Контактная пластина и способ ее изготовления

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к конструкциям и способам изготовления порошковых контактных пластин. Может использоваться для оснащения токоприемников подвижного состава железнодорожного транспорта. Контактная пластина выполнена в виде полосы из порошкового антифрикционного материала на основе меди и содержит пластичный слой из порошка меди или железа. В пластичный слой запрессованы крепежные болты. Заготовку для контактной пластины и отверстиями под болты формируют в процессе прессования. Крепежные болты, предварительно установленные в пресс-форме, запрессовывают в нагретую заготовку в процессе уплотнения. Полученная пластина обладает высокими механическими свойствами и имеет повышенный ресурс работы. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкциям и способам изготовления контактных пластин методами порошковой металлургии, предназначенным для оснащения токоприемников подвижного состава железнодорожного транспорта.

Известна контактная пластина марки ВЖЗП, которая нашла применение в железнодорожном транспорте и которая описана в а.с. СССР №892495, БИ №47, 23.12.81 г. Пластина представляет собой прокатанную порошковую полосу на железо-медной основе, пропитанную свинцово-оловянистым сплавом.

Недостатками пластины являются: отсутствие крепежных болтов, что приводит к тому, что для закрепления пластины на полозе токоприемника производят сверление каркаса пластины для установки крепежных болтов, при этом до 20% пластин выходит из строя ввиду образования трещин в корпусе пластины; неравномерность распределения деформации в металлическом каркасе такой полосы при ее изготовлении, а отсюда, и неравномерность распределения пористости в полосе, следовательно, и распределение свинца при пропитке полосы, что может приводить к локальным задирам контактного провода и снижению ресурса работы как провода, так и пластины; кроме того, наличие в составе пластины канцерогенных добавок свинца усложняет процесс их производства и оказывает отрицательное воздействие на окружающую среду при производстве и эксплуатации.

Способ изготовления таких пластин, указанный в этом же а.с. СССР №892495, БИ №47, 23.12.81 г., включает прокатку и спекание железо-медного каркаса с последующей пропиткой его свинцом.

Недостатком способа изготовления таких пластин является неравномерность плотности при прокатке, что приводит к существенной анизотропии ее механических свойств и к уменьшению ресурса работы пластин, а также невозможность получения при прокатке полос высотой более 7-8 мм, что также приводит к уменьшению ресурса работы пластины.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ изготовления пластины, показанной в декларационном патенте Украины №38036А, бюлл.№4, 2001 г. которая представляет собой полосу из порошкового антифрикционного материала на медной основе.

Недостатком такой пластины является отсутствие вмонтированного крепежа в корпусе пластины, и в связи с этим необходимость сверления отверстий под крепление пластины к полозу токоприемника, в результате чего до 20% контактных пластин отбраковывается.

Способ изготовления таких пластин, указанный в этом же декларационном патенте Украины №38036А, бюлл. №4, 2001 г., включает операции прессования, нагрева и уплотнения порошковых пластин.

Недостатком этого способа является невозможность получения контактных пластин с встроенным крепежом.

Задача, которая решается настоящим изобретением, заключается в разработке конструкции и способа изготовления контактной пластины с повышенным ресурсом работы и улучшенными условиями монтажа и эксплуатации пластин, что реализуется за счет создания пластины с повышенными механическими характеристиками и с крепежными болтами, встроенными в пластину, при этом отсутствие операций сверления отверстий и установки крепежных болтов не нарушает целостности материала и снижает затраты на монтаж пластин на корпусе токоприемника.

Поставленная задача решается тем, что контактная пластина, выполненная в виде полосы из порошкового, антифрикционного материала на основе меди, согласно изобретению по п.1 дополнительно содержит пластичный слой из порошка меди или железа с запрессованными крепежными болтами.

Поставленная задача согласно изобретению по п.2 решается тем, что в способе изготовления этих пластин, включающем операции прессования металлических порошков, нагрева спрессованной заготовки и ее уплотнения, заготовку контактной пластины, включающую полосу из порошкового антифрикционного материала на основе меди, пластичного слоя из порошка меди или железа и отверстия под крепежные болты, формируют в процессе прессования, а крепежные болты, предварительно установленные в пресс-форме, запрессовывают в нагретую заготовку в процессе уплотнения.

