Износ контактного провода и мероприятия по его снижению

Съем тока с контактного провода сопровождается изнашиванием как контактных пластин или вставок токоприемника, так и контакт­ного провода. Износ провода и пластин токоприемника зависит от материала контактных пластин и провода, значения снимаемого тока, качества токосъема (прежде всего в отношении искрения), состояния трущихся поверхностей и от других причин.

Изнашивание элементов скользящего контакта — сложный элект­ромеханический процесс. Иногда для удобства изучения износ раз­деляют на электрический и механический. Такое разделение весьма

-224-

условно, поскольку электрические и механические явления в контак­те взаимозависимы.

Электрический износ вызывается электрической эрозией металла, т. е. испарением и выбросом металла под воздействием искровых и ду­говых разрядов. Он зависит не только от плотности снимаемого тока, но и от состояния контактирующих поверхностей, так как наличие «жестких» точек, вибрация провода, схватывание и задиры трущихся поверхностей нарушают стабильность контакта, вследствие чего воз­растает электрическая эрозия.

Механический износ является следствием таких видов воздействия при трении, как абразивные, окислительные, усталостные и схваты­вания, зависящих не только от свойств материала контактного прово­да и токосъемных пластин, но и от состояния поверхностей. В свою очередь электрическая эрозия вызывает повреждение контактирующих поверхностей и тем самым приводит к возрастанию механического из-' носа.

Износ контактного провода зависит главным образом от материала контактных пластин (вставок) токоприемников. Наибольший износ контактных проводов происходит при медных контактных пластинах, наименьший — при угольных вставках, промежуточное положение занимают токосьемные пластины из спеченных материалов. Износ провода в основном определяется значением тока, снимаемого токопри­емником: с увеличением тока он значительно возрастает. Поэтому на двухпутных участках износ провода на подъемах значительно (иног­да в несколько раз) превосходит износ провода на спусках; заметное повышение наблюдается в местах трогания и разгона электроподвиж­ногo состава.

На однопутных участках при двухстороннем движении средний из­нос провода примерно на 30 % выше, чем на двухпутных участках при одностороннем движении, ввиду изменения характера механического износа.

Износ контактного провода в различных его точках — в струновом пролете, в пролете контактной подвески, в анкерном участке, на перегоне не равномерен. На износ контактного провода значительно влияет наличие на нем различных сосредоточенных масс — фиксаторов, питающих зажимов электрических соединений, стыковых зажи­мов, средних анкеровок, а также резкое уменьшение эластичности подвески на сопряжениях анкерных участков, стрелках.

Особым видом является волнообразный износ контактного провода (рис. 146). Волнообразный износ наблюдается в местах трогания и раз­гона э. п. с. и на подъемах. Он характеризуется интенсивным элект­рическим износом и тяжелыми дуговыми повреждениями контактного провода на последовательно расположенных коротких участках (100— 150 мм), разделенных еще более короткими (10—30 мм) участками с хорошо пришлифованной поверхностью.

Появлению волнообразного износа контактного провода способст­вовала применявшаяся ранее конструкция коробчатого полоза с дву-

-225-

мя медными контактными пластинами, все пространство между кото­рыми было заполнено сухой графитовой смазкой. В какой-то момент с проводом соприкасались не пластины, а слой плохо проводящей сухой графитовой смазки. При этом съем тока пластин осуществлялся через электрическую дугу, образуя первые две «волны» (см. рис. 146).

Последующие проходы полозов расширяли зону волнового износа провода и усиливали его там, где он уже возник.

После установки на полозы внутренних пластин волнообразный износ в большинстве случаев прекратился. Однако средний ряд пластин Должен быть длинным (1000 мм), поскольку при коротких средних пластинах также возможен волнообразный износ (особенно в зоне фик­саторов). Кроме того, волнообразный износ неизбежно возникает в случае, если внутренние пластины утоплены по отношению к наруж­ным и покрыты слоем сухой смазки, а также при избыточном нанесе­нии этой смазки на полозы.

