Стыковой зажим для 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, обеспечивая 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 для контактных проводов типа КС32 1-1(059-6) для двух вариантов, содержащий две плашки с верхними внутренними опорными выступами с выемкой для серьги и выступами с зубьями в нижней части, подвесную серьгу (вкладыш) и болт с контргайками (Каталог арматуры контактной сети электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 2000, с. 58).
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.
о
При этом коэффициент дефектности по сопротивлению (К) известного зажима находится в пределах 1,3-1,15. При эксплуатации известного зажима происходит перегрев зажима, что может привести к аварийной ситуации.
Известен стыковой зажим для контактных проводов, содержащий две плашки с зубьями и насечками на них и болтовые соединения. Выступы-насечки, располагаются от середины плашки вершинами на встречу друг другу от места стыковки контактного провода с обеспечением упора против направления растягивающей нагрузки. (Каталог арматуры контактной сети электрифицированных железных дорог, разрешенный к применению департаментом электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» 2011 г. стр. 137.)
Монтаж зажима при его установке на стыках контактных проводов в соответствии с нормативными документами должен производиться при помощи динамометрических ключей с усилием затяжки болтов 60 НМ.
Однако, в целом ряде случаев монтаж зажимов осуществляется без использования динамометрических ключей, как правило, с значительно большим усилием в 2-2,5 раза превышающим установленный норматив, что с течением времени в условиях эксплуатации приводит к образованию продольных трещин в плашках зажимов с последующим их разрушением, выскальзыванием контактных проводов из стыковых зажимов и перерыву движения поездов.
Известен также 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 [Патент РФ №2165858, МПК В60М 1/24, 2000].
Известный зажим имеет следующие недостатки.
Согласно нормативным документам, распространяющимся на арматуру контактной сети железных дорог, 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 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 формулы этого стыкового зажима, 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.
Известен стыковой зажим для контактных проводов, содержащий две плашки с зубьями и насечками, выполненными в нижней части на внутренней поверхности плашек, и болтовые соединения. В плашках зажима на внутренней поверхности между болтовыми соединениями расположены выступы-упоры, имеющие высоту 1,8 мм-2,0 мм. Зубья и насечки в плашках зажима прорезаются на глубину до 2 мм. Высота выступа-упора в верхней части в плашках находится в пределах от 1,9 мм до 2,3 мм (Патент РФ на полезную модель №143 914, МПК H02G 7/08, 2014)
По мнению авторов этого технического решения, при сверхнормативной затяжке крепящих болтовых соединений в зажиме выступы-упоры 2 одной плашки упираются в аналогичные в другой в следствии чего, деформации в плашках 1 зажима при дальнейшей затяжке болтовыми соединениями не происходит. Выполнение этого условия в дальнейшем исключит причины для разрушения плашек стыковых зажимов.
Однако технический результат, по утверждениям авторов, достигается только в пределах указанных выше диапазонов, что подтверждается проведенными экспериментами.
Наиболее близким аналогом - прототипом - нашего устройства является стыковой зажим для контактных проводов, состоящий 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. Площадь поперечного сечения зажима превосходит величину площади поперечного сечения контактного провода на величину отношения значений удельного электрического сопротивления 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 (патент РФ на полезную модель №148336, МПК В60М 1/24, 2014). 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.
По утверждениям авторов, 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.
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 до прототипа конструкции составляет 672 мм.
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.
То есть, в прототипе вес материала и, соответственно, расходы на него увеличиваются не менее чем, на 20%.
Однако главным недостатком прототипа и других аналогов является то, что при контакте утолщений плашек между собой или попадании в зазор между ними посторонних включений усилие зажима проводов становится неуправляемым и не контролируется при любой величине момента затяжки болтовых соединений. Это может привести к выскальзыванию проводов и аварийной ситуации.
Задачей предлагаемого нами технического решения является создание стыкового зажима лишенного указанного выше недостатка и обеспечивающего надежный зажим проводов с обеспечением достаточного контакта провода с телом плашки по всей поверхности без повышения электрического сопротивления.
Техническим результатам является повышение надежности зажима стыкуемых контактных проводов до трех кратного превышения нормативной нагрузки растяжения в условиях эксплуатации для скоростного железнодорожного транспорта.
Технический результат достигается тем, что в известный стыковой зажим для контактных проводов, содержащий две плашки с пазами в виде зубьев для крепления между ними контактных проводов и болты соединений для прижима плашек друг к другу, ортогональные плоскостям плашек и направлению контактных проводов, введены стопорные болты для контактных проводов, а в плашках выполнены противолежащие пазы, ортогональные направлению болтов соединений и контактных проводов и образующие отверстия, в которых установлены упомянутые стопорные болты с возможностью прижима контактных проводов к зубьям.
