Способ изготовления токопроводящих контактных элементов

Изобретение относится к области электротехники и касается способа изготовления токопроводящих контактных элементов, преимущественно электрощеток и угольных контактных вставок для токоприемников электроподвижного состава, работающих в условиях высоких плотностей тока, значительных вибраций и ударных нагрузок. Техническим результатом изобретения является формирование устойчивой и стабильной по мере износа элемента политуры при длительной эксплуатации, в том числе с повышенной плотностью тока при наличии ударных и вибрационных нагрузок. Это способствует улучшению коммутации, снижению износа элемента при длительной эксплуатации. Указанный технический результат достигается посредством способа изготовления токопроводящих контактных элементов, включающего изготовление электрографитированных пористых заготовок с готовыми размерами элемента, пропитку их водным раствором, состоящим из 72,8 масс. % фурфурилового спирта, 2,9 масс. % ортофосфорной кислоты и 24,3 масс. % воды, при этом вначале подготавливают водный раствор фурфурилового спирта, наливая в пропиточную ванну необходимое количество фурфурилового спирта, отдельно готовят воду с добавлением ортофосфорной кислоты, раствор ортофосфорной кислоты выливают в ванну с фурфуриловым спиртом при тщательном перемешивании до получения плотности раствора 1,120-1,130 г/см³, затем в ванну загружают упакованные в перфорированные коробки заготовки и выдерживают их там в течение 2-3 часов, после чего коробки с заготовками удаляют из емкости и подвергают вместе с заготовками промывке, погружая коробки с заготовками от трех до пяти раз в емкость с водой, затем промытые заготовки подвергают подсушке при комнатной температуре в течение не менее 8 часов и дальнейшей термообработке в нагревательных устройствах с выдержкой в течение 2-3 часов при температуре 140-160°С. 2 пр., 1 табл.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области электротехники и касается способа изготовления токопроводящих контактных элементов, преимущественно электрощеток и угольных контактных вставок для токоприемников электроподвижного состава, работающих в условиях высоких плотностей тока, значительных вибраций и ударных нагрузок.

Уровень техники

Известен способ изготовления токопроводящих контактных элементов для указанной цели, включающий подготовку порошков в основном из отходов механообработки графитированных конструкционных электродов, их смешение с фенолформальдегидной смолой, выдавливание нагретой смеси через фильеру (мундштук) на горизонтальном прессе под готовые габариты изделия (Вставка «У» ГОСТ 32680-2014. Токосъемные элементы контактных токоприемников электроподвижного состава. Общие технические условия, М.: Стандарт-информ, 2015, 14 с. - аналог).

Недостатки известного способа заключаются в низкой электроэрозионной стойкости элементов, особенно в условиях работы при воздействии атмосферных осадков, в результате чего на контактной поверхности образуется значительное количество зон со следами поджогов с выкрашиванием материала, с резким увеличением износа контактных элементов от действия высокой плотности тока в контакте. Кроме того, данный способ не позволяет обеспечить высокую точность получаемых размеров изделий, что также отрицательно сказывается на эксплуатационной надежности контактных элементов.

Известен способ изготовления токопроводящих контактных элементов, включающий изготовление электрографитированной пористой заготовки с готовыми размерами токопроводящего контактного элемента и отличающийся тем, что сквозные поры насыщают путем пропитки принудительно с помощью автоклава связующей и антифрикционной добавкой, при чем в качестве связующей добавки используют полимер на основе фурфурилового спирта, полимеризованный при конечной температуре 160°С-220°С в количестве 5%-15% от массы заготовки, а затем в качестве антифрикционной добавки - полимер на основе фурфурилового спирта, полимеризованный при конечной температуре 110°С-160°С в количестве 1%-8% от массы заготовки (Патент №2647498, опубликован 16.03.2018 г - прототип). Обладая рядом преимуществ, связанных с улучшением характеристик готовых токопроводящих контактных элементов, способ имеет существенные недостатки. Пропиточный раствор поступает в сквозные поры материала принудительно с помощью автоклава при остаточном давлении 0,94 кгс/см², что неизбежно приводит к нарушению конструкции микропор за счет появления гидравлических ударов, способных нарушить состояние микропористости и сохранить его в готовом материале в процессе термообработки заготовок, что отрицательно сказывается на формировании политуры контактируемых с элементом материалов(медный контактный провод, медное кольцо, коллектор и т.д.), ухудшая тем самым условия токосъема.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является формирование устойчивой и стабильной по мере износа элемента политуры при длительной эксплуатации, в том числе с повышенной плотностью тока при наличии ударных и вибрационных нагрузок. Это способствует улучшению коммутации, снижению износа элемента при длительной эксплуатации.

