О возможности снижения электросопротивления вставок троллейбусов
Аннотация
В статье анализируется снижение электросопротивления вставок троллейбусов, конструкция контактной вставки токосъемников троллейбусов и композиционный материал для ее изготовления.
Ключевые слова: пропитка, углеграфит, вставка.Ключевые слова:
В современном обществе мы часто используем для передвижения «общественный транспорт». Троллейбус - один из распространенных видов такого транспорта. Все модели городского электротранспорта, вне зависимости от марки, имеют равно как преимущества, так и недостатки.
Численность троллейбусов в России велика, например, в таких городах как Волгоград, Новосибирск, Челябинск она достигает от 300 до 500 транспортных средств.[1]
А в больших городах нашей страны в Москве и в Санкт-Петербурге количество троллейбусов варьируется от 700 до 1300. Среди этих транспортных средств есть троллейбусы разных марок и года выпуска. На рис.1 показано распределение троллейбусов в крупных городах России и ближнего зарубежья.
Численность троллейбусов в России и ближнем зарубежье
Рисунок 1. Численность троллейбусов в России и ближнем зарубежье.
- Количество троллейбусных городов: 90
- Общее количество маршрутов: 954
-
Общее количество организаций: 256
(в том числе, депо и парков - 138, управлений - 101)
Материалы и методы исследований
Характеристики вставок ВКТ, выпускаемых фирмой «ЛЭГ» следующие:
- гарантийный срок работы вставок – не менее 450км (в сухую погоду при отсутствии эксцентрического смещения проводов на стыках);
- глубина предельного сноса вставок – 10мм.
В таблице 1 представлена сравнительная характеристика широко известной металопропитанной троллейбусной вставки MY7D (Morganite, Великобритания) и опытной фирмы «ЛЭГ» ВКТ
Таблица 1
Сравнительная характеристика троллейбусных вставок
|
№ п/п |
Наименование показателя |
Троллейбусные вставки. |
|
|
Morganite, Великобритания. |
Опытная вставка. |
||
|
1 |
Удельное электрическое сопротивление, Ом мм2/м, не более |
5 |
5 |
|
2 |
Вес вставок, г, не менее |
- |
67 |
|
3 |
Прочность вставок ВКТ: |
90 - |
300 |
|
4 |
Твердость вставок по Роквеллу при нагрузке 60 кг, HRB |
92 |
50-75 |
Выпуск контактных вставок ВКТ и ВКТ-М осуществляется в соответствии с действующими техническими условиями (ТУ14111810.003 – 96). В таблице 2 представлены токосъемные углеродные материалы нового поколения разработанные фирмой «Морганайт» (Morganite Electrical Carbon Ltd), [4].
Таблица 2
Марки материалов для троллейбусных систем.
|
Марка |
Описание |
Удельная сила тока. А/мм контактной длины |
Электросопротивление мОм |
Плотность, |
Прочность на изгиб МН/м2 |
Твердость |
|
MY7A |
Металлизированный CY3TA уголь с повышенной прочностью и повышенным электросопротивлением. |
4 |
10 |
2400 |
75 |
90 |
|
MY7A2 |
Металлизированный CY280 углеграфит с повышенной прочностью и повышенным электросопротивлением. |
4 |
5 |
2500 |
85 |
95 |
|
MY7D |
Модефицированная версия CY3TA углеграфит с повышенной прочностью и повышенным электросопротивлением |
4 |
5 |
2700 |
90 |
92 |
|
MY258A2 |
Модифицированная версия MY7A2 с дополнительной пропиткой для повышения прочности и электросопротивления. |
4 |
<2 |
2700 |
75 |
85 |
|
MY258P |
Металлизированная марка с очень низким электросопротивлением. |
4 |
<1 |
3200 |
85 |
80 |
Эти марки материалов для троллейбусных систем хороши по многим показателям, но пока с «нашим» троллейбусным парком и его электро сетями эти вставки экономически дороги.[4]
Результаты и их обсуждение.
При модернизации контактной вставки потребление электроэнергии уменьшиться в 2-3 раза, а в нашей стране очень развит общественный транспорт, и экономия денежных средств будет колоссальна.
