Износ контактных проводов и меры его уменьшения

Из многих факторов, влияющих на износ контактных проводов, основными являются: материал и состояние трущихся поверхностей, смазка, величина снимаемого тока, сила на­жатия токоприемника на контактный провод, равномерность эластичности контактной под­вески, качество регулировки контактной сети и токоприемников.

Для удобства изучения процесс износа элементов скользящего контакта разделяют на электрический и механический, хотя такое деление является условным, т. к. электричес­кие и механические явления в контакте взаимозависимы. Так, при дуговом токосъеме, на­пример, во время гололеда сильно ухудшается состояние поверхности трения; это приводит к усилению механического износа. В то же время при грубых механических повреждениях поверхности становится более интенсивным и электрический износ.

Электрический износ вызывается, в основном, электрической эрозией, под которой понимают плавление, испарение и направленный выброс (перенос) материала под

действием электрических разрядов, как устойчивых (дуговой токосъем), так и единичных неустойчивых (искрение). Интенсивность электрического износа при одних и тех же ма­териалах контактной пары зависит от плотности тока, т.е. от значения тока, приходяще­гося на единицу площади контактной поверхности полоза токоприемника. Кроме того, на электрический износ влияет состояние контактирующих поверхностей (наличие жестких точек, вибрация проводов, гололед, схватывание и задиры трущихся поверхностей). В общем случае интенсивность электрического износа контактного провода выше в местах трогания, а также на подъемах, где электроподвижной состав потребляет значительные токи. По этой же причине срок службы контактного провода на линиях постоянного тока при равных эксплуатационных условиях (числе и массе поездов) меньше, чем на дорогах переменного тока.

Механический износ происходит при трении скользящих поверхностей. Основными видами износа в контакте «полоз—провод» являются окислительный, усталос­тный, абразивный и молекулярно-механический. Окислительный износ связан с образова­нием и разрушением тонких оксидных пленок на поверхностях трения; обычно наличие ок­сидных пленок препятствует другим видам износа. Усталостный износ связан с деформи­рованием трущихся поверхностей и растрескиванием перенаклепанного слоя металла с пос­ледующим его удалением. Абразивный износ обусловлен попаданием между трущимися поверхностями продуктов износа и внешних твердых частиц (пыли, песка), а также наличи­ем твердых включений в самих контактных материалах.

Интенсивность механического износа в общем случае увеличивается при увеличении давления (нажатия, приходящегося на единицу контактной поверхности) и уменьшается при повышении качества смазки в контакте. Влияние нагрева на интенсивность износа различно: с одной стороны, предупреждает перенаклеп и усталостное разрушение поверх­ностных слоев, но, с другой стороны, он способствует разрушению смазки (особенно орга­нического происхождения), вызывает разупрочнение поверхности трения и снижает ее стой­кость к абразивному и молекулярно-механическому износу (схватыванию, задирам).

Материал контактных поверхностей также влияет на интенсивность износа, особен­но неблагоприятным в этом отношении является выполнение контактной пары из одного металла, поэтому в последние годы, в основном, отказались от применения на полозах токоприемников медных контактных пластин.

Контактные провода на отечественных дорогах в подавляющем большинстве изго­товляют из твердотянутой электролитической меди. Наряду с медными начали применять низколегированные контактные провода с присадкой олова и магния (в малом объеме). Опыт эксплуатации низколегированных проводов на наиболее грузонапряженных участках по­казал, что они обладают на 10—15 % большей износостойкостью, чем медные. Более изно­состойкими являются термообработанные бронзовые контактные провода (из кадмиевой бронзы), по сравнению с медными они обладают повышенной термостойкостью и прочнос­тью. Однако эти провода имеют существенный недостаток — повышенное электрическое сопротивление, приводящее к увеличению потерь электроэнергии. Из-за этого они получи­ли ограниченное применение.

В известной мере на срок службы контактного провода влияют регулировка контак­тного провода в контактной подвеске, характер изменения эластичности подвески в про­лете, наличие на проводе сосредоточенных масс, жестких точек и неровностей. В результа­те этого в контактном проводе появляются зоны с большим местным износом.

При небольшом количестве зон с повышенным износом ставят шунты или монтиру­ют вставки, а при большом — производят замену контактного провода на анкерном учас­тке. Таким образом, из-за местных износов уменьшается срок службы контактного прово­да. Значение показателей износа контактного провода, при которых делают вставку и за­меняют провод, указаны в Правилах [22].

Предупреждению местных износов способствует замена болтовых со­единительных зажимов, с помощью которых провода электрических соеди­нений подключаются к контактному проводу прессуемыми зажимами, име­ющими меньшую массу. Решению той же задачи способствует применение более легких дюралюминиевых фикса­торов, а также тросовых фиксаторов вместо стальных полосовых.

Влияние фиксаторов как жесткой точки особенно сильно проявляется на кривых малых радиусов, где в точках фиксации велика горизонтальная состав­ляющая от натяжения контактного провода. Для уменьшения этой составляющей нужно на­сколько возможно уменьшать у опоры угол излома провода в плане. Практически это достига­ется установкой на опоре двух фиксаторов (рис. 2.4), удаленных один от другого на расстояние не менее 0,02 длины ближайшего пролета. Сдвоенные фиксаторы целесообразно устанавли­вать на кривых радиусом 800 м и менее.

