RU186294U1 - Contact insert of current collectors of trolley buses - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к электротехническим устройствам для силовых цепей транспортных средств с электротягой и предназначена для использования в качестве вставок токосъемников троллейбусов.The utility model relates to electrical devices for power circuits of vehicles with electric traction and is intended for use as trolleybus current collector inserts.

Технический результат достигается при использовании контактной вставки токосъемников троллейбусов, выполненной в виде пластины из спрессованного порошкового композиционного материала на основе углеграфита с рабочей частью, соответствующей профилю контактного провода, и размещенным в ней токопроводящим элементом, составляющим 3-5% от объема вставки, выполненным из композиционного материала с электрическим сопротивлением, меньшим, чем у углеграфита, при этом на поверхности контактной вставки выполнено медное гальваническое покрытие.The technical result is achieved by using the contact insert of the current collectors of trolley buses made in the form of a plate of pressed powder composite material based on carbon graphite with a working part corresponding to the profile of the contact wire and a conductive element placed in it, comprising 3-5% of the insert volume, made of composite material with an electrical resistance less than that of carbon graphite, while a copper plating is made on the surface of the contact insert.

Техническим результатом настоящей полезной модели является увеличение срока службы контактной вставки и контактных проводов троллейбусных линий (контактной сети).

The technical result of this utility model is to increase the service life of the contact insert and the contact wires of the trolleybus lines (contact network).

Description

Полезная модель относится к электротехническим устройствам для силовых цепей транспортных средств с электротягой и предназначена для использования в качестве вставок токосъемников троллейбусов.The utility model relates to electrical devices for power circuits of vehicles with electric traction and is intended for use as trolleybus current collector inserts.

В токосъемниках троллейбусов используются контактные вставки, отличающиеся по конструкции (форме профиля торца, конфигурации поперечного сечения), материалу (угольно-графитовые, металлические и металлокерамические), а также распределению металлической составляющей в объеме вставки и т.д.Trolley current collectors use contact inserts that differ in design (end profile shape, cross-sectional configuration), material (coal-graphite, metal and cermet), as well as the distribution of the metal component in the insert volume, etc.

Использование того или иного типа вставок определяется техническими характеристиками: снижением электрического сопротивления при той же износостойкости, механической прочностью, высокой электропроводностью, искрением при обеспечении долговечности контактных проводов троллейбусных линий, а также их себестоимостью, являющейся часто определяющей для потребителя.The use of this or that type of inserts is determined by technical characteristics: a decrease in electrical resistance with the same wear resistance, mechanical strength, high electrical conductivity, sparking while ensuring the durability of contact wires of trolleybus lines, as well as their cost, which is often determining for the consumer.

Вместе с тем, несмотря на перечисленные конструкционные отличия, а также различия в использовании материалов (композиций) при изготовлении контактных вставок, можно выделить общий конструктивный признак вставок - их однослойность (мономатериал).At the same time, despite the listed structural differences, as well as differences in the use of materials (compositions) in the manufacture of contact inserts, we can distinguish a common design feature of the inserts - their single layer (monomaterial).

Известна однослойная конструкция угольно-графитовой контактной вставки "стандартная МТРЗ'' (см. Ивин К.В., Трофимов А.Н., Энгельс Г.Г. Токосъем городского наземного транспорта. - М.: Изд-во литературы по строительству, 1965. - С. 115; рис. 56) в виде пластины с рабочей частью, соответствующей профилю контактного провода, изготовленная из композиционного материала на основе графита.Known single-layer design of coal-graphite contact insert "standard MTRZ '' '(see Ivin K.V., Trofimov A.N., Engels G.G. Current collection of urban land transport. - M .: Publishing house of construction literature, 1965 . - P. 115; Fig. 56) in the form of a plate with a working part corresponding to the profile of the contact wire, made of composite material based on graphite.

