КОНТАКТНАЯ ВСТАВКА ТОКОПРИЕМНИКА

Предлагаемая полезная модель относится к области электрооборудования городского электротранспорта, в частности к контактным вставкам токоприемника троллейбуса.
В настоящее время в большинстве случаев контактные вставки изготавливают из композиционных углеграфитовых или металлографитовых материалов методами прямого прессования в обогреваемых пресс-формах. Конструкция вставок примерно одинаковая: форма в виде параллелепипеда с участками захода, токосъема, схода и профильной канавкой на поверхности токосъема. Типы вставок различаются типоразмерами, величиной углов наклона участков захода и схода контактного провода, радиусом и глубиной профильной канавки, наличием углов наклона боковых поверхностей для облегчения извлечения вставок из формы.
Известно большое количество композиционных материалов для изготовления контактных вставок и вариантов их конструкторско-технологического оформления [Трофимов А.Н. Контактные вставки токосъемников троллейбусов. - М.: Стройиздат. - 1966. - 142 с.]. Чаще всего применяют контактные вставки, выполненные из электропроводящих материалов, в виде параллелепипеда с участками захода, токосъема, схода и профильной канавкой на поверхности токосъема.
Одновременно с разработкой составов для изготовления контактных вставок ведется поиск конструктивных решений. В частности, контактную вставку токоприемников троллейбусов предлагают изготавливать двухслойной [Патент России №2130390, МПК: В 60 L 5/8, 1999.05.20 (опубл.)]. При этом верхний слой с рабочей поверхностью, соответствующей профилю контактного провода, изготавливается из композиционного материала на основе графита и составляет 65-70% от объема вставки, а нижний слой изготавливается из композиционного материала на основе графита с добавкой дисперсного металла и составляет 30-35% от объема вставки. Введение металла в часть материала вставки, по мнению авторов, позволяет несколько уменьшить удельное электрическое сопротивление. Однако такое решение существенно усложняет процесс изготовления изделия.
Известна контактная вставка оригинальной конструкции [Патент России №2095258, МПК: В 60 L 5/08, 1997.11.10 (опубл.)], выполненная в виде пластины из порошкового материала с желобом для контактного провода и снабжена вкладышами, которые занимают 5-10% площади рабочей поверхности и размещены в конических гладких или профильных полостях, расположенных перпендикулярно поверхности контакта, глубиной, равной предельному износу вставки. Вкладыши предлагается изготавливать из смеси порошков графита и других компонентов, обеспечивающих смазку контактного провода в процессе работы вставки.
Изготовление такого типа контактных вставок трудоемко, поскольку предусматривает выполнение ряда дополнительных операций: во-первых, получение корпусов - заготовок, снабженных соответствующих типоразмеров полостями; во-вторых, приготовление композиционных смазочных составов; в-третьих, заполнение полостей смазочными составами.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является вставка контактная токоприемника [Патент России №2156704, МПК: В 60 L 5/00, В 60 L 5/08, 1999.11.15 (опубл.)], которая выполнена в форме горизонтального параллепипеда с участками захода, схода и токосъема и профильной канавкой на поверхности токосъема, при этом твердость участков захода и схода превышает твердость участка токосъема. Вставка изготавливается из электропроводного композиционного материала на основе меди с добавками свинца, олова и графита при определенном соотношении компонентов. Недостатком указанных контактных вставок является их низкая эксплуатационная стойкость, полный износ вставок происходит через ~80 км пути.
Задача полезной модели состоит в повышении надежности вставки, удобство в эксплуатации и облегчение контроля состояния изнашиваемости изделия, а также экономия материала.
Указанный технический результат достигается тем, что контактная вставка токоприемника выполнена в форме горизонтального параллепипеда с участками захода, схода и токосъема и профильной канавкой на поверхности токосъема, изготовлена из электропроводного материала, при этом дополнительно содержит два конических углубления в нижней части параллелепипеда, расположенные по оси вставки в зонах участков захода и схода, причем глубина углублений не превышает величину допустимого износа вставки по условиям эксплуатации.
Указанный технический результат достигается также тем, что углубления имеют форму усеченного конуса с углом наклона боковой поверхности к горизонту не более 85°. В качестве электропроводного материала использованы композиционные пресс-порошки, преимущественно электроугольных изделий. Контактная вставка изготовлена методом прессования. Величина угла наклона участков схода и захода вставки составляет от 15° до 45°.
На. Фиг.1 представлен общий вид вставки, на фиг.2 - поперечное сечение по А-А вставки.
Вставка 1 имеет участок захода 2 и участок схода 3, на верхней поверхности выполнена профильная канавка 4, а на нижней поверхности выполнены два углубления 5, расположенные по оси вставки в местах переходов участков захода и схода к зоне токосъема.
