Контактный элемент из композиционного металлокерамического материала

Изобретение относится к элементам устройств рельсовых цепей на участках железных дорог с электрической тягой, а именно к контактным элементам соединителей рельсовых стыковых пружинных. Контактный элемент из композиционного металлокерамического материала состоит из посадочной части в форме усеченного конуса и контактной части в форме сферы. Высота посадочной части 3,0-4,0 мм. Радиус контактной части 40-50 мм. Контактный элемент содержит основу мас.%: 4-20 кобальта и/или никеля, 20-60 медь, остальное - карбид вольфрама. Основа дополнительно имеет добавки графита и/или дисульфида молибдена и фосфора в виде фосфатных соединений. Добавки распределены в объеме основы равномерно в количестве 0,3-3,0 мас.% каждой добавки. Размер зерен карбида вольфрама находится в пределах 0,5-5,0 мкм. Удельное электрическое сопротивление основы не более 18·10-8 Ом·м. Твердость по Бринелю 265-550 МПа. Предел прочности на изгиб 900-1700 МПа. Объемная пористость не более 0,25%. Технический результат направлен на увеличение эксплуатационного ресурса. 1 табл.

 

Изобретение относится к элементам устройств рельсовых цепей на участках железных дорог с электрической тягой, а именно к контактным элементам соединителей рельсовых стыковых пружинных.

Уровень техники известен из технического решения рельсового пружинного соединителя, в котором контактные элементы выполнены из вольфрамо-медного материала и содержат шабрующие грани со стороны, обращенной к рельсу (Патент RU 2270283).

Недостатком данного контактного элемента является нестабильное по времени значение электрического сопротивления, что снижает надежность работы электрической рельсовой цепи.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является контактный элемент соединителя рельсового стыкового пружинного, имеющего посадочную часть в форме усеченного конуса высотой 3,0-4,0 мм и контактную часть в форме сферы радиуса 40-50 мм, содержащего основу из кобальта и/или никеля, 4-20 мас.%, медь 20-60 мас.%, остальное - карбид вольфрама (Патент на полезную модель №84391).

Недостатком данного технического решения является высокая интенсивность выработки на шейке рельса в месте контакта соединителя и рельса, а также повышение электрического сопротивления в цепи за счет окисления композиционной вставки при нагреве места контакта в момент прохождения больших тяговых токов через соединитель.

Задача заявляемой полезной модели заключается в увеличении эксплуатационного ресурса и снижение затрат на обслуживание рельсового стыка.

В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в снижении выработки на шейке рельса в месте контакта, повышении стабильности электрического сопротивления за счет снижения окисления контактного элемента и самовосстановления начального уровня электрического сопротивления при окислении контактного элемента.

Указанный технический результат достигается заявляемым контактным элементом из композиционного металлокерамического материала, состоящим из посадочной части в форме усеченного конуса высотой 3,0-4,0 мм и контактной часть в форме сферы радиуса 40-50 мм, содержащего основу мас.%: 4-20 кобальта и/или никеля, 20-60 медь, остальное - карбид вольфрама, отличающийся тем, что основа дополнительно имеет добавки графита и/или дисульфида молибдена и фосфора в виде фосфатных соединений, добавки распределены в объеме основы равномерно в количестве 0,3-3,0 мас.% каждой добавки, при этом размер зерен карбида вольфрама находится в пределах 0,5-5,0 мкм, удельное электрическое сопротивление основы не более 18·10-8 Ом*м, твердость по Бринелю 265-550 МПа, предел прочности на изгиб 900-1700 ПМа, объемная пористость не более 0,25%.

