ЭЛЕКТРОПРОВОДНАЯ КОНТАКТНАЯ ВСТАВКА ТОКОСЪЕМНИКА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1998 года по МПК B60L5/20 

Изобретение относится к токосъемникам транспортных средств различного назначения, например троллейбусов.

Контактные вставки электрических транспортных средств подразделяются по материалу на металлические, металлокерамические и угольно-графитные.

К положительным качествам металлических контактных вставок можно отнести прочность, износостойкость, хорошую электропроводность. Недостатками металлических вставок считаются сравнительно большой износ ими контактного провода и дополнительные эксплуатационные расходы, связанные с необходимостью смазывать контактные поверхности. Кроме того, при их использовании вырастает искрение (радиопомехи) и дугообразование, особенно при гололеде и инее.

Металлокерамические контактные вставки призваны уменьшить недостатки, свойственные металлическим вставкам. Однако для них характерны большой удельный износ контактного провода. Это резко сужает область применения металлокерамических вставок.

Широкое распространение получили угольно-графитные контактные вставки, так как обеспечивают минимальный износ контактных проводов, не требуют смазки вставок сети, уменьшают искрение и шум, возникающие при движении токосъемника по сети, снижают помехи радиоприему и эксплуатационные расходы.

В заявке ФРГ N 3821255, B 60 L 5/20, 1989 приведена конструкция угольной вставки с предварительным закреплением ее на металлическом или неметаллическом основании, что повышает надежность работы, устойчивость к максимальным температурам, механическим воздействиям.

В заявке ФРГ N 3821254, B 60 L 5/02, 1990 представлено устройство угольной вставки токосъемника с нанесением на ее поверхность контактирующего с держателем слоя металла гальваническим способом для уменьшения потерь напряжения и электрической энергии.

Наконец, в заявке ЕПВ N 0322699, B 60 L 5/20, 1989 предложена угольная вставка, которую можно принять в качестве наиболее близкой к описываемой. Известная вставка выполнена в виде предназначенной для передачи электрической энергии к потребителю сменной пластины, скользящей по контактной сети и имеющей выемку в форме ласточкина хвоста на нижней стороне.

Главным недостатком угольно-графитных вставок является низкая прочность материала вставки, что приводит к раскалыванию вставки при ударах о неровности контактной сети, низкой износостойкости, особенно при влажном контакте (дождь, снег, гололед и т.п.).

Решаемая задача: поиск и применение материала контактной вставки, который позволил бы существенно повысить срок работоспособности вставок при сохранении свойств электропроводности, не увеличивая износ контактной сети, по сравнению с уровнем износа угольно-графитных вставок, значительно увеличить ударостойкость вставок, их работоспособность в условиях повышенной влаги и обледенения проводов, обеспечивая при этом в допустимых пределах искрение и радиопомехи, не требуя смазки и других дорогостоящих операций по обслуживанию контактной пары провод-контактная вставка.

Согласно изобретению поставленная задача решается тем, что сменная пластина электропроводной контактной вставки выполнена из композиционного углерод-углеродного материала на основе пространственного армированного волокнистого каркаса, свободное пространство которого заполнено углеродом, и механической обработкой доведена до требуемых геометрических размеров.

Исходя из анализа причин малого срока работы угольно-графитных вставок был рассмотрен класс нового типа композиционных материалов-углерод-углеродных (УУКМ), применяемых в ракетно-космической технике в качестве эрозионно стойкого теплозащитного материала, эксплуатирующегося при давлении 100 атМ и более и температурах выше 3000 K.

В этом классе материала работоспособность конструкции при высоких механических и температурных нагрузках обеспечивает каркас из высокопрочных и высокомодульных углеродных волокон (стержни из волокон или жгуты), скрепленных в межволоконном пространстве углеродом, получаемым методом пропитки каркаса среднетемпературными пеками под давлением до 400 атм с последующей термообработкой до 2200^oC (материал 4КМС-Л), или пироуглеродом, получаемым осаждением его на углеродный каркас из газовой фазы природного метана CH₄ (материал КИМФ).

Электрические свойства УУКМ и коэффициент трения этого класса материала находятся на уровне применяемых в настоящее время деталей угольно-графитных вставок.

Опытные данные по использованию вставок из этого класса материалов для троллейбусной контактной системы показали увеличение срока службы вставок в 50-100 раз по сравнению с угольно-графитными вставками. Анализ износа контактной сети при этом показал, что он остался на том же уровне.

В условиях повышенной влажности и обледенения контактной сети работоспособность вставок из углерод-углеродного материала также в несколько раз выше, чем угольно-графитных вставок.

Предлагаемая электропроводная контактная вставка апробирована в условиях эксплуатации городской троллейбусной системы г. Миасса Челябинской области.

Ниже приводятся результаты этих испытаний.

Пример 1.

Получение электропроводной контактной вставки токосъемника троллейбуса из углерод-углеродного материала КИМФ - технические условия на углерод-углеродистый материал КИМФ в заготовках, ТУ 92-932-2-31-81. Научно-производственное объединение "Композит" РКА Российской Федерации (г. Калининград, Московская обл.).

Пример 2.

Получение электропроводной контактной вставки токосъемника троллейбуса из углерод-углеродного материала 4КМС-Л-технические условия на заготовки из углерод-углеродного материала марки 4КМС-Л, ТУ 48-4807-151-87, Научно-исследовательский институт "Графит" (г. Москва), ГРЦ "КБ им. акад. В.П. Макеева", г. Миасс Челябинской области.

После получения по указанным ТУ заготовок последние разрезались на заготовки для получения контактных вставок троллейбуса, из которых механической обработкой получались необходимые размеры контактной вставки.

В таблице приведены обобщенные данные по эксплуатационной стойкости в различных погодных условиях на 10 - 15 вставках; по износу контактного провода, который определен по относительному содержанию меди, материалу провода и стали, материалу стыков и направляющих контактной сети, в контактном слое материала вставки толщиной 0,1-0,2 мм.

Применение электропроводных контактных вставок токосъемных транспортных средств различного назначения, выполненных из углерод-углеродного материала приведет к существенному улучшению эксплуатационных характеристик транспортных средств, к повышению их надежности, по сравнению с применяемыми в настоящее время. Они могут быть рекомендованы к применению в различных областях электротранспортной техники; на городском (троллейбусы, трамваи) и железнодорожном транспорте, на шахтных установках, в метро, в качестве токосъемных щеток электродвигателей и т.п.

Использование: городской и железнодорожный транспорт, шахтные установки, метро и т.д. сущность изобретения: в качестве материала для изготовления электропроводной контактной вставки, выполненной в виде сменной пластины, скользящей по контактной сети, применен углерод-углеродный материал, используемый в ракетно-космической технике и характеризующийся как эрозионно стойкий и теплозащитный. Основу вставки составляет пространственный армированный каркас, свободное пространство которого заполнено углеродом. 1 табл.

Электропроводная контактная вставка токосъемника транспортного средства, например троллейбуса, выполненная в виде сменной пластины, скользящей по контактной сети и предназначенной для передачи электрической энергии к потребителю, отличающаяся тем, что сменная пластина выполнена из композиционного углерод-углеродного материала на основе пространственного армированного волокнистого каркаса, свободное пространство которого заполнено углеродом, и механической обработкой доведена до требуемых размеров.