БЕЗБОЛТОВОЙ ПИТАЮЩИЙ ЗАЖИМ

Полезная модель «Безболтовой питающий зажим» относится к арматуре контактных сетей электрифицированных железных дорог и может использоваться при монтаже системы электропитания контактных проводов.
Основная задача, которую призваны решить соединительные безболтовые зажимы в системе контактной сети электрифицированных железных дорог - обеспечить токопередачу от одного вида проводов к другим, с минимальными потерями в местах контакта электропроводящих проводов с арматурой. Предлагаемый безболтовой зажим предназначен для передачи электрического тока от питающих многопроволочных проводов контактному проводу.
Известен питающий зажим для передачи электрического тока от многопроволочных проводов к контактному проводу. Зажим состоит из двух плашек, с пазами в верхней части для размещения многопроволочных медных проводов, и фигурных пазов в нижней части, для закрепления контактного провода. Плашки соединяются друг с другом посредством болтового соединения (Патент РФ №2207257, B60M 1/24, 2003).
Недостаток известного зажима заключается в сложном монтаже, требующем большое количество инструмента и сопутствующих деталей, что очень осложняет использование его в полевых условиях. Подобный зажим не нашел применения в контактных сетях электрифицированных железных дорог.
Известен безболтовой питающий зажим из меди для контактных проводов. Зажим содержит корпус, в верхней части которого выполнено сквозное отверстие диаметром, превосходящим диаметр соединительного многопроволочного провода, более чем на 0,5 мм с толщиной стенки сквозного отверстия не менее 1,5 мм, в нижней части корпуса выполнена открытая полость с фигурными захватами, по своей конфигурации соответствующая пазам контактного провода, причем площадь поперечного сечения корпуса составляет не менее суммы площадей поперечного сечения соединяемых проводов (Патент РФ на полезную модель №105864, кл., B60M 1/24, 2011).
Эксплуатация известного зажима выявила ряд недостатков, основной из которых заключается в следующем.
Закрепление многопроволочного и контактного проводов в известном зажиме после их размещения, осуществляется путем приложения усилия опрессовки на стенки зажима вдоль горизонтальной оси сквозного отверстия. Опрессовка осуществляется с помощью специального ручного пресса, с фиксированным усилием, прилагаемым на боковые стенки зажима. Мощность (усилие) опрессовки ограничено возможностью используемого оборудования и условиями монтажа, осуществляемого в полевых условиях на высоте более 5 метров. При этом установлено, что контакт поверхности зажима с поверхностью многопроволочного провода достигается только в области оси приложения нагрузки опрессовки, по площади сектора с углом 90-100 градусов. Чем меньше различие в диаметрах сквозного отверстия и многопроволочного провода, тем больше площадь контакта, и наоборот.
В области оси сквозного отверстия, перпендикулярной оси приложения нагрузки опрессовки, контакта поверхности сквозного отверстия зажима с поверхностью многопроволочного провода не происходит. Наоборот, после приложения нагрузки опрессовки расстояние между поверхностью многопроволочного провода и поверхностью зажима в этом направлении увеличивается за счет деформации зажима под действием усилия опрессовки, и изменения формы сквозного отверстия с круглого на овальное.
В контактных сетях электрифицированных железных дорог используются многопроволочные провода с площадью поперечного сечения от 70 до 120 мм. Поэтому выбор диаметра сквозного отверстия из условия более чем на 0,5 мм больше диаметра размещаемого многопроволочного провода не учитывает условия опрессовки проводов различного диаметра. Чем больше диаметр многопроволочного провода, и чем больше различие в диаметрах многопроволочного провода и зажима, тем меньше площадь контакта поверхности проводов с поверхностью зажима после опрессовки. С ростом диаметра многопроволочного провода, и различия в диаметрах сквозного отверстия и многопроволочного провода объем деформируемого металла при опрессовке увеличивается, и для осуществления его деформации на требуемую величину необходимо повысить усилие опрессовки, что невозможно из-за ограниченных возможностей используемого оборудования. В результате, площадь контакта уменьшается.