Таким образом, чтобы избежать волнообразного износа контакт­ного провода, удлиняют внутреннюю пластину, устанавливают ее по оси полоза, строго следят за тем, чтобы уровень внутреннего и наруж­ного рядов пластин был одинаковым, чтобы смазка не возвышалась над пластинами. Это одновременно предупреждает и пережоги кон­тактного провода. Широкие полозы рамной конструкции (например, у токоприемника 10РР) не вызывают, как правило, волнообразного износа провода.

Волнообразный износ не возникает и при использовании угольных вставок (независимо от числа их рядов на полозе), так как они не требу-ют нанесения сухой смазки. На тех участках, где ранее наблюдался волнообразный износ, после замены медных пластин угольными встав­ками он был полностью ликвидирован.

Износ контактного провода измеряют с целью предупреждения опасного уменьшения сечения провода, для анализа характера и осо-

-226-

бешоетей процесса изнашивания, изучения влияния отдельных факторов, влияющих на срок службы провода, и для планирования потребности в нем.

Правилами технического обслуживания и ремонта контактной сети электрифицированных железных дорог [2] установлены значения износа контактного провода, при которых делается вставка или устанав­ливается шунт и производится смена провода:

Наличие шунтов на контактных проводах тех путей, по которым поезда идут со скоростью более 120 км/ч, не допускается.

В процессе изнашивания контактного провода возрастает растяги­вающее напряжение в его материале. Растягивающие напряжения в материале медного, низколегированного и бронзового контактного проводов не должны превышать соответственно 120, 130 и 140 МПа. Для соблюдения этих напряжений в эксплуатации по мере изнашива­ния контактного провода снижают его натяжение в соответствии с максимальным износом провода на анкерном участке. При двух кон­тактных проводах в цепной подвеске натяжение провода снижают ис­ходя из наибольшего износа одного из проводов.

Ранее для измерения износа контактного провода применяли только ручные измерительные приборы, главным образом мик­рометры. В ФРГ и Голландии используют ручной измеритель износа контактного провода (рис. 147). Рычажная система прибора обеспечивает легкость его установки и фиксации на контактном проводе. Прибор позволяет измерять высоту ос­тавшегося сечения контактного провода в пределах 3—13 мм с погрешностью 0,1 мм. Износ пло-

-227-

щади сечения контактного провода, мм² в зависимости от высоты оставшегося сечения находят по таблицам, приведенным в Правила" технического обслуживания [2].

На советских железных дорогах для автоматического измерения износа одинарного контактного провода разработан токовихревой датчик износа контактного провода. Датчик содержит две катушки для возбуждения магнитного поля и приемную катушку, жестко закрепленном в электроизоляционном каркасе измерительного полоза токоприемника вагона-лаборатории контактной сети. При протекании по виткам катушек возбуждения переменного тока в окружающем датчик пространстве возникает первичное магнитное поле. Приемная катушка расположена в первичном поле таким образом, что при отсутствии «ад датчиком контактного провода электродвижущая сила в ней равна нулю. Внесение провода в зону измерения искажает первичное поле вследствие наложения на него поля вихревых токов, наведенных контактным проводом. При этом в приемной катушке наводится электродвижущая сила, пропорциональная площади оставшегося сечения участка контактного провода над датчиком.

Датчик обеспечивает измерение износа контактного провода при смещении его относительно оси пути ±500 мм без снятия напряжения й сети и при высоких скоростях движения (до 100 км/ч) Исследования погрешностей измерения в зависимости от износа кон­тактного провода показали, что погрешности токовихревого датчика в 4-5 раз меньше погрешностей приборов, измеряющих высоту остав­шегося сечения или ширину поверхности трения провода, и составляет 2-5% в зависимости от размера износа провода. Токовихревой дат­чик может быть использован для измерения суммарного износа двой­ного контактного провода.

Износ контактных проводов на участках переменного тока начинают измерять не позднее шестого года эксплуатации, на участках по­стоянного тока — не позднее третьего года. В течение первого и второго года эксплуатации организуют наблюдение за износом контактных проводов с целью выявления возможных мест и устранения причин повышенной интенсивности изнашивания проводов. При износе контактного провода более 20 % номинальной площади сечения измере­ния проводят на участках переменного тока 1 раз в 2 года на участках постоянного тока — 1 раз в год.

