Спосіб виготовлення композиційної струмознімної мідно-графітової накладки

Номер патенту: 105341

Опубліковано: 10.03.2016

Автори: Д'ЯЧЕНКО АНТОН ВОЛОДИМИРОВИЧ, Д'ЯЧЕНКО ВОЛОДИМИР ПЕТРОВИЧ

Є ще 4 сторінки.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб виготовлення композиційної мідно-графітової струмознімальної накладки, переважно довжиною 1200 мм, товщиною 6 мм і шириною 30 мм, для полозів пантографів залізничного електротранспорту, що працюють на постійному струмі, яку виконують у вигляді зміцненої струмопровідної мідної пластини з двох складових частин композиційного шаруватого матеріалу, у складі першої - нижньої опорної, яка не зношується, частини, і другої - верхньої частини, яка зношується, що контактує в процесі експлуатації з контактним проводом, в обсязі якої розміщують уздовж всієї її довжини на вибраних відстанях один від одного канавки глибиною не менше 4 мм товщини її робочої частини, заповнені самозмащувальним композитом у вигляді пастоподібної суміші дрібнодисперсного порошку графіту і сполучного, який відрізняється тим, що:

- вихідну мідну заготовку накладки виконують з м'якої холоднокатаної міді за ГОСТ 1175-2006, по хімскладу міді марки Μ1, М2, М3 за ГОСТ 859-2001 з шорсткістю не більше Rz£40 мкм, яку деформаційно зміцнюють до твердості на рівні 80-90 кг/мм2 НВ і більше, наприклад, обтисненням прокаткою в каліброваних валках в процесі одночасного формоутворення і профілювання в частині, що зношується, чотирьох прямокутних канавок з мінімальними допусками за розмірами, при цьому обсяги міді в обох частинах накладки, як і площі мідних і графітовмісних смуг на робочій поверхні приблизно рівні, а

- самозмащувальний графітовмісний композит готують і заповнюють з ущільненням в порожнину канавок при вмісті графіту (8,5±0,5) мас. % у вигляді однорідної пасти з графіто-бакелітової суміші і сполучного з 8-відсоткового розчину уротропіну в спиртовому розчині бакелітового лаку з підвищеною адгезією до поверхні міді в порожнинах зазначених канавок, яку разом з накладками поміщають в сушильну камеру і термоотверджують в ній при температурі (80±5) °С протягом 3-х годин, накладки виймають з сушильної камери і охолоджують до температури навколишнього середовища на сушильних столах, виконують візуальний контроль стану поверхні заготовок, які повинні бути із закругленими краями, не мати горбистості, задирок, поверхня заповнення канавок повинна бути рівною, без розривів.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для отримання графітового композиту попередньо готують спиртовий розчин бакелітовій лаку марки ЛБС-1 з уротропіном в герметичному боксі, забезпеченому місцевим відсмоктуванням повітря, при співвідношенні 1:0,087, в поліетиленовій ємності, для чого уротропін розтирають до розміру часток <100 мкм, компоненти зважують, поліетиленову ємність з сумішшю спиртового розчину бакелітового лаку марки ЛБС-1 і уротропіну щільно закривають кришкою, встановлюють на вібростенд і перемішують протягом 1 години, візуально контролюють повне розчинення уротропіну і зберігають у герметично закритих металевих або пластикових ємностях не більше 30 діб.

3. Спосіб за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що для приготування в необхідній кількості запасу графіто-бакелітової пасти з терміном зберігання не більше 10 діб, наприклад, для виготовлення партії по 500 шт. з пакетів по 10 накладок в кожному пакеті, готують в герметичному боксі, обладнаному місцевим відсмоктуванням повітря, однорідну суміш графіту за п. 2 і сполучного компонента в співвідношенні 1:1, компоненти зважують, в змішувач періодичної дії спочатку завантажується розчин уротропіну в бакелітовому лаку, а потім поступово засипають графіт, час приготування графіто-бакелітової пасти в межах 0,5 години, після чого отриману пасту вивантажують і фасують у поліетиленові ємності, які закривають кришками.