Пластина, как показано в прототипе, представляет собой однослойную полосу, выполненную из порошкового, антифрикционного материала, которую при монтаже на токоприемнике сверлят для установки болтов в нескольких точках в зависимости от длины пластины и тем самым ослабляют сечение пластины, нарушают структуру материала и уменьшают механические свойства с одновременной отбраковкой изделий в количестве до 20%.

Контактная пластина, которая предлагается, представляет собой полосу из порошкового, антифрикционного материала, пластичного слоя из порошков меди или железа и крепежных болтов, закрепленных в нем в процессе изготовления. Такая пластина обладает повышенным ресурсом работы и обеспечивает улучшение условий эксплуатации подвижного состава за счет:

1. Повышения механических свойств пластины, в частности, предела прочности при изгибе, вследствие наличия высокопластичного и высокопрочного слоя из металлических порошков из порошков меди или железа, который не содержит разупрочняющих составляющих, что особенно важно при работе пластины при постоянных ударных нагрузках, кроме того, наличие такого слоя позволяет надежно закрепить крепежные болты в корпусе пластины;

2. Повышения механических характеристик пластины из-за сохранения целостности материала, отсутствия операций сверления и заделки болтов;

3. Возможности увеличения ресурса работы пластины, за счет того, что в заявляемой пластине головка крепежного болта находится на высоте, равной 1/4 от основания пластины, а головка болта, как в прототипе, находится на высоте 1/3 от основания пластины. Это дает, например, возможность увеличить ресурс работы пластины высотой 8 мм на 8-10 тыс. км пробега;

4. Удобства и уменьшения затрат при монтаже пластины на корпусе токоприемника вследствие отсутствия операции сверления пластин под крепежные болты, как в прототипе.

Общими признаками изобретения и прототипа по п.1 является контактная пластина, представляющая собой полосу из порошкового, антифрикционного материала.

Отличительными признаками от прототипа является то, что контактная пластина дополнительно содержит пластичный слой из металлических порошков меди или железа с запрессованными в ней крепежными болтами.

На чертеже представлена контактная пластина, где 1 - полоса, выполненная из порошкового, антифрикционного материала, 2 - слой, выполненный из металлического порошка, 3 - крепежные болты.

Способ, показанный в прототипе, включающий операции прессования металлических порошковых материалов, нагрев прессованной заготовки и ее уплотнение, не позволяет получать материал и пластину со свойствами и структурой, способными выдерживать значительные механические нагрузки из-за уменьшения конструкционной прочности пластин, связанной со сверлением отверстий под крепежные болты. Кроме того, способ не позволяет получать пластины с одновременной заделкой крепежа в процессе изготовления.

Способ изготовления контактной пластины, который предлагается, заключается в том, что заготовку контактной пластины, включающую полосу из порошкового, антифрикционного материала на основе меди, пластичного слоя из порошка меди или железа и отверстия под крепежные болты, формируют в процессе прессования, а крепежные болты, предварительно установленные в пресс-форме, запрессовывают в нагретую заготовку в процессе уплотнения. Биметаллическая заготовка из металлических порошков и отверстия в ней, которые формируют в процессе прессования, а также запрессовка болтов в процессе уплотнения позволяет надежно закрепить болты в корпусе пластины, исключив вероятность вырывов болтов в процессе эксплуатации.

Кроме того, наличие слоя из пластичного металлического порошка, который не содержит второй фазы, обеспечивает надежность запрессовки болтов в корпусе пластины и увеличивает прочность всей пластины в целом.

Общими признаками изобретения и прототипа по п.2 является прессование металлических порошковых материалов, нагрев спрессованной заготовки и ее уплотнение.

