Несущий трос контактной сети железной дороги

Изобретение относится к области воздушных линий, используемых для передачи электрической энергии в электрических сетях и линиях электрифицированного транспорта в качестве несущих тросов. Несущий трос контактной сети железной дороги состоит из центральной медной проволоки, витков первого повива семи медных одного диаметра проволок, витков второго повива с чередованием семи медных одного диаметра проволок и семи медных другого диаметра проволок и витков третьего повива из четырнадцати медных проволок одного диаметра. При этом первый, второй и третий повивы выполнены с одинаковым шагом свивки, в одном направлении и с линейным касанием проволок первого, второго и третьего повивов, проволоки третьего повива укладываются с зазорами 2,5-3% от величины их номинального диаметра и пластически деформированы со степенью обжатия площади поперечного сечения троса 10-10,5%. Это позволяет вновь разработанному несущему тросу контактной сети железной дороги увеличить разрывную нагрузку по отношению к применяемым на 20-22%, увеличить расчетное сечение несущего троса на 16-17%, что будет способствовать повышению электропроводности, полностью исключив стальной сердечник. Технический результат заключается в уменьшении нагрузки от климатических воздействий и снижении аэродинамического сопротивления и пляски проводов. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкциям многопроволочных проводов для воздушных линий, используемых для передачи электрической энергии в воздушных электрических сетях и линиях электрифицированного транспорта в качестве несущих тросов.

Известны адаптированные к монтажу в железнодорожном пути биметаллические сталемедные многопроволочные провода. Провод свит со стальной, сердцевиной и медной оболочкой общим сечением от 70 до 120 мм². Адаптация выполняется посредством отжига в термической печи или большим током при температуре от 850 до 1080°С продолжительностью не менее 30 мин (см. описание изобретения к патенту RU 2139799 С1, В60М 1/00, опубликовано 20.10.1999).

Недостатком известного способа является: энергозатратная технология изготовления биметаллического сталемедного многопроволочного провода, низкое временное сопротивлению разрыву, не более 500 МПа, вследствие применения термической операции отжиг.

Известен токопровод электрической железной дороги, содержащий вдоль пути многоопорную балку, к которой снизу прикреплен контактный провод посредством разнесенных по пролету скоб и связанных с ними зажимов, отличающийся тем, что скобы выполнены Г-образными и установлены на балке подвижно с поперечным вынесением зажимов за края нижней полки балки, при этом вертикальные части соседних скоб размещены с разных сторон шейки балки, а зажимы зафиксированы на скобах с образованием зазоров между балкой и контактным проводом на всем протяжении токопровода (см. описание изобретения к патенту RU 2019448 С1, В60М 1/225, опубликовано 15.09.1994).

Необходимо отметить довольно сложную схему в монтаже устройства контактной сети, а также сложности при ее изготовлении, для которой необходимы многоопорные балки, выполненные в форме двутавра или швеллера, несимметричные скобы с Г-образным профилем, зажимы, требующие определенного зазора на всем протяжении токопровода.

Известна конструкция провода, выполненного из одной медной проволоки или нескольких повивов, причем скрутка повивов производится в противоположные стороны (см. Провода неизолированные для воздушных линий электропередачи. ГОСТ 839-80).

К недостаткам таких конструкций проводов относится низкая разрывная нагрузка, характерные недостатки для проводов одинарной свивки точечного касания, высокая стоимость.

Известен композитный высокопрочный провод с повышенной электропроводностью, содержащий концентрично размещенные сердечник из электротехнической меди, наружную оболочку из сплава на основе меди и кольцевой слой между сердечником и наружной оболочкой, выполненный из высокопрочного сплава на основе меди с легирующими компонентами, не образуя с медью интерметаллических соединений, в виде волокон из Nb, или Аg, или Сr, или V, или Та, или Fe, (см.описание изобретения к патенту RU 2417468 С1, Н01В 1/00; Н01В 5/02 опубликовано 27.04.2011).

