Способ уменьшения износа контактной пары - контактный провод и токосъемный элемент токоприемника электроподвижного состава

Авторы патента:

B60L5/08 - конструкция скользящих башмаков и их несущих средств

Владельцы патента RU 2440899:

Валеев Георгий Галиуллович (RU)

Изобретение относится к области электротранспорта и направлено на уменьшение износа контактной пары - контактный провод и токосъемный элемент токоприемника электроподвижного состава. Способ включает нажатие токосъемного элемента на контактный провод, после чего возбуждают поперечные или продольные колебания полоза с контактными элементами или каретки токоприемника с частотой звуковых колебаний, лежащей в полосе частот ±25% от резонансной частоты собственных поперечных или продольных колебаний полоза или каретки. Технический результат изобретения: уменьшение механического износа контактной пары - контактный провод и токосъемный элемент полоза токоприемника электроподвижного состава. 1 ил.

Изобретение относится к электрическому оборудованию транспортных средств, в частности к контактной паре - контактный провод и токосъемный элемент полоза токоприемника электроподвижного состава (ЭПС), движущегося со скоростями менее 90 км/час. Изобретение может быть применено на токоприемниках электровозов, моторных вагонах электропоездов и трамваях.

Известно, что износ контактного провода и токосъемных элементов полоза каретки - верхнего узла токоприемника объясняется механическими и электрическими причинами (И.А.Беляев, Б.Г.Бердзенишвили, В.П.Михеев, В.А.Шиян. Токоприемники электроподвижного состава. М.: Транспорт, 1970 г. стр.13). При металлических токосъемных элементах полоза преобладает механический износ. С ростом нажатия (давления) в контакте износ токосъемного элемента и контактного провода увеличивается. При угольных токосъемных элементах преобладает электрический износ, вызванный электрической эрозией, поэтому его снижению способствует увеличение удельного контактного нажатия.

Для уменьшения механического износа токосъемного элемента полоза и контактного провода необходимо уменьшать контактное нажатие. Однако, при слишком малом контактном нажатии, увеличивается вероятность отрыва токосъемного элемента от контактного провода, что приводит к искрообразованию между ними и электрической эрозии контактной пары (электрическому износу).

Практически установлены оптимальные значения диапазонов статического нажатия 5,5-13 кг для токоприемников постоянного тока и 4,5-10,5 кг для токоприемников переменного тока. В этих диапазонах значений статического нажатия для определенных условий эксплуатации токоприемников и их конструкции рассчитывают его оптимальное значение, что обеспечивает меньший износ контактной пары - контактный провод и токосъемный элемент полоза токоприемника ЭПС. Задача изобретения - дополнительно уменьшить механический износ контактной пары и при оптимальном статическом нажатии токоприемников на контактный провод при скоростях движения ЭПС менее 90 км/час.

Известен способ съема тока с контактного провода с помощью нажатия токосъемного элемента полоза токоприемника на контактный провод. Токосъемный элемент, содержащий контактную вставку и металлический корпус (СССР, авт. св. 1397323 от 03.05.1988.). Вставка выполнена в форме бруса прямоугольного сечения из прессованного угля, которая закреплена основанием в металлическом корпусе. Основанием такого бруса является одна из его боковых граней. У основания бруса с двух противоположных боковых граней выполнены выступы в форме «ласточкина хвоста», обеспечивающие жесткое крепление вставки в корпусе. Контактной поверхностью токосъемной вставки служит верхняя грань бруса.

Известен способ съема тока с контактного провода с помощью нажатия контактной вставки полоза токоприемника на контактный провод. Контактная вставка имеет корпус и угольную вставку прямоугольного поперечного сечения, нижнее основание которой выполнено в виде «ласточкина хвоста». В корпусе токосъемная вставка крепится жестко с помощью «ласточкина хвоста». Корпус токосъемного элемента крепится к полозу каретки токосъемника (США, пат. №4578546, B60L 5/29. «Вставка для токового силового пантографа». Публикация от 25.03.1986).