Текст

Дивитися

Реферат: Спосіб виготовлення композиційної мідно-графітової струмознімної накладки, яку виконують у вигляді зміцненої струмопровідної мідної пластини з двох складових частин композиційного шаруватого матеріалу, у складі першої - нижньої опорної, яка не зношується, частини, і другої верхньої частини, яка зношується, що контактує в процесі експлуатації з контактним проводом, в обсязі якої розміщують уздовж всієї її довжини на вибраних відстанях одна від одної канавки глибиною не менше 4 мм товщини її робочої частини, заповнені самозмащувальним композитом у вигляді пастоподібної суміші дрібнодисперсного порошку графіту і сполучного. При цьому вихідну мідну заготовку накладки виконують з м'якої холоднокатаної міді за ГОСТ 1175-2006, по хімскладу міді марки Μ1, М2, М3 за ГОСТ 859-2001 з шорсткістю не більше Rz40 2 мкм, яку деформаційно зміцнюють до твердості на рівні 80-90 кг/мм НВ і більше, наприклад, обтисненням прокаткою в каліброваних валках в процесі одночасного формоутворення і профілювання в частині, що зношується, чотирьох прямокутних канавок з мінімальними допусками за розмірами, при цьому обсяги міді в обох частинах накладки, як і площі мідних і графітовмісних смуг на робочій поверхні приблизно рівні. Самозмащувальний графітовмісний композит готують і заповнюють з ущільненням в порожнину канавок при вмісті графіту (8,5±0,5) мас. % у вигляді однорідної пасти з графіто-бакелітової суміші і сполучного з 8-відсоткового розчину уротропіну в спиртовому розчині бакелітового лаку з підвищеною адгезією до поверхні міді в порожнинах зазначених канавок, яку разом з накладками поміщають в сушильну камеру і термоотверджують в ній при температурі (80±5) °С протягом 3-х годин. Накладки виймають з сушильної камери і охолоджують до температури навколишнього середовища на сушильних столах, виконують візуальний контроль стану поверхні заготовок, які повинні бути із закругленими краями, не мати горбистості, задирок, поверхня заповнення канавок повинна бути рівною, без розривів. UA 105341 U (12) UA 105341 U UA 105341 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі електрифікованого залізничного транспорту, конкретно до виготовлення шаруватих композиційних порошкових контактних накладок для потужнострумових рухливих струмознімних вузлів, що забезпечують ефективну передачу електроенергії від контактного проводу до двигуна електровоза. Контактний провід, як правило, мідний провід, підвішений на опорах уздовж осі залізничної колії з поруч зиґзаґів, у кожному прольоті між опорами, для забезпечення рівномірності його зносу на довжині накладки - 600 мм, по 300 мм у кожну сторону від осі колії або від центра накладки - у випадку порівняно прямолінійного напрямку шляху, і на гранично припустимій ширині 1200 мм накладки у випадку численних і крутих поворотів шляху. Конструктивно струмознімна накладка (СН) виконана знімною та надійно закріплена на полозі пантографа за стандартною схемою, довжиною 1200 мм, шириною 30 мм і товщиною 6 мм, зокрема для конкретних відомих потужнострумових конструкцій пантографів для важких вантажів електровозів типу ВЛ 8. Якщо полоз пантографа знаходиться в піднятому положенні й притиснутим з визначеним зусиллям до контактного проводу, то струмознімна накладка при русі сковзає по зазначеному проводу. При цьому в зоні контакту композиційного матеріалу накладки з проводом формується контактна поверхня, що змазує, яка у процесі експлуатації струмознімної накладки стирається на передбачену працездатну її товщину і при забезпеченні заданого пробігу замінюється на нову. Сучасний рівень техніки по розглянутій проблемі досить докладно представлено у фундаментальній праці монографії ведучого фахівця Всеросійського інституту залізничного транспорту: Берент В.Я. Матеріали і властивості електричних контактів у пристроях залізничного транспорту. - М.: Интест, 2005. - 404 с. [1]. Матеріал для виготовлення струмознімних накладок повинен забезпечувати надійне струмознімання в будь-яких погодних умовах і мати комплекс корисних, а в цілому ряді випадків суперечливих і несумісних в однорідному матеріалі властивостей: мати високі механічну міцність і зносостійкість, тепло- і електропровідність, низький коефіцієнт тертя і малий перехідний електричний опір, високу електроерозійну стійкість, малу масу, стійкість до окислювання в повітряному середовищі й ін. Жоден з відомих однорідних матеріалів не має повного комплексу перерахованих властивостей. На сьогоднішній день відсутній подібний композиційний струмознімний матеріал (CM), що максимально відповідав би усім вимогам залізниці. Потужнострумові ковзні контакти являють собою відкриту трибосистему, у якій вирішальний вплив на характер і інтенсивність зносу пари тертя контактний провід - струмознімна накладка здійснюють сила струму в ланцюгу, швидкість взаємного переміщення учасників пари тертя, нормальна сила натискання струмознімної накладки до контактного проводу, стан навколишнього середовища, властивості струмознімної накладки і контактного проводу, досконалість струмознімного пристрою і зокрема його інертність, еластичність та ін. У монографії В.