К недостаткам данной контактной вставки относятся низкая износостойкость и механическая прочность; причем повышение прочности и износостойкости путем увеличения связующего в составе токопроводящего композиционного материала приводит к увеличению электрического сопротивления и снижению эксплуатационных характеристик, ограничивая ее применение.The disadvantages of this contact insert include low wear resistance and mechanical strength; moreover, an increase in strength and wear resistance by increasing the binder in the composition of the conductive composite material leads to an increase in electrical resistance and a decrease in operational characteristics, limiting its use.

Известна контактная вставка (см. Берент В.Я. Материалы и свойства электрических контактов в устройствах дорожного транспорта - М.: Интекст, 2002. - С. 408), выполненная в виде пластины с рабочей частью, соответствующей форме контактного провода, и симметричными торцами.A known contact insert (see. Berent V.Ya. Materials and properties of electrical contacts in road transport devices - M .: Intekst, 2002. - S. 408), made in the form of a plate with a working part corresponding to the shape of the contact wire, and symmetrical ends .

Однако недостатком такой конструкции является невозможность снижения электрического сопротивления вставки путем изменения составляющих ее ингредиентов, а также невысокая износостойкость вставки.However, the disadvantage of this design is the impossibility of reducing the electrical resistance of the insert by changing its constituent ingredients, as well as the low wear resistance of the insert.

Известна контактная вставка (патент RU 2130390, МПК B60L 5/08, опубл. 20.05.1999) является контактная вставка из углеграфитового материала, изготовленная для токосъемников троллейбусов. Контактная вставка изготовлена двуслойной. Верхний слой с рабочей поверхностью, соответствующей профилю контактного провода, выполнен из композиционного материала на основе графита. Нижний слой выполнен из композиционного материала на основе графита с металлической добавкой в виде порошка.Known contact insert (patent RU 2130390, IPC B60L 5/08, publ. 05/20/1999) is a contact insert made of carbon graphite material made for trolley bus collectors. The contact insert is made of two layers. The top layer with a working surface corresponding to the profile of the contact wire is made of composite material based on graphite. The bottom layer is made of composite material based on graphite with a metal additive in the form of a powder.

Положительной стороной данной конструкции вставки является то, что она мало изнашивает контактную сеть, выполнена из доступных материалов и имеет малую себестоимость.The positive side of this insert design is that it wears out the contact network a little, is made of available materials and has a low cost.

К отрицательным сторонам данной вставки можно отнести ее низкую износостойкость и механическую прочность; причем повышение прочности и износостойкости путем увеличения количества связующего в составе токопроводящего композиционного материала приводит к увеличению электрического сопротивления и снижению эксплуатационных характеристик, ограничивая ее применение.The negative sides of this insert include its low wear resistance and mechanical strength; moreover, increasing strength and wear resistance by increasing the amount of binder in the composition of the conductive composite material leads to an increase in electrical resistance and a decrease in operational characteristics, limiting its use.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (патент RU 120051, МПК B60L 5/08, опубл. 10.09.2012 г.) является вставка в виде пластины из спрессованного порошкового композиционного материала на основе углеграфита с рабочей частью, соответствующей профилю контактного провода, причем в контактной вставке размещен токопроводящий элемент, составляющий 3-5% от ее объема и выполненный из композиционного материала с электрическим сопротивлением меньшим, чем у углеграфита.The closest in technical essence and the achieved result (patent RU 120051, IPC B60L 5/08, publ. 09/10/2012) is an insert in the form of a plate of pressed powder composite material based on carbon graphite with a working part corresponding to the profile of the contact wire, and a conductive element is placed in the contact insert, comprising 3-5% of its volume and made of composite material with an electrical resistance lower than that of carbon graphite.

Положительной стороной данной конструкции вставки является то, что она имеет невысокое Электрическое сопротивление, в 2-3 раза меньшее, чем у основы углеграфита из которого она изготовлена.The positive side of this insert design is that it has a low Electrical resistance, 2-3 times less than that of the carbon graphite base from which it is made.