Известен способ съема тока с контактного провода с помощью нажатия токосъемного элемента полоза токоприемника на контактный провод. Токосъемный элемент содержит металлический корпус и закрепленную в нем контактную вставку, которая выполнена в виде бруса из углесодержащего материала. У основания, нижней грани бруса, выполнены выступы в виде «ласточкина хвоста», которые жестко закреплены в металлическом корпусе (RU, пат. №2168422, B60L 5/08. Бюл. №16, 10.06.2001). Кроме того, контактная поверхность контактной вставки выполнена в виде дуги радиусом 2-5 м и имеет заходную часть, угол наклона которой к основанию бруса составляет 30-60°.

Известен способ съема тока с контактного провода с помощью нажатия токосъемного элемента полоза токоприемника на контактный провод. Токосъемный элемент содержит металлический корпус и контактную углесодержащую вставку (RU, пат. №2184041, B60L 5/08. Бюл. №18, 27.06.2002). Основание вставки выполнено в виде «ласточкина хвоста», жестко закрепленного в корпусе. Кроме того, контактная поверхность вставки выполнена дугообразной формы, радиусом 2-5 м. Вставка имеет заходную часть, угол наклона которой к его основанию пластины составляет 30-60°, причем в продольном сечении основание имеет форму трапеции с углом наклона к горизонтали 5-15°.

Известен способ съема тока с контактного провода с помощью нажатия контактной вставки полоза токоприемника на контактный провод. Контактная вставка содержит металлический корпус, выполненный в виде равнобочной трапеции, и размещенную в нем составную углесодержащую вставку с контактной поверхностью и заходной частью. У основания вставки выполнены выступы в виде «ласточкина хвоста» (RU, пат. №2229395, B60L 5/08. Бюл. №15, 27.05.2004). Кроме того, центральная контактная часть вставки на длине (0,4-0,6) меньшего основания трапеции корпуса выполнена параллельной этому основанию. На остальной части малого основания трапеции высота центральной части вставок монотонно убывает, заходная часть контактной вставки описана ветвью параболы с формулой у=(0,2-0,4)х, где у - текущая ширина вставки; х - текущее приращение высоты вставки от h_min до h_max. Стыки торцов центральных и крайних частей вставок выполнены под углом 45° к горизонту.

Известен способ съема тока с контактного провода с помощью нажатия токосъемного элемента на контактный провод. Токосъемный элемент содержит корпус и контактную вставку, выполненную в форме бруса с основанием, боковой и контактной поверхностью и с симметричными по ее краям заходным и сходным участками (Ю.Э.Купцов. Увеличение срока службы контактного провода. М.: Транспорт, 1972 г., стр.90-91 и СССР авт. св. №1397323, B60L 5/08. Публ. 23.05.1988 г.). Основание вставки токосъемного элемента выполнено в виде «ласточкина хвоста», контактная поверхность выполнена параллельно основанию бруса, а между контактной и боковой поверхностями выполнены заходный и сходный участки в виде фасок. При частичном износе контактной поверхности фаски пропадают, и эксплуатация токосъемного элемента осуществляется при отсутствии заходной части, что приводит быстрому износу сходной части. Это увеличивает ударные нагрузки в крайних заходных и сходных участках контактной поверхности токосъемного элемента токоприемника, что приводит к его повышенному износу и механическому разрушению.

Известен способ съема тока с контактного провода с помощью нажатия токосъемного элемента полоза токоприемника на контактный провод. Токосъемный элемент содержит металлическое основание и контактную вставку. Токосъемный элемент выполнен в форме бруса с основанием, боковой поверхностью и контактной поверхностью с симметричными по его краям заходным и сходным участком контактной поверхности (RU, пат. №2337840, B60L 5/08. Бюл. №31, 10.11.2006). Боковая и контактная поверхности вставки выполнены выпуклыми, с профилем поперечного сечения, ограниченного кривой, которая описывается зависимостью:

h=Н(1-|2b/В|ⁿ), где

В - ширина вставки, мм;

Н - высота вставки, мм;

b - текущая ширина вставки, которая изменяется от -В/2 до +В/2;

h - расстояние от основания вставки до любой точки на огибающей кривой ее поперечного сечения;

n - коэффициент, определяющий степень кривизны профиля выпуклой поверхности вставки, значения которого могут изменяться в пределах 2-4.

