Контактна вставка для струмоприймачів електрорухомого складу

1. Контактна вставка для струмоприймачів електрорухомого складу, що виконана у формі пластини з шарів спресованих порошкових композиційних матеріалів різної електропровідності, яка відрізняється тим, що вставка виконана тришаровою, шари в ній розташовані перпендикулярно поверхні контакту, при цьому два крайніх шари виконані з вуглецевмісного зносостійкого матеріалу, а середній шар виконаний з вуглецевмісного матеріалу з додаванням мідних дискретних волокон, причому мідні дискретні волокна в середньому шарі вставки орієнтовані перпендикулярно поверхні її контакту. 2. Контактна вставка за п. 1, яка відрізняється тим, що ширина кожного з крайніх шарів вставки складає 0,1-0,2 від загальної її ширини. Винахід відноситься до електротранспорту, зокрема до струмознімальних елементів струмоприймальних пристроїв електрорухомого складу залізниць, міського і промислового транспорту. Відома контактна вставка, виконана у вигляді пластини з двох шарів спресованих порошкових композиційних матеріалів різної електропроводності [а.с. СРСР № 382530, МІЖ B60L 5/20, заявл. 05.07.1971p.]. Верхній шар у відомій контактній вставці виконаний із двох паралельних частин з вуглецьвмісного антифрикційного матеріалу, між яким розміщений компонент, що змазує. Нижній шар виконаний більш тонким, ніж верхній, із пластичного електропроводного металу. Шари вставки розташовані паралельно поверхні її контакту. Недоліком відомої вставки є невисока навантажувальна здатність вставки по струму у зв'язку з високим електричним опором матеріалу верхнього шару вставки та наявністю великих перехідних опорів на границях зазначених шарів. Найбільш близьким за технічною суттю і результатом, що досягається, є контактна вставка, виконана у вигляді пластини з двох шарів спресованих порошкових композиційних матеріалів різної електропровідності [п. РФ № 2130390, МПК B60L 5/08, заявл. 03.06.1997 р.]. У відомій контактній вставці шари розміщені паралельно поверхні контакту. Верхній шар, що контактує із струмопроводом, виконаний з порошкового композиційного матеріалу на основі графіту (80-86%), обсяг якого складає 65-70% від загального обсягу вставки. Нижній шар вставки виконаний з вуглецьвмісного композиційного матеріалу з додаванням високодисперсного металевого порошку, який складає 60-90% об. В якості металевого компонента основи використовують в основному порошки чавуну або заліза з розміром часток не більше 0,15 мм. Недоліком відомої контактної вставки є низька навантажувальна здатність по струму та підвищений знос контактної вставки. Виконання вставки з двох шарів, які мають різну за величиною електропровідність та різні фізико-хімічні характеристики, а також розташування шарів паралельно поверхні контакту вставки із струмопроводом сприяє формуванню додаткового перехідного опору на границі розділу вищевказаних шарів у напрямку переважного проходження струму. Це приводить до підвищення загального електричного опору вставки, що значно знижує номінальний струм струмоприймача. Нижній шар вставки являє собою багатофазну структуру, що складається з часток металу високої (19) UA (11) 74952 (13) C2 (21) 20040503413 (22) 06.05.2004 (24) 15.02.2006 (46) 15.02.2006, Бюл. № 2, 2006 р. (72) Большаков Юрій Леонідович, Большаков Максим Юрійович (73) Большаков Юрій Леонідович, Большаков Максим Юрійович (56) RU 2130390 C1, 20.05.1999 RU 2156704 C1, 27.09.2000 SU 1796499 A1, 23.02.1993 WO 01/08920 A1, 08.02.2001 JP 2000302578, 31.10.2000 GB 459498, 08.01.1937 CN 1468891, 21.01.2004 3 74952 4 дисперсності, які ізольовані один від одного вуглецьвмісного зносостійкого композиційного плівками діелектричного сполучного. При цьому матеріалу. В результаті цього попереджається металеві частки утворюють своєрідні «містки» знос