К недостаткам данной контактной вставки относятся, то что токопроводящий элемент, из-за своего невысокого процентного соотношения по объему вставки из углеграфита, не достигает максимального износа вставок (из-за концентраторов напряжения в виде отверстий в теле вставки).The disadvantages of this contact insert include the fact that the conductive element, due to its low percentage by volume of the carbon graphite insert, does not achieve maximum wear on the inserts (due to voltage concentrators in the form of holes in the body of the insert).

Задачей технического решения является разработка конструкции контактной вставки токосъемников троллейбусов обладающей высокими износостойкими и смазочными свойствами.The objective of the technical solution is to develop the design of the contact insert of the current collectors of trolley buses with high wear-resistant and lubricating properties.

Техническим результатом настоящей полезной модели является увеличение срока службы контактной вставки и контактных проводов троллейбусных линий (контактной сети).The technical result of this utility model is to increase the service life of the contact insert and the contact wires of the trolleybus lines (contact network).

Указанный технический результат достигается при использовании контактной вставки токосъемников троллейбусов, выполненной в виде пластины из спрессованного порошкового композиционного материала на основе углеграфита с рабочей частью, соответствующей профилю контактного провода, и размещенным в ней токопроводящим элементом, составляющим 3-5% от объема вставки, выполненным из композиционного материала с электрическим сопротивлением, меньшим, чем у углеграфита, при этом на поверхности контактной вставки выполнено медное гальваническое покрытие.The specified technical result is achieved using the contact insert of the current collectors of trolley buses, made in the form of a plate of pressed powder composite material based on carbon graphite with a working part corresponding to the profile of the contact wire, and a conductive element placed in it, comprising 3-5% of the insert volume, made of composite material with an electrical resistance lower than that of carbon graphite, while copper plating is made on the surface of the contact insert coating.

Сущность технического решения заключается в нанесении на контактную вставку медного гальванического покрытия, которое, не нарушая целостности и качества контактной сети, позволяет снизить износ контактной вставки за счет снижения электрического сопротивления, увеличения коррозионной стойкости и прочности при сохранении ее высоких смазочных свойств.The essence of the technical solution lies in the application of a copper plating coating on the contact insert, which, without violating the integrity and quality of the contact network, allows to reduce wear of the contact insert by reducing electrical resistance, increasing corrosion resistance and strength while maintaining its high lubricating properties.

На фиг. 1 изображена контактная вставка, общий вид; на фиг. 2 контактная вставка вид сверху; на фиг. 3 - контактная вставка, поперечный разрез.In FIG. 1 shows a contact insert, general view; in FIG. 2 pin insert top view; in FIG. 3 - contact insert, cross section.

Предлагаемая контактная вставка токосъемников тролейбусов состоит из пластины 1 имеющей заходную часть 2 с симметричными профилированными раструбами 3 на торцах, рабочую часть в виде желоба 4, контактирующую с контактным медным проводом 5 и токопроводящий элемент 6 расположенный симметрично на рабочей части 4, и составляющий 3-5% от объема вставки. Токопроводящий элемент 6 выполнен из композиционного материала с электрическим сопротивлением меньшим, чем у углеграфита. На поверхности контактной вставки выполнено медное гальваническое покрытие 7 составляющее от объема вставки не более 1%.The proposed contact insertion of current collectors of trolleybuses consists of a plate 1 having a lead-in part 2 with symmetrical profiled sockets 3 at the ends, a working part in the form of a groove 4, in contact with a contact copper wire 5 and a conductive element 6 located symmetrically on the working part 4, and constituting 3-5 % of the insert volume. The conductive element 6 is made of composite material with an electrical resistance lower than that of carbon graphite. On the surface of the contact insert is made of copper plating 7 constituting from the insert volume of not more than 1%.