Предложено в процессе изготовления вставок методами прессования создавать в нижней части параллелепипеда два углубления, сохранив внешние размеры вставок. Оптимальная форма углублений в виде усеченного конуса с углом наклона боковой поверхности к горизонту равно или менее 85 градусов. Глубина углублений порядка 7-8 мм, то есть равна величине h пред. предельного износа вставки по условиям эксплуатации. Углубления располагаются по оси вставки перпендикулярно нижней поверхности в местах переходов участков захода и схода к зоне токосъема.
Получение таких углублений легко осуществимо за счет толкателей (выталкивателей), верхняя часть которых выполняется конусной. При настройке пресс-формы толкатели устанавливают выступающими над поверхностью дна матрицы на заданную высоту - 7-8 мм.
Величина угла наклона участков схода и захода вставки составляет от 15° до 45°. Такие размеры позволяют смягчить удары вставок при прохождении по спецчастям вставки.
Предлагаемое конструкторско-технологическое решение позволяет придать изделиям ряд дополнительных полезных свойств:
Во-первых, в зонах захода и схода контактных элементов над поверхностью свода углублений формируется более плотная структура материала, то есть увеличивается ударная вязкость тех частей материала втавки, которые подвержены ударному нагружению при движении по спецчастям (стрелки, разветвления и т.п.);
Во-вторых, в процессе эксплуатации вставка изнашивается и при достижении предельного износа образуются отверстия в зоне углублений, что облегчает водителю
контроль состояния изделия и свидетельствует о недопустимости дальнейшей его эксплуатации.
В-третьих, формование отверстий позволяет на 5-10% уменьшить массу вставки и существенно (на 20-25%) снизить объемы изношенных частей для последующей переработки.
Кроме того, получение углублений в изделии за счет выступающих толкателей облегчает выемку горячих вставок из пресс-формы, поскольку они не скользят по поверхности толкателей, а удерживаются в поднятом положении.
Предлагаемое техническое решение осуществлено на КУП «Горэлектротранспорт» при изготовлении углеграфитовых вставок новой формы (рисунок). Под эту форму вставки были изготовлены щеки для головки ГТ-13А.
Вставки получали из пресс-порошка производства НИПТИ электроугольных изделий (г.Москва) прямым прессованием при давлении 300 кг/см в обогреваемой форме. Температура оформляющих поверхностей матрицы и пуансона выдерживалась в пределах 170-180°С, время выдержки под давлением - 3 минуты. После прессования изделия охлаждали на воздухе и подвергали дополнительной термообработке для завершения процесса полимеризации связующего.
3
2
3
2
2
2
Оценку свойств материала вставок проводили в лабораторных условиях. Вставки разрезали на кубики размером 5×5×5 мм и бруски размером 4×6×40 мм. Определяли плотность материала взвешиванием образцов, твердость (по ГОСТ 9450-76), разрушающее напряжение при сжатии (по ГОСТ 4651-82), ударную вязкость (по ГОСТ 4647-80). Средние значения свойств материала центральной области вставки составили: плотность - 1,81 г/см; твердость - 17,2 кг/мм; прочность при сжатии 76 МПа; ударная вязкость (образцы с надрезом) - 3,1 кДж/м. При этом свойства материала вставки, взятого из области над углублением, оказались: плотность - 1,95 г/см; твердость - 17,9 кг/мм; прочность при сжатии - 84 МПа, ударная вязкость - 4,5 кДж/м. Последнее значение получено на образцах - свидетелях, полученных при давлении 400 кг/см.
Таким образом, создание углублений в процессе изготовления вставок приводит к существенному упрочнению зоны непосредственно примыкающей к углублениям, что должно положительно сказываться на эксплуатационных свойствах вставок.
Вставка контактная работает следующим образом. После установки ее в токоприемник троллейбуса и поджатия усилием 110-140 Н обеспечивается плотный контакт ее с подводящим проводом, съем с него тока и передача через электрическую цепь токоприемника на энергетическую систему троллейбуса как в статическом
положении, так и в движении. Во время движения троллейбуса со скоростью до 70 км/ч первоначальные ударные нагрузки на стыках проводов, а также нагрузки, возникающие из-за обледенения проводов, воспринимаются более твердыми участками захода (схода) вставки, что предотвращает от износа центральную рабочую часть ее, через которую осуществляется основной токосъем.
Как показали экспериментальные исследования, предложенная контактная вставка токоприемника по своим эксплуатационным характеристикам значительно превышают соответствующие характеристики аналогов и прототипа, при этом как поверхность токосъема самой вставки, так и поверхность подводящего провода остаются чистыми, гладкими, не имеют следов взаимного переноса материала и электроэррозии.
Испытания опытных вставок новой формы, установленных на головки ГТ-13А, на маршрутах №№1,6,7 и 20 г.Гомеля показали увеличение ходимости вставки в 1,5-2 раза.