RU198536U1

RU198536U1 - LOW VOLTAGE SOLENOID RELAY CONTACT PART

Info

Publication number: RU198536U1
Application number: RU2019135160U
Authority: RU
Inventors: Валерий Сергеевич Фадеев; Олег Викторович Штанов; Александр Викторович Конаков; Юрий Леонидович Чигрин; Олег Викторович Довгаль; Николай Михайлович Паландин
Priority date: 2019-11-01
Filing date: 2019-11-01
Publication date: 2020-07-15

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к электрическим контактам низковольтных электрических реле, в частности реле железнодорожной автоматики. Технический результат заключается в повышении механической прочности и износостойкости контактов, в стабилизации контактного сопротивления на контактах реле, из пористого мелкозернистого графита, поры которого наполнены металлами, как в работающих контактах реле, так и контактах реле периодически работающих без электрической нагрузки, а также реле находящихся на хранении. Контакт-деталь низковольтного электромагнитного реле состоит из основы в виде тела вращения, ограниченного боковой поверхностью и двумя параллельными поверхностями оснований, из пористого мелкозернистого графита, объемной пористостью не более 20%, наполненных серебром, массовая доля которого составляет 6-9% и адсорбированного граничного слоя поверхностно-активного вещества, из анионов ди-(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты. Граничный слой получен из спиртового раствора ди-(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты, граничный слой получен из водного раствора ди-(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты, основа имеет удельное электрическое сопротивление не более 16,0 мкОм-м, прочность на сжатие не менее 60 Мпа, удельное электросопротивление и прочность на сжатие контролируют в направлении оси тела вращения контакт-детали, графит имеет зольность не более 0,3 мас.%, боковая поверхность контакт детали образована вращающимся режущим инструментом.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to the electrical contacts of low-voltage electrical relays, in particular the relay of railway automation. The technical result consists in increasing the mechanical strength and wear resistance of the contacts, in stabilizing the contact resistance at the relay contacts, made of porous fine-grained graphite, the pores of which are filled with metals, both in the working relay contacts and in the relay contacts periodically operating without electrical load, as well as relays located on storage. The contact-piece of a low-voltage electromagnetic relay consists of a base in the form of a body of revolution, bounded by a lateral surface and two parallel surfaces of the bases, of porous fine-grained graphite, volumetric porosity not exceeding 20%, filled with silver, the mass fraction of which is 6-9%, and an adsorbed boundary layer surfactant, from anions of di- (alkylpolyethylene glycol) ester of phosphoric acid. The boundary layer is obtained from an alcohol solution of di- (alkylpolyethylene glycol) ether of phosphoric acid, the boundary layer is obtained from an aqueous solution of di- (alkylpolyethylene glycol) ether of phosphoric acid, the base has a specific electrical resistance of not more than 16.0 μOhm-m, compressive strength is not less than 60 MPa, electrical resistivity and compressive strength are controlled in the direction of the axis of the body of rotation of the contact piece, graphite has an ash content of not more than 0.3 wt%, the lateral surface of the contact piece is formed by a rotating cutting tool.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к электрическим контактам низковольтных электрических реле, в частности реле железнодорожной автоматики.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to the electrical contacts of low-voltage electrical relays, in particular the relay of railway automation.

Для обеспечения условий безопасности во всех устройствах железнодорожной автоматики, обеспечивающих безопасность движения подвижного состава, применяются реле первого класса. Для этого они должны удовлетворять, при наличии в электрической цепи постоянного тока 2 А и напряжении 24 В или переменного тока 0,5 А и напряжении 220 В (согласно имеющимся эксплуатационном техническим требованиям (ЭТТ)) следующим основным требованиям:To ensure safety conditions, first class relays are used in all railway automation devices that ensure the safety of rolling stock movement. To do this, they must satisfy, in the presence of a DC 2 A and a voltage of 24 V or an alternating current of 0.5 A and a voltage of 220 V (according to the existing operational technical requirements (ETT)), the following basic requirements:

- фронтовые и общие контакты не должны свариваться при любых условиях эксплуатации. Для фронтовых контактов применяется графит с металлическим наполнением (в основном серебро), а для общих и тыловых контактов серебро или его сплавы;- front and common contacts should not be welded under any operating conditions. For front contacts, graphite with a metal filling (mainly silver) is used, and for general and rear contacts, silver or its alloys;