Технология изготовления вставок троллейбусов является традиционной и включает операции дробления и измельчения исходных компонентов, их смешивание в Z-образных смесителях или иных типах смесителей. При заполнении ячеек пресс-форм шихтой используют метод объемного дозирования. Последовательность заполнения зависит от геометрической формы нижнего пуансона пресс-формы; если нижний пуансон является формообразующим поверхности с желобом, то вначале ячейки заполняют угольно-графитовой шихтой, т.е. композиционным составом на основе графита.The manufacturing technology of trolleybus inserts is traditional and includes the operations of crushing and grinding of the initial components, their mixing in Z-shaped mixers or other types of mixers. When filling the cells of the molds with the charge, the volumetric dosing method is used. The sequence of filling depends on the geometric shape of the lower punch of the mold; if the lower punch is the shaping surface of the groove, then first the cells are filled with a coal-graphite charge, i.e. graphite based composition.

Если формообразующую контактную поверхность с желобом образует верхний пуансон, то порядок засыпки шихты обратный - вначале засыпают шихту с композиционным материалом на основе графита.If the upper punch forms a forming contact surface with a trough, then the order of filling the charge is the opposite - first, fill the charge with graphite-based composite material.

Прессование вставок проводят по известному технологическому режиму: удельное давление прессования - 180-300 кг/см; температура изотермического прессования - (180±5)°С; время прессования 1,5-3 мин;The pressing of the inserts is carried out according to the known technological regime: the specific pressing pressure is 180-300 kg / cm; isothermal pressing temperature - (180 ± 5) ° С; pressing time 1.5-3 min;

температура и время термической стабилизации вставки соответственно (180±5)°С, (30-40) мин.temperature and thermal stabilization time of the insert, respectively (180 ± 5) ° С, (30-40) min.

В подготовленной вставке выполняют четыре отверстия 8, которые соединяют пазами со стороны рабочей части 4 и с обратной поверхности пластины 1 - изготавливают профилированный канал, который заполняют токопроводящим элементом 6 выполненным из композиционного материала, в виде жгута, каната и т.д., концы которого, фиксируют с обратной поверхности пластины 1, например, в виде стежка. Объемная доля токопроводящего элемента 6, выполненного из композиционного материала составляет 3-5% от объема контактной вставки.Four holes 8 are made in the prepared insert, which are connected by grooves from the side of the working part 4 and from the back surface of the plate 1 — a profiled channel is made, which is filled with a conductive element 6 made of composite material, in the form of a bundle, rope, etc., the ends of which , fixed from the back surface of the plate 1, for example, in the form of a stitch. The volume fraction of the conductive element 6 made of composite material is 3-5% of the volume of the contact insert.

Затем, на поверхность вставки наносят медное гальваническое покрытие 7. Для получения медного гальванического покрытия 7, необходим медный электролит состоящий из медного купороса 200 г/л и серной кислоты 70 г/л. Анодами являются две медных пластины, катодом является сама углеграфитовая вставка. Устанавливают силу тока на 1А и в таком режиме проводят электролиз в течение 2 часов.Then, a copper plating 7 is applied to the surface of the insert. To obtain a copper plating 7, a copper electrolyte consisting of copper sulfate 200 g / l and sulfuric acid 70 g / l is required. The anodes are two copper plates, the cathode is the carbon-graphite insert itself. Set the current strength to 1A and in this mode, carry out electrolysis for 2 hours.

Гальванический способ нанесения покрытия позволяет нанести на поверхность вставки тонкий слой особо чистого металла. Медное гальваническое покрытие 7 за счет снижения электрического сопротивления увеличивает проводимость вставки, что позволяет увеличить срок службы вставки и контактной сети. Кроме того, защищает ее от разрушения, коррозии, увеличивает прочность и износостойкость вставки, что также обеспечивает увеличение срока службы вставки и контактной сети.The galvanic coating method allows you to apply a thin layer of highly pure metal to the surface of the insert. Copper plating 7 by reducing the electrical resistance increases the conductivity of the insert, which allows to increase the service life of the insert and the contact network. In addition, it protects it from destruction, corrosion, increases the strength and wear resistance of the insert, which also provides an increase in the service life of the insert and the contact network.