Я. Берента [1] визначені три групи факторів, що впливають на працездатність потужнострумових ковзних контактів: конструктивні (профіль перерізу проводу, число струмознімних елементів на полозі, тип підвіски), матеріалознавчі (матеріал контактів, вид змащення) і експлуатаційні (швидкість ковзання, сили, що діють на контакти, величина струму, навколишнє середовище). Основний вплив на надійність контактів чинять фактори, що викликають ушкодження і руйнування їхніх поверхонь тертя. Кліматичні умови приводять до покриття контактів ожеледдю і памороззю, унаслідок чого відбувається утворення дуги і зв'язане з цим інтенсивне ерозійне ушкодження і знос контактів. При підвищеній вологості зовнішнє змащення полоза змивається, придатність його знижується, що приводить до утворення задирок на металевих контактах, а отже до інтенсивного зносу контактів. Аналогічні наслідки, зв'язані з порушенням електричного контакту, спостерігаються при інтенсивній взаємодії матеріалів контакту з навколишнім середовищем. Органічні речовини, що є присутнім у середовищі, що оточує контакти, адсорбуються на їхніх поверхнях. У результаті їх піролізу, крекінгу і коксування на контактах з'являються плівки з високим електроопором. Відзначається, що порушенню електричного контакту сприяє інтенсивна взаємодія їхніх матеріалів з киснем повітря, сірчистим газом, сірководнем, що приводить до утворення плівок, що погано проводять електричний струм. Сила притиснення полоза до проводу, конструкція й еластичність струмознімної каретки пантографа значно впливають на знос проводу і струмознімних елементів. 1 UA 105341 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 При збільшенні швидкості ковзання знос контактів залишається досить високим, зважаючи на процеси окислювання, що відбуваються при цьому і знижують його. Знос проводу може збільшуватися в 1,5-3,5 рази при збільшенні швидкості від 50 до 100 км/ч, і вище. Значного зниження зносу проводу можна досягти при зменшенні спадання напруги в контакті, що можливо при зниженні питомого електричного опору матеріалу струмознімних елементів. Знеміцнення міді при нагріванні проводу вище припустимого в місцях значного зносу також приводить до його руйнування. Таким чином, узагальнення факторів, що чинять вплив на працездатність і потужність струмового ковзного контакту, дозволяє обґрунтувати передумови вибору компонентів композиційного струмознімного матеріалу, а також принципи його конструктивного виконання. В ідеалі якість матеріалу струмознімної накладки повинна максимально задовольняти всім перемінним параметрам рухливого складу. Іншими словами матеріал СН повинний мати максимальні електро- і теплопровідність, міцність, низький коефіцієнт тертя і перехідний опір до окислювання, мінімальну масу і інші властивості для того, щоб перекривати всі можливі екстремальні умови експлуатації струмознімного пристрою. У значній мірі такий комплекс властивостей мають композиційні матеріали. Сам термін "композиційні" передбачає, що ці матеріали побудовані за принципом сполучення різнорідних за властивостями елементів для максимально раціонального використання найбільш цінних властивостей кожної зі складових при строго заданих і штучно регульованих параметрах структури. Незважаючи на великий обсяг експериментальних опублікованих даних, практично відсутні дані, які б однозначно зв'язували експлуатаційні характеристики композиційного матеріалу з властивостями вихідних компонентів. Це видно з того, що властивості композиту залежать не тільки від його хімічного складу, але і від структури, розташування, розмірів і форми відособлених фаз у композиті, міцності зв'язку між ними, наявності або відсутності хімічної взаємодії між компонентами в процесі виготовлення й експлуатації композиту. Тому при розробці CM необхідно враховувати вплив цих факторів на кінцевий результат. Відомі багато структур струмознімних композиційних матеріалів. Структурами, що представляють найбільший інтерес, служать т. н. порошкові і шаруваті композити. Порошкові композити являють собою неоднорідні тіла, що складаються з двох або більше різнорідних