- переходное сопротивление фронтовых контактов не более 0,3 Ом, тыловых контактов не более 0,03 Ом;- transient resistance of front contacts no more than 0.3 Ohm, rear contacts no more than 0.03 Ohm;

- скольжение контактов, для их самоочистки, у фронтовых контактов должно быть не менее 0,25 мм, а у тыловых контактов не менее 0,2 мм;- the sliding of the contacts, for their self-cleaning, must be at least 0.25 mm at the front contacts, and at least 0.2 mm at the rear contacts;

- контактное давление фронтовых контактов не менее 0,294 Н (30 гр.), а тыловых контактов не менее 0,147 Н (15 гр.);- the contact pressure of the front contacts is not less than 0.294 N (30 g), and the contact pressure of the rear contacts is not less than 0.147 N (15 g);

- реле должно устойчиво работать при температуре окружающего воздуха от -40 до +60°С и относительной влажности до 95% (Сороко В.И., Милюков В.А. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник: в 2 кн. Кн. 1, - 3-е изд. - М.: НПФ «Планета», 2000).- the relay should work stably at ambient temperatures from -40 to + 60 ° C and relative humidity up to 95% (Soroko V.I., Milyukov V.A. Equipment for railway automation and telemechanics: Handbook: in 2 books. Book 1 , - 3rd ed. - M .: NPF "Planet", 2000).

Известны и широко применяются реле, в которых контакт-деталь для фронтовых контактов представляет собой элемент, в виде тела вращения, выполненный методом порошковой металлургии из композиции серебро -графит, запрессованную в держатель в виде чашеобразной наклепки,указанная композиция содержит 38-44% серебра (ТУ 16-538.158-72) (Сороко В.И., Милюков В.А. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Кн.1 НПФ «Планета», 2000 - стр. 256).Known and widely used relays, in which the contact-piece for front contacts is an element in the form of a body of revolution, made by the method of powder metallurgy from a silver-graphite composition, pressed into a holder in the form of a bowl-shaped rivet, this composition contains 38-44% silver ( TU 16-538.158-72) (Soroko V.I., Milyukov V.A. Equipment of railway automatics and telemechanics: Book 1 NPF "Planeta", 2000 - p. 256).

Недостаткам контактов являются: нестабильность переходного сопротивления. На стадии приработки в паре с серебром, сопротивление составляет 0,1 Ом, в процессе эксплуатации может скачкообразно увеличиваться до 0.3 Ом, затем опять уменьшиться. Имеется большой разброс по коммутационному ресурсу (количеству срабатываний контактов) от 1,4 до 2,0 млн. Разброс коммутационного ресурса обусловлен технологическими условиями закрепления контакт-детали в держателе. Большой разброс по размерной точности изготовления контактов (недостаток изготовления изделий методом порошковой металлургии) не позволяет создавать идентичные условия закрепления контакт-деталей в держателе.The disadvantages of contacts are: instability of the contact resistance. At the stage of running-in paired with silver, the resistance is 0.1 Ohm, during operation it can abruptly increase to 0.3 Ohm, then decrease again. There is a wide spread in the switching resource (the number of contact actuation) from 1.4 to 2.0 million. The spread in the switching resource is due to the technological conditions for fixing the contact piece in the holder. The large spread in the dimensional accuracy of the manufacture of contacts (the lack of manufacture of products by powder metallurgy) does not allow creating identical conditions for fixing the contact parts in the holder.

