Зажим для соединения проводов контактной подвески
Зажим для соединения проводов контактной подвески относится к области электрификации железных дорог, в частности, к оборудованию контактной сети, работающему, преимущественно, в агрессивных средах. Технический результат заключается в повышении срока службы зажима для соединения проводов до нормативного значения при работе в агрессивных средах за счет увеличения площади отвода тепла от деталей зажима. Зажим для соединения проводов контактной подвески содержит две плашки, предназначенные для соединения проводов контактной сети и для отвода тепла и скрепленные между собой болтовыми соединениями, и два радиатора охлаждения. Каждый радиатор охлаждения выполнен в виде основания с вертикальными реберами и закреплен на внешней поверхности соответствующей плашки. Поверхности желобов каждой плашки покрыты контактным слоем из материала с удельным электросопротивлением меньшим удельного электросопротивления материала плашки, Радиатор охлаждения выполнен из материала, теплопроводность которого не меньше теплопроводности материала плашки и высота ребер охлаждения выбрана из интервала 7/16-5/8 длины плашки зажима. 1 п.ф. 2 ил.
Полезная модель относится к области электрификации железных дорог, в частности, к оборудованию контактной сети, работающему, преимущественно, в агрессивных средах.
В системе тягового электроснабжения существует проблема повышения надежности устройств электрификации. Одной из причин ненадежной работы устройств электрификации являются обрывы контактных проводов, несущих тросов, или усиливающих фидеров контактной подвески. Это в ряде случаев вызвано перегревом установленных на них токопроводящих зажимов выше предельно допустимой температуры [Сердинов С.М. Анализ работы и повышение надежности устройств энергоснабжения электрифицированных железных дорог М., 1985, Транспорт, с.304.].
В известных устройствах уменьшение перегрева токоведущих зажимов достигается уменьшением переходного электросопротивления, увеличением площади контактной поверхности зажима, удалением механическим способом оксидных пленок путем чистки контактных поверхностей зажима, нанесением слоя на контактную поверхность зажима материала с более низким электросопротивленим, установкой тарельчатых пружинных шайб.
Известен зажим для соединения проводов контактной подвески, в котором уменьшение перегрева токоведущего зажима достигается снижением переходного электросопротивления путем выполнения контактной поверхности зажима с контактным слоем из материала с более низким электросопротивлением [Зажим для соединения проводов контактной подвески [Текст] / С.Л. Буталов, Ю.Л. Довгаев, С.В. Мармышев (РФ). - 
2004111272; Заявлено 14.04.04; Опубл. 20.10.2005, Бюл. 29. - 6 с].
Известный зажим для соединения проводов контактной подвески содержит две плашки, которые служат поверхностями охлаждения. Каждая плашка выполнена с двумя желобами разной формы для размещения в них проводов соответствующего сечения. Первый желоб выполнен в форме полуцилиндра для размещения проводов круглого сечения. Второй желоб выполнен в форме паза контактного провода для соединения зажима с проводом фасонного сечения. Поверхности желобов плашек являются контактными поверхностями. Контактные поверхности плашек выполнены с контактным слоем. Контактный слой непосредственно взаимодействует с соединяемыми проводами. Плашки выполнены из нержавеющей стали с удельным электросопротивлением равным 100×10-8 Ом·м. Контактный слой выполнен из меди с удельным электросопротивлением равным 1,724×10 -8 Ом·м толщиной 200-400 мкм.
Электрический контакт «контактный слой - провод» образует контактное переходное электросопротивление. В соответствии с требованиями ГОСТ 17441-84 «Соединения контактные электрические» и ГОСТ 12393-77 «Арматура контактной сети для электрифицированных железных дорог» нормативное значение контактного переходного электросопротивления составляет 25,00 мкОм. После изготовления и монтажа зажима контактное переходное электросопротивление равно 13,30-15,25 мкОм.
Плашки скреплены между собой двумя болтовыми соединениями. Болтовые соединения стягивают между собой плашки зажима и обеспечивают неподвижность электрического контакта «контактный слой - провод».
Зажим установлен в контактной сети и соединяет либо питающие фидера тяговых подстанций с проводами контактной сети, либо электрический соединитель с несущим тросом и контактным проводом.