відособлених фаз у вигляді дрібнодисперсних часток з визначеним взаємним розташуванням. Виготовляють такі композити шляхом змішування вихідних порошкових компонентів, їхнього ущільнення в прес-формах і спікання у вакуумі, у захисній або відбудовній атмосфері. Цей метод широко використовується при виготовленні струмознімних матеріалів на основі металів і графіту. Так названі шаруваті або комірчасті композити [1] являють собою тіла із шарами, що чергуються, двох або більш різнорідних матеріалів, певним чином скріплених між собою. Зазначені шари можуть бути однорідними або складатися з композиційних матеріалів. Також сучасний рівень техніки по розглянутій проблемі знайшов своє відображення в монографії: B.C. Поліщук, В.І. Буковский, K.I. Доценко "Композиційні струмознімні матеріали для рухливих складів залізничного транспорту", Науково-технологічний центр "Реактивелектрон" Національної академії наук України. - Донецьк: "Вебер" (Донецьке відділення), 2008. - 136 с. [2]. Наведено дані про склади і властивості струмознімних матеріалів, що використовуються на залізницях різних країн світу. Описано комплекс технологічних процесів і прийомів одержання самозмащувальних композиційних порошкових і шаруватих (комірчастих) струмознімних матеріалів. НТЦ "Реактивелектрон" НАН України питаннями досліджень і розробки струмознімних матеріалів для потужнострумових контактів, використовуваних на залізницях, займалися з 2001 р. по 2014 р. За цей час розроблені технології одержання CM, виконані комплексні дослідження різних типів композиційних струмознімних матеріалів (порошкові, шаруваті), у тому числі з використанням цілого ряду деклараційних патентів України: 1) № 42520 A, B60L 5/08 і ін. Композиційний матеріал для струмознімних контактів. 2) № 42522 А, С22С 9/00. Спосіб одержання струмознімних, переважно контактних накладок пантографів залізничного електротранспорту. 3) № 68157 А, В60L 5/08, С22С 9/00, Η01Η 1/02 "Струмознімна накладка", опубл. бюл. № 7, 2004. 4) № 68435, С22С 9/00, заявл. 5.09.2011, опубл. 26.03.2012 "Спосіб виготовлення порошкової мідно-графітової накладки". Слід спершу вказати суть рішення за патентом України на винахід № 10981, С22С 9/00, 30.12.1992, опубл. бюл. № 4, 25.12.1996 - на відомий композиційний матеріал для електричних 2 UA 105341 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 контактів на основі міді, що містить графіт і кадмій і додатково хром, при їхньому співвідношенні, мас. %: графіт - 0,5-2,0; кадмій - 0,8-1,0; хром - 0,5-2,0; мідь - решта. Для підвищення твердості і міцності, а також у випадку використання матеріалу для ковзних контактів, необхідно забезпечувати більш високу стійкість до схоплювання. Хром має твердість 2 10 НВ=80-100 кг/мм , температуру плавлення 1800 °C, значний питомий електричний опір. У процесі твердофазного спікання хром і мідь взаємно не розчиняються. Графіт необхідний для надання контактам стійкості до зварювання. При цьому наявність у сплаві графіту викликає зниження основних фізико-механічних показників матеріалу. У процесі одержання цього матеріалу для дослідження його властивостей готувалася шихта різного складу, що включає компоненти композиційного матеріалу. Вихідну шихту змішують у змішувачах до одержання однорідного складу, як правило не менш 1,5 години. З отриманої шихти пресують зразки розміром 5570 мм. Пресування 2 здійснюють на пресах при питомому тиску 4 т/см . Отримані заготовки спікають в атмосфері осушеного водню при температурі 900+20° протягом не менше 1 години. Спечені зразки піддавали повторному пресуванню при питомому тиску протягом не менше 1 години. Було досліджено, що введення графіту більш 2 мас. % приводить до різкого зниження механічних властивостей і електропровідності композиційного матеріалу на основі міді і тому вводити його у великих кількостях недоцільно. В патенті № 42520 вирішувалася задача підвищення зносостійкості накладки й уповільнення процесу стирання нею контактного струмонесучого мідного проводу. Композиційний матеріал для струмознімних контактів, що містить мідь, хром і графіт, відрізняється тим, що мідь і хром знаходяться в стані сплаву і являють собою монолітну матрицю, а графіт - у гранульованому і рівномірно розподіленому стані в обсязі цієї матриці, при такому співвідношенні складових, вага. %: графіт - (1,5-3,0), хром - (0,2-2,0), мідь - інше. Конкретною відмінністю є те, що розміри гранул графіту складають 80-250 мкм. Іншою конкретною відмінністю є те, що найвища ефективність досягається при наступному співвідношенні, вага. %: графіт - 1,5-5,2, хром - 0,4-1,0, мідь - решта. Такі експериментальні накладки в кількості 