Композиция для изготовления токосъемных контактных элементов
Изобретение относится к электротехнической области и может быть применено для изготовления элементов скользящего токосъема. Техническим результатом изобретения является повышение механических свойств, таких как прочность, твердость, износостойкость, необходимых токосъемнику при движении по контактируемому элементу токопередачи, и, как следствие, увеличение срока его службы. Композиция для токосъемных контактных элементов содержит прокаленный кокс, искусственный графит, фенольное связующее и стеарин. Соотношение кокс: графит в композиции находится в пределах от 1 до 3. Требуемое электросопротивление изделий достигается введением операции термообработки изделий при температуре 800-1000°С в восстановительной среде при следующем соотношении компонентов, масс.%: прокаленный кокс - 40-60; искусственный графит - 20-40; стеарин - 0,5-1; связующее фенольное - 21-30. 2 табл.
Изобретение относится к электротехнической области и может быть использовано для изготовления токосъемных контактных элементов городского электрического транспорта и железнодорожного (вставки троллейбусов, трамваев, локомотивов и электрощетки) и в других машинах с аналогичными условиями токосъема.
Известна композиция, содержащая твердую фенолформальдегидную смолу, графит и термообработанный нефтяной кокс, при этом она в качестве термообработанного нефтяного кокса содержит прокаленный нефтяной кокс со структурной характеристикой 3-5 баллов, при следующем соотношении компонентов, масс.%:
| - твердая фенолформальдегидная смола | 25-27 |
| - прокаленный нефтяной кокс со структурной | |
| характеристикой 3-5 баллов | 68-72 |
| - графит | до 100 |
(патент №1790201 от 10.05.95, кл. С 08 L 61/10).
Данная композиция наряду с высокими механическими свойствами имеет очень высокое электрическое сопротивление и ее использование для изготовления токосъемных контактных элементов практически невозможно.
Термообработка отпрессованных изделий изобретением не предусмотрена. Известен способ изготовления материала для токопроводящих контактных элементов, включающий операции совместного размола, смешения компонентов, прессование из полученного порошка изделий и их термообработку, при следующем соотношении компонентов, масс.%:
| - молотые отходы обожженного материала | 1-16 |
| - молотые отходы графитированного материала | 1-16 |
| - углеродный аэрогель | 2-20 |
| - технический углерод | 2-20 |
| - графит | 3-6 |
| - кокс | 6-32 |
| - связующее | остальное |
(патент №2075805 от 31.12.92 г., кл. Н 01 R 43/12).
Недостатком указанной композиции являются невысокие механические свойства из-за низкого содержания кокса при достаточно высокой электропроводности, это подтверждено данными по коэффициенту трения и среднему износу изделий, изготовленных из нее.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является композиция, в которую входит электрографит, фенолформальдегидная смола, алюминий и которая содержит прокаленный кокс и стеарат цинка при следующем соотношении компонентов мас.%:
| - электрографит | 67,0-75,0 |
| - фенолформальдегидная смола | 11,0-20,0 |
| - прокаленный кокс | 5,0-12,0 |
| - стеарат цинка | 0,5-2,0 |
| - алюминии | остальное |
(патент №1809725, кл. Н 01 R 39/20 от 20.09.90 г.).
Изделия имеют высокую электропроводность, однако из-за низкого содержания кокса и фенолформальдегидной смолы они обладают низкой механической прочностью и износостойкостью, это подтверждают данные испытаний изделий, изложенные в патенте.
Технической целью изобретения является повышение механических свойств изделий, полученных из предлагаемой композиции при их высокой электропроводности, повышение их эксплуатационных свойств.
Техническая задача решается тем, что предлагаемая композиция для изготовления токосъемных контактных элементов содержит прокаленный кокс, искусственный графит, фенольное связующее, стеарин, где соотношение кокс : графит находится в пределах от 1 до 3, при этом требуемое электросопротивление изделий достигается термообработкой при температуре от 800 до 1000 град. Цельсия в восстановительной среде, при следующем соотношении компонентов, масс.%:
| - прокаленный кокс | 40-60 |
| - искусственный графит | 20-40 |
| - фенолформальдегидная смола | 21-30 |
| - стеарин | 0,5-1,5 |
Такой состав композиции и проводимая термообработка изделий при указанных температурах позволяет обеспечивать изделия необходимыми свойствами и прежде всего высокой электропроводностью и механической прочностью, что в конечном счете гарантирует требуемые эксплуатационные характеристики: коэффициент трения и износ изделий.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявляемой композиции соотношение кокс, графит находится в пределах от 1 до 3, при этом требуемое электросопротивление изделий достигается введением операции их термообработки при температуре 800-1000 град. Цельсия в восстановительной среде, при следующем соотношении компонентов, масс.%:
| - прокаленный кокс | 40-60 |
| - искусственный графит | 20-40 |
| - фенолформальдегидная смола | 21-30 |
| - стеарин | 0,5-1,5 |
таким образом, заявляемое решение соответствует критерию «новизна».
Заявителю не известны технические решения, обладающие указанной совокупностью отличительных признаков, обеспечивающих достижение указанного результата и, следовательно, по мнению заявителя, заявленное решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Изобретение может быть использовано для прессования, например, токосъемных элементов для существующих электрических транспортных средств, поэтому соответствует критерию «промышленной применимости».