Снижение выработки на шейке рельса в месте контакта элемента с металлом рельса обеспечивается за счет повышения фрикционных свойств контакта, наличия в основе графита и/или дисульфида молибдена. Снижение окисления контактного элемента обеспечивается за счет снижения температуры в зоне контакта при прохождении большого тока за счет снижения электрического сопротивления рельсового стыка. При нагреве происходит окисление контактного элемента и, как следствие, повышение электрического сопротивления. Наличие свободного графита в основе элемента позволяет сохранить работоспособность контакта при его окислении, при прохождении состава, происходит взаимное перемещение контакта и рельса при значительных вибрациях, это приводит к снятию окисленного слоя с поверхности контактного элемента и восстановлению до начального уровня электрического сопротивления. Таким образом, значительно сокращаются затраты на обслуживание рельсового стыка. Наличие в основе фосфора в составе фосфатных соединений в количестве 0,3-3,0 мас.% позволяет, с одной стороны, значительно снизить температуру спекания композиционного элемента, и тем самым максимально сохранить фрикционные свойства дисульфида молибдена, а с другой стороны, обеспечить минимальный рост зерен карбида вольфрама при спекании, понизить, тем самым, абразивные свойства основы и повысить, в целом, износостойкость контактного элемента. Параметры зернистости карбидной фазы, физико-механические свойствы композиционного металлокерамического контакта определены опытным путем. Контактные элементы получали методом порошковой металлургии, спекание проводили в вакууме. Способ подготовки шихты, режимы спекания являются «ноу-хау» и здесь не приводятся.

Оценка работы контактов осуществлялась следующим образом.

Готовились две партии контактов. Контакты устанавливались (припаивались) на штатные соединители рельсовые пружинные. Соединители уславливались штатно в рельсовый стык, замерялось электрическое сопротивление на участке цепи с установленными соединителями (исходное состояние). Рельсовый стык состоит из соединенных между собой двух рельсов рельсовыми накладками, между рельсовыми накладками и шейкой рельса с двух сторон установлены соединители рельсовые пружинные. В данном случае соединялись между собой два отрезка рельсов длиной по одному метру. Затем по стыку пропускали ток величиной 1000 А в течение 1 минуты (имитация нештатного состояния на участке железной дороги). Фиксировали температуру нагрева в зоне контакта керамического элемента и рельса. После охлаждения проводили повторный замер электрического сопротивления данного участка цепи. Затем подвергали собранный стык ударам и вибрации (имитация прохождения подвижного состава по стыку) и снова измеряли электрическое сопротивление.

Дополнительно проводились сравнительные испытания на способность контакта металлокерамического производить выработку в месте контакта. На токарном станке устанавливался диск из стали 65Г твердостью НВ352-325, что соответствует по свойствам участку шейки рельса, куда устанавливается контакт. К диску прижимали контакт с усилием 1,0 МПа и приводили диск во вращение. Скорость перемещения контакта по диску составляла 0,3 м/мин. Путь, пройденный контактным элементом, составлял 1,5×103 м. После этого замерялась глубина выработки на диске.

Результаты сравнительных испытаний представлены в таблице.

Параметр Прототип Заявляемый композиционный электрический контакт Примечание
Основа металлокерамического контакта, мас.% кобальт и никель 10 мас.%, медь 30 мас.%, карбида вольфрама остальное кобальт и никель 10 мас.%, медь 30 мас.%, графит и дисульфид молибдена 1,5 мас.% фосфора в виде фосфатных соединений в количестве 2,0 мас.%, карбид вольфрама остальное
Размер зерен карбида вольфрама, мкм 10-16, встречаются отдельные зерна до 30 0,8-4,4
Твердость по Бринею, МПа 560 310
Прочность на изгиб, МПа 1760 940
Объемная пористость, % 0,3 0,2
Электрическое сопротивление стыка, исходное мкОм, 160 180
Электрическое сопротивление стыка после пропускания тока, Ом 240 190
Электрическое сопротивление стыка после вибрации, мкОм 230 180
Температура в зоне контакта, °С 310 230
Выработка на поверхности диска, мм 0.8 0,45 контакты прототипа имеют выкрашивания 1,5 мм.

Как видно из таблицы, начальное сопротивление в контактных парах прототипа и предлагаемого технического решения отличаются незначительно. После пропускания электрического тока электрическое сопротивление в обоих случаях увеличилось, в предлагаемом техническом решении значительно меньше. После приложения вибрации электрическое сопротивление прототипа осталось прежним, в использовании предлагаемых контактов восстановилось до исходного уровня. Это повышает надежность и стабильность работы стыкового соединения и снижает вероятность отказа соединителя при токовых перегрузках (в аварийных режимах). Выработка, произведенная предлагаемым контактом, значительно меньше, чем контактом прототипа, что повышает срок службу рельсового стыка.