Кроме того, плашки прижаты друг к другу по всей поверхности прижима за исключением отверстий для болтов соединений и пазов.
Кроме того, в каждом пазу, ортогональном направлению контактных проводов, выполнена резьба, соответствующая резьбе стопорного болта.
Кроме того, концы стопорных болтов выполнены конусообразными для обеспечения внедрения в материал контактных проводов.
Кроме того, болты соединений снабжены контровыми пластинами.
Кроме того, зубья для крепления контактных проводов по всей длине плашки выполнены с насечкой.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 представлен вид сбоку на стыковой зажим в сборе с вырезом по стопорному болту;
- на фиг. 2 - представлен вид сверху на стыковой зажим в сборе;
- на фиг. 3 - представлен вид со стороны ввода провода в стыковой зажим в сборе.
Стыковой зажим для контактных проводов содержит две плашки 1 и 2 с пазами в виде зубьев 3 и 4 для крепления между ними контактных проводов 5 и болты соединений 6 для прижима плашек 1 и 2 друг к другу. Болты соединений 6 ортогональны плоскостям плашек 1 и 2 и направлению контактных проводов 5. В устройство зажима введены, по меньшей мере, по одному для каждого контактного провода 5 стопорному болту 7, а в плашках выполнены противолежащие пазы 8, ортогональные направлению болтов соединений 6 и контактных проводов 5 и образующие отверстия 9, в которых установлены упомянутые стопорные болты 7 с возможностью прижима контактных проводов 5 к зубьям 3 и 4.
Плашки прижаты друг к другу по всей поверхности прижима 10 за исключением отверстий для болтов соединений 6 и пазов 8, а также пазов в виде зубьев 3 и 4..
В каждом пазу 8, ортогональном направлению контактных проводов 5, выполнена резьба, соответствующая резьбе стопорного болта 7.
Концы 11 стопорных болтов 7 выполнены конусообразными для обеспечения внедрения в материал контактных проводов 5.
Болты соединений 6 снабжены контровыми пластинами 12.
Зубья 3 и 4 для крепления контактных проводов 5 по всей длине плашки выполнены с насечкой 13.
Выполнение конструкции устройства с такой совокупностью признаков обеспечивает возможность контролируемого зажима стыкуемых контактных проводов до трех кратного превышения нормативной нагрузки растяжения.
При закреплении на стыке контактных проводов 5 зажима и затягивании крепящих, расположенных горизонтально болтов 6 болтового соединения, контактные провода 5 располагаются в пазах в виде зубьев 3 и 4 и закрепляются в них. При сверхнормативной затяжке крепящих болтовых соединений в зажиме поверхности контакта 10 плашек 1 и 2 упираются друг в друга вследствие чего дальнейшей деформации в плашках не происходит. Выполнение этого условия исключает причины для разрушения плашек стыковых зажимов. Дальнейшее усиление зажима контактных проводов 5 происходит затягиванием расположенных вертикально_стопорных болтов 7 для каждого контактного провода. При затягивании стопорных болтов 7 их конусообразные концы внедряются в материал контактных проводов 5, обеспечивая необходимую прочность зажима и плотность контакта проводов с плашками. Одновременно уменьшается электрическое сопротивление контакта между поверхностями плашек и проводами.
При снабжении зубьев 3 и 4 насечками 13, выступы насечки врезаются в тело контактного провода 5 и дополнительно удерживают его от выскальзывания из зажима в зоне стыка. Выступы насечек могут быть выполнены по специальной конфигурации с упором против направления растягивающей нагрузки от средней части зажима по вертикальной оси. Для дальнейшего повышения надежности болтовых соединений зажима они могут быть снабжены контровыми пластинами 12 для исключения их самопроизвольного проворачивания при повышении внешнего вибрационного воздействия.
Проведенным экспериментальными исследованиями стыкового зажима подтверждено повышение надежности зажима стыкуемых контактных проводов при стабильном трех кратном превышении нормативной нагрузки растяжения, что особенно важно в условиях эксплуатации для скоростного железнодорожного транспорта при интенсивном использовании путей сообщения.
Плашки изготавливают из бронзы методом горячей объемной штамповки горячекатаного бронзового прутка, твердость плашки превышает твердость контактного провода в 1,5 раза.
Для большего эффекта рекомендуется комплектовать зажим стальными болтами повышенного класса прочности, например 8,8, или нержавеющими болтами группы прочности 23, а затяжку болтов в зажиме осуществлять с усилием не менее 60 Нм.
Таким образом, предлагаемой полезной моделью обеспечивается технический результат, которым является повышение надежности зажима стыкуемых контактных проводов до трех кратного превышения нормативной нагрузки растяжения в условиях эксплуатации для скоростного железнодорожного транспорта.