Недостатком данного технического решения является:

- сложность технологического процесса при изготовлении композитного высокопрочного провода с повышенной электропроводностью, при котором прутки получали дуговой вакуумной плавкой с расходуемым электродом, деформация слитка методом выдавливания для получения прутка диаметром 30 мм, пластическая деформация волочением для получения прутка шестигранного сечения. Волочение с исходного диаметра 30 мм не представляется возможным ввиду отсутствия волочильного оборудования, работающего с указанного исходного диаметра заготовки;

- сложная затратная технология «сборных проводов», с применением дорогостоящих материалов, собирают составную многожильную заготовку из прутков сплава медь-ниобий (железо, серебро, тантал, ванадий).

Известен контактный провод, содержащий нижнюю износостойкую контактную часть толщиной, не превышающей предельно допустимую величину износа провода, и верхнюю медную токопроводящую часть, отличающийся тем, что контактная часть выполнена дискретно из чередующихся фрагментов медно-алюминиевого или медно-диффузионного слоя и материала токопроводящей части, причем длина фрагментов и расстояние между ними должны быть меньше длины контактной зоны между проводом и токосъемным элементом (см. описание изобретения к патенту RU 2267412 С1, В60М 1/13, опубликовано 10.01.2006).

Необходимо отметить сложность получения фрагментов медно-алюминиевых или медно-цинковых путем газотермического напыления на нижнюю часть заготовки с использованием трафаретов с последующей термообработкой и обработкой давлением (прокаткой и волочением сложного геометрического профиля).

Известен провод электрический (варианты), состоящий из центрального сердечника, витков внутреннего и наружного повивов, причем витки внутреннего повива и центральный сердечник выполнены из стальной проволоки с защитным покрытием, отличающийся тем, что витки наружного повива выполнены из меди, а защитное покрытие стальной проволоки выполнено как минимум из одного слоя никеля, и/или хрома, и/или меди (см. описание изобретения к патенту RU 21799348 С2, Н01В 5/08; Н01В 7/28, опубликовано 10.02.2002).

Предлагаемая конструкция многопроволочного провода, используемого в качестве несущего троса контактной сети, в которой для увеличения механической прочности используется центральный сердечник (одна проволока круглого сечения), витки внутреннего повива (шесть проволок круглого сечения), все проволоки выполнены из стальной проволоки с защитным покрытием как минимум из одного слоя никеля, и/или хрома, и/или меди. Данное техническое решение предполагает повышение электропроводности наружным повивом, выполненным из двенадцати медных проволок.

К недостаткам канатов данной конструкции, которая соответствует канатам одинарной свивки типа ТК по ГОСТ 3063-80, необходимо отнести крайне низкий технический ресурс. Точки контакта проволок между слоями являются концентраторами напряжений, что ведет к повышению местных значений напряжений не только при изгибе, но и при растяжении каната. Со временем из-за действия описанного эффекта канат типа ТК может неожиданно потерять устойчивость и пластически деформироваться даже в области упругих деформаций.

Круглая форма проволок внешнего повива способствует:

- повышенному налипанию снега;

- повышенному образованию гололеда;

- повышенной эоловой вибрации провода;

- и ряду других недостатков.

Данное техническое решение направлено также на повышение электропроводности (по отношению к чему и на сколько не указывается), что двенадцатью медными проволоками верхнего повива не представляется возможным, для расчетного сечения проводов, диаметрами 10,70; 12,60; 14,00; 15,80 мм, применяемых в качестве несущего троса контактной сети железной дороги.

Необходимо отметить высокую стоимость предлагаемого провода вследствие нанесения гальваническим способом как минимум одного защитного слоя хрома, и/или никеля, и/или меди.

Задачей заявляемого изобретения является создание конструкции несущего троса контактной сети железной дороги с увеличенным расчетным сечением троса, увеличенной разрывной нагрузкой по отношению к применяемым в настоящее время.

Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем.