Контактный элемент из композиционного металлокерамического материала, состоящий из посадочной части в форме усеченного конуса высотой 3,0-4,0 мм и контактной части в форме сферы радиуса 40-50 мм, содержащего основу, мас.%: 4-20 кобальта и/или никеля, 20-60 медь, остальное карбид вольфрама, отличающийся тем, что основа дополнительно имеет добавки графита и/или дисульфида молибдена и фосфора в виде фосфатных соединений, добавки распределены в объеме основы равномерно в количестве 0,3-3,0 мас.% каждой добавки, при этом размер зерен карбида вольфрама находится в пределах 0,5-5,0 мкм, удельное электрическое сопротивление основы не более 18·10-8 Ом·м, твердость по Бринелю 265-550 МПа, предел прочности на изгиб 900-1700 МПа, объемная пористость не более 0,25%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к устройствам рельсовых цепей, и предназначено для пропуска по рельсам сигнального и тягового токов на участках железных дорог с электрической тягой.

Изобретение относится к верхнему строению железнодорожного пути, а именно к конструкциям рельсовых изолирующих стыков. .

Изобретение относится к конструкциям рельсовых изолирующих стыков. .

Изобретение относится к магнитным ловушкам и может быть использовано для защиты от скопления металлической стружки и окалины на изоляционных стыках рельсов на электрифицированных участках железной дороги.

Изобретение относится к верхнему строению железнодорожного пути, а более конкретно к устройствам рельсовых стыков. .

Изобретение относится к верхнему строению железнодорожного пути, а именно к конструкциям рельсовых изолирующих стыков. .

Изобретение относится к устройству верхнего строения железнодорожного пути, в частности к электроизолирующим стыковым соединениям рельсов. .

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к верхнему строению пути, и может быть использовано в электрических рельсовых цепях железнодорожного транспорта.

Изобретение относится к верхнему строению железнодорожного пути. .

Изобретение относится к верхнему строению железнодорожного пути. .

Изобретение относится к верхнему строению железнодорожного пути, а именно к конструкциям рельсовых изолирующих стыков

Изобретение относится к верхнему строению железнодорожного пути, а более конкретно к устройствам рельсовых стыков

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и направлено на создание средства для размагничивания рельсовых изолирующих стыков

Изобретение относится к строению железнодорожного пути, а именно к конструкциям рельсовых изолирующих стыков

Изобретение относится к верхнему строению железнодорожного пути, а более конкретно к устройствам, используемым в электрических рельсовых цепях