Нормативный срок службы зажима для соединения проводов контактной подвески ПУТЭКС составляет 40 лет.
Устройство работает следующим образом.
В процессе эксплуатации через известный зажим для соединения проводов контактной подвески протекает электрический ток. Электрический ток изменяет свое значение во времени, и принимает любое значение между максимальным и минимальным. Максимальное значение ток имеет при подключении к контактной сети максимальной электрической нагрузки, а минимальное - при ее отсутствии на контактной сети.
При этом на электрических сопротивлениях деталей зажима и на контактном переходном электрическом сопротивлении «контактный слой - провод» выделяется тепло. Часть выделившегося тепла отводится в окружающую среду деталями зажима, а часть тепла идет на повышение их температуры.
Повышение температуры деталей зажима происходит до момента, пока процесс нагрева деталей зажима не переходит из нестационарного режима в стационарный режим.
При этом в начальный период эксплуатации в стационарном режиме нагрева контактное переходное электрическое сопротивление и температура зажима находится в пределах нормативного значения. Площадь поверхности плашек при нормативном значении контактного переходного электрического сопротивления в стационарном режиме нагрева является достаточной для отвода тепла.
В дальнейшем периоде эксплуатации медный контактный слой окисляется с образованием оксидной пленки. Наличие оксидной пленки приводит к увеличению переходного электросопротивления «контактный слой - провод».
Увеличение переходного электросопротивления зажимов приводит к дополнительному нагреву контактной поверхности зажима, к более активному взаимодействию контактного слоя из меди с кислородом воздуха и, как следствие, к увеличению толщины оксидной пленки и значения контактного переходного электросопротивления. Значение контактного переходного электросопротивления возрастает до 23,3-26,79 мкОм, что значительно превышает нормативный уровень.
Дополнительный нагрев контактной поверхности зажима приводит к повышению температуры деталей зажима, поверхность которых недостаточна для отвода дополнительного тепла и поддержания температуры зажима в пределах нормативного значения. При этом детали зажима имеют установившуюся температуру, превышающую нормативное значение. Перегрев деталей зажима при определенных условиях приводит к разрушению рассматриваемого узла контактной подвески. Срок службы в неагрессивной среде 10-15 лет.
Нагревание медного контактного слоя плашек в агрессивной среде с присутствием серы приводит к его атмосферной коррозии. При этом на поверхности медного контактного слоя образуется твердая сульфидная пленка Cu2S с высоким электросопротивлением. Наличие сульфидной пленки приводит к увеличению переходного электросопротивления «контактный слой - провод». Увеличение переходного электросопротивления зажимов также приводит к дополнительному нагреву контактной поверхности зажима, к более активному взаимодействию контактного слоя из меди с атмосферной серой и, как следствие, к увеличению толщины сульфидной пленки и значения контактного переходного электросопротивления.
При прохождении тока через детали зажима они нагреваются. Нагрев приводит к температурному расширению и удлинению материала деталей зажима. Материал плашек зажима, оксидная пленка и сульфидная пленка при нагреве получит одинаковое удлинение, т.к. они имеют сопоставимые коэффициенты температурного расширения материала. Вследствие этого оксидная и сульфидная пленка при нагреве образуют прочный неразрушаемый слой, влияющий на увеличение переходного электросопротивления зажимов и на значительное превышение значения температуры деталей зажима выше нормативной. Перегрев деталей зажима увеличивает вероятность разрушения рассматриваемого узла контактной подвески, срок службы зажима составляет 20-25 лет.
Достоинством известного зажима является обеспечение работоспособности в начальный период эксплуатации.
Однако срок службы известного зажима в любых средах значительно меньше нормативного срока его службы, что обусловлено появлением оксидных пленок на контактных поверхностях плашек зажима, приводящим к увеличению контактного переходного электросопротивления выше нормативного значения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является зажим для соединения проводов контактной подвески, в котором уменьшение перегрева токоведущего зажима достигается снижением переходного электросопротивления путем выполнения контактной поверхности зажима с контактным слоем из материала с более низким электросопротивлением [Зажим для соединения проводов контактной подвески / В.Н. Ли, С.Н. Химухин, М.А. Теслина, И.В. Игнатенко (РФ). - 2007107639; Заявлено 28.02.07; Опубл. 10.07.2007, Бюл. 19].