Наименьший износ провода обеспечивают угольные вставки на полозе токопри­емника, которые выгодно отличаются от других не только высокими антифрикционными свой­ствами (низким коэффициентом трения), но и большой термостойкостью, а, следовательно, боль­шой стойкостью к электрической эрозии. Обеспечивая минимальный износ контактного прово­да, угольные вставки и сами обладают высокой износостойкостью. Изготовляют угольные вставки двух типов: А — на коксовой основе и Б — на графитовой. Вставки типа А имеют более высокую твердость, но и более высокое электрическое сопротивление. Поэтому их при­меняют на токоприемниках, снимающих меньшие токи—на ЭПС переменного тока и электро­поездах постоянного тока. Вставки типа Б имеют в 2 раза меньшее электрическое сопротивле­ние, но обладают низкой твердостью, определяющей большую интенсивность износа и, следо­вательно, меньший пробег самих вставок. Их применяют на электровозах постоянного тока, где снимаемые одним двухполозным токоприемником токи составляют 1600—2200 А при дви­жении и 135—170 А при стоянке под одиночным контактным проводом в зимнее время.

Металлокерамические пластины несколько увеличивают износ контактного провода по сравнению с угольными; их применяют на мощных грузовых электровозах, обеспе­чивающих централизованное электроснабжение вагонов, вместо угольных пластин из-за их боль­шого электрического сопротивления. Кроме того, практика показала невозможность совмест­ной работы угольных вставок и медных пластин, так как последние ухудшают рабочую повер­хность контактного провода и тем самым резко снижают эффект уменьшения износа провода в случае применения угольных вставок. При централизованном электроснабжении вагонов с ис­пользованием угольных вставок на токоприемниках для предупреждения пережогов одинарно­го контактного провода приходится в ряде случаев на время стоянок поезда поднимать вторые токоприемники электровоза, что нельзя считать рациональным.

Опыт показывает, что наилучшим сочетанием является работа на одних и тех же уча­стках токоприемников с металлокерамическими и угольными вставками. В этом случае полировка контактного провода не ухудшается.

При всех достоинствах металлокерамических пластин необходимо еще повысить на­дежность их работы в условиях гололеда на контактной сети, что стало возможным при использовании методов порошковой металлургии, которые позволяют соединить в спечен­ном материале практически любые компоненты и получить пластины с необходимыми тех­ническими характеристиками.

Применение медных пластин на некоторых участках требует закладки сухой графи­товой смазки основного (СГС-О) и дополнительного (СГС-Д) составов. Смазкой СГС-Д смазывают полозы токоприемников на пунктах технического обслуживания (ПТО) при выкрашивании основной смазки. Следует отметить, что некачественное (с избытком) нане­сение смазки может привести к усилению электрического износа провода, то есть смазка СГС-Д имеет большое электрическое сопротивление. Особенно это опасно при трогании - это одна из причин пережога проводов. С другой стороны, малое количество смазки приво­дит к сухому трению и усилению механического износа.

Неправильная установка медных и металлокерамических пластин на полозе ухудшает состояние контактных поверхностей. Иногда при ремонте более тонкие пластины располага­ют в среднем ряду полоза, тогда в первое время работы токоприемника съем тока осуществ­ляется только пластинами крайних рядов, что увеличивает плотность тока в контакте.

Возникновению сильной дуги способствуют наличие жестких точек и неровностей на контактном проводе, некачественное выполнение стыковых соединений или нарушение тех­нологии монтажа секционных изоляторов. Кроме контактного провода дугой повреждают­ся и пластины полоза.

Правила устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифициро­ванных железных дорог требуют немедленного устранения изгибов провода.

Определение износа контактного провода начинают с измерения высоты оставшегося сечения провода. Его измеряют универсальным микрометром, комплектом измерительных скоб или индикаторным прибором с погрешностью до 0,1 мм. Результаты замеров заносят в книгу состояния контактного провода дистанции контактной сети (форма ЭУ-85), где указы­вают дату замеров, номера опор, номера струн по счету километров и т. д. При двух контак­тных проводах записи замера ведут дробью: в числителе — левого, в знаменателе — право­го провода относительно счета километров независимо от номера пути и направления дви­жения поездов по нему. Значение высоты сечения контактного провода 8 мм и менее запи­сывают в книгу красными чернилами.

Высоту сечения контактного провода измеряют у каждого фиксирующего зажима, в середине пролета, у питающих и стыковых зажимов, а также в точках с повышенным мест­ным износом провода.

В том случае, когда сделаны замеры с каждой стороны от зажима (всех типов), запи­сывают меньшее значение высоты сечения провода. При шахматном расположении звенье­вых струн измерения выполняют у зажима одного провода и рядом, в середине межструнового пролета второго провода. На отходящих нерабочих ветвях сопряжений анкерных уча­стков высоту сечения провода не проверяют.

На основании замеров отдельно для каждого анкерного участка определяют среднее арифметическое значение высоты h_срсечения контактного провода:

где п — число замеров.

При этом замеры на вставках не учитывают.

В случае двух контактных проводов подсчет ведут раздельно для левого и правого проводов:

По среднему значению высоты провода, пользуясь таблицей износа для данной марки контактного провода (табл. 2.1), определяют среднюю площадь S изношенной части каж­дого провода анкерного участка.