Результаты замеров записывают в книгу состояния контактного' провода, которая имеется в районах контактной сети. Затем подсчиты­вают среднее арифметическое значение высоты контактного провода «ср для каждого анкерного участка (для двойного — раздельно правого и левого проводов). При этом данные замеров по вставкам отбра­сывают. Далее по средней высоте сечения провода h_ср определяют те­кущий средний износ ΔS_СР, мм², для каждого анкерного участка. Данные о ΔS_СР по установленной форме передают в дистанции электроснаб­жения.

-228-

Интенсивность изнашивания контактного провода в каждом ан­керном участке устанавливают по среднему удельному износу

Удельный износ провода і, мм²/10⁴ проходов э. п. с., недостаточно нагляден и не всегда удобен для технических и экономических расче­тов. Поэтому применяют единицу удельной потери меди контактным проводом т_к, кг/ІО³ или т/10⁶ км пробега э.п.с.; т_к = 0,89 і. Значение т_к подсчитывают для зоны, участка, дороги. Подсчетом и сопоставле­нием і и т_к заканчивают анализ износа.

Предусмотрено также определение коэффициента неравномерности износа на нескольких анкерных участках каждого перегона

Этот коэффициент может быть как больше, так и меньше единицы. Если он не достигает 0,8, то принимают меры по улучшению качества токосъема в зоне фиксаторов; если он превышает 1,2, то регулируют контактный провод в пролете по высоте или смазывают поверхности трения контактного провода смазкой СГС-Д.

Результаты измерений износа контактного провода обычно пред­ставляют в виде графиков: износа провода в пролетах для характер­ных участков или типов контактных подвесок (рис. 148); среднего из­носа по анкерным участкам; среднего удельного износа по зонам, пере­гонам или участкам (рис. 149).

Снижению интенсивности изнашивания контактного провода, про­длению срока его службы уделяют большое внимание. Практика по-

-229-

казала, что при использова­нии любых несамосмазывающихся токосъемных материа­лов необходима внешняя смаз­ка для снижения износа как провода, так и пластин. На полозах токоприемников с медными пластинами приме­няют сухую (твердую) смазку на основе графита. Такую смазку (марка СГС-О) изго­тавливают, смешивая графит с расплавленной кумароновой смолой. Восстановление графитации пластин, исчезающей обычно при длительных дож­дях, а также лечение поврежденных (выкрошенных) мест основной смазки осуществляют при осмотрах э. п. с. нанесением дополнитель­ной смазки (марки СГС-Д), в которой смола разведена растворителем. Применение сухой графитовой смазки выравнивает (в пролетах) износ провода и снижает его примерно на 30 %.

Для удлинения срока службы контактного провода заменяют мед­ные пластины самосмазывающимися угольными вставками и пласти­нами из спеченных материалов.

Угольно-графитовые материалы выгодно отличаются от других токосъемных материалов малой плотностью, очень большой термо­стойкостью, а следовательно, большой стойкостью к электрической эрозии. Они обладают отличными антифрикционными свойствами (коэффициент трения обычно в пределах 0,1—0,25) и высокой поли­рующей способностью.

Эти свойства угольных вставок позволяют обеспечить наименьший износ контактного провода при высокой износостойкости самих вставок.

Угольные вставки изготавливают двух типов: А — на коксовой основе (собственно угольные) н Б — на графитовой основе. Графит снижает электрическое сопротивление вставок, но твердость их меньше.

Имеется три профиля угольных вставок: 1, 2 и 3 (рис. 150); рас­четная (номинальная) площадь сечения угольной вставки этих профи­лей составляет соответственно 766, 916 и 837 мм'. Длина вставок 240 им; масса вставок с профилями 1, 2 н 3 соответственно 0,320; 0,383 0,350 кг. По требованию потребителя вставки могут изготавливаться длиной до 600 мм. На обеих боковых поверхностях каждой вставки профилей 1 и 2 выполняют непрерывные по длине риски или швы глу­биной от 0,1 до Q,2 мм или высотой не более 0,4 мм, предназначенные ДЛЯ контроля износа при эксплуатации и расположенные на высоте (10±0,4) мм от опорной поверхности подошвы вставки.