Известный зажим для соединения проводов контактной подвески содержит две плашки, которые служат поверхностями охлаждения. Каждая плашка выполнена с двумя желобами для размещения в них проводов соответствующего сечения. Каждый желоб плашки для проводов круглого сечения выполнен в виде полуцилиндра. Для проводов фасонного сечения один желоб каждой плашки выполнен в форме полуцилиндра для размещения провода круглого сечения, а другой желоб -в форме паза для размещения провода фасонного сечения. Поверхности желобов плашек являются контактными поверхностями. Контактные поверхности плашек выполнены с контактным слоем. Контактный слой непосредственно взаимодействует с соединяемыми проводами.
Контактный слой выполнен из сплава, серебра и цинка, соотношение которых выбрано из интервала: Ag - 70,0-98,0%, Zn - 2,0-30,0%. Сплав имеет удельное электросопротивление 1,59×10 -8 до 1,65×10-8 Ом·м. Толщина нанесенного слоя 100,0 мкм. Плашки выполнены из безоловянной бронзы БрАЖ 9-4, которая имеет удельное электросопротивление равное 5,165×10 -8 Ом·м.
Обе плашки скреплены между собой двумя болтовыми соединениями.
Монтаж зажима для соединения проводов контактной подвески осуществляется следующим образом.
Зажим устанавливают на провода контактной сети. При этом он соединяет либо питающие фидера тяговых подстанций с проводами контактной сети, либо электрический соединитель с несущим тросом и контактным проводом.
После установки зажима контактный слой каждой плашки контактирует с соответствующими проводами и при подаче напряжения образует контактное переходное электросопротивление. В соответствии с требованиями ГОСТ 17441-84 «Соединения контактные электрические» и ГОСТ 12393-77 «Арматура контактной сети для электрифицированных железных дорог» нормативное значение контактного переходного электросопротивления составляет 25,00 мкОм. После изготовления и монтажа зажима контактное переходное электросопротивление равно 11,53-12,89 мкОм.
Нормативный срок службы зажима для соединения проводов контактной подвески согласно правилам устройства и технической эксплуатации контактной сети составляет 40 лет.
Устройство работает следующим образом.
В процессе эксплуатации через известный зажим для соединения проводов контактной подвески протекает электрический ток. Электрический ток изменяет свое значение во времени, и принимает любое значение между максимальным и минимальным. Максимальное значение ток имеет при подключении к контактной сети максимальной электрической нагрузки, а минимальное - при ее отсутствии в контактной сети.
Вследствие этого на электрических сопротивлениях деталей зажима и на контактном переходном электрическом сопротивлении «контактный слой - провод» выделяется тепло. Часть выделившегося тепла отводится в окружающую среду деталями зажима, а часть тепла идет на повышение их температуры.
Повышение температуры деталей зажима происходит до момента, пока процесс нагрева деталей зажима не переходит из нестационарного режима в стационарный режим.
При этом в начальный период эксплуатации в стационарном режиме нагрева контактное переходное электрическое сопротивление и температура зажима находится в пределах нормативного значения. Площадь поверхности плашек при нормативном значении контактного переходного электрического сопротивления в стационарном режиме нагрева является достаточной для отвода тепла.
С течением времени на поверхности контактного слоя образуется неустойчивая оксидная пленка Ag2O, которая увеличивает контактное переходное электросопротивление до 15,57-17,4 мкОм. При наличии оксидной пленки контактное увеличенное переходное электросопротивление остается в пределах нормативного значения. Увеличение контактного переходного электросопротивления вызывает дополнительный нагрев, который отводится плашками, и температура деталей зажима находится в пределах допустимого значения.
