МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ КОНТАКТНОГО ТОКОСЪЕМА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК C04B35/52 

Описание патента на изобретение RU2470898C1

Изобретение относится к материалам для изготовления из них изделий скользящего контактного токосъема, например для изготовления токосъемных вставок для железнодорожного и городского электротранспорта, токосъема подъемных транспортных устройств, электрических щеток, и технологиям их получения.

В патенте RU 2075805 раскрывается материал для изготовления токосъемных вставок и способ его изготовления.

Материал включает следующие компоненты, мас.%: молотые отходы обожженного углеродистого материала 1-16, молотые отходы графитированного углеродистого материала 1-16, углеродистый аэрогель 2-20, графит 3-6, кокс 6-32, связующее - твердый высокотемпературный пек - остальное.

Способ изготовления материала включает совместный размол и смешение технического углерода, графита, кокса, углеродистого аэрогеля, отходов обожженного и графитированного углеродистого материала и связующего при следующем соотношении компонентов, мас.%: молотые отходы обожженного углеродистого материала 1-16, молотые отходы графитированного углеродистого материала 1-16, углеродистый аэрогель 2-20, графит 3-6, кокс 6-32, связующее - твердый высокотемпературный пек - остальное, затем из полученной смеси формируют заготовку, которую термообрабатывают при 1200°C и графитируют при 2800°C. Из готового материала изготавливают токопроводящие, в т.ч. токосъемные, изделия.

Известное изобретение позволяет несколько уменьшить длительность цикла совместного размола, использовать не дорогостоящие компоненты и реализовать следующие преимущества: на 20-40% сокращается длительность подготовки пресс-композиции в вибромельнице; на 15-30% снижается коэффициент трения; в 1,3-1,6 раза уменьшается износ элементов при их эксплуатации; ликвидируются местные перегревы.

К недостаткам данного известного изобретения относятся относительно высокий уровень удельного электрического сопротивления вставок, обусловленный совместным размолом и измельчением всех составляющих пресс-массы, низкая дугостойкость, не позволяющая их применение для мощного и высокоскоростного железнодорожного транспорта, а также необходимость высокотемпературной обработки при 2800°C, значительно повышающей энергоемкость технологии.

Наиболее близкий материал для изготовления изделий контактного токосъема к предложенному и способ его изготовления раскрываются в патенте RU 2150444.

В соответствии с данным патентом материал содержит следующие компоненты, мас.%:

Частицы естественного графита 10-90 Коксовый остаток 5-20 Пиролитический углерод 6-70

Способ предусматривает смешение частиц графита и связующего, формирование путем прессования из готовой смеси заготовки и ее обжиг при 800-1100°C в течение 0,5-1,5 ч в условиях, обеспечивающих получения открытой пористости не менее 10% и последующее насыщение полученной пористой заготовки пироуглеродом.

Материал характеризуется следующими свойствами: предел прочности на сжатие 49 МПа, удельное электрическое сопротивлением 2,8 мкОм·м, интенсивность изнашивания вставки при трении с токосъемом - 0,1-0,14 мм на 1000 км пробега, уменьшенный в 2-5 раз износ медного контртела, предельно допустимая линейная плотность электрического тока, выше которой начинается катастрофический износ материала и/или медного контртела - более 20 А/мм.

К недостаткам наиболее близкого технического решения относится относительно высокая интенсивность изнашивания при низких плотностях тока и при скольжении без тока.

Задачей изобретения является устранение присущих известным техническим решениям недостатков.

Поставленная задача решается материалом для изготовления устройств контактного токосъема, включающим графит и коксовый остаток, в соответствии с которым он дополнительно содержит кокс и железный порошок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Графит 5,0-30,0 Кокс 50,0-80,0 Железный порошок 0,5-1,5 Коксовый остаток остальное.

Поставленная задача также решается способом изготовления данного материала, в соответствии с которым осуществляют смешение частиц графита, кокса, связующего и железного порошка, затем формируют из полученной смеси заготовку путем прессования с усилием 80-120 МПа и обжигают полученную заготовку при условиях, обеспечивающих карбонизацию связующего.

В частных воплощениях изобретения в качестве связующего используют высокотемпературный нефтяной или каменноугольный пек.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Качественное и количественное соотношение компонентов материала выбрано из следующих соображений.

Кокс необходим для обеспечения собственной износостойкости и твердости материала. Превышение содержания кокса выше заявленных значений приводит к значительному увеличению удельного электрического сопротивления (УЭС), к повышенному износу контактного провода и к снижению дугостойкости электроконтактных вставок. Его содержание ниже заявленных значений приводит к снижению механических свойств материала и к увеличению интенсивности изнашивания изделий контактного токосъема.

