Знос контактного дроту і заходу щодо його зниження

Знімання струму з контактного дроту супроводжується зношуванням контактного дроту і контактних пластин (або вставок) струмоприймача. Знос дроту і пластин залежить від їх матеріалу, значення струму, що знімається, якості струмоприймання (перш за все відносно іскріння), стани поверхонь, що труться, і від інших причин.

Зношування елементів ковзаючого контакту — складний електромеханічний процес. Для зручності вивчення знос розділяють на електричний і механічний. Таке розділення вельми умовно, оскільки метричні і механічні явища в контакті взаємодії.

Електричний знос викликається електричною ерозією металу, тобто випаровуванням і викидом металу під впливом іскрових і дугових розрядів. Він залежить не тільки від щільності струму, що знімається, але і від стану контактуючих поверхонь, оскільки наявність «жорстких» крапок, вібрація дроту, схоплювання і задираки поверхонь, що труться, порушують стабільність контакту, унаслідок чого зростає електрична ерозія.

Механічний знос є наслідком таких видів дії при терті, як абразивне, окислювальне, втомне і ін., які залежать не тільки від властивостей матеріалу контактного дроту і струмоприйомних пластин, але і від стану їх поверхонь. У свою чергу електрична ерозія викликає пошкодження контактуючих поверхонь і тим самим приводить до зростання механічного зносу.

Знос контактного дроту залежить головним чином від матеріалу контактних пластин (вставок) струмоприймачів. Найбільший знос контактних проводів відбувається при мідних контактних пластинах, найменший при вугільних вставках з порошкових і спечених матеріалів. Знос дроту в основному визначається значенням струму, що знімається струмоприймачем: із збільшенням струму він значно зростає. Тому на двоколійних ділянках знос дроту на підйомах значно (іноді у декілька разів) перевершує знос дроту на спусках; помітне підвищення його спостерігається також в місцях чіпання і розгону ЕРС.

На однопутних ділянках при двосторонньому русі середній знос дроту приблизно на 30 % вище, ніж на двоколійних при односторонньому русі, зважаючи на зміну характеру механічного зносу.

Знос контактного дроту в різних його крапках в струновом прольоті, в прольоті контактної підвіски, в анкерній ділянці, на перегоні — нерівномірний. На знос контактного дроту значно впливає наявність на нім різних зосереджених мас — фіксаторів, живлячих затисків електричних з'єднувачів, стикових затисків, середніх анкеровок, а також різке зменшення еластичності підвіски на сполученнях анкерних ділянок і повітряних стрілках.

Особливим виглядом є хвилеподібний знос контактного дроту (Рисунок 10.12). Хвилеподібний знос спостерігається в місцях чіпання і розгону ЕРС і на підйомах. Він характеризується інтенсивним електричним зносом і важкими дуговими пошкодженнями контактного дроту на послідовно розташованих коротких ділянках (100—150 мм), розділених ще коротшими (10—30 мм) ділянками з добре пришліфованою поверхнею.

Рисунок 10.12. Схема виникнення і розвитку хвилеподібного зносу контактного дроту: 1 - контактний дріт; 2 каркас полоза; 3— мідна (металокерамічна) пластина; 4 - сухе графітове мастило; 5 — електрична дуга; I - VI - стадії розвитку хвилеподібного зносу

Якщо з дротом стикаються не пластини, а шар погано провідного сухого графітового мастила, то знімання струму здійснюється через електричну дугу, утворюючи перші дві «хвилі» (I). Подальші проходи полозів розширюють зону хвилевого зносу дроту і підсилюють його там, де він вже виник (II-VI).

Після установки на полози внутрішніх (середніх) пластин хвилеподібний знос припиняється. Проте середній ряд пластин повинен бути довгим (1 м), оскільки при коротких середніх пластинах також можливий хвилеподібний знос (особливо в зоні фіксаторів). Крім того, хвилеподібний знос неминуче виникає у випадку, якщо внутрішні пластини втоплені по відношенню до зовнішніх і покриті шаром сухого мастила, а також при надмірному нанесенні цього мастила на полози.

Так, щоб уникнути хвилеподібного зносу контактного дроту, подовжують середню пластину, встановлюють її по осі полоза, строго стежать за тим, щоб рівень внутрішнього і зовнішнього рядів пластин був однаковим і мастило не підносилося над пластинами. Це одночасно попереджає і пережоги контактного дроту. Широкі полози рамної конструкції (наприклад, у струмоприймача 10РР) не викликають, як правило, хвилеподібного зносу дроту.

Хвилеподібний знос не виникає і при використанні вугільних вставок (незалежно від числа їх рядів на полозі), оскільки вони не вимагають нанесення сухого мастила.

Вимірювання зносу контактного дроту виконують з метою попередження небезпечного зменшення площі перетину дроту, для аналізу характеру і особливостей процесу зношування, вивчення впливу окремих чинників, що впливають на термін служби дроту, і для планування потреби в нім.

Правилами пристрою і технічної експлуатації контактної мережі електрифікованих залізниць встановлені граничні значення зносу контактного дроту, при яких робиться вставка або проводиться заміна дроту. Значення показників граничного зносу мідного, низьколегованого і бронзового контактного дроту приведені в додатку 3.