Кроме того нагрев деталей зажима приводит к их температурному расширению и удлинению. Материал контактных поверхностей плашек зажима (коэффициент температурного расширения сплава серебра и цинка - 19,5·106 К-1), оксидная пленка (коэффициент температурного расширения сплава оксида серебра - 17,4·106 К-1) получат разное удлинение, т.к. они имеют разные коэффициенты температурного расширения материала. Вследствие этого оксидная пленка при нагреве разрушается, что приводит к снижению переходного электросопротивления до значения 13,08-4,62 мкОм. Это значение не превышает нормативного значения установленного ГОСТ. При этом площадь поверхности плашек в стационарном режиме нагрева является достаточной для отвода тепла.
Дальнейшее взаимодействие с кислородом воздуха вновь приводит к образованию оксидной пленки, после чего процесс ее разрушения повторяется, то есть создается цикл «образование оксидной пленки - разрушение оксидной пленки», который повторяется в течение всего периода эксплуатации зажима. Контактное переходное сопротивление остается в пределах нормативного значения. При этом площадь плашек достаточна для отвода тепла и температура деталей зажима находится в пределах допустимых значений.
Срок службы зажима при работе в неагрессивных средах составляет 35-40 лет.
Однако при работе в агрессивных средах, например в среде со свободной серой, на контактном слое из сплава серебра с цинком образуется сульфидная пленка [Н.К. Мышкин, В.В. Кончиц, М. Браунович Электрические контакты: Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2008 - 560 с]. Она образуется при нагреве на контактной поверхности плашки в местах разрыва оксидной пленки и на контактной поверхности свободной от оксидной пленки.
Сера окружающей среды взаимодействует с покрытием из серебра с образованием твердой сульфидной пленки (Ag2 S). Указанная пленка обладает очень высоким электрическим сопротивлением 90,0-125,0 Ом, при этом ее электрическое сопротивление в несколько раз превышает электрическое сопротивление покрытия из серебра. Линейное температурное расширение сульфидной пленки сопоставимо с линейным температурным расширением материала контактного слоя из сплава серебра с цинком [M. Morales-Masis, S.J. van der Molen, W. T. Fu, M.B. Hes-selberth and J.M. van Ruitenbeek, Nanotechnology 20 095710 (2009)].
На контактной поверхности при нагреве происходят следующие процессы. При нагреве расширение материала контактных поверхностей плашек зажима и сульфидной пленки происходит одинаково.
При нагреве происходит разрушение оксидной пленки Ag2O с одновременным образованием на участках разрушения сульфидной пленки. С течением времени оксидная пленка Ag2O полностью замещается сульфидной пленкой Ag2S. Вследствие этого происходит как увеличение значения контактного переходного электросопротивления зажимов, так и значения температуры деталей зажима, которые превышают нормативные значения.
Перегрев деталей зажима в агрессивной среде с присутствием серы приводит к увеличению вероятности разрушения рассматриваемого узла контактной подвески.
Срок службы зажима при работе в агрессивной среде составляет 15-20 лет.
Достоинством зажима является увеличение срока службы зажима в неагрессивных средах, что обусловлено выполнением контактного слоя зажима из серебросодержащего сплава, который обеспечивает более низкое значение переходного сопротивления, не превышающее максимальную регламентированную величину переходного электросопротивления в течение всего периода эксплуатации.
Недостаток известного зажима заключается в сроке службы зажима при работе в агрессивных средах, значительно меньшем нормативного срока его службы, что обусловлено появлением сульфидных пленок на контактных поверхностях желобов плашек зажима, приводящим к увеличению контактного переходного электросопротивления превышающего нормативное значение.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании зажима для соединения проводов контактной подвески, повышающего срок его службы до нормативного значения при работе в агрессивных средах за счет увеличения площади отвода тепла от деталей зажима.
Для решения поставленной задачи зажим для соединения проводов контактной подвески, содержащий две плашки, предназначенные для соединения проводов контактной сети и для отвода тепла и скрепленные между собой болтовыми соединениями, при этом каждая плашка выполнена с двумя желобами разной формы, предназначенными для размещения в них проводов соответствующего сечения, причем поверхности желобов покрыты контактным слоем из материала с удельным электросопротивлением меньшим удельного электросопротивления материала плашки, дополнительно снабжен двумя радиаторами охлаждения, каждый из которых выполнен в виде основания с вертикальными реберами и закреплен на внешней поверхности соответствующей плашки, при этом радиатор охлаждения выполнен из материала, теплопроводность которого не меньше теплопроводности материала плашки и высота ребер охлаждения выбрана из интервала 7/16-5/8 длины плашки зажима.