середнього робочого шару вставки, через прово-дності. Використання металевих порошків який здійснюється основне струмознімання. Це високої дисперсності обумовлює збільшення забезпечує підвищення експлуатаційної стійкості кількості міжчасткових контактів, що приводить контактної вставки. також до підвищення електричного опору вставки. Виконання середнього шару вставки, по якому При цьому в процесі струмознімання завдяки проходить основне струмознімання, з стягуванню лінії струму до місць найбільшої вуглецьвмісного матеріалу, у якому мідь знахопроводності, а саме, до вищевказаних «містків» диться у вигляді дискретних волокон, забезпечує провідності, виникає додатковий перехідний опір високу електропровідність контактної вставки. на границі фаз: металева частка-вуглецьвмісний Орієнтація ж мідних волокон уздовж однієї осі матеріал, в результаті чого відбувається дозволяє забезпечити таке просторове розташузбільшення довжини лінії струму через вання мідних волокон в обсязі композиційного струмознімач. Все це обмежує можливості матеріалу, коли електричний контакт між мідними струмознімання великих електричних струмів з частками не порушується. Розташування контактного проводу, в результаті чого значно орієнтованих волокон у матеріалі середнього шару знижується навантажувальна здатність контактної перпендикулярно поверхні контакту дозволяє вставки. сформувати у вставці єдину досить коротку лінію З іншого боку, незважаючи на високі змащуюробочого струму, яка характеризується чи властивості верхнього шару контактної вставки, мінімальним електричним опором. Завдяки цьому він схильний до високого зносу через низьку досягається оптимальна поперечна твердість та міцність, які обумовлені високим електропровідність струмоприймального елеменвмістом графіту (80-86%), в результаті чого та, що забезпечує високу навантажувальну знижується експлуатаційна стійкість вставки. здатність вставки по струму. Крім того, орієнтація Виконання ж нижнього шару вставки з мідних волокон у композиційному матеріалі уздовж композиційних матеріалів на основі металевих однієї осі дозволяє при мінімальному вмісті міді порошків чавуна або заліза, які мають невисоку (до 10% мас.) забезпечити високу електропровідність, обмежує величину оптимальелектропровідність матеріалу вставки в напрямку них струмів, що знімаються з контактного проводу. переважного проходження струму. В основу винаходу поставлена задача вдоскоШирина крайніх шарів вставки підібрана екналення конструкції контактної вставки, при якому спериментальне і залежить від величин заходу та введення нових елементів та нових взаємозв'язків сходу контактного проводу уздовж поверхні вставз іншими елементами, а також використання нових ки. При ширині крайнього шару більше ніж 0,2 шикомпозиційних матеріалів для виготовлення вставрини вставки, зменшується величина середнього ки, приводить до збільшення поперечної шару, що приводить до погіршення умов електропровідності струмознімального елемента струмознімання, підвищення питомого електричнота її конструкційної міцності, що забезпечує го опору, та підвищеного зносу контактного провозбільшення навантажувальної здатності по струму ду. При ширині крайнього шару менше ніж 0,1 шиі підвищення експлуатаційної стійкості вставки. рини вставки має місце підвищений знос крайніх Поставлена задача вирішується тим, що коншарів вставки та зниження її міцності. тактна вставка для струмоприймачів електрорухоКонструкція контактної вставки наведена на мого складу виконана у формі пластини із шарів кресленні. спресованих порошкових композиційних Контактна вставка виконана у вигляді пластиматеріалів різної електропровідності, відповідно ни 1 із трьох шарів 2, 3, 4 спресованих порошкових до винаходу, новим є те, що вставка виконана композиційних матеріалів різної