Графит необходим для обеспечения достаточного удельного электрического сопротивления, самосмазывающих свойств, высокой дугостойкости. Его повышенное содержание приводит к снижению механических свойств вставки. Его пониженное содержание приводит к снижению дугостойкости и повышению удельного электрического сопротивления. Графит в примерах реализации использован природный, поскольку он привлекателен своей ценой, но может быть использован и искусственный графит.

Железный порошок необходим для обеспечения необходимой износостойкости вставки при повышенных значениях тока. Его повышенное содержание, выходящее за заявляемые пределы, приводит к повышенному износу контактного провода. Его пониженное содержание приводит к повышенному износу вставки при высоких значениях тока. При реализации изобретения может быть использован порошок. Под порошком понимается такое состояние вещества при котором твердое вещество, входящее в его состав, очень сильно измельчено, причем частицы этого вещества не соединены друг с другом, что позволяет придавать их скоплению произвольную форму.

Для достижения декларируемого технического результата важно присутствие всех заявляемых компонентов в заявленных соотношениях.

В качестве связующего может быть использован любой карбонизующийся материал с высоким коксовым остатком - нефтяные и каменноугольные пеки, фенолформальдегидные смолы, полиамидные смолы и пр.

Для некоторых воплощений изобретения наиболее привлекательным является использование высокотемпературных пеков. Использование таких пеков обеспечивает изобретению наиболее оптимальные условия получения материалов, работающих в условиях токоприемников с повышенной плотностью тока.

В других реализациях изобретения возможным является использование в качестве связующего термореактивных смол. В этом случае улучшаются механические характеристики материала, однако при этом несколько ухудшаются электрические свойства и выбор связующего зависит от конкретных условий эксплуатации.

Пример реализации изобретения.

Частицы графита, кокса, связующего - высокотемпературного каменноугольного пека и порошок железа смешивали в рассчитанных количествах в закрытом вращающемся барабане в течение двух часов со скоростью вращения 60 об/мин. Затем, путем прессования в стальной закрытой форме с усилием 80-120 МПа, формовали заготови, после чего заготовки подвергали карбонизирующему обжигу при температуре 1000-1100°С и нормальном атмосферном давлении.

Полученный материал подвергался испытаниям. Определяли его эксплуатационные свойства - износостойкость вставки и взаимодействующего с ней провода, твердость, удельное электрическое сопротивление, износостойкость под током.

Свойства материала в зависимости от состава приведены в таблице 1.

Как следует из представленных данных, материал показывает приемлемый уровень износостойкости при высоких плотностях тока и отличную интенсивность изнашивания при низких плотностях тока и при скольжении без тока, что позволяет использовать материал в производстве контактов как электровозов, так и электричек.

Необходимо отметить, что даже мощные электровозы, за исключением высокоскоростного транспорта, не потребляют повышенные токи постоянно, а только при разгоне и при подъемах. Остальное время они либо потребляют сравнительно небольшие токи, или движутся без потребления тока. Как правило, углеродные вставки с малым электрическим сопротивлением, приспособленные для потребления больших токов, обладают невысокими механическими свойствами. В этом случае они будут относительно быстро изнашиваться при потреблении малых токов и без тока. Наоборот, углеродные вставки с большим электрическим сопротивлением интенсивно изнашиваются при потреблении больших токов. Предлагаемые универсальные углеродные вставки одинаково надежно могут эксплуатироваться при любых токах без скачков в интенсивности изнашивания и без аварийных замен по износу.

Состав, мас.% УЭС, мкОм·м Твердость, HS Интенсивность изнашивания, усл. ед.: Кокс Железный порошок Графит Кокс. остаток Вставка Провод Вставка, при высоком токе Вставка, при низком токе Вставка, без тока 50 0,5 30 остальное 13 48 2,3 1 3,9 1,8 1,8 80 1 10 27 69 1,5 2,1 2,8 1,3 1,1 60 1,5 18,5 19 63 1,8 1,4 1,6 1,5 1,5 70 1 5 30 75 2 3,3 4,8 1,2 1 65 1 9 27 70 1,3 2,8 3,7 1,2 1 63 0,5 23,5 16 53 1 1,2 4,1 1,4 1,3