Общий недостаток аналогов изобретения - повышенный механический износ контактной пары - контактный провод и токосъемный элемент полоза токоприемника при малых скоростях их относительного перемещения (менее 90 км/час) по сравнению с их относительно большими скоростями (более 150 км/час).

Нажатие контактного элемента на контактный провод является общим признаком всех аналогов и предлагаемого изобретения.

На чертеже приведена зависимость силы трения скольжения F от скорости V для стальной пары в пределах 0-90 км/час, записанная непосредственно в системе координат «сила трения - скорость» (А.С.Ахматов. Молекулярная физика граничного трения. М.: ГИЗ ФМЛ, 1963 г. Стр.355, рис.289). Этот график подтверждает факт повышенного трения контактной пары, а следовательно, и ее повышенный износ при скоростях движения ЭПС менее 90 км/час.

Уменьшение трения между контактной парой при скоростях движения ЭПС более 90 км/час обусловлено возникновением вибраций (колебаний) элементов контактной пары при этих скоростях относительного перемещения (обоснование этого утверждения приведено там же, стр.354 и рис.288).

Задача изобретения - уменьшение механического износа за счет уменьшения трения между контактным проводом и токосъемный элементом токоприемника при скоростях их относительного перемещения до 90 км/час, при прочих равных условиях (конструкции токосъемных элементов - вставок, их материале и материале контактных проводов и величине контактного нажатия).

Скорости ЭПС до 90 км/час преобладают на городском электроподвижном транспорте (трамвай) и на электроподвижном транспорте на местных и междугородних железных дорогах в России.

Технический результат изобретения - уменьшение механического износа контактной пары при скоростях их взаимного перемещения менее 90 км/ час - достигается при прочих равных условиях.

Следовательно для уменьшения трения при скоростях движения ЭПС до 90 км/час необходимо возбудить звуковые колебания токосъемного элемента в поперечном или продольном направлениях.

Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что производят нажатие токосъемного элемента на контактный провод, после чего возбуждают поперечные или продольные колебания полоза с контактными элементами или каретки токоприемника звуковыми колебаниями с частотой, лежащей в полосе частот ±25% от резонансной частоты собственных поперечных или продольных колебаний полоза или каретки.

Устройство, реализующее изобретение, содержит токоприемник, контактный провод, генератор электрических колебаний звуковой частоты и генератор звуковых излучений. Генераторы электрически соединены между собой. Генератор звуковых излучений жестко крепится на каретке токоприемника, когда токосъемный элемент на полозе закреплен жестко, или на токосъемном элементе, когда он на полозе подрессорен.

Частота генератора электрических колебаний, равная частоте колебаний генератора звуковых излучений, должна находиться в пределах не менее полуширины кривой графика собственных резонансных частот подрессоренного токосъемного элемента или полоза токоприемника. Другими словами, частота колебаний звуковых излучений должна находиться в полосе частот ±25% собственных резонансных частот поперечных или продольных колебаний полоза или каретки.

В качестве генератора звуковых излучений может быть применен акустический излучатель, выполненный из слоев электропроводящего и диэлектрического материалов. Нечетные слои акустического излучателя выполнены из электропроводящего материала. Четные слои акустического излучателя выполнены из диэлектрического материала, i-e слои акустического излучателя соединены с первой входной клеммой акустического излучателя, где I=4(N+1/4), N=0, 1, 2,…, а остальные выполненные из электропроводящего материала слои акустического излучателя соединены со второй входной клеммой акустического излучателя (RU, патент №2174289, H04R 17/00, 21.07.99).