Несущий трос контактной сети железной дороги, в котором вокруг центральной медной проволоки выполнен первый повив семи медных проволок, второй повив с чередованием семи медных проволок одного диаметра и семи медных проволок другого диаметра и третий повив из четырнадцати медных проволок. При этом первый, второй и третий повивы выполнены с одинаковым шагом свивки, в одном направлении и с линейным касанием проволок первого, второго и третьего повивов. Наружные поверхности проволок третьего повива укладываются с зазорами 2,5-3% от номинального диаметра проволок, пластически деформированы со степенью обжатия площади поперечного сечения троса 10-10,5%.

Это позволяет вновь разработанному несущему тросу контактной сети железной дороги увеличить разрывную нагрузку по отношению к применяемым на 20-22%, увеличить расчетное сечение несущего троса на 16-17%, что будет способствовать повышению электропроводности, полностью исключив стальной сердечник.

В предлагаемом техническом решении увеличение разрывной нагрузки, увеличение площади расчетного медного сечения несущего троса достигается новой конструкцией, технологией изготовления медной проволоки и несущего троса. В отличие от ряда технических решений, использующих стальной сердечник для увеличения механической прочности, но при этом снижается расчетное полезное сечение, и как следствие, снижается электропроводность троса и сталеалюминиевого провода, в данном техническом решении отсутствует стальной сердечник как часть конструкции.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображено поперечное сечение несущего троса. Приняты следующие обозначения:

1 - центральная проволока диаметром d₁;

2 - проволока диаметром d₂ первого повива;

3 - проволока диаметром d₃ второго повива меньшего диаметра;

4 - проволока диаметром d₄ второго повива большего диаметра;

5 - проволока диаметром d₅ третьего повива.

Несущий трос содержит медный сердечник в виде одной центральной проволоки с диаметром d₁, первого повива семи медных проволок с диаметром d₂, второго повива с чередованием семи медных проволок с диаметром d₃ и семи медных проволок с диаметром d₄ и третьего повива четырнадцати медных проволок с диаметром d₅. При этом все три повива выполнены с одинаковым шагом свивки, в одном направлении с линейным касанием проволок первого, второго и третьего повивов.

Наружные поверхности проволок третьего повива укладываются с зазорами 2,5-3% от номинального диаметра проволок, пластически деформированы со степенью обжатия площади поперечного сечения троса 10-10,5%.

Технология изготовления несущего троса сводится к следующему.

Свивку проволок 2, 3, 4 и 5 троса осуществляют за одну технологическую операцию на оборудовании, используемом при производстве канатов и тросов. При этом шаг свивки для всех слоев проволок 2, 3, 4 и 5 сохраняется постоянным, допуская при этом различные углы свивки для каждого слоя проволок, при соответствующем подборе диаметров проволок по слоям, что позволяет исключить возможность перекрещивания проволок по отдельным слоям и обеспечить им линейное касание при свивке.

Вторая технологическая операция - это пластическая деформация изделия, которую выполняют одновременно со свивкой троса. При этом выполняют пластическое обжатие внешних проволок 5, которые укладываются с зазорами 2,5-3% от номинального диаметра проволок, пластически деформированы со степенью обжатия площади поперечного сечения троса 10-10,5%.

Пластическое деформирование медных проволок по наружной поверхности способствует увеличению заполнения расчетного сечения несущего троса, а полученная внешняя поверхность более гладкая и ровная, чем у троса, выполненного из круглых проволок. Позволяет уменьшить нагрузку от климатических воздействий, значительно снизить аэродинамическое сопротивление и пляску проводов, а также, как отмечалось ранее, увеличить разрывную нагрузку, способствует повышению электропроводности несущего троса контактной сети железной дороги.

Несущий трос контактной сети железной дороги, состоящий из центральной медной проволоки, витков первого повива семи медных одного диаметра проволок, витков второго повива с чередованием семи медных одного диаметра проволок и семи медных другого диаметра проволок и витков третьего повива из четырнадцати медных проволок одного диаметра, при этом первый, второй и третий повивы выполнены с одинаковым шагом свивки, в одном направлении и с линейным касанием проволок первого, второго и третьего повивов, проволоки третьего повива укладываются с зазорами 2,5-3% от величины их номинального диаметра и пластически деформированы со степенью обжатия площади поперечного сечения троса 10-10,5%.