В процесі зношування контактного дроту із-за зменшення площі перетину зростає розтягуюче натягнення його матеріалу. Питоме натягнення мідного і низьколегованого контактного проводів не повинно перевищувати 100 Н/мм², а бронзового — 120 Н/мм². Для дотримання цих умов в експлуатації у міру зношування контактного дроту знижують його натягнення, керуючись максимальним зносом дроту на анкерній ділянці. При двох контактних проводах їх натягнення знижують, виходячи з найбільшого зносу одного з проводів.

Для вимірювання зносу контактного дроту застосовують електронні товщиноміри, скоби, мікрометри, штангельциркулі і інші ручні вимірювальні прилади; крім того, виконують автоматизовані вимірювання зносу контактного дроту приладами вагону-лабораторії ВІКС.

Візуальний контроль з оцінкою стану робочої поверхні контактного дроту і вибіркові вимірювання його зносу (при зносі до 25 %) суміщають з проведенням технічного обстеження. При зносі 25 % і більш за вимірювання проводять: при вугільних вставках 1 раз на 2 роки, при металокерамічних пластинах — 1 раз на рік.

Знос вимірюють послідовно на всьому протязі анкерної ділянки: в середині прольотів, у всіх затисків, встановлених на контактному дроті (струнових, що фіксують, стикових, середньої анкеровки і що живлять), а також в точках помітного підвищеного місцевого зносу. Вимірювання виконують по обидві сторони всіх затисків (окрім струнових), при цьому фіксують значення, відповідні найбільшому зносу.

На гілках сполучень анкерних ділянок, що не взаємодіють із струмоприймачами, що відходять, виконується тільки візуальний контроль стану дроту без вимірювання зносу.

При двох контактних проводах вони позначаються «лівий» і «правий» щодо напряму рахунку кілометрів на ділянці, незалежно від номера шляху і напряму руху поїздів по ньому. При шаховому розташуванні струн вимірювання проводять у струнового затиску одного дроту і поряд, в середині міжструнового прольоту другого дроту.

Результати вимірів записують в книгу стани контактного дроту, яка є в районах контактної мережі. Потім підраховують середнє арифметичне значення висоти контактного дроту h_cрдля кожної анкерної ділянки (для подвійного — роздільно правого і лівого дротів). При цьому дані вимірів по иставкам відкидають. Далі по середній висоті перетину дроту h_cрвизначають середній знос ∆S_cр, мм², для кожної анкерної ділянки. Дані про ∆S_cр по встановленій формі передають в дистанцію електропостачання.

Інтенсивність зношування контактного дроту в кожній анкерній ділянці встановлюють по середньому питомому зносу, мм²/10⁴ проходів ЕРС:

де ∆S_cр — різниця між значеннями середнього зносу дроту анкерної ділянки за період між останнім і попереднім вимірами, мм²;

Р — число проходів ЕРС (електровозів або електросекцій) по анкерній ділянці за період між вимірюваннями.

Передбачено також визначення коефіцієнта нерівномірності зносу на декількох анкерних ділянках кожного перегону:

де ∆S_{cр прол} — середній знос дроту в середині прольотів, мм²;

∆S_{cр фікс.} — теж у фіксаторів.

Цей коефіцієнт може бути як більше, так і менше одиниці. Якщо він не досягає 0,8, то приймають заходи по поліпшенню якості струмоприймання в зоні фіксаторів; якщо він перевищує 1,2, то регулюють контактний дріт в прольоті по висоті.

Рисунок 10.13. Знос контактного дроту (по висоті) в прольотах контактної підвіски за наслідками 4-х вимірювань

Результати вимірювань зносу контактного дроту можна представити у вигляді графіків:

• зносу дроту в прольотах для характерних ділянок або типів контактних підвісок (Рисунок 10.13);

• середнього зносу по анкерних ділянках;

• середнього питомого зносу по зо1 ним, перегонам або ділянкам (Рисунок 10.14).

Зниженню інтенсивності зношування контактного дроту, продовженню терміну його служби приділяють велику увагу. З цією метою застосовують вугільні або металловуглецеві вставки, а також пластини з порошкових спечених матеріалів (металокерамічні).

Вугільно-графітові матеріали вигідно відрізняються малою щільністю великою термостійкістю, а отже — стійкістю до електричної ерозії. Вони володіють відмінними антифрикційними властивостями (коефіцієнт тертя в межах 0,1—0,25) і високою поліруючою здатністю, що дозволяє понизити знос контактного дроту при високій зносостійкості самих вставок.

Вуглецеві вставки виготовляють двох типів: А - на коксовій основі (властиво вугільні) і Б - на графітовій (Рисунок 10.15). Графит знижує електричний опір вставок, але твердість їх менше. Звичайна довжина вставок - 240 мм, але можуть бути,

Рисунок 10.14. Графік середнього питомого зносу контактного дроту по перегонах

Рисунок 10.15. Профілі вугільних вставок: а — типу А; б – типу Б

завдовжки до 600 мм. Вугільні вставки типу А не маркірують. Вставки типу Б позначають на одній з бічних поверхонь риской глибиною 0,1—0,2 мм на висоті 16—20 мм від опорної поверхні підошви.