В качестве источника звукового излучения также может быть применена пленка высокоомного пьезополупроводника, полученная осаждением непосредственно на низкоомный монокристаллический звукопровод или другим способом. Генератор электрических колебаний одним выводом соединяется с наружным электродом, приложенным с одной стороны пленки, а вторым - со звукопроводом, на торце которого прикреплена пленка высокоомного пьезополупроводника (Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Гл. ред. И.П.Голямина. - М.: Сов. Энциклопедия. 1979, стр.252).

Отличительные признаки изобретения

Возбуждают поперечные или продольные колебания полоза с контактными элементами или каретки токоприемника частотой звуковых колебаний, лежащей в полосе частот ±25% от резонансной частоты собственных поперечных или продольных колебаний полоза или каретки.

Способ уменьшения износа контактной пары - контактный провод и токосъемный элемент токоприемника электроподвижного состава, включающий нажатие токосъемного элемента на контактный провод, отличающийся тем, что возбуждают поперечные или продольные колебания полоза с контактными элементами или каретки токоприемника частотой звуковых колебаний, лежащей в полосе частот ±25% от резонансной частоты собственных поперечных или продольных колебаний полоза или каретки.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к контактным пластинам полозов токоприемников электроподвижного состава железных дорог, городского и промышленного транспорта.

Контактная пластина и способ ее изготовления // 2351437

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к конструкциям и способам изготовления порошковых контактных пластин. .

Управляемый токоприемник троллейбуса и контактная сеть // 2346830

Изобретение относится к устройствам передачи электроэнергии к безрельсовым транспортным средствам, в частности троллейбусам. .

Токосъемный элемент токоприемника электроподвижного состава // 2337840

Изобретение относится к электрическому оборудованию транспортных средств, в частности токосъемникам. .

Контактная головка токоприемника // 2314938

Изобретение относится к области электрического транспорта и направлено на усовершенствование токоприемников транспортных средств. .

Башмак токоприёмника и способ его применения // 2286264

Изобретение относится к устройствам для передачи электрического тока от источника питания к электропотребляющим механизмам. .

Щека контактной головки // 2283244

Изобретение относится к токоприемникам для городских безрельсовых транспортных средств с электротягой. .

Способ изготовления контактных вставок // 2267411

Изобретение относится к способам изготовления устройств для контактного токосъема и может использоваться в электротехнике для изготовления контактных вставок для железнодорожного транспорта и городского электротранспорта.

Контактная головка токоприемника // 2264929

Изобретение относится к токоприемникам транспортных средств с электротягой. .

Контактная вставка для токоприемника троллейбуса // 2259929

Изобретение относится к устройствам для скользящего токосъема и предназначено для использования на городском электрическом транспорте. .

Способ прессования углеродных контактных вставок троллейбусов // 2494835

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к прессованию фасонных изделий, преимущественно контактных вставок троллейбусов, из углеродных материалов. Перед одновременным прессованием центральной части в виде желоба и ее профильных торцовых частей проводят отдельное прессование центральной и торцовых ее частей с выдержками под давлением полуфабрикатов прессовок. Окончательное прессование всех частей вставки проводят при удельном давлении 45-55 МПа и скорости прессования 35-40 мм/с. Обеспечивается повышение плотности и прочности на сжатие материала контактных вставок. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ получения контактных вставок троллейбусов // 2508177

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению контактных вставок токоприемников троллейбусов. Порошковую композицию на основе углерода выдавливают из контейнера пресса через мундштук с формованием профильной рабочей поверхности вставки и последующим делением полученного полуфабриката на отдельные заготовки. Полуфабрикат выдавливают в виде двух обращенных друг к другу своими подошвами заготовок вставок с противолежащими профильными поверхностями, при этом порошковую композицию разделяют рассекателем вдоль оси выдавливания на две заготовки вставок. После выхода из мундштука профильные поверхности заготовок калибруют в четырехвалковом калибре, образованном двумя гладкими и двумя приводными калиброванными противолежащими валками, с обжатием, равным 5-10%. Повышается качество получаемых вставок путем устранения изгиба по длине и повышения плотности и прочности их рабочей профильной поверхности. 2 ил.