Медное гальваническое покрытие 7 составляет до 1% от объема вставки. Наиболее оптимальной по количеству металлической составляющей является толщина покрытия в интервале от 0,25 мкм до 0,30 мкм. При данной толщине покрытия достигается самое оптимальное соотношение сроков службы вставки и контактной сети. Так, при толщине гальванического покрытия менее 0,25 мкм наблюдается сохранение приемлемого значения электрического сопротивления, а так же незначительное повышение износостойкости, что является недостаточным для срока службы вставки, так как такая вставка будет мало отличаться от стандартной углеграфитовой вставки по своим механическим характеристикам. Если толщина покрытия более 0,30 мкм, то такая вставка больше изнашивает контактную сеть и ее эксплуатационные технические характеристики не соответствуют нормам эксплуатации.Copper plating 7 is up to 1% of the insert volume. The most optimal in terms of the amount of the metal component is the coating thickness in the range from 0.25 μm to 0.30 μm. At a given coating thickness, the most optimal ratio of the service life of the insert and the contact network is achieved. So, when the thickness of the galvanic coating is less than 0.25 μm, an acceptable value of electrical resistance is maintained, as well as a slight increase in wear resistance, which is insufficient for the life of the insert, since such an insert will differ little from the standard carbon-graphite insert in terms of its mechanical characteristics. If the coating thickness is more than 0.30 μm, then such an insert wears out the contact network more and its operational technical characteristics do not comply with the operating standards.

Работает вставка контактная следующим образом. После установки ее в токоприемник троллейбуса и поджатая усилием 11,8-14,2 кг обеспечивается плотный контакт вставки с контактным 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 вставка обладает низким коэффициентом трения скольжения за счет того, что в ее материале присутствуют три вида твердой смазки, которые последовательно с увеличением скорости включаются в работу. При повышении скорости и увеличении при этом температуры в зоне контакта провода со вставкой включается в работу медная часть токопроводящего элемента 6 и наконец, при более высоких скоростях движения в процесс включаются углеродные волокна, прочность которых ниже прочности меди, а температура плавления 3700°С.The contact insert works as follows. After installing it in the trolleybus current collector and preloaded with a force of 11.8-14.2 kg, the insert is tightly contacted with the contact wire, remove current from it and transmit through the current collector electric circuit to the trolleybus energy system, both in a static position and in motion. During the movement of the trolleybus at a speed of up to 70 km / h, the insert has a low coefficient of sliding friction due to the fact that in its material there are three types of solid lubricant, which are included in the sequence with increasing speed. With increasing speed and increasing temperature in the zone of contact of the wire with the insert, the copper part of the conductive element 6 is turned on and finally, at higher speeds, carbon fibers are included in the process, whose strength is lower than the strength of copper, and the melting temperature is 3700 ° С.

Нанесенное медное гальваническое покрытие положительно влияет на снижение электросопротивления в 8-9 раз по сравнению с базовым углеграфитом, защищает токопроводящий элемент от износа особенно в осеннее-зимний период когда избыточная влага разрушает углеграфит, при этом, гальваническое покрытие защищает углеграфитовую поверхность вставки от разрушения при сохранении высоких скользящих характеристик, при минимальном износе контактного провода.The applied copper plating has a positive effect on reducing electrical resistance by 8–9 times compared to basic carbon graphite, protects the conductive element from wear, especially in the autumn-winter period, when excess moisture destroys carbon graphite, while the galvanic coating protects the carbon graphite surface of the insert from destruction while maintaining high sliding characteristics, with minimal wear of the contact wire.

