СТРУМОЗНІМАЛЬНА КОНТАКТНА ВСТАВКА ДЛЯ СТРУМОПРИЙМАЧІВ ЕЛЕКТРОРУХОМОГО СКЛАДУ

1. Струмознімальна контактна вставка для струмоприймачів електрорухомого складу, що виконана з вуглецевмісного матеріалу у формі пластини, має струмознімальну частину та підошву, яка відрізняється тим, що підошва вставки оснащена додатковим електропровідним покриттям. 2. Струмознімальна контактна вставка за п. 1, яка відрізняється тим, що додаткове електропровідне покриття має товщину не більше 10 мкм і розташоване на підошві вставки на площі не менше 80 % поверхні підошви. 3. Струмознімальна контактна вставка за будь-яким з пп. 1, 2, яка відрізняється тим, що додаткове електропровідне покриття виконане з міді. 4. Струмознімальна контактна вставка за будь-яким з пп. 1, 2, яка відрізняється тим, що додаткове електропровідне покриття виконане з цинку. 5. Струмознімальна контактна вставка за будь-яким з пп. 1, 2, 3, 4, яка відрізняється тим, що в її нижній частині додатково міститься дискретний електропровідний матеріал у кількості не більше 25 мас. % матеріалу вставки, причому ця частина не перевищує 20 % висоти вставки.

Корисна модель належить до електротехнічного обладнання транспортних засобів, зокрема до струмознімальних елементів струмоприймача електрорухомого складу залізничного та промислового транспорту. Основними вимогами для струмознімальних контактних вставок є: високі механічні властивості, достатня електропровідність, низький перехідний електричний опір, ерозійна та корозійна стійкість. Згідно з вимогами ДСТУ ГОСТ 32680:2016, струмознімальна вставка для струмоприймачів електрорухомого складу може бути виконана з вуглецевмісного матеріалу у вигляді прямокутної пластини з номінальною довжиною від 240 мм до 1200 мм, висотою не більше 30 мм, мати струмознімальну поверхню і підошву, та повинна забезпечувати питомий електричний опір не більше 30 мк Омзм. Найбільш близькою за технічною суттю та технічним результатом, що досягається, є контактна вставка для струмоприймачів електрорухомого складу за патентом України № 74952, МПК B60L 5/08, заявл. 06.05.2004 р. Відома контактна струмознімальна вставка струмоприймача електрорухомого складу, виконана з вуглецевмісного матеріалу у формі пластини, має струмознімальну частину та підошву. Відома контактна вставка, встановлена у струмоприймач, стикається своєю підошвою із сталевим каркасом полоза струмоприймача. Така контактна вставка забезпечує вимоги ДСТУ ГОСТ 32680:2016. Однак, у процесі експлуатації виявлено певні недоліки, а саме, залежно від кліматичних умов, температурних режимів навколишнього середовища, опадів у вигляді дощу та снігу, у місці контакту підошви струмознімальної контактної вставки з внутрішньою поверхнею металевого каркаса полоза струмоприймача накопичується волога. Це призводить до ерозії підошви вставки та корозії каркаса полоза, до можливих пропалювань, внаслідок чого зменшується щільність та міцність прилягання вставки до каркаса, що, у свою чергу, призводить до значного підвищення перехідного електричного опору пари струмознімальна вставка - полоз струмоприймача. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення конструкції струмознімальної контактної вставки для струмоприймача електрорухомого складу залізничного транспорту з урахуванням реальних експлуатаційних умов, зниження ерозійних та корозійних явищ, та різкого зниження перехідного електроопору пари струмознімальна вставка - полоз струмоприймача. Поставлена задача вирішується тим, що у контактній вставці для струмоприймачів електрорухомого складу, що виконана з вуглецевмісного матеріалу у формі пластини, має струмознімальну частину та підошву, згідно з корисною моделлю, підошва вставки оснащена додатковим електропровідним покриттям товщиною не більше 10 мкм, яке розташоване на підошві вставки, на площі не менше 80 % площі підошви, додаткове електропровідне покриття виконане з міді або цинку, а в нижній частині вставки додатково міститься дискретний електропровідний матеріал у кількості не більше 25 мас. % матеріалу вставки, причому ця частина становить не більше 20 % товщини вставки. Новим, відповідно до корисної моделі, є те, що підошва вставки оснащена додатковим електропровідним покриттям. Новим є і те, що додаткове електропровідне покриття має товщину не більше 10 мкм і розташоване на її підошві на площі не менше ніж на 80 % поверхні підошви. Новим також є те, що додаткове електропровідне покриття виконане з міді. Новим також є те, що додаткове електропровідне покриття виконане з цинку. Новим також є те, що в нижній частині вставки додатково міститься дискретний електропровідний матеріал у кількості не більше 25 мас. % матеріалу вставки, причому ця частина не перевищує 20 % висоти вставки. На кресленні схематично подана струмознімальна контактна вставка для струмоприймачів електрорухомого складу, виконана з вуглецевмісного матеріалу 1 з струмознімальною поверхнею 2 та підошвою 3 з додатковим електропровідним покриттям 4 і додатковим вмістом в нижній частині вставки дискретного електропровідного матеріалу 5. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак вставки та технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. Додаткове електропровідне покриття, виконане з міді або цинку, нанесене, наприклад, гальванічним або іншим відомим способом, забезпечує значне зниження електричного опору пари струмознімальна контактна вставка - полоз струмоприймача електрорухомого складу за рахунок низького електричного опору таких матеріалів: мідь - 0,0175 Ом-мм2/м, а також цинк -0,059 Ом/мм2/м. Додаткове електропровідне покриття, розташоване на площі не менше 80 % площі підошви вставки, при товщині цього покриття не більше 10 мкм, покращує рівень адгезії, збільшує ерозійну та корозійну стійкість, забезпечує досить щільне прилягання підошви до каркаса полоза. При цьому завдяки додатковому покриттю досягається зниження питомого електроопору між контактами та зниження величини перехідного електроопору в 5-10 разів. Крім цього, завдяки наявності у нижній частині вставки дискретного електропровідного матеріалу, наприклад, у вигляді мідних або цинкових дискретних волокон, у кількості не більше 25 мас. % матеріалу вставки при товщині цієї частини не більше 20 % від загальної товщини вставки, за рахунок фізико-технічних властивостей міді та цинку, забезпечується підвищення рівня адгезії електропровідного покриття та вуглецевмісного матеріалу, підвищення межі міцності при стисканні та поліпшенні електропровідності вставки, а також зниження перехідного електроопору між підошвою вставки з електропровідним покриттям і металевим каркасом полоза струмоприймача. Оптимальні розміри додаткового електропровідного покриття, основні технічні та експлуатаційні характеристики струмознімальної контактної вставки, наведені у таблицях 1 та 2. Випробування проводились у сертифікованій лабораторії підприємства ТОВ "Глорія-Д", м. Запоріжжя, та в процесі дослідної експлуатації. Таблиця 1№ з/рТовщина додаткового мідного електропровід-ного покриття підошви вставки, мкмПлоща мідного електропровід-ного покриття підошви вставки, %Величина перехідного електроопору між підошвою вставки та металевим каркасом*, мОмПробіг вставки, встановленої на каркасі полоза, кмКоротка характеристика властивостей контактної вставки з додатковим електропровідним покриттям при контакті з днищем короба струмоприймача1.1,0701,5606103Мала міцність контакту, швидке зношування2.10,0800,5707103Хороша міцність контакту, хороша адгезія3.15,01000,5707103Хороша міцність контакту, гарна адгезія* Примітка: величина перехідного електроопору між вуглецевмісною вставкою без покриття і металевим каркасом полоза, що був в експлуатації, становить в середньому 10 Ом, нового полоза - в середньому 5 Ом. Таблиця 2№ з/рТовщина додаткового цинкового електропровід-ного покриття підошви вставки, мкмПлоща цинкового електропровід-ного покриття підошви вставки, %Величина перехідного електроопору між підошвою вставки та металевим каркасом*, мОмПробіг вставки, встановленої на каркасі полоза, кмКоротка характеристика властивостей контактної вставки з додатковим електропровідним покриттям при контакті з днищем короба струмоприймача1.1,0701,8606103Мала міцність контакту, швидке зношування2.10,0800,6686103Хороша міцність контакту, хороша адгезія3.15,01000,668 103Хороша міцність контакту, гарна адгезія* Примітка: величина перехідного електроопору між вуглецевмісною вставкою без покриття і металевим каркасом полоза, що був в експлуатації, становить в середньому 10 Ом, нового полоза - в середньому 5 Ом. Як видно з таблиць 1 і 2, найкращі показники вставки досягаються при додатковому нанесенні мідного або цинкового електропровідного покриття на площі 80 % від площі її підошви, при розмірі цього покриття 10 мкм, перехідний електричний опір становив: мідного покриття - 0,5 мОм, цинкового покриття - 0,6 мОм. У процесі дослідної експлуатації було виявлено збільшення пробігу запропонованої вставки, встановленої в струмоприймачі полоза, до 68 70 103 км, хороша міцність контакту, хороша адгезія. Вставки з додатковим електропровідним покриттям товщиною 1 мкм при випробуваннях показали малу міцність контакту з днищем каркаса струмоприймача, швидке зношування. При цьому забезпечення питомого електричного опору відповідало ДСТУ ГОСТ 32680:2016 та складало 1,5-1,8 м Омм при пробігу 60·103 км. Подальше збільшення товщини додаткового покриття більше 10 мкм не призводило до адекватного підвищення технічних показників струмознімальної вставки, тому використання додаткового електропровідного покриття більше 10 мкм визнане технічно та економічно недоцільним. Розташування додаткового мідного або цинкового електропровідного покриття на площі, яка становить не менше 80 % площі підошви вставки, є необхідним, технологічним та достатнім для забезпечення хорошого міцного контакту при встановленні вставки в каркасі полоза струмоприймача електрорухомого складу. При експлуатаційних випробуваннях в осінньо-зимовий період в умовах дощової та снігової погоди не виявлено слідів ерозії підошви вставок запропонованої конструкції, пропалювання та корозії металевого короба струмоприймача не спостерігалося. Запропонована струмознімальна контактна вставка придатна для серійного виробництва та надійна в експлуатації. Використання струмознімальної контактної вставки запропонованої конструкції в реальних умовах експлуатації показало суттєвий позитивний ефект. Запропонована конструкція вставки забезпечує технічні вимоги до цього виду виробів, відповідає вимогам ДСТУ ГОСТ 32680:2016 та забезпечує зниження перехідного електричного опору струмознімального елемента та полоза струмоприймача, а також збільшення пробігу контактної вставки, встановленої в каркасі полоза струмоприймача електрорухомого складу.