Например, изменение площади сечения контактного провода тоже влияет на способность токосъемного элемента снимать различные величины тока. Снижение площади на 20 мм2, т. е. до 100 мм2, дает возможность металлоуглеродным вставкам снимать ток 135А, а угольным вставкам, имеющим ту же ширину контактной поверхности (60мм), - ток 68А, т. е. в 1,7 - 1,8 раза меньший. Аналогичные данные были получены фирмой «Morganite». [4]
Результатом нашей работы является разработка конструкции контактной вставки токосъемников троллейбусов и композиционный материал для ее изготовления обеспечивающие снижение электрического сопротивления вставки при сохранении износостойкости и высоких смазочных свойств, а также долговечности контактных проводов троллейбусных линий. Аналогичные работы ведутся в Европе, по улучшению контактной вставки, например конструкционные изменения в патентах[6,7],
Одним из составляющих методов решения проблемы снижения электросопротивления будет изменение контактных вставок троллейбусов с помощью композиционных материалов.
Одно из преимуществ углеродно-медных материалов состоит в том, что проводящие свойства можно изменять в широком диапазоне варьированием содержания меди в материале.
При увеличении содержания металлической составляющей увеличивается вероятность схватывания токосъемного материала с контактным проводом, что приводит к возрастанию интенсивности изнашивания обоих контактов. [8]
Съём тока с контактного провода сопровождается износом, как вставки троллейбуса, так и самого контактного провода. Величина износа провода и вставок троллейбуса зависит от величины снимаемого тока, от давления пантографа на провод, от материала контактных пластин провода, от состояния трущихся поверхностей и от ряда других условий.
А использование того или иного типа углеграфитовых вставок, определяется техническими характеристиками: снижением электрического сопротивления при той же износостойкости, механической прочностью, высокой электропроводностью, искрением при обеспечении долговечности контактных проводов троллейбусных линий, а также их себестоимостью, являющейся часто определяющей для потребителя. Производители вставок достигли хороших показателей износостойкости (пробег более 600 км), однако с точки зрения экономии электроэнергии проблема не решена, поэтому есть много решений для поиска.
Из анализа работы троллейбусных вставок, изготовленных из композиционного материала (КМ), оптимальным считается доля металлической составляющей 30–35%; поскольку боковые объемы вставки (слева и справа) служат лишь для удержания вставки в щеках штанги токоприемника троллейбуса при эксплуатации (рис.3), то их объем и соответственно доля в общем проценте не «работает». Следовательно, композиционный токопроводящий элемент реально составляет 3–5% от всего объема вставки, но, с учетом вышеизложенного, в зоне износа составляет рациональные 30–35%.
Рисунок 3.
1 – углеграфитовая основа вставки; 2 – рабочая часть; 3 – профилирующие раструбы на торцах; 4 – желоб; 5 – края желоба; 6 – токопроводящий элемент.
Вывод
Разработанные вставки троллейбусов из КМ оптимальны для эксплуатации, так как в контактной вставке размещен токопроводящий элемент, составляющий 3–5% от ее объема и выполненный из композита с меньшим электрическим сопротивлением, чем углеграфит в 12-15 раз, при сохранении износостойкости и высоких смазочных свойств вставки, а также долговечности контактных проводов троллейбусных линий.
Список литературы:
1.http://www.trolza.ru
2.Коган Л. Я., Корягина Е. Е., Белостоцкий И. А. Устройство и эксплуатация троллейбуса. — М.: Высш. школа, 1978. — 336 с.
3.Трофимов А.Н. Контактные вставки токосъемников троллейбусов, М: Издательство литературы по строительству, 1966, с. 109-114
4.Антифрикционные материалы на основе углерода // Проспект фирмы «Морганайт» (Morganite Electrical Carbon Ltd), Германия, 2006. – 12 с.
5.Берент В.Я. Материалы и свойства электрических контактов в устройствах железнодорожного транспорта – М.: Интекст, 2005. - С.408.
6.Патент Германии DE № 4441339, В60L5/00, опубл.09,05,1996г.
7.Патент Германии DE № 4024021, С04B35/54, опубл.30,01,1992г.
8.Патент РФ № 2130390 МКИ В60L5/08, опубл.20.05.1999г., «Контактная вставка токосъемников троллейбусов и токопроводящий композиционный материал для ее изготовления»