тришаровою, шари в ній розташовані перпендикуелектропровідності. Всі шари розташовані паралярно поверхні контакту, при цьому два крайніх лельно один одному і перпендикулярно поверхні шари виконані з вуглецьвмісного зносостійкого контакту 5 вставки. Крайні шари 2, 4 мають однаматеріалу, а середній шар виконаний з кову ширину і виконані з графітококсового пресовуглецьвмісного матеріалу з додаванням мідних ваного композиційного матеріалу, при такому дискретних волокон, причому мідні дискретні воспіввідношенні компонентів, ваг. %: кокс - 30%; локна в середньому шарі вставки орієнтовані перграфіт - 50%; сполучне (фенолформальдегідна пендикулярно поверхні її контакту. Новим також є смола) - 20%. те, що ширина кожного з крайніх шарів вставки Ширину крайніх шарів 2, 4 вибирають зі складає 0,1-0,2 від загальної її ширини. співвідношення 0,1-0,2 від загальної ширини Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю вставки, що контактує з проводом 6. істотних ознак і технічним результатом, що Середній шар 3 пластини 1 виконаний з предосягається, полягає в такому. сованого порошкового композиційного Розташування шарів вставки перпендикулярно вуглецьвмісного матеріалу з доданням волокон поверхні її контакту забезпечує одночасність робометалевої міді. Частки міді мають форму дискретти всіх шарів в процесі струмознімання. них волокон довжиною до 10 мм та діаметром до При цьому в процесі струмознімання механічні 0,15 мм. При цьому співвідношення довжини часнавантаження з боку набігання та збігання конток міді до їх діаметра повинно бути не менше 10. тактного проводу сприймаються більш міцними Склад композиційного матеріалу в середньому крайніми шарами вставки, виконаними з шарі має таке співвідношення компонентів, ваг. %: 5 74952 6 графіт - 60%, кокс - 15%, мідь - 7%, зв'язуючеподальшої термічної стабілізації вставки при 18%. 300±10°С протягом 30-40 хв. Контактна вставка виготовляється таким чиЗразки вставок з різними розмірами крайніх і ном. середніх шарів піддавали електричним та механіФормування шарів вставки проводять шляхом чним випробуванням в лабораторних умовах відпослідовного засипання до прес-форми повідно до методик, прийнятих в даній області порошкоподібної шихти відповідного складу при техніки, та випробовували в умовах експлуатації одночасній підпресовці шихти при 15-20 МПа і з на Придніпровській залізниці. Отримані дані навенаступним накладенням до вставки пласкопарадені в таблиці. лельного тиску величиною 30-50 МПа та Таблиця № з/р Ширина вставки, мм 1. 2. 3. 4. 5. 6. 30 30 30 30 30 30 Ширина кожного з крайніх Навантажувальна здатність шарів вставки, струмоприймача, А мм 1,5 2100 3,0 1800 4,5 1650 6,0 1500 9,0 1150 прототип 800 Як видно з таблиці, навантажувальна здатність по струму в 2-3 рази вище, а експлуатаційна стійкість (питомий знос) перевищує в 4-6 разів відповідні показники, що характеризують прототип. Запропонований винахід дозволяє досягти в одному струмоприймачі сполучення комплексу властивостей: зносостійкості, високих антифрикційних та міцнісних властивостей, а також високої навантажувальної здатності по струму. Запропонована контактна вставка виконується Комп’ютерна верстка М. Клюкін Міцність, кг см2 Питомий знос, мм/103 км 60,0 68,0 76,0 80,0 100,0 50,0 3,0 1,1 1,0 0,8 0,6 5,0 з традиційних матеріалів, наприклад, коксу пекового електродного, графіту [ТУ У 322-00196204.00599], міді у вигляді дискретних волокон, виготовлених за спеціальною технологією, а також при використанні стандартного вітчизняного устаткування. Вставки можуть бути використані в електричних транспортних засобах, зокрема, залізничному та міському транспорті, в тому числі, електропоїздах, локомотивах і трамваях, що забезпечує промислову придатність запропонованого винаходу. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601