Указанный технический результат достигается посредством способа изготовления токопроводящих контактных элементов, включающего изготовление электрографитированных пористых заготовок с готовыми размерами элемента, пропитку их водным раствором, состоящим из 72,8 масс. % фурфурилового спирта, 2,9 масс. % ортофосфорной кислоты и 24,3 масс. % воды, при этом в начале подготавливают водный раствор фурфурилового спирта, наливая в пропиточную ванну необходимое количество фурфурилового спирта, отдельно готовят воду с добавлением ортофосфорной кислоты, раствор ортофосфорной кислоты выливают в ванну с фурфуриловым спиртом при тщательном перемешивании до получения плотности раствора 1,120-1,130 г/см³, затем в ванну загружают упакованные в перфорированные коробки заготовки и выдерживают их там в течение 2-3 часов, после чего коробки с заготовками удаляют из емкости и подвергают вместе с заготовками промывке, погружая коробки с заготовками от трех до пяти раз в емкость с водой, затем промытые заготовки подвергают подсушке при комнатной температуре в течение не менее 8 часов и дальнейшей термообработке в нагревательных устройствах с выдержкой в течение 2-3 часов при температуре 140°С-160°С.

Предлагаемый способ позволяет насыщать поры материала элемента пропиточным раствором определенной плотности естественным путем без применения дорогостоящих автоклавов.

Фурфуриловый спирт обладает уникальной способностью смачивать поверхности и впитываться в открытые поры графитированных материалов. При применении пропитки и заполнении пор естественным путем его содержание в материале снижается по сравнению при принудительном заполнении, но это снижение способствует улучшению политурообразования, коммутации и, как следствие, износостойкости.

Осуществление изобретения

Пример 1.

Из электрографитированного материала марки ГМЗ (ТУ 48 4802-86-97) изготавливали заготовки токосъемных контактных элементов токоприемников электроподвижного состава(ТУ 3497-010-50165580-2009) размерами 30*36*260,8 мм. Подготавливали водный раствор фурфурилового спирта, наливая в пропиточную ванну 72,8 масс. % фурфурилового спирта, подготовленную предварительно 24,8 масс. % воды, смешанную с 2,9 масс. % ортофосфорной кислоты. Данный раствор выливают в ванну с фурфуриловым спиртом при тщательном перемешивании до получения плотности 1,120-1,130 г/см³. Затем в ванну загружают упакованные в перфорированные коробки заготовки и выдерживают их там в течение 2-3 часов, после чего коробки с заготовками удаляют из ванны и подвергают вместе с заготовками промывке, погружая коробки с заготовками от трех до пяти раз в емкость с водой, с целью исключения выпотевания фурфурилового спирта при термообработке заготовок. Затем промытые заготовки подвергают подсушке при комнатной температуре не менее 8 часов и дальнейшей термообработке в нагревательном шкафу с выдержкой в течение 2-3 часов при температуре 140°С-160°С.

Изготовленные вставки испытывали в локомотивном депо Москва-Сортировочная Московской ж.д. на электровозах ЭП-10. Для сравнения испытывали также вставки, изготовленные по способу аналога и прототипа. Дополнительно из вставок изготавливали щетки- образцы размером 8*12,5*12,5 мм, которые затем испытывали на установке КЗК-95Д при воздействии ударных и вибрационных нагрузок. Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример 2.

В ОАО «Опытный завод электроугольных изделий» (г. Электроугли) подготовили электрографитированные пористые заготовки с готовыми размерами щетки ЭГ61А для тягового электродвигателя ЭК-810Ч. Заготовки подвергали пропитке фурфуриловым спиртом по технологии примера 1 с естественным насыщением пор пропиткой, изготовленные щетки испытывали на стенде тягового электродвигателя ЭК-810Ч в соответствии с протоколом №ЦТЕХ-539 ОАО «РЖД» в сравнении со щетками ЭГ61А АО «Прожекторные угли» (г. Елец), ЭГ61АК ЗАО «Электроконтакт» (г. Кинешма), изготовленных с принудительным с помощью автоклава насыщением пор пропиткой, щетками EG820 ЛЭГ Центр (г. Старый Оскол). Результаты представлены в таблице 2.

Заключение: Для применения на электродвигателе ЭК-810Ч по результатам испытаний соответствуют щетки марки ЭГ61А ОАО «Опытный завод электроугольных изделий» (г.Электроугли) с естественным насыщением пропитки и ЭГ61АК ЗАО «Электроконтакт» (г. Кинешма). Состояние политуры и поведение щеток следует оценить в процессе длительных эксплуатационных испытаний.

Способ изготовления токопроводящих контактных элементов, включающий изготовление электрографитированных пористых заготовок с готовыми размерами элемента, пропитку их водным раствором, состоящим из 72,8 масс. % фурфурилового спирта, 2,9 масс. % ортофосфорной кислоты и 24,3 масс. % воды, отличающийся тем, что вначале подготавливают водный раствор фурфурилового спирта, наливая в пропиточную ванну необходимое количество фурфурилового спирта, отдельно готовят воду с добавлением ортофосфорной кислоты, раствор ортофосфорной кислоты выливают в ванну с фурфуриловым спиртом при тщательном перемешивании до получения плотности раствора 1,120-1,130 г/см³, затем в ванну загружают упакованные в перфорированные коробки заготовки и выдерживают их там в течение 2-3 часов, после чего коробки с заготовками удаляют из емкости и подвергают вместе с заготовками промывке, погружая коробки с заготовками от трех до пяти раз в емкость с водой, затем промытые заготовки подвергают подсушке при комнатной температуре в течение не менее 8 часов и дальнейшей термообработке в нагревательных устройствах с выдержкой в течение 2-3 часов при температуре 140-160°С.