Отличительными признаками является то, что заготовку контактной пластины, включающую полосу из порошкового, антифрикционного материала на основе меди, пластичного слоя из порошка меди или железа и отверстия под крепежные болты, формируют в процессе прессования, а крепежные болты, предварительно установленные в пресс-форме, запрессовывают в нагретую заготовку в процессе уплотнения.

Критерием оценки предлагаемой пластины и способа ее изготовления является механическая характеристика - предел прочности при изгибе.

Определение предела прочности на изгиб проводилось на универсальной разрывной машине Р 05 по ГОСТ 28840-90 согласно методике ГОСТ 18228-85.

Суть изобретения заключается в следующем.

Рабочая шихта, из которой формуется полоса, и металлический порошок для создания пластичного слоя совместно прессуют для получения пористой заготовки с отверстиями, предназначенными для болтов. В пресс-форму, с установленными крепежными болтами, помещают предварительно неспеченную и нагретую со скоростью 10…10³°С/мин до температуры не более 1020°С заготовку пластины и подвергают ее уплотнению со скоростью 0,01-30 м/с при удельной энергии деформирования 200-1000 МДж/м³. Предел прочности при изгибе в зависимости от материала подслоя составляет от 270 до 285 МПа, против 215-241 МПа, как показано в прототипе.

Полученная таким способом контактная пластина с запрессованными крепежными болтами обладает требуемым уровнем механических характеристик, обеспечивающих регламентируемый ресурс ее работы, низкие трудозатраты при монтаже и надежную эксплуатацию контактных элементов. Примеры осуществления изобретения:

1. Рабочую шихту состава, мас.% 1,1% Р, 11% Fe, 10% Zn, 16,5% С и 61,4% Cu и медный порошок для пластичного слоя послойно насыпают и совместно прессуют для получения пористой заготовки высотой 12 мм с коническими отверстиями под болты. Полученную заготовку пластины нагревают со скоростью 150°С/мин до температуры 850°С. В прессформу с установленными крепежными болтами помещают неспеченную и предварительно нагретую заготовку контактной пластины и производят ее горячее деформирование с энергией 700 МДж/м³ и скоростью деформирования 1,5 м/с. Предел прочности при изгибе 270-275 МПа.

2. Рабочую шихту состава, мас.% 1,1% Р, 11% Fe, 10% Zn, 16,5% С и 61,4% Cu и железный порошок для пластичного слоя, послойно насыпают и совместно прессуют для получения пористой заготовки высотой 12 мм, включающей конические отверстия под крепежные болты. Полученную заготовку пластины нагревают со скоростью 150°С/мин до температуры 850°С. В прессформу с установленными крепежными болтами помещают неспеченную и предварительно нагретую заготовку контактной пластины и производят ее горячее деформирование с энергией 800 МДж/м³ и скоростью деформирования 1,5 м/с. Предел прочности при изгибе 285-290 МПа.

Приведенные данные показывают, что заявляемая пластина и способ ее изготовления позволяют создать пластину с встроенным крепежом, обладающую повышенными механическими свойствами (предел прочности при изгибе 270-290 МПа против 215-241 МПа, как в прототипе), что определяет регламентируемые эксплуатационные требования и ресурс работы до 50 тыс.км, удобство и экономию в эксплуатации (отсутствие операций сверления отверстий, заделки болтов и 20-ти% отбраковки пластин) и подтверждается положительными результатами эксплуатационных испытаний на Львовской (Украина) и Октябрьской (Россия) железных дорогах

1. Контактная пластина, выполненная в виде полосы из порошкового антифрикционного материала на основе меди, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит пластичный слой из порошка меди или железа с запрессованными в нем крепежными болтами.

2. Способ изготовления контактной пластины по п.1, включающий прессование заготовки контактной пластины из металлических порошков, нагрев спрессованной заготовки и ее уплотнение, в котором заготовку контактной пластины, включающую полосу из порошкового антифрикционного материала на основе меди, пластичного слоя из порошка меди или железа и отверстия под крепежные болты, формируют в процессе прессования, а крепежные болты, предварительно установленные в пресс-форме, запрессовывают в нагретую заготовку в процессе уплотнения.