1200 шт. були виготовлені в НТЦ "Реактивелектрон" і протягом двох років успішно пройшли експлуатаційні іспити на Донецькій залізниці. В патенті № 42522 вирішувалася задача одержання струмознімної пластини з однорідною дрібнозернистою матрицею на мідній основі з рівномірним розподілом у ній гранульованого графіту. Спочатку сплавляють мідь із хромом, в отриманий розплав додають гранульований графіт, змішують до рівномірного розподілу графіту в розплаві, потім отриману суміш розливають у ливарні форми і впливають на неї в полі відцентрових сил для зрівноважування сили Архімеда спливання графіту, що виключає можливість сегрегації компонентів суміші, далі охолоджують суміш до повної кристалізації розплаву, після чого таким шляхом отримані заготовки формують прокаткою до необхідних розмірів і профілів з коефіцієнтом обтиснення 1,5-3,0. Таким чином, кристалізаційний мідно-хромовий сплав дає матрицю, що утримує в собі гранульований графіт. Обтиснення прокаткою робить матеріал матриці значно більш міцним, твердим і отже більш зносостійким у процесі експлуатації. Досвід експлуатації зазначеного композиційного безпористого сплаву міді з хромом показав, що струмознімні накладки з такого матеріалу значно довше служать, ніж накладки зі спеченого порошкового композитного матеріалу, знижують інтенсивність зношування контактного проводу. Однак при всіх наявних перевагах накладки зі сплаву міді з хромом мають наступні недоліки. По-перше, складна технологія їхнього одержання внаслідок необхідності виготовити спеціальне устаткування, що дозволяє в розплаві за допомогою відцентрових сил врівноважувати Архімедові сили й одержувати тверду суміш у вигляді злитка з рівномірно розподіленим у ньому гранульованим графітом. По-друге, має місце недостатній рівень адгезії графіту до контактного проводу, унаслідок чого може спостерігатися підвищений знос як самого мідного проводу, так і струмознімної накладки. Тому у деклараційному патенті України № 68157, запропонували використовувати зазначений мідно-хромовий сплав для виготовлення металевої струмопровідної пластини в вигляді шаруватої композиційної струмонесучої накладки. Були виготовлені 1200 екз. експериментальних струмознімних накладок. У Ясиноватському електровозному депо Донецької залізниці протягом двох років проводилися експлуатаційні перевірки. Накладки показали високий технічний рівень і відповідність нормативним вимогам залізниць України. З урахуванням позитивних результатів експлуатації у деклараційному патенті на винахід № 68157 A, B60L 5/08, С22С 9/00, Н01H 1/02, oп. 15.07.2004 "Струмознімна накладка" прийшли до 3 UA 105341 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 висновку, що кращими матеріалами для струмознімних накладок пантографів можуть бути композити, що містять метал і графіт, при цьому графіт служить для змащення між накладкою і контактним проводом. Цим винаходом вирішувалася задача створення такої конструкції композиційної струмознімної накладки, яку можна виготовляти за спрощеною технологією без використання відцентрових сил і яка мала б склад, що самозмащує, на основі графіту, названий як "лігатуротвірний компонент". Як металеву пластину використовують пластину довжиною 1200 мм із мідно-хромового сплаву, що містить 0,2-2,0 % хрому, на робочій стороні якої виконані ямки, заповнені спеціальною графітовмісною сумішшю, стійкою до вологи, температури і з підвищеною адгезією до поверхні контактного проводу і до робочої поверхні. Ямки рівномірно розподілені рядами уздовж пластини по робочій поверхні металевої пластини і сумарно займають 1,5-10 % її поверхні. Глибина кожної ямки вибрана трохи більшою товщини робочої поверхні струмознімної накладки. Точний склад пастоподібної суміші в описі не розкритий і використовується як "ноу-хау". Як лігатуротвірний компонент для заповнення ямок використовувався розчин дрібнороздрібленого графіту з жировим солідолом, котрий також наносився у вигляді шару на робочу поверхню пластин із мідно-хромового сплаву. Однак, в процесі експлуатації подібних накладок виявлялось, що при підвищеній вологості в дощову погоду жировий солідол швидко вимивався як з робочої поверхні накладки, так і з ямок, що неприпустимо. Хоча, в суху погоду антифрикційні якості були відмінні, так як практично був відсутній знос як на робочій поверхні накладки, так і на поверхні контактного проводу. До недоліків накладки по зазначеному патенту варто віднести тривале виконання металевої пластини з досить дефіцитного мідно-хромового сплаву, а також значні відстані між сусідніми ямками, що погіршує змащувальні властивості графітовмісної суміші. Сумарна