Заявляемое решение отличается от прототипа тем, что в него введены два радиатора охлаждения, каждый из которых выполнен в виде основания с вертикальными реберами и закреплен на внешней поверхности соответствующей плашки, при этом радиатор охлаждения выполнен из материала, теплопроводность которого не меньше теплопроводности материала плашки и высота ребер охлаждения выбрана из интервала 7/16-5/8 длины плашки зажима. Наличие в совокупности существенных признаков заявляемого решения существенных отличительных признаков (нового узла с определенными параметрами) свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности полезной модели «новизна».
Введение в зажим для соединения проводов контактной подвески двух радиаторов охлаждения с определенными параметрами приводит к обеспечению отвода тепла достаточного для поддержания температуры зажима и проводов в пределах нормативного значения при работе в любых средах.
На фигурах представлен зажим в проекциях, поясняющих работоспособность и промышленную применимость заявляемого устройства.
На фигуре 1 представлены проекции зажима для проводов круглого сечения и фасонного сечения.
На фигуре 2 представлены проекции зажима для проводов круглого сечения.
Зажим для соединения проводов контактной подвески содержит две плашки 1, два радиатора охлаждения 2.
Каждая плашка 1 выполнена с двумя желобами 3, 4 для размещения в них проводов 5,6 соответствующего сечения и изготовлена из безоловянной бронзы БрАЖ 9-4, которая имеет удельное электросопротивление равное 5,165×10-8 Ом·м и коэффициент теплопроводности 61,0 Вт·м -1·К-1. Поверхности желобов 3, 4 выполнены с контактным слоем 7. Контактный слой 7 выполнен из сплава, серебра и цинка, соотношение которых выбрано из интервала: Ag - 70,0-98,0) %, Zn - 2,0-30,0%. Сплав имеет удельное электросопротивление 1,59×10-8-1,65×10-8 Ом·м. Толщина нанесенного слоя 100,0-120,0 мкм.
Для проводов круглого сечения каждый желоб 3,4 плашки 1 выполнен в виде полуцилиндра. Для проводов фасонного сечения желоб 3 плашки 1 выполнен в форме полуцилиндра для размещения провода круглого сечения, а желоб 4 плашки 1 выполнен в форме паза для размещения провода фасонного сечения.
Каждый радиатор охлаждения 2 представляет собой выполненное за одно целое основание 8 с вертикальными ребрами 9, расположенными перпендикулярно основанию 8. Основание 8 радиатора 3 повторяет форму наружной поверхности плашки 1. Высота ребер радиатора 3 выбрана из интервала 7/16-5/8 длины плашки 1 зажима. При этом площадь поверхности всех вертикальных ребер 9 превышает площадь основания 8 радиатора охлаждения 2.
Каждый радиатор охлаждения 2 выполнен из материала, коэффициент теплопроводности которого меньше либо равен коэффициенту теплопроводности материала плашки 1, например, из алюминия с коэффициентом теплопроводности равным 210,0 Вт·м-1 ·К-1.
Монтаж зажима для соединения проводов контактной подвески осуществляется следующим образом.
Зажим устанавливается на провода контактной сети для соединения либо питающего фидера тяговых подстанций с проводами контактной сети, либо электрического соединителя с несущим тросом и контактным проводом.
После установки зажима контактный слой 7 каждой плашки 1 контактирует с соответствующими проводами 5, 6 и при подаче напряжения образует контактное переходное электросопротивление, равное 11,53-12,89 мкОм, что соответствует требованию ГОСТ 17441-84 «Соединения контактные электрические» и ГОСТ 12393-77 «Арматура контактной сети для электрифицированных железных дорог», котором указано нормативное значение контактного переходного электросопротивления, не превышающее 25,0 мкОм. Нормативный срок службы зажима для соединения проводов контактной подвески в соответствии с правилами устройства и технической эксплуатации контактной сети составляет 40 лет.