Профіль вставок для конкретних умов вибирають максимально можливою площею перетину за умови дотримання вимог по динамічній взаємодії струмоприймача з контактним дротом. Струм струмоприймача, що допускається, з вугільними вставками для режимів руху і стоянки ЕРС, а також перевантажувальну здатність струмоприймача для режиму руху вибирають такими, щоб не було перевантаження і безперервного іскріння по довжині шляху в ковзаючому контакті, тобто щоб не було виникнення безперервної контактної електровибухової ерозії.

Тривалі допустимі струми струмоприймачів, полози яких мають мідну підкладку і три ряди вугільних вставок, приведені в табл. 10.3.

Таблиця 10.3

Тип вставок	Допустимий струм струмоприймача, А
при русі	при стоянці
взимку при-10 °С	влітку при +40 °С
А Б	990/1580 1150/2030	80/130 100/170	50/80 65/110

Примітки.

1. У чисельнику — струм, що допускається, для однополозного струмоприймача,, в знаменнику — для двухполозного.

2. У режимі руху допускається короткочасне (протягом 1 хв) перевантаження на 40 % понад вказані значення.

3. При двох контактних проводах в ланцюговій підвісці струм для режиму стоянки збільшується в 1,5 разу.

4. Однополозний струмоприймач з двома рядами вугільних вставок в режимі руху допускає струм 600 А.

Вугільні вставки знижують інтенсивність зношування контактного дроту в порівнянні з мідними пластинами в 3—4 рази і є найбільш економічними.

Спечені матеріали отримують методом порошкової металургії пресуванням і подальшим спіканням різних металевих і неметалічних (наприклад, графітових) порошків. Поєднання позитивних властивостей всіх компонентів в цих матеріалах дало можливість мати такі їх характеристики, які не можна отримати металургійними методами.

На електровозах постійного струму використовують металокерамічні пластини з порошкового спеченого матеріалу на залізній основі (Рисунок 10.16) типу ВЖЗ. Такі пластини виготовляють методом плющення з суміші порошків: залізного (77 %), мідного (22 %) і нікелевого (1 %). Для поліпшення експлуатаційних властивостей спечені пластини типу ВЖЗ просочують в автоклаві рідким легкоплавким свинцевим сплавом, що містить олово. Розроблені також металловуглецеві пластини.

Основною позитивною якістю пластин із спечених матеріалів є те, що вони мають відносно невисокий контактний опір між пластиною і дротом. Якщо прийняти цей опір для мідних пластин за одиницю, то при металокерамічних пластинах воно рівне 1,5, а при вугільних вставках — 3,5. В результаті цього здатність навантаження струмоприймача з металокерамічними пластинами в режимі стоянки (визначувана нагрівом контактного дроту) в 3 рази вище, ніж у струмоприймачів з вугільними вставками.

Пластини із спеченого матеріалу забезпечують на стоянках знімання струму з одиночного контактного дроту однополозним струмоприймачем

Рисунок 10.16. Пластина із спеченого матеріалу на залізній основі

до 300 А. Такі струми можуть споживати на стоянці пасажирські електровози (обладнані однополознми струмоприймачами) при централізованому електропостачанні (опалювання, вентиляція, кондиціонування повітря і ін.) пасажирських вагонів. Досвід експлуатації показав також ефективність застосування контактних пластин із спеченого матеріалу на залізній основі на електровозах постійного струму, що знімають великі струмові навантаження. Пластини із спеченого матеріалу забезпечують ефективну роботу вугільних вставок при їх сумісній експлуатації.

Розроблені багатошарові контактні пластини із спечених матеріалів, що є біметалом (сталь—спеченный композиційний матеріал). Розмір таких пластин 8 х 28 х 400 мм; міцність на розрив 150—170 Мпа, на вигин 250—300 Мпа; питомий електричний опір 0,3 Ом-мм²/м; при чотирьох рядах пластин на полозі здатність навантаження струмоприймача 2600 А.

Здатність робочого шару багатошарових пластин самосмазоватись дозволяє зменшити знос контактного дроту на 30—50 % на ділянках, де електровози споживають великі струми.

10.5. Контрольні питання

1. У чому полягає взаємодія контактних підвісок і струмоприймачів ЕРС?

2. Які характеристики визначають працездатність струмоприймача при різних швидкостях руху ЕРС?

3. Що таке еластичність (жорсткість) контактних підвісок?

4. По яких параметрах визначається якість струмоприймання?

5. Від чого залежить знос контактних проводів і за рахунок чого його можна зменшити?

6. У яких місцях проводиться вимірювання зносу контактного дроту?

7. Якими приладами вимірюють висоту перетину дроту і як визначається знос контактного дроту?

8. Які застосовуються струмоприйомні вставки, пластини і їх характеристики?

9. Чим розрізняються легкі і важкі струмоприймачі і на якому рухомому складі вони застосовуються?

10. Від чого залежить знос струмоприйомних вставок і пластин на полозі струмоприймача?

Дата добавления: 2015-07-11