Более того, неконтролируемое увеличения толщины стенок сквозного отверстия зажима величиной не менее 1,5 мм приводит к тому, что усилия опрессовки, с ростом толщины стенок корпуса зажима при монтаже, недостаточно для деформации зажима и закрепления многопроволочных проводов с необходимой прочностью. При толщине стенок более 2,0-2,5 мм усилие опрессовки вообще не позволяет обжать помещенные в зажим провода.
Другой недостаток заключается в том, что в конструкции известного зажима не оговаривается расстояние (зазор) между выступами открытой полости, в которой закрепляют контактный провод. С точки зрения эффективной токопередачи и необходимого механического крепления контактного провода в зажиме, это величина этого зазора имеет большое значение.
В результате перечисленных недостатков, резко ухудшаются условия токопередачи от питающего многопроволочного провода к контактному. Зажим в процессе эксплуатации разогревается, что приводит к повышенному расходу электричества и ослаблению крепления зажима на проводах. Кроме того, недостаточно проработанная конструкция зажима не позволяет получить надежное механическое крепление проводов в зажиме.
Техническим результатом предложенного зажима является улучшение токопередачи за счет улучшения контакта поверхности зажима с поверхностью закрепляемых проводов, и повышения прочности крепления проводов контактной сети.
Технический результат достигается тем, что в известном безболтовом питающем зажиме, характеризующимся тем, что в верхней части корпуса которого выполнено сквозное отверстие для многопроволочного питающего провода, а в нижней части корпуса выполнена открытая полость с фигурными захватами по своей конфигурации соответствующая пазам контактного провода, отличающийся тем, что в сквозном отверстии вдоль оси, перпендикулярной оси приложения усилия опрессовки, по всей длине контактной поверхности выполнены проточки глубиной 0,1-0,8 мм и шириной 0.1-0,35 мм, площадь поперечного сечения сквозного отверстия в 1,03-1,10 раза превосходит площадь поперечного сечения многопроволочного провода, зазор между фигурными захватами открытой полости на 1,8-2,4 мм больше минимальной ширины сечения контактного провода, а площадь контактной поверхности зажима с многопроволочным проводом в сквозном отверстии превосходит площадь поперечного сечения зажима в 4,2-5,9 раза.
Площадь поперечного сечения сквозных отверстий в зажиме должна быть в 1,03-1,10 раза больше площади поперечного сечения многопроволочного провода.
При величине площади поперечного сечения сквозного отверстия зажима менее 1,03 от площади сечения многопроволочного провода возникают проблемы при монтаже многопроволочного провода в сквозное отверстие зажима. Провод невозможно заправить в отверстие зажима. При значении этой величины более 1,10 усилие опрессовки не в состоянии деформировать тело зажима на заданную величину, и многопроволочный провод просто не обжимается в сквозном отверстии на необходимую величину, что не создает необходимого контакта поверхности многопроволочного провода с поверхностью зажима, и не обеспечивает надежное крепление провода в зажиме.
В предложенном зажиме в каждом сквозном отверстии вдоль оси, перпендикулярной оси приложения нагрузки опрессовки выполнены проточки глубиной 0,1-0,8 мм и шириной 0,1-0,35 мм. При наличии таких проточек, в процессе опрессовки, под действием деформации, проточка «захлопывается», что приводит к увеличению угла обхвата контактных поверхностей без заметного изменения круглой формы на овальную, обеспечивая надежный контакт одной поверхности с другой. При глубине и высоте проточки менее 0,1 мм, не наблюдается улучшения контакта поверхностей. При глубине проточки более 0,8 мм и ширине более 0,35 мм, как показали расчеты напряжений, происходит необоснованное ослабление механической прочности зажима, что может привести к нештатной ситуации в процессе его эксплуатации.