Устройство работает следующим образом.
В процессе эксплуатации через зажим для соединения проводов контактной подвески протекает электрический ток, действительное значение которого изменяется во времени и принимает любое значение между максимальным и минимальным значением. Максимальное значение ток имеет при подключении к контактной сети максимальной электрической нагрузки, а минимальное - при ее отсутствии в контактной сети.
При протекании тока на электрических сопротивлениях деталей зажима и на контактном переходном электрическом сопротивлении «контактный слой - провод» выделяется тепло. Часть выделившегося тепла отводится в окружающую среду деталями зажима, а часть тепла идет на дальнейшее повышение их температуры. В основном тепло отводится от деталей зажима вертикальными ребрами 9 радиатора 2.
Повышение температуры деталей зажима происходит до момента, пока процесс нагрева деталей зажима не переходит из нестационарного режима в стационарный режим.
При этом в начальный период эксплуатации в стационарном режиме нагрева значение контактного переходного электрического сопротивления и температуры зажима находится в пределах нормативного. Площадь поверхности радиаторов 2 с вертикальными ребрами 9 при нормативном значении контактного переходного электрического сопротивления в стационарном режиме нагрева является достаточной для отвода тепла.
С течением времени на поверхности контактного слоя 7 образуется неустойчивая оксидная пленка Ag2O, которая увеличивает значение контактного переходного электросопротивления до 15,57-17,4 мкОм. При наличии оксидной пленки значение увеличенного контактного переходного электросопротивления остается в пределах нормативного значения. Однако увеличение контактного переходного электросопротивления приводит к повышению температуры деталей зажима. Полученное дополнительное тепло отводится радиаторами 2, причем температура деталей зажима находиться в пределах допустимого значения.
Кроме того нагрев деталей зажима приводит к их температурному расширению и удлинению. Контактный слой 7 плашек 1 зажима (коэффициент температурного расширения сплава серебра и цинка - 19,×106 К -1) удлиняется больше, чем оксидная пленка (коэффициент температурного расширения сплава оксида серебра - 17,4×10 6 К-1) из-за разных коэффициентов их температурного расширения. Разное удлинение контактного слоя 7 и оксидной пленки Ag2O приводит к разрушению оксидной пленки. Причем по границам разрушенной оксидной пленки на контактном слое 7 образуются участки свободные от оксидной пленки, что приводит к снижению контактного переходного электросопротивления до значения 13,08-14,62 мкОм, которое не превышает нормативное значение. При этом площадь поверхности радиаторов 2 с вертикальными ребрами 9 в стационарном режиме нагрева является достаточной для отвода тепла.
Дальнейшее взаимодействие контактного слоя 7 из сплава серебра и цинка с кислородом воздуха вновь приводит к образованию оксидной пленки, после чего процесс ее разрушения повторяется.
При протекании тока создается цикл «образование оксидной пленки - разрушение оксидной пленки», который повторяется в течение всего периода эксплуатации зажима.
Срок службы зажима при работе в неагрессивных средах составляет 35-40 лет.
Однако при работе в агрессивных средах, например в среде со свободной серой, на контактном слое из сплава серебра с цинком образуется сульфидная пленка [Н.К. Мышкин, В.В. Кончиц, М. Браунович Электрические контакты: Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2008 - 560 с].
Сера окружающей среды взаимодействует с контактным слоем 7 из серебра с цинком с образованием твердой сульфидной пленки (Ag 2S). Указанная пленка обладает очень высоким электрическим сопротивлением 90-125 Ом, при этом ее электрическое сопротивление в несколько раз превышает электрическое сопротивление контактного слоя 7 из серебра с цинком. Линейное температурное расширение сульфидной пленки сопоставимо с линейным температурным расширением материала контактного слоя [M. Morales-Masis, S.J. van der Molen, W.T. Fu, M.B. Hesselberth and J.M. van Ruitenbeek, Nanotechnology 20 095710 (2009)].
Сульфидная пленка (Ag2 S) образуется при нагреве на контактном слое 7 свободном от оксидной пленки.
