КОНТАКТНАЯ ВСТАВКА ТОКОСЪЕМНИКОВ ТРОЛЛЕЙБУСОВ И ТОКОПРОВОДЯЩИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК B60L5/08 

Изобретение относится к электротехническим контактным устройствам для силовых цепей транспортных средств с электротягой и предназначено для использования в конструкциях контактных вставок токосъемников троллейбусов.

В токосъемниках троллейбусов используются контактные вставки, отличающиеся по конструкции: форме профиля торца, конфигурации поперечного сечения, по длине и форме в плане, а также по материалу: угольно-графитовые, металлические и металлокерамические. Применяемость (спрос) того или иного типа контактных вставок определяется как их техническими характеристиками: износостойкостью, механической прочностью, электропроводностью, интенсивностью искрения при обеспечении долговечности контактных проводов троллейбусных линий, так и их стоимостью, являющейся часто определяющей для потребителя,
Вместе с тем, несмотря на перечисленные конструктивные отличия, а также различия в использовании материалов (композиций) при изготовлении контактных вставок, можно выделить общий конструктивный признак вставок: их однослойность.

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 г. , рис. 56, с. 115) в виде пластины с рабочей частью, соответствующей профилю контактного провода, изготовленная из композиционного материала на основе графита. К недостаткам такой 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 их применение.

Известна также однослойная конструкция контактной вставки "стандартная МТРЗ" из смеси алюминиевой стружки и угольно-графитового порошка (см. Трофимов А.Н. Контактные вставки токосъемников троллейбусов. - М.: Изд-во литературы по строительству, 1966 г.,с. 70). При испытаниях таких вставок установлено, что удельный износ их уменьшается по мере уменьшения размера алюминиевой стружки и увеличения содержания угольно-графитового порошка. При этом следует отметить, что увеличение последнего способствует улучшению смазки на контактной поверхности провода, вызывая при этом снижение прочности таких контактных вставок. Из опубликованных материалов видно, что технического решения, обеспечивающего износостойкость в сочетании с высокими смазочными свойствами и долговечностью контактных проводов троллейбусных линий, авторами не получено.

Целью настоящего изобретения является конструкция контактной вставки токосъемников троллейбусов и токопроводящий композиционный материал для ее изготовления, обеспечивающие повышение износостойкости и снижение электрического сопротивления при сохранении высоких смазочных свойств вставки и долговечности контактных проводов троллейбусных линий.

Указанная цель достигается за счет изготовления вставки в виде двухслойной пластины, причем верхний слой с рабочей частью, соответствующей профилю контактного провода, выполнен из известного композиционного материала на основе графита и составляет (65-70)% объема вставки, а нижний слой выполнен из композиционного материала на основе графита с добавлением металлического порошка и составляет (30-35)% объема вставки.

Конструкция предлагаемой авторами контактной вставки приведена на чертеже. Форма и типоразмеры контактной вставки выполняются аналогично применяемым вставкам, например "стандартной МТРЗ", причем верхний слой (1) с желобом выполненный из композиционного материала на основе графита, полностью обеспечивает сохранение смазочных свойств вставки и долговечность контактного провода, а нижний слой (2) вставки, выполненный из композиционного материала на основе графита с добавлением металлического порошка, повышает износостойкость и снижает электрическое сопротивление вставки.

Для изготовления верхнего слоя вставки используется известный композиционный материал на основе графита, мас.%:
Графит электродный - 80-86
Фенолоформальдегидная смола - 12,5-18,0
Уротропин - 1,5-2,0
Композиционный материал с добавкой металлического порошка для изготовления нижнего слоя вставки имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:
Графит электродный - 4,5-29,0
Фенолоформальдегидная смола - 5-16
Уротропин - 0,5-1,6
Металлический порошок - 60-90
В качестве металлического наполнителя могут использоваться порошки железа, чугуна и других металлов или их смеси. Размер частиц металлических порошков не должен быть больше 150 мкм. Другим токопроводящим наполнителем является порошок графита электродного марок ГЭ, МПГ и др. Связующим используют фенолоформальдегидную смолу марок СФ-100, СФП-011 и др. в смеси с уротропином в соотношении (9-10) : 1.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить износостойкость и снизить электрическое сопротивление вставки при сохранении смазочных свойств вставки и долговечности контактных проводов троллейбусных линий.

Технология изготовления шихты обоих составов традиционная 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. Сверху этого слоя состава засыпают шихту с композиционным составом, содержащим металлический наполнитель.

Если формообразующую контактную поверхность с желобом образует верхний пуансон, то порядок засыпки шихты обратный: вначале засыпают шихту с композиционным материалом, содержащим металлический наполнитель, а затем материал на основе графита.

Прессование вставок проводят по известному технологическому режиму: удельное давление прессования - 180-300 кг/см²; температура изотермического прессования - (180 ± 5)^oC; время прессования 1,5-3 мин; температура и время термической стабилизации вставки соответственно (180 ± 5)^oC, (30-40) мин.

В таблице приведены экспериментальные составы шихт верхнего и нижнего слоев, результаты натурных испытаний на износостойкость и значения электрического сопротивления вставок.

Пример 1 в таблице - прототип, примеры 9 и 10 - составы с запредельными значениями металлического наполнителя, Верхний предел - 97 мас.% ограничивается резким снижением износостойкости вставки из-за очень низкого содержания связующего материала, приводящим вставки к разрушении в течение 2 ч эксплуатации. Нижний предел - 50 мас.% ограничен отсутствием заметного положительного эффекта.

Приведенные в таблице данные свидетельствуют, что при содержании металлического наполнителя в композиционном материале нижнего слоя вставки в пределах 60-95 мас.% имеет место существенный положительный эффект: повышение износостойкости и снижение электрического сопротивления вставки. В более узком интервале составов при содержании металлического наполнителя 80-95 мас.% износостойкость увеличивается в 4-5 раз, а электрическое сопротивление уменьшается в 5-10 раз по сравнению с соответствующими значениями прототипа (пример 1).

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 с размером частиц не более 150 мкм. Соотношение компонентов в материале нижнего слоя, мас.%:
Графит электродный - 4,5-29
Фенолоформальдегидная смола - 5-16
Уротропин - 0,5-1,6
Металлический порошок - 60-90
Обеспечивается повышение износоустойчивости. 2 с.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Контактная вставка токосъемников троллейбусов, выполненная в виде пластины из спрессованного порошкового композиционного материала на основе графита с рабочей частью, соответствующей профилю контактного провода, отличающаяся тем, что она выполнена двуслойной, при этом верхний слой с рабочей поверхностью, соответствующей профилю контактного провода, выполнен из композиционного материала на основе графита и составляет 65-70% от объема вставки, а нижний слой выполнен из композиционного материала на основе графита с металлической добавкой в виде порошка с размером частиц не более 150 мкм и составляет 30-35% от объема вставки. 2. Композиционный материал для изготовления нижнего слоя контактной вставки, содержащий графит электродный, фенолоформальдегидную смолу и уротропин, отличающийся тем, что он дополнительно содержит металлический порошок при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Графит электродный - 4,5 - 29
Фенолоформальдегидная смола - 5 - 16
Уротропин - 0,5 - 1,6
Металлический порошок - 60,0 - 90,0