Многопроволочный провод и зажим изготовлены из одного материала - меди. Величина удельного электрического сопротивления их одинакова, следовательно, условия токопередачи будут зависеть от площади контакта между поверхностью многопроволочного провода и поверхностью сквозных отверстий и площадью поперечного сечения зажима.
При величине соотношения между этими величинами равной 4,2-5,9 наблюдаются наиболее оптимальные условия работы зажима. Температура нагрева зажима в процессе эксплуатации не превышает величин, оговоренных нормативными документами. Исходя их указанного соотношения, выбирается длина зажима, которая может быть различной, в зависимости от размеров многопроволочного питающего провода.
Величина соотношения указанных площадей достигается путем изменения длины зажима. В случае превышения площади контактной поверхности зажима с многопроволочным проводом в каждом сквозном отверстии площади поперечного сечения зажима на величину в 4,2-5,9 раза, можно уменьшить толщину стенок зажима, и, тем самым, повысить прочность сцепления многопроволочного провода с телом зажима при существующем монтажном оборудовании, без ухудшения условий токопередачи.
При соотношении между площадью контактной поверхности и площадью поперечного сечения менее 4,2 наблюдается повышенный разогрев зажима, и ухудшение токопередачи. При величине соотношения более 5,9 заметного улучшения работы зажима в процессе эксплуатации не наблюдается. В этом случае необоснованно увеличиваются габаритные размеры зажима: длина и масса. Поэтому использование зажимов с отношением площади контактной поверхности зажима с многопроволочным проводом в сквозном отверстии к площади поперечного сечения провода более 5,9 экономически нецелесообразно.
В настоящее время все контактные провода, применяемые на РЖД, вне зависимости от формы и площади поперечного сечения, имеют одинаковые пазы как по форме, так и по геометрическим размерам. Следовательно, геометрические размеры открытой полости в нижней части зажима будут одинаковы для всех видов контактного провода. Расстояние между выступами открытой полости в нижней части зажима, в которой закрепляют контактный провод, имеет большое значение, с точки зрения обеспечения наилучшего контакта поверхностей контактного провода и зажима, механической прочности закрепления контактного провода в зажиме. С этой целью, расстояние (зазор) между фигурными захватами открытой полости в зажиме на 1,8-2,4 мм больше минимальной ширины сечения контактного провода.
При величине зазора между фигурными захватами менее 1,8 мм минимальной ширины сечения контактного провода, монтаж контактного провода в зажим невозможен без механического воздействия на пазы контактного провода, что категорически недопустимо. При величине зазора между фигурными захватами более 2,4 мм минимальной ширины сечения контактного провода, в процессе монтажа, контактный провод выпадает из зажима до его опрессовки, а в процессе опрессовки, реализуемые усилия и рабочий ход опрессовочного инструмента не позволяют полностью выбрать имеющийся зазор и плотно зафиксировать контактный провод в зажиме.
Зажим изготавливают из меди методом горячего прессования литой заготовки. На фигуре 1 показан поперечный разрез зажима. Зажим состоит из цельно прессованного профиля 1. Площадь поперечного сечения сквозного отверстия 2 превосходит площадь поперечного сечения многопроволочного провода в 1,03-1,1 раза. В сквозном отверстии 2, вдоль оси 3, перпендикулярной оси приложения нагрузки опрессовки P, выполнены проточки 4 глубиной 0,1-0,8 мм и шириной 0,1-0,35 мм. Длина зажима выбирается из условия, что площадь контактной поверхности зажима с многопроволочным проводом в сквозном отверстии меньшего диаметра превосходит площадь поперечного сечения зажима в 4,2-5,9 раза. В нижней части плашки, зазор 5 между фигурными захватами 6 в открытой полости выполнен на 1,8-2,4 мм больше минимальной ширины сечения контактного провода.
В результате использования предложенного зажима, длительность монтажа не изменяется, но значительно, на 35-60% увеличивается площадь контакта поверхности многопроволочных проводов с поверхностью зажима, и на 15-20% возрастает допустимая разрушающая нагрузка.