Изобретение относится к верхнему строению железнодорожного пути и устройствам, используемым в электрических рельсовых цепях. Рельсовое стыковое электроизолирующее соединение содержит междурельсовую прокладку, выполненную из полимерного материала, стыковые композитные накладки, расположенные по обе стороны стыкуемых рельсов и имеющие сквозные отверстия для установки крепежных элементов, и систему магнитошунтирующей изоляции (МШИ) рельсового соединения. Система магнитошунтирующей изоляции включает в себя комплект магнитопроводящих вкладышей внутреннего контура системы, помещенных в зазорах между стыковыми композитными накладками и шейками рельсов и выполненных в виде пластин с отверстиями, размеры и положение которых совпадают с соответствующими отверстиями в стыковых композитных накладках. Система магнитошунтирующей изоляции дополнительно включает в себя магнитопроводящие вставки внешнего контура системы, которые установлены на внешних сторонах композитных накладок со стороны наружной и внутренней сторон рельса. Магнитопроводящие вкладыши внутреннего контура и магнитопроводящие вставки внешнего контура системы магнитошунтирующей изоляции имеют наружный слой, изготовленный из полимерного материала, и внутренний сердечник, набранный из пластин трансформаторного железа, магнитная проницаемость которого превышает магнитную проницаемость рельсовой стали. В результате снижается уровень намагниченности в области торцевой поверхности головки рельсов, повышается эксплуатационная надежность рельсовых стыковых электроизолирующих соединений. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, к способу размагничивания рельсового изолирующего стыка. Согласно способу размагничивания рельсового изолирующего стыка объект подвергают воздействию магнитного поля, возбуждаемого индуктором, обмотка которого подключена к блоку конденсаторов. Обмотку индуктора подключают к блоку конденсаторов через блок электронных ключей, управляемых с помощью датчика Холла, таким образом, чтобы магнитный импульс, возбуждаемый обмоткой индуктора при разрядке конденсаторов, имел направление вектора магнитной индукции, противоположное вектору магнитной индукции, создаваемому магнитным полем изолирующего стыка. Блок конденсаторов заряжают от пьезоэлектрического генератора, при этом для деформации пьезоэлектрических элементов генератора используют механические колебания рельсов, возбуждаемых проходящим подвижным составом. Разрядку блока конденсаторов на обмотку индуктора производят посредством силового ключа, при достижении номинального напряжения блока конденсаторов, контролируемого посредством порогового элемента. Изобретение относится также к устройству для осуществления указанного способа. В результате обеспечивается постоянное размагничивание рельсового изолирующего стыка за счет энергии проходящего подвижного состава. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к конструкции концевой стойки для использования в узлах изолированных рельсовых стыков, применяемых в системах рельсовых железнодорожных путей. Концевая стойка для узла рельсового стыка состоит из верхней части, основания и соединительной ножки между верхней частью и основанием. Верхняя часть стойки имеет профиль, в основном, идентичный профилям головок первого рельса и второго рельса узла рельсового стыка. В концевой стойке один или более из верхней части, основания и соединительной ножки содержит множество фрагментов из первого электроизоляционного материала. Фрагменты размещены на или во втором электроизоляционном материале. В свою очередь, фрагменты предпочтительно разнесены друг от друга и имеют, в основном, дискообразную или цилиндрическую форму. Также данные фрагменты предпочтительно сделаны из керамического материала, такого как диоксид циркония, оксид алюминия или нитрид кремния. Второй электроизоляционный материал содержит полимерный материал, такой как полиуретан. Таким образом, за счет конструктивного выполнения, стойка способна выдерживать сжимающую нагрузку, уменьшать динамическое напряжение, что обеспечивает лучшие эксплуатационные характеристики изолированного рельса и более продолжительный срок службы. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способам и устройствам, использующим магнитные поля постоянных магнитов на железных дорогах, в частности для снижения напряженности магнитного поля в зазорах рельсовых изолирующих стыков. Способ снижения напряженности магнитного поля заключается в том, что в зазоре изолирующего стыка создают магнитный поток противоположной направленности магнитного потока изолирующего стыка. При этом магнитный поток создают по величине, превышающей значение магнитного потока в зазоре изолирующего стыка, при помощи постоянного магнита, установленного в зазоре, образованном двумя полюсными наконечниками, закрепленными на концах смежных рельсов со стороны подошвы рельса. Затем магнитный поток снижают до значения, обеспечивающего отсутствие напряженности магнитного потока в зазоре изолирующего стыка. Устройство для снижения напряженности магнитного поля в зазоре, образованном концами смежных рельсов изолирующего стыка, включает корпусные элементы устройства и магнитную систему, состоящую из концов смежных рельсов и постоянного магнита. Магнитная система дополнительно содержит два полюсных наконечника, установленных на концах смежных рельсов, и подвижный ферромагнитный элемент. Постоянный магнит установлен в зазоре между полюсными наконечниками. Ферромагнитный элемент при движении относительно магнита и полюсных наконечников изменяет напряженность магнитного поля в зазоре изолирующего стыка. В результате повышается безопасность движения железнодорожного транспорта. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к элементам устройств рельсовых цепей на участках железных дорог с электрической тягой, а именно к контактным элементам соединителей рельсовых стыковых пружинных

Наверх