КОНТАКТНАЯ ВСТАВКА ТОКОПРИЕМНИКА ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА Российский патент 1999 года по МПК B60L5/08 

Изобретение относится к области электротранспорта и может быть использовано при изготовлении контактных вставок токоприемников троллейбусов, трамваев и др. подвижного состава.

Известна контактная вставка токоприемника троллейбуса, выполненная из графита (Ефремов И.С. и Косарев Г.В. Теория и расчет электрооборудования подвижного состава городского электрического транспорта. М.: Высшая школа, 1976, стр. 90-91).

Работоспособность данных вставок неудовлетворительна из-за низкой износостойкости и механической прочности графита, что приводит к частым заменам вставок в течение рабочей смены, удорожанию пассажирских перевозок. Технология изготовления графитовых вставок сложна и имеет экологические проблемы из-за применения фенольных смол.

Известна контактная вставка токоприемника трамвая, выполненная из алюминиевого сплава при следующем соотношении компонентов (%, мас. доля):
Медь - 2-4,5
Железо - <0,8
Кремний - <0,8
Цинк - <0,1
Сурьма - < 0,1
Алюминий - Остальное
(Корягина Е. Е. и Коськин О.А. Электрооборудование трамваев и троллейбусов. М.: Транспорт, 1982, с. 36).

Данный сплав нетехнологичен и не может быть применен для изготовления троллейбусных вставок токоприемника наиболее экономичным технологическим процессом литья, т. к. сплав не является литейным.

Кроме того, для уменьшения износа контактной сети в трамвайных вставках выполняются специальные пазы, заполняемые специальной смазкой, что усложняет конструкцию, а в троллейбусных вставках данные решения вообще неприемлемы. Стойкость вставок, изготовленных из указанного сплава механическим путем, недостаточна из-за низкой его твердости.

Сущность изобретения заключается в том, что во вставку приемника, выполненную из алюминиевого сплава, дополнительно введен порошкообразный графит 0,5-10% (мас. доля) в качестве армирующей фазы металлической матрицы при следующем соотношении основных компонентов в % (мас. доля):
Кремний - 0,8-22,0
Железо - 0,3-3,5
Цинк - ≤12,0
Магний - ≤2,0
Сумма других примесей - <6,0,
Алюминий - Остальное.

Такое решение позволяет получать вставки токоприемника, обладающие комплексом свойств: высокая износостойкость за счет кремния, железа и цинка, обеспечивающих высокую твердость металлической матрицы; пониженный коэффициент трения материала вставки за счет графита и, как следствие, снижение износа контактной сети.

Наличие в сплаве кремния обеспечивает хорошие литейные свойства, цинка - твердость, а железо повышает технологичность вставки, т. к. упрощает подбор шихтовых материалов и условий плавки металла. Кроме того, хорошие антифрикционные свойства материала контактной вставки. позволяют отказаться от специальной смазки и упростить конструкцию трамвайной вставки
В качестве шихтовых материалов для изготовления вставок могут быть использованы все литейные алюминиевые сплавы в чушках (по ГОСТ 1583-73Е), чушковый цинк (по ГОСТ 3640-79), 75%-ный ферросилиций Си75 (по ГОСТ 1415-49), лом алюминия, лом алюминиевых деформируемых сплавов, лом цинковых сплавов (по ГОСТ 25140-82 и ГОСТ 21437-75), цинковые сплавы в чушках (по ГОСТ 19424-74 и ГОСТ 21438-75), лом алюминиевых сплавов первой, второй и пятой групп (по ГОСТ 2685-75), лигатуры Al-Cu, Al-Fe, графит кристаллический (серебристый, ГОСТ 5279-50), возврат изношенных вставок, магниевые сплавы в чушках МА5ЦБ (ГОСТ 2581-78).

Описанная вставка токоприемника электротранспорта обладает новизной и соответствует изобретательскому уровню.

Ниже приводятся примеры состава вставок и порядок их изготовления из композиционных материалов металл-графит.

Пример 1. В качестве матрицы используется алюминиевый сплав АЛ11 - цинковый силумин (ГОСТ 2685-75) следующего состава (мас. доля):
Магний - 0,1-0,3
Кремний - 6,0-8,0
Цинк - 7,0-12,0
Алюминий - Остальное
Твердость сплава после литья НВ 90 ед.