Похожие патенты RU2470898C1

название год авторы номер документа
МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВ КОНТАКТНОГО ТОКОСЪЕМА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2010
  • Бучнев Леонид Михайлович
  • Гершман Иосиф Сергеевич
  • Мищенко Виталий Юрьевич
RU2441854C1
ТОКОСЪЕМНАЯ ВСТАВКА ТОКОПРИЕМНИКА ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2012
  • Гершман Иосиф Сергеевич
  • Гершман Евгений Иосифович
  • Мельник Михаил Артурович
RU2510339C1
МАТЕРИАЛ ДЛЯ ТОКОПРОВОДЯЩИХ КОНТАКТНЫХ ИЗДЕЛИЙ, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ИЗДЕЛИЕ 1998
  • Бучнев Л.М.
  • Гершман И.С.
  • Зинченко С.А.
  • Мищенко В.Ю.
  • Николин М.И.
RU2150444C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ГРАФИТА ДЛЯ СКОЛЬЗЯЩИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ И МАТЕРИАЛ 2018
  • Гершман Евгений Иосифович
  • Бучнев Леонид Михайлович
  • Гершман Иосиф Сергеевич
RU2708291C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОКОПРОВОДЯЩИХ КОНТАКТНЫХ ВСТАВОК 2015
  • Кобзарь Роман Владимирович
RU2623292C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТАКТНОЙ ВСТАВКИ ТОКОСЪЕМНИКА ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА 2001
  • Васильев Ю.Н.
RU2207962C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЩЕТОК 1994
RU2088007C1
СПЕЧЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОНЫЫЙ МЕДНО-ГРАФИТОВЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 1995
  • Гершман Иосиф Сергеевич
  • Репников Николай Николаевич
  • Чужко Радий Константинович
  • Тимофеев Анатолий Николаевич
  • Буше Николай Александрович
  • Чернокожев Игорь Иванович
  • Колягин Владимир Анатольевич
  • Кирьянчев Николай Егорович
  • Бельдей Валентин Васильевич
RU2088682C1
СОСТАВ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШИХТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО МАТЕРИАЛА 1997
  • Дмитриев А.В.
RU2134656C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА ДЛЯ ДУГОГАСИТЕЛЬНЫХ И РАЗРЫВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ И МАТЕРИАЛ 2013
  • Гершман Иосиф Сергеевич
  • Гершман Евгений Иосифович
RU2522584C1

Реферат патента 2012 года МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ КОНТАКТНОГО ТОКОСЪЕМА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Изобретение относится к материалам для изготовления из них устройств контактного токосъема, в частности для изготовления токосъемных вставок для железнодорожного транспорта и городского электротранспорта и технологиям их получения. Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости токосъемного материала при малых плотностях тока и в отсутствие тока. Материал для изготовления устройств контактного токосъема, включающий графит и коксовый остаток, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кокс и железный порошок при следующем соотношении компонентов, мас.%: графит - 5,0-30,0; кокс - 50,0-80,0; железный порошок - 0,5-1,5; коксовый остаток - остальное. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 470 898 C1

1. Материал для изготовления устройств контактного токосъема, включающий графит и коксовый остаток, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кокс и железный порошок при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Графит 5,0-30,0 Кокс 50,0-80,0 Железный порошок 0,5-1,5 Коксовый остаток Остальное

2. Способ изготовления материала по п.1, отличающийся тем, что осуществляют смешение частиц графита, кокса, связующего и железного порошка, формирование из полученной смеси заготовки путем прессования с усилием 80-120 МПа и последующий обжиг полученной заготовки при условиях, обеспечивающих карбонизацию связующего.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве связующего используют высокотемпературный нефтяной или каменноугольный пек.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2470898C1

МАТЕРИАЛ ДЛЯ ТОКОПРОВОДЯЩИХ КОНТАКТНЫХ ИЗДЕЛИЙ, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ИЗДЕЛИЕ 1998
  • Бучнев Л.М.
  • Гершман И.С.
  • Зинченко С.А.
  • Мищенко В.Ю.
  • Николин М.И.
RU2150444C1
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОКОСЪЕМНЫХ КОНТАКТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 2004
  • Жуковин Сергей Михайлович
RU2274936C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТАКТНОЙ ВСТАВКИ ТОКОСЪЕМНИКА ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА 2001
  • Васильев Ю.Н.
RU2207962C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТАКТНЫХ ВСТАВОК 2004
  • Зеленков Петр Николаевич
  • Самодурова Марина Николаевна
  • Власов Евгений Ильич
RU2267411C1
ЕР 1210244 В1, 18.01.2006.

RU 2 470 898 C1

Авторы

Гершман Иосиф Сергеевич

Пузиков Владимир Яковлевич

Даты

2012-12-27Публикация

2011-05-12Подача