-230-

Угольные вставки типа А не маркируют. Вставки типа Б маркиру­ют на одной из боковых поверхностей ряской глубиной 0,1—0,2 ми на высоте 16—20 мм от опорной поверхности подошвы вставки.

Профиль вставок для конкретных условий выбирают максималь­ной площади сечения при условии соблюдения требований по динами­ческому взаимодействию токоприемника с контактным проводом. До­пускаемый ток токоприемника с угольными вставками, для режимов движения и стоянки э. п. с. и перегрузочную способность токоприем­ника для режима движения выбирают также с учетом требования стан­дарта на токоприемники. При этом съем токоприемником допускае­мого тока не должен сопровождаться непрерывным по длине пути ис­крением в скользящем контакте, т. е. возникновением непрерывной контактной электровзрывной эрозии.

Установленные стандартом длительные допустимые токи токопри­емников, полозы которых имеют медную подложку и три ряда уголь­ных вставок, приведены в табл. 40.

-231-

Угольные вставки снижают интенсивность изнашивания контакт­ного провода по сравнению с медными пластинами в 3—4 раза и явля­ются наиболее экономичными из известных токосъемйых Материалов. Наряду с угольно-графитовыми практический интерес представ­ляют спеченные материалы, которые получают методом порошковой металлургии прессованием и последующим спеканием различных металлических и неметаллических (например, графитовых) порошков. Сочетание положительных свойств всех компонентов в этих материа­лах дало возможность иметь такие их характеристики, которые нель­зя получить металлургическими методами.

На электровозах постоянного тока используют пластины из спе­ченного материала на железной основе (рис. 151) типа ВЖЗ, Такие пластины изготавливают методом прокатки из снеси порошков: же­лезного (77 %), медного (22 %) и никелевого (1 %). Заметного улуч­шения эксплуатационных свойств спеченных пластин типа ВЖЗ достигают их пропиткой в автоклаве жидким легкоплавким свинцо­вым сплавом, содержащим олово. Основным положительным качеством пластин из спеченных мате­риалов является то, что они имеют относительно невысокое контакт­ное сопротивление между пластиной и проводом. Если принять это со­противление для медных пластин за единицу, то при металлокерамических пластинах оно равно 1,5, а угольных вставках — 3,5. В резуль­тате этого нагрузочная способность токоприемника с металлокерамическими пластинами в режиме стоянки (определяемая нагревом контакт­ного провода) примерно в 3 раза выше, чем у токоприемников с уголь­ными вставками.

Пластины из спеченного материала обеспечивают съем с одинар­ного провода МФ-85 однополозным токоприемником на стоянках тока до 300 А. Такой ток могут потреблять на стоянке пассажирские элект­ровозы ЧС2 (оборудованные однополозными токоприемниками) при централизованном электроснабжении (отопление, вентиляция, кон­диционирование воздуха и др.) пассажирских вагонов. Опыт эксплуа­тации показал также эффективность применения контактных пластин из спеченного материала на железной основе на электровозах постоян-

-232-

ного тока, снимающих большие токовые нагрузки. Пластины из спе­ченного материала в отличие от медных обеспечивают эффективную работу угольных вставок при их совместной эксплуатации.

Разработаны многослойные контактные пластины из спечен­ных материалов, представляющие собой биметалл (сталь — спе­ченный композиционный материал).

Размер пластин 8X28x400 мм; прочность на разрыв и изгиб соответственно 150—170 МПа и 250—300 МПа; удельное электри­ческое сопротивление 0,3 Ом*мм²/м; при четырех рядах пластин на полозе нагрузочная способность токоприемника 2600 А.

Способность рабочего слоя многослойных пластин самосмазы­ваться позволяет уменьшить износ контактного провода на 30—50 % на участках, где электровозы потребляют большие токи.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Дата добавления: 2015-09-03