Предложенная композиция позволяет изготавливать изделия с высокими механическими и электрическими характеристиками, что существенно увеличивает стойкость изделий к динамическим и электрическим нагрузкам в процессе эксплуатации. Изобретение может быть использовано для прессования изделий относится к существующим токосъемным и токоподводящим устройствам троллейбусов, трамваев, железнодорожных локомотивов и других электрических агрегатов.
Пример 1 (предлагаемая композиция). Контактные вставки токоприемников троллейбусов изготовлены по различным вариантам композиции (при этом содержание связующего было 25%, температура обработки была 1000 град. Цельсия), определены их свойства и они были испытаны на одном маршруте в сухую ясную погоду при температуре воздуха 24-26 град. Цельсия. Результаты представлены в табл.1 и 2.
Пример 2 (по прототипу). Контактные вставки изготовлены в соответствии с формулой изобретения и испытаны в условиях, аналогичных примеру 1. Результаты представлены в табл.1.
| Табл.1 | ||||||
| Соотношение кокс/графит | Мех.прочность при сжатии, ГОСТ 7855-84, МПа | Удельн. электр. сопрот, МкОм·м | Коэфф. трения | Пробег на вставке, км | Количество поломок, % | Износ контактного провода, мкм |
| Прототип (1:5) | 55,0 | 22,0 | 0,175 | 650 | 25 | 0,175 |
| Предлагаемый 1:1 | 62,0 | 19,1 | 0,167 | 780 | 10 | 0,150 |
| 2:1 | 73,0 | 19,6 | 0,161 | 850 | 5 | 0,163 |
| 3:1 | 81,0 | 21,3 | 0,152 | 890 | Нет | 0,162 |
| 4:1 | 87,0 | 28,7 | 0,155 | 930 | Нет | 0,220 |
| 5:1 | 91,0 | 33,7 | 0,167 | 870 | 10 | 0,242 |
| 6:1 | 94,0 | 37,1 | 0,169 | 910 | 15 | 0,263 |
Из анализа полученных результатов следует, что при увеличении соотношения кокс : графит от 1:1 до 6:1 идет значительное увеличение механической прочности, практически не изменяя коэффициент трения, но учитывая количество поломок вставок при испытании и износ контактного провода, оптимальными вариантами состава композиции являются варианты, когда соотношение кокс : графит находится в пределах от 1 до 3. Было также определено влияние количества связующего на механические и электрические свойства вставок, термообработанных при температурах от 700 до 1100 град. Цельсия, при этом соотношение кокс : графит было 2:1. Результаты представлены в табл.2
| Табл.2 | ||||||||||
| Количество связующего в композиции, % | Механ. прочность при сжатии, МПа | Электрическое сопротивление, МкОм·м | ||||||||
| Температура Т/обработки, °С | Температура Т/обработки, °С | |||||||||
| 700 | 800 | 900 | 1000 | 1100 | 700 | 800 | 900 | 1000 | 1100 | |
| 10,0 | 30,6 | 27,9 | 27,8 | 27,0 | 26,0 | 83,2 | 35,4 | 15,5 | 14,1 | 14,0 |
| 15,0 | 57,8 | 56,5 | 52,6 | 51,8 | 50,4 | 114,9 | 37,1 | 17,1 | 16,2 | 15,4 |
| 20,0 | 76,5 | 74,1 | 67,0 | 64,7 | 63,2 | 152,5 | 38,7 | 19,7 | 19,1 | 19,0 |
| 25,0 | 81,0 | 75,7 | 73,9 | 72,1 | 71,2 | 241,4 | 41,2 | 23,3 | 22,7 | 22,1 |
| 30,0 | 90,4 | 85,4 | 83,3 | 82,0 | 80,7 | 297,0 | 45,0 | 25,1 | 23,1 | 22,7 |
| 35,0 | 76,8 | 74,1 | 72,9 | 71,7 | 70,2 | 348,9 | 65,3 | 49,6 | 39,0 | 32,5 |
Как следует из таблицы, в зависимости от содержания связующего и температуры термообработки значительно меняются механические и электрические свойства изделий, однако в реальных практических условиях оптимальным является содержание связующего от 21 до 30% при температурах термообработки от 800 до 1000 град. Цельсия, т.к. вставки, термообработанные при 700 град. Цельсия, имеют высокое электрическое сопротивление, а термообработка свыше 1000 град. Цельсия практически не меняет их свойства, увеличивая материальные затраты производства. При содержании связующего менее 21% значительно снижается механическая прочность изделий, а содержание количества связующего в композиции более 30% приводит к повышению электрического сопротивления изделий и снижению их прочности.
Кроме увеличения срока службы токосъемных контактных элементов, при использовании предлагаемой композиции значительно снижается количество сходов токосъемных штанг на спецчастях по причине поломок.
Таким образом, использование предлагаемой композиции для изготовления контактных элементов обеспечивает по сравнению с прототипом и известными техническими решениями повышение механической прочности, снижение износа и количества поломок контактных элементов, а следовательно, увеличение срока их эксплуатации.
Композиция для изготовления токосъемных контактных элементов, содержащая прокаленный кокс, искусственный графит, фенольное связующее, стеарин, отличающаяся тем, что с соотношение кокс:графит в композиции находится в пределах от 1 до 3, при этом требуемое электросопротивление изделий достигается за счет введения операции термообработки изделий при температуре 800-1000°C в восстановительной среде, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Прокаленный кокс | 40-60 |
| Искусственный графит | 20-40 |
| Стеарин | 0,5-1,5 |
| Связующее фенольное | 21-30 |