В качестве армирующей фазы используется серебристый графит 2-4% (мас. доля) с размером частиц 50 мкм.

При изготовлении сплава расчет производится по следующим параметрам (%, мас. доля):
Магний - 0,2
Кремний - 8,0
Цинк - 10,0
Железо - 0,5
Графит - 3,0
Алюминий - Остальное
При этом на 100 кг сплава добавляется 50 кг возврата (использованные вставки).

В тигель электропечи сопротивления загружаются 33,5 кг, сплава АК12 с содержанием кремния 12%, 9,9 кг лома алюминия и 50 кг изношенных вставок. После расплавления загруженной шихты в расплав вводится 0,1 кг магния МА5Ц1 и 5 кг цинка. Температура расплава доводится до 700^oC, после чего в него замешивается 1,5 кг подогретого до 200^oC серебристого графита.

При температуре 700-720^oC производится заливка композиционного материала в кокиль для получения вставок.

Готовые вставки имеют матрицу из сплава АЛ11 и армирующую фазу - серебристый графит. Сочетание высокой твердости матрицы и антифрикционных свойств армирующей фазы обеспечивает превышение износостойкости серийных вставок в 2-2,5 раза при отсутствии переноса меди на рабочую поверхность вставки от контактной сети.

Пример 2. В качестве матрицы используется сплав Al-Fe-Si-Zn 95% (мас. доля), а в качестве армирующей фазы - серебристый графит 6%.

Состав композита в % (мас. доля):
Кремний - 7,5-10,0
Железо - 2,0-3,5
Цинк - 5,0-8,0
Графит - 5,0-6,5
Алюминий - Остальное
Расчет ведется по следующим параметрам (%, мас. доля):
Кремний - 9,0
Железо - 3,0
Цинк - 6,0
Графит - 6,0
Алюминий - Остальное
В тигель электропечи загружается 38 кг лома алюминия (АО), расплавляется и перегревается до 800^oC. В перегретый расплав вводится: кг. раздробленного на мелкие куски и нагретого до 200-300^oC 75%-ного ферросилиция СИ75. После полного растворения ферросилиция в расплав вводится 50 кг возврата изношенных вставок и 3 кг цинка Ц3, после расплавления которых при температуре 750^oC в расплав замешивается 3 кг нагретого до 200^oC серебристого графита. Композит заливается в кокиль для получения вставок при температуре 720-750^oC.

Рабочие характеристики данных вставок аналогичны указанным в примере 4, однако стоимость их значительно ниже из-за использования недорогих и недефицитных материалов.

Использование изобретения позволяет организовать производство литых вставок токоприемника электротранспорта без использования дефицитных дорогостоящих материалов, повысить износостойкость вставок в несколько раз по сравнению с серийными, устранить замену вставок в течение рабочей смены, улучшить качество вставок из алюминиевых сплавов за счет повышения антифрикционных свойств и устранения переноса меди с контактной сети на рабочую поверхность вставки. Кроме того, решаются экологические проблемы за счет устранения из производства вредных фенольных смол, используемых в производстве графитовых вставок.

Изобретение относится к контактным вставкам токоприемников троллейбусов, трамваев и другого подвижного состава. Во вставку, выполненную из алюминиевого сплава, введен порошкообразный графит - 0,5-10,0% (мас.доля) в качестве армирующей фазы металлической матрицы. Соотношение компонентов в % (мас.доля) следующее:
Кремний - 0,8-22,0
Цинк - ≤12,0
Железо - 0,3-3,5
Магний - ≤2,0
Сумма других примесей - <6,0
Алюминий - Остальное
Технический результат - повышение эксплуатационных характеристик вставок.

Контактная вставка токоприемника электротранспорта, выполненная из алюминиевого сплава, содержащего кремний, цинк, железо, отличающаяся тем, что в сплав дополнительно введен порошкообразный графит 0,5 - 10% (мас.доля) в качестве армирующей фазы металлической матрицы при следующем соотношении основных компонентов, % (мас.доля):
Кремний - 0,8 - 22,0
Цинк - ≤ 12,0
Железо - 0,3 - 3,5
Магний - ≤ 2,0
Сумма других примесей - < 6,0
Алюминий - Остальное