Как показали экспериментальные исследования, предлагаемые токопроводящие элементы для вставок троллейбусов по своим эксплуатационным характеристикам значительно превышают соответствующие характеристики аналогов и прототипа, при этом как поверхность токосъема самой вставки, так и поверхность контактного медного провода 5 остаются чистыми, гладкими, не имеют следов взаимного переноса материала и электрокоррозии поскольку доля токопроводящего элемента 6 составляет 17,5% (<20%) от поверхности трения и при этом с контактным проводом нет схватывания, а нанесение гальванического покрытия 7 в виде «рубашки» состоящего из слоя меди позволяют увеличить прочностные и защитные характеристики вставки, а так же дополнительно снизить ее электросопротивление.As shown by experimental studies, the proposed conductive elements for trolleybus inserts in their operational characteristics significantly exceed the corresponding characteristics of analogues and prototype, while the current collector surface of the insert itself and the surface of the contact copper wire 5 remain clean, smooth, do not have traces of material transfer and electrocorrosion since the proportion of the conductive element 6 is 17.5% (<20%) of the friction surface and there is no contact with the contact wire and application of a plating 7 in the form of a "shirt" consisting of a layer of copper can increase the strength and protective characteristics of the insert, as well as further reduce its electrical resistance.

Профилированные раструбы 3 вставки подвержены сильному механическому износу при эксплуатации. Нанесение гальванического покрытия позволяет снизить износ.Profiled sockets 3 inserts are subject to strong mechanical wear during operation. Electroplating reduces wear.

Были экспериментально исследованы технологические характеристики контактных вставок токосъемников троллейбусов с медным гальваническим покрытием. Исследования проводились при движении троллейбуса со средней скоростью 15-17 км/ч. В качестве технологических характеристик вставки исследовались: электрическое сопротивление, срок службы и пробег при эксплуатации. Результаты исследования приведены в таблице.The technological characteristics of the contact inserts of the current collectors of trolley buses with a copper galvanic coating were experimentally investigated. The studies were carried out with the movement of the trolley at an average speed of 15-17 km / h. As the technological characteristics of the insert were investigated: electrical resistance, service life and mileage during operation. The results of the study are shown in the table.

Из таблицы видно, что повышенными сроками службы обладают контактные вставки по примерам 2-4. Однако, при использовании контактной вставки по примеру 4 наблюдается значительный износ контактного провода, что снижает срок его службы. Следовательно, использование контактной вставки по примеру 4 не желательно.The table shows that the increased service life have contact inserts in examples 2-4. However, when using the contact insert of example 4, significant wear of the contact wire is observed, which reduces its service life. Therefore, the use of the contact insert of example 4 is not desirable.

Таким образом, выполнение на поверхности контактной вставки токосъемников троллейбусов из спрессованного порошкового композиционного материала на основе углеграфита с размещенным в ее рабочей части токопроводящим элементом из композита типа углеграфит - сплав меди, с электрическим сопротивлением на порядок меньшим, чем у углеграфита, медного гальванического покрытия, позволяет увеличить срок службы контактной вставки и контактной сети.Thus, the execution on the surface of the contact insert of the current collectors of trolley buses from pressed powder composite material based on carbon graphite with a conductive element made of a carbon graphite – copper alloy composite in its working part, with an electrical resistance an order of magnitude smaller than that of carbon graphite, a copper galvanic coating, allows increase the service life of the contact insert and contact network.

Claims (1)

Контактная вставка токосъемников троллейбусов, выполненная в виде пластины из спрессованного порошкового композиционного материала на основе углеграфита с рабочей частью, соответствующей профилю контактного провода, и размещенным в ней токопроводящим элементом, составляющим 3-5% от объема вставки, выполненным из композиционного материала с электрическим сопротивлением, меньшим, чем у углеграфита, отличающаяся тем, что на поверхности контактной вставки выполнено медное гальваническое покрытие.The contact insert of the trolleybus current collectors, made in the form of a plate of pressed powder composite material based on carbon graphite with a working part corresponding to the profile of the contact wire and a conductive element placed in it, comprising 3-5% of the insert volume, made of composite material with electrical resistance, less than carbon graphite, characterized in that on the surface of the contact insert is made of copper plating.

Images