима, предложенной конструкции, на фигуре 2 - поперечный разрез плашки по оси одного из болтовых соединений, на фигуре 3 поперечный разрез плашки в собранном состоянии.
В пазах в виде зубьев 1 с насечкой на поверхности зубьев, закрепляют концы контактного провода 4 с помощью болтовых соединений, размещаемых в отверстиях 2. Высота насечки на зубьях плашки составляет 0,25-0,4 мм с углом при вершине 80-100 градусов. Шаг выступов насечки составляет 0,9-1,1 мм.
Высота насечки величиной 0,25-0,4 мм с углом при вершине 80-100 градусов, обеспечивает при регламентированной величине затяжки болтовых соединений в 60 Нм внедрения в тело контактного провода, на глубину 0,15-0,25 мм.
Высота насечки превосходит глубину внедрения насечки в тело контактного провода по следующей причине. Зубья насечки, внедряясь в тело контактного провода, деформируют его, выдавливая металл контактного провода, который заполняет промежутки между зубьями насечки. Выбор высоты насечки и величина шага насечки выбрана из расчета создания необходимого свободного объема для заполнения выдавливаемым из тела контактного провода металлов промежутков между зубчиками насечки. Заполняя межзубцовый объем насечки, материал контактного провода обеспечивает наиболее плотный контакт поверхности контактного провода с поверхностью плашки, и тем самым, снижает электрическое сопротивление контакта и усиливает механические сцепление контактного провода в стыковом зажиме.
2
2
Удельное электрическое сопротивление материала плашки составляет 0,123 Ом·мм/м, контактного провода - 0,0179 Ом·мм/м. В этом случае отношение удельного электрического сопротивления материала плашки к удельному электрическому сопротивлению контактного провода составит 6, 8.
2
2
2
2
2
2
В настоящее время на железной дороге использую два вида контактного провода: с поперечным сечением 100 и 120 мм. Исходя из этого, площадь поперечного сечения стыкового зажима с контактным проводом 100 мм составляет не менее 687 мм, площадь поперечного сечения зажима с контактным проводом 120 мм, составляет не менее 824 мм. Площадь поперечного сечения стыкового зажима известной конструкции составляет 672 мм.
С целью устранения возможности деформации плашек стыкового зажима, на сопротивления материала плашки к материалу контактного провода, на внутренней стороне каждой плашки вдоль осевой линии крепежных отверстий болтового соединения, выполнено утолщение 3, высотой 1,8-2,0 мм.
Выполненное утолщение обеспечивает две функции. Первая - ограничить величину деформации плашки при затяжке болтовых соединений с регламентированным моментом 60 Нм, и тем самым, устранить возможность хрупкого разрушения плашки в процессе эксплуатации. Вторая - повысить площадь поперечного сечения плашки, с целью улучшения коэффициента дефектности по сопротивлению.
2
2
Плашки изготавливают методом горячей объемной штамповки из горячекатаного бронзового прутка. Площадь поперечного сечения каждой плашки составила 421 мм, а площадь поперечного сечения зажима 842 мм, т.е. площадь поперечного сечения зажима превысила площадь поперечного сечения контактного провода на 1,021 величины отношения значений удельного электрического сопротивления материала плашки к материалу контактного провода.
2
В известном стыковом зажиме, площадь поперечного сечения зажима, даже для контактного провода 100 мм значительно ниже чем в предлагаемом зажиме. В результате, коэффициент дефектности по сопротивлению известного зажима составляет 1,05-1,25. При использовании предложенного зажима, коэффициент дефектности по сопротивлению составил 0,75-0,90, что полностью соответствует нормативным требованиям к арматуре контактной сети.
Превышение площади поперечного сечения зажима площади поперечного сечения контактного провода на 1,02-1,10 величины отношения значений удельного электрического сопротивления материала плашки к материалу контактного провода, выбрано из расчета получения некоторого запаса по величине коэффициента дефектности по сопротивлению стыкового зажима. Превышение величины 1,10 нецелесообразно, из-за чрезмерного утяжеления стыкового зажима, завышения его стоимости из-за чрезмерного расхода материал без получения дополнительной эффективности без снижения коэффициента дефектности по сопротивлению.
Величина утолщения внутренней поверхности каждой плашки 1,8-2,0 мм способствует прочному удержанию контактного провода в пазах плашки, в виде зубьев, и полностью устранить вероятность разрушения плашек, даже при моменте затяжки болтового соединения выше 60 Нм.