Токосъемная вставка токоприемника электротранспортного средства и способ ее изготовления // 2510339

Изобретение относится к изделиям скользящего контактного токосъема, в частности к токосъемным вставкам для железнодорожного и городского электротранспорта и технологии ее получения. Токосъемная вставка токоприемника электротранспортного средства включает основание и контактную поверхность и выполнена из композиционного материала, содержащего следующие компоненты, мас.%: графит 12,0-60,0, кокс 10,0-50,0, железный порошок 2,0-5,0, коксовый остаток - остальное. Также раскрывается способ изготовления данного материала, предусматривающий смешение всех компонентов, получение заготовки, карбонизующий обжиг заготовки, ее последующую пропитку, повторный карбонизующий обжиг и механическую обработку заготовки с получением вставки. Техническим результатом является снижение удельного электрического сопротивления до значений 10-11 мкОм/м и менее; снижение интенсивности изнашивания при повышенных токах и повышенных скоростях движения, что позволит использовать данную токосъемную вставку для электрифицированного транспорта с повышенными скоростями движения. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Способ изготовления скользящих контактов из порошковых композиций на основе углерода // 2533893

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению скользящих контактов. Может использоваться в электротехнике, в узлах токосъема, в частности щеток электромашин и контактных вставок железнодорожного и городского транспорта. Порошковую композицию из графита, смолы и добавок измельчают и смешивают при температуре на 25÷35°C ниже температуры плавления смолы в течение 20÷30 минут, затем прессуют. Обеспечивается повышение прочности и электропроводности.

Способ изготовления графитопластовых изделий // 2613245

Изобретение относится к изготовлению графитопластовых изделий. Способ включает подачу порошковой графитопластовой композиции в предварительно нагретую до 100÷120°C пресс-форму, выдержку в течение 3÷4,5 мин с нагревом пресс-формы до 185÷190°C и прессование со скоростью пуансона 45÷48 мм/с. Обеспечивается увеличение плотности изделий.

Способ изготовления токопроводящих контактных вставок // 2623292

Изобретение относится к токоприёмникам для линий энергоснабжения транспортных средств с электротягой. Способ изготовления токопроводящих контактных вставок включает смешивание связующего и наполнителя, прессование изделий из полученной смеси, их термическую обработку. Связующее готовится предварительно в шаровой мельнице и включает следующие компоненты: уротропин, смола, стеарат металла и оксидов металла. Смешивание связующего с наполнителем производится в вибромельнице, где в качестве наполнителя используют графит, кокс, модифицированный терморасширенный и окисленный графит, металлические порошки. При этом гомогенизацию компонентов проводят при температуре 140-170°C. Прессование проводят при температуре 140-170°C, удельном давлении 300-600 кгс/см2 с выдержкой 2-4 мин и последующую термообработку при температуре до 700-900°C. Технический результат изобретения заключается в том, что повышаются эксплуатационные характеристики контактных вставок. 14 пр.

Способ получения контактных вставок троллейбусов // 2625622

Изобретение относится к получению контактных вставок токоприемников троллейбусов. Порошковые композиции на основе углерода из контейнера пресса выдавливают через мундштук с получением полуфабриката в виде двух обращенных друг к другу своими подошвами и разделенных рассекателем заготовок вставок с противолежащими профильными рабочими поверхностями. Калибруют профильные рабочие поверхности в четырехвалковом калибре с двумя профильными приводными валками. До калибровки профильных рабочих поверхностей и после нее в формовочных калибрах профильных приводных валков обжимают наклонные входные и выходные участки заготовок вставок с нормальным удельным усилием, равным 45÷50 МПа. Обеспечивается повышение качества контактных вставок. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.