поверхня зазначених ямок стосовно поверхні всієї композиційної накладки складає всього 1,5-10 %. В монографії [2] був також проаналізований відомий ряд використовуваних на залізницях України композиційних накладок, виготовлених методами порошкової металургії з використанням міді і графіту: 1) ВЖ-ЗП (ВНИИЖТ, Росія) мас. %: Fe-70,7; Сu-5,0; Sn-2,3, розміри накладки 6×30×300 і мм, 2 маса накладки 2,4 кг, твердість "НВ" - 80,6 кг/мм , пробіг до зносу 25-30 тис. км. Недолік: сильний знос контактного проводу, зняті з експлуатації в 2005 р. 2) "Романит" (ТОВ "ИНТЕРМЕТ", Росія) мас. %: сталева підкладка - 2 мм, Сu-70,5; Fe-21,0; С 2 - 4,5; Si-2,3; розміри накладки 10*30*1200; маса накладки 2,5 кг, твердість НВ - 31,8 кг/мм ; пробіг 35-40 тис. км. Контакт надійний. Матеріал неоднорідний. Наявність пропилів, загроза обриву проводу. 3) МГ-487 (Електрокарбон, Словаччина) мас. %: Сu-88,8; Fe-4,8; Pb-4,3; Ni-0,47; С - 0,95; 2 розміри накладки 10*25*250 мм, маса накладки - 2,3 кг, твердість НВ - 47 кг/мм , пробіг - 11-15 тис. км. Недолік: наявність свинцю, малий пробіг а також перенос матеріалу накладки на контактний провід. Установлено, що найважливіші параметри струмознімних матеріалів залежать як від їхнього хімічного складу, так і від технології виготовлення. Також установлено, що порошкові композиційні матеріали, застосовувані для струмознімних накладок, мають істотно нижчу зносостійкість, ніж шаруваті композиційні матеріали, що спричиняється слабкими зв'язками часток спеченого порошку між собою. Графіт, що є присутнім у композиті, роз'єднує частки міді і послабляє зв'язки між ними. При вмісті графіту в порошковому мідно-графітовому композиті більше 35±40 об. % дуже складно одержати досить міцний матеріал, придатний для використання як струмознімна накладка. Відомий патент РФ на винахід № 2130390, B60L 5/08, 3.06.1997 "Контактна вставка струмознімачів і струмопровідний матеріал для її виготовлення", що належить до електротранспорту, конкретно до струмоприймальних елементів - вставок-накладок. Накладка виконана у вигляді пластини з двох шарів спресованих порошкових композиційних матеріалів різної електропровідності. Верхній шар, що контактує з струмопроводом, виконаний з порошкового композиційного матеріалу на основі графіту (80-86 %), обсяг якого складає 6570 % від загального обсягу вставки. Як зв'язуюче використовувався уротропін. Нижній шар накладки виконаний з вуглевмісного композиційного матеріалу з добавкою високодисперсного металевого порошку (60-90 об. %). Як металевий компонент використовують в основному порошки чавуну або заліза з розміром часток не більше 0,15 мм. Недоліком зазначеної контактної вставки є низька навантажувальна здатність по струму і підвищений її знос. Виконання вставки з двох шарів, що мають різну по величині електропровідність, різні фізико-хімічні характеристики і розташовані паралельно поверхні контакту накладки зі струмонесучим проводом, сприяє формуванню додаткового опору на 4 UA 105341 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 границі розділу зазначених шарів. Це значно знижує номінальний струм струмоприймача. Цьому ж сприяє багатофазність структури нижнього шару, що складається з часток металу високої дисперсності, ізольованих один від іншого діелектричними плівками. Незважаючи на високі властивості верхнього змащувального шару, накладка піддається високому зносу внаслідок низької твердості і міцності при високому вмісті графіту (80-86 %), а отже зниженню експлуатаційної стійкості. Відома контактна вставка по патенту України на винахід № 74952, B60L 5/08, 6.05.2004, опубл. бюл. № 2, 2006, виконана тришаровою, причому шари в ній розміщені перпендикулярно поверхні контакту. Крайні шари мають однакову ширину і виготовлені з графітококсового пресованого композиційного матеріалу при наступному співвідношенні, вага %: кокс - 30 %, графіт - 50 %, зв'язувальна фенолформальдегідна смола - 20 %. Склад композиційного матеріалу в середньому шарі, що розміщують, містить перпендикулярно до контактної поверхні накладки мідні дискретні волокна, містить, вага: графіт - 60 %, кокс -15 %, мідь - 7 %, зв'язувальне - 18 %. Описано технологію виготовлення зазначеної накладки. Формування шарів зазначеної накладки здійснюють шляхом послідовного засипання в пресформу порошкоподібної шихти відповідного складу при одночасній підпресовці шихти при 15-20 МПа з наступним додатком до накладки плоскопаралельного тиску величиною 30-50 МПа з подальшою термічною стабілізацією вставки при 300±10 °C протягом 30-40 хв. Ширина накладки 30 мм, ширина кожного з крайніх шарів може складати від 1,5 мм до 9 мм