При нагреве, расширение материала контактного слоя 7 плашек 1 зажима и сульфидной пленки происходит сопоставимо. При этом одновременно происходит разрушение оксидной пленки Ag 2O и образование на контактном слое 7 на участках свободных от оксидной пленки сульфидной пленки. С течением времени оксидная пленка Ag2O полностью замещается сульфидной пленкой Ag2S. Вследствие этого происходит увеличение значения контактного переходного электросопротивления зажимов и мощности тепловыделений. Площадь поверхности деталей зажима и радиатора 2 с вертикальными ребрами 9 является достаточной для отвода тепла при образовании сульфидной пленки Ag2S из контакта «контактный слой - провод».
При этом температура деталей зажима в агрессивной среде с присутствием серы остается в пределах допустимых значений и не превышает 95,0°C.
Срок службы зажима при работе в агрессивной среде составляет 35-40 лет.
Таким образом, срок службы зажима при работе, как в неагрессивных, так и агрессивных средах составляет 35-40 лет.
Испытания теплотехнических характеристик зажима для соединения проводов контактной подвески проводились на математической модели устройства в НИЛ «Неразрушающего контроля» ДВГУПС.
Для моделирования использован зажимы со следующими параметрами.
Каждый зажим имеет длину плашки 1 зажима L=0,080 м, ширину плашки -0,050 м. Материал плашки безоловянная бронза БрАЖ 9-4 с коэффициентом теплопроводности 61,0 Вт·м-1·К-1 .
Каждый радиатор 2 выполнен из алюминия с коэффициентом теплопроводности равным 210,0 Вт·м-1·К -1. Длина и ширина каждого радиатора 2 ограничиваются длиной и шириной плашки зажима. Высота ребра 9 радиатора охлаждения 2 принималась в диапазоне 1/16-5/4 L (0,005-0,100 м) с шагом 0,005 м. Площадь поверхности ребер 9 радиатора охлаждения 0,0207-0,1547 м2.
Определение теплотехнических характеристик радиаторов с вертикальными ребрами охлаждения выполнено на математической модели в пакете конечно-элементного анализа COSMOSFloWorks.
Для расчета математической модели приняты следующие исходные данные. Сила тока составляет 700,0 А; текучая среда - воздух; скорость набегающего потока воздуха 1,0 м/с.
Полученные основные результаты приведены в таблице.
Результаты математического моделирования показывают, что для работы заявляемого зажима в пределах допустимой температуры, высота ребер охлаждения 9 лежит в интервале 7/16-5/8 L (0,035-0,050 м).
При высоте ребер 9 радиатора охлаждения 2 меньше 7/16 L (0,035 м) площадь поверхности радиатора недостаточна для отвода избыточного количества тепла и поддержания температуры деталей зажима на нормативном уровне.
Увеличение высоты ребер 9 радиатора охлаждения 2 больше 5/8 L (0,050 м) является технологически нецелесообразным по условиям аэродинамики.
Сохранение температуры деталей зажима в пределах нормативного значения при высоте ребер в диапазоне 7/16-5/8 длины плашки 1 зажима (0,040-0,035 м) позволяет сделать вывод о сохранении работоспособности зажима в течение всего периода эксплуатации в неагрессивных и агрессивных средах.
Таким образом, использование предложенного зажима для соединения проводов контактной подвески в системе тягового электроснабжения позволяет увеличить срок службы зажима в агрессивных средах до нормативного срока.
Зажим для соединения проводов контактной подвески, содержащий две плашки, предназначенные для соединения проводов контактной сети и для отвода тепла и скрепленные между собой болтовыми соединениями, при этом каждая плашка выполнена с двумя желобами разной формы, предназначенными для размещения в них проводов соответствующего сечения, причем поверхности желобов покрыты контактным слоем из материала с удельным электросопротивлением, меньшим удельного электросопротивления материала плашки, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен двумя радиаторами охлаждения, каждый из которых выполнен в виде основания с вертикальными реберами и закреплен на внешней поверхности соответствующей плашки, при этом радиатор охлаждения выполнен из материала, теплопроводность которого не меньше теплопроводности материала плашки, а высота ребер охлаждения выбрана из интервала 7/16-5/8 длины плашки зажима.