із кроком зміни 1,5 мм і 3 мм. Патент слугує основою для вибору ширини шарів міді і графіту в таких конструкціях накладок. При цьому в залежності від ширини шарів навантажувальна здатність струмоприймача 2 2 змінюється в межах від 2100 А до 1150 А, міцність від 60 кг/см до 100 кг/см , питомий знос від 3 мм/1000 км пробігу до 0,6 мм/1000 км пробігу. Зразки таких накладок використовувалися в умовах експлуатації на Придніпровській залізниці України. В монографії [2], стор. 119 вказано, що була розроблена і випробувана в реальних умовах експлуатації на Донецькій залізниці шарувата композиційна мідно-графітова струмознімна накладка складу, мас. %: CН - 88,2 % (65 об. %) природний графіт С - 11,4 мас. % (35 об. %), 2 розміри накладки 6*30*1200 мм, маса накладки 1,7 кг, твердість НВ - 89,7 кг/мм , пробіг - 80-90 тис км. Надійне струмознімання в будь-яких погодних умовах, низький питомий електричний і перехідний опір, мала маса і незначний знос контактного проводу. Дослідженням [2] також встановлено, що в залежності від ступеня завантаженості струмознімного механізму існує оптимальне співвідношення металевого і графітового компонентів у шаруватому композиті. Для могутніх електровозів оптимальний зміст графіту в композиті складає 30-35 об. %, для електропоїздів - 60-65 об. %. Також установлено, що властивості композиційних токознімних матеріалів на основі міді і графіту істотно залежать від якості (шаруватості) графіту. Кращі антифрикційні змащувальні властивості має природний графіт марки ГС-2. Відомий патент України на корисну модель № 68434. В опублікованому описі до патенту наявний цілий ряд не виправлених заявником неточностей в цифрових характеристиках технічних показників подібних накладок, зокрема, при вказівці валового процентного відношення термостверджуваного розчину графітовмісного композиту 2-3 мас. % для заповнення пазів у накладці до ваги готової накладки. Проблема підготовки графітовмісної пасти з підвищеною адгезією до міді і заповнення нею пазів з надійним закріпленням взагалі не була відображена в заявці і вимагала для свого рішення додаткових досліджень. Були проведені експерименти по патенту на корисну модель № 68435, які показали, що порошковий спосіб виготовлення мідно-графітових накладок досить трудомісткий, витратний, має місце підвищена пористість порошкових накладок 25-26 %, низька твердість в межах 22-23 2 кг/мм НВ. Розміри накладок, відповідно товщина, ширина і довжина складають 830-300 мм, вага такої накладки 1,58 кг, пробіг до граничного зносу - 30 тис.км. На сьогоднішній день відсутні ідеальні матеріали, які відповідають всьому комплексу вимог до потужнострумових ковзаючих контактів струмознімальних механізмів рухомого складу залізниць. У світовій практиці використовують два основних види струмознімальних матеріалів: 1) вуглеграфітові для відносно слабких контактів і 2) металеві або композити на їх основі - так звані самозмащувальні матеріали для сильно навантажених по струму локомотивів рухомих складів. Як струмознімальні матеріали використовуються алюміній, цинк, свинець, залізо, мідь, вольфрам, сульфіди заліза, молібдену і вольфраму, графіт. У сильнострумових композиційних струмознімальних матеріалах на металевій основі електро-, теплопровідність, механічну міцність і зносостійкість забезпечує металева 5 UA 105341 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 компонента, а як змащуючий матеріал використовують графіт, в окремих випадках сульфіди молібдену (MоS2), вольфраму (WS2) або нітрид бору (BN). Максимально задовольняють вимогам, що пред'являються до потужнострумових ковзаючих контактів, мідь і природний графіт. Мідь має високі електро- і теплопровідність, пластичність, але в м'якому стані недостатню твердість і міцність. Графіт в силу своєї природи є відмінним високотемпературним сухим мастилом. Електро- і теплопровідність, міцність графіту значно нижчі, ніж у міді. Зате ці недоліки можуть бути компенсовані в композиті з матрицею на основі міді. Мідь з графітом не взаємодіють між собою і не утворюють сполук аж до температури плавлення, що дуже важливо для збереження цінних індивідуальних властивостей компонентів і композиту в цілому. Електро- і теплопровідність, зносостійкість, перехідний контактний опір, міцність, твердість, та інші властивості композиційного матеріалу залежать також від кількісного співвідношення компонентів у ньому, його структури, розмірів і форми відокремлених фаз, технології виготовлення. Змінюючи склад, структуру і технологію виготовлення композиційних матеріалів можна в широких межах управляти їх властивостями з урахуванням конкретних вимог до струмознімальних пристроїв. Як найближчий аналог був вибраний проаналізований вище деклараційний патент України на винахід № 68157 А. Загальними ознаками найближчого аналогу і корисної моделі, що заявляється, є наступні: композиційна мідно-графітова струмознімальна накладка, переважно довжиною 1200 мм, товщиною 6 мм і шириною 30 мм, для відповідних потужнострумних полозів пантографів залізничного електротранспорту, яка виконана у вигляді зміцненої струмопровідної мідної пластини з двох складових частин з композиційного шаруватого струмопровідного матеріалу - з нижньої опорної частини, що не зношується, і верхньої робочої, що зношується в процесі експлуатації при взаємодії з контактним проводом, в обсязі якої певним чином рівномірно по її поверхні вздовж всієї її довжини на вибраних відстанях одна від одної розміщені виїмки, заповнені самозмащувальним композитом у вигляді пастоподібної суміші дрібнодисперсного порошку графіту зі сполучним, причому глибина кожної з виїмок не менша товщини робочої частини. В основу корисної моделі поставлена задача усунення недоліків найближчого аналога шляхом удосконалювання як застосовуваного композиційного мідно-графітового шаруватого струмознімного матеріалу, так і конструкції самої струмознімної накладки, у частині покращення самозмащувальних властивостей, що підвищило б ефективність її використання. Це дозволить забезпечити технічний результат у вигляді мінімізації зносу контактуючих поверхонь у складі власне накладки і контактного проводу, збільшення тривалості пробігу електровоза до зношування робочої частини накладки. Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення композиційної міднографітової струмознімальної накладки, переважно довжиною 1200 мм, товщиною 6 мм і шириною 30 мм, для полозів пантографів залізничного електротранспорту, що працюють на постійному струмі, яку виконують у вигляді зміцненої струмопровідної мідної пластини з двох складових частин композиційного шаруватого матеріалу, у складі першої - нижньої опорної, яка не зношується, частини, і другої - верхньої частини, що контактує в процесі експлуатації з контактним проводом, і яка зношується, в обсязі якої розміщують уздовж всієї її довжини на вибраних відстанях одна від одної канавки глибиною не менше 4 мм товщини її робочої частини, заповнені самозмащувальним композитом у вигляді пастоподібної суміші дрібнодисперсного порошку графіту і сполучного. Згідно з корисною моделлю: - вихідну мідну заготовку накладки виконують з м'якої холоднокатаної міді за ГОСТ 11732006 по хімскладу міді марки М1, М2, М3 за ГОСТ 859-2001 з шорсткістю не більше Rz40 мкм, 2 яку деформаційно зміцнюють до твердості на рівні 80-90 кг/мм НВ і більше, наприклад обтисненням прокаткою в каліброваних валках в процесі одночасного формоутворення і профілювання в частині, що зношується, чотирьох прямокутних канавок з мінімальними допусками за розмірами, при цьому обсяги міді в обох частинах накладки, як і площі мідних і графітовмісних смуг на робочій поверхні приблизно рівні, - самозмащувальний графітовмісний композит готують і заповнюють з ущільненням в порожнину канавок при вмісті графіту (8,5±0,5) мас. % у вигляді однорідної пасти з графітобакелітової суміші і сполучного з 8-відсоткового розчину уротропіну в спиртовому розчині бакелітового лаку з підвищеною адгезією до поверхні міді в порожнинах зазначених канавок, яку разом з накладками поміщають в сушильну камеру і термоотверджують в ній при температурі (80±5)°С протягом 3-х годин, накладки виймають з сушильної камери і охолоджують до 6 UA 105341 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 температури навколишнього середовища на сушильних столах, виконують візуальний контроль стану поверхні заготовок, які повинні бути із закругленими краями, не мати горбистості, задирок, поверхня заповнення канавок повинна бути рівною, без розривів, - для отримання графітового композита попередньо готують спиртовий розчин бакелітового лаку марки ЛБС-1 з уротропіном в герметичному боксі, забезпеченому місцевим відсмоктуванням повітря, при співвідношенні 1:0,087, в поліетиленовій ємності, для чого уротропін розтирають до розміру часток

Додаткова інформація

МПК / Мітки

МПК: C10M 125/02, H01H 1/02, C22C 9/00, B60L 5/00

Мітки: спосіб, накладки, мідно-графітової, струмознімної, композиційної, виготовлення

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/12-105341-sposib-vigotovlennya-kompozicijjno-strumoznimno-midno-grafitovo-nakladki.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб виготовлення композиційної струмознімної мідно-графітової накладки</a>

Подібні патенти