Электрический контакт между стенками чашеобразного держателя и контакт-деталью обеспечивается за счет упругого прижатия кромок чашеобразного держателя к поверхности контакт-детали. Чтобы обеспечить стабильный электрический контакт, за счет действия сил упругости стенок чаши, необходимо приложить значительные усилия для деформации стенок чаши и материала контакт - детали. Проконтролировать усилия необходимые для деформации стенок при обжатии чашеобразного держателя практически невозможно, т.к. обжатие чаши происходит на прессе, и усилие обжатия задается ходом пуансона пресса. Поскольку все детали выполнены с определенным допуском на размеры, то усилия обжатия на каждой детали получаются различными, поэтому чтобы создать надежный контакт идут по пути повышения прочностных свойств материала, создавая необходимый запас прочности контакт - детали при ее деформировании в процессе запрессовки. Увеличение прочностных свойств возможно за счет увеличения металлической составляющей в композиции серебро-графит, что не желательно, т.к. появляется вероятность сваривания контактов.Electrical contact between the walls of the cup-shaped holder and the contact-piece is provided by elastic pressing of the edges of the cup-shaped holder against the surface of the contact piece. To ensure a stable electrical contact, due to the action of the elastic forces of the bowl walls, it is necessary to exert considerable efforts to deform the bowl walls and the contact-part material. It is practically impossible to control the efforts required to deform the walls when pressing the cup-shaped holder, because the compression of the bowl takes place on the press, and the compression force is set by the stroke of the press punch. Since all parts are made with a certain dimensional tolerance, the compression forces on each part are different, therefore, in order to create reliable contact, they follow the path of increasing the strength properties of the material, creating the necessary margin of safety for the contact - the part when it is deformed during the pressing process. An increase in strength properties is possible due to an increase in the metal component in the silver-graphite composition, which is not desirable, since there is a possibility of welding contacts.

Нестабильность свойств также связана со свойствами материала и технологией изготовления контакт деталей. Установлено, что в разнородной контактной паре, где один из контактов которой выполнен из чистого серебра, а второй из серебро-графит содержащей композиции, уменьшение серебра в композиции с 55% (марка СГ) до 40% (марка СГ-60 - вариант 112Д -ВАР 112Д) приводит к увеличению износостойкости контактной пары, а именно, к увеличению числа срабатываний с 200 тыс.до 1,4-2 млн. Дальнейшее снижение серебра в композиции графит - серебро не приводят к повышению износостойкости и уменьшению переходного сопротивления с сохранением стабильности этих параметров в процессе эксплуатации контактов (Дымковский Н.В., Милованова Ю.В. Электрические контакты на железнодорожном транспорте. Электротехника, - 1965, №10, с. 33.). Это обусловлено качественным состоянием графита, который находится в составе композиционного материала (сажа, графит, пек каменноугольный, бакелитовый лак), которое не позволяет получать постоянные электротехнические и механические свойства материала по технологии порошковой металлургии. Уменьшение графитовой составляющей в композиционном материале, ведет к удорожанию материала, и приводят с одной стороны к повышению стабильности свойств, но значительно увеличивают свариваемость контактов.The instability of properties is also associated with the properties of the material and the manufacturing technology of contact parts. It was found that in a dissimilar contact pair, where one of the contacts is made of pure silver, and the second is made of a silver-graphite-containing composition, a decrease in silver in the composition from 55% (SG grade) to 40% (SG-60 grade - option 112D - VAR 112D) leads to an increase in the wear resistance of the contact pair, namely, to an increase in the number of operations from 200 thousand to 1.4-2 million. A further decrease in silver in the graphite-silver composition does not lead to an increase in wear resistance and a decrease in the transition resistance while maintaining the stability of these parameters during operation of contacts (Dymkovsky NV, Milovanova Y. Electrical contacts on railway transport. Electrical engineering, - 1965, No. 10, p. 33). This is due to the high-quality state of graphite, which is in the composition of the composite material (soot, graphite, coal tar pitch, bakelite varnish), which does not allow obtaining permanent electrical and mechanical properties of the material using powder metallurgy technology. A decrease in the graphite component in a composite material leads to an increase in the cost of the material, and on the one hand leads to an increase in the stability of properties, but significantly increases the weldability of contacts.

Известна контакт-деталь, способ и инструмент ее изготовления из мелкозернистого плотного графит, полученного высокотемпературной технологией, свойства которого удовлетворяют требованиям, предъявляемым к контактным материалам. Контакт-деталь из композиционного материала в виде тела вращения ограничена боковой поверхностью с образующей, состоящей из прямолинейных и (или) криволинейных отрезков, и двумя параллельными поверхностями оснований, выполнена из мелкозернистого плотного графита с удельным электрическим сопротивлением не более 16,0 мкОм⋅м, прочностью на сжатие не менее 60 МПа, зольностью не более 0,3% и объемной пористостью не более 20%, удельное электрическое сопротивление и прочность на сжатие контролируют в направлении оси тела вращения. Способ изготовления контакт-детали заключающийся в том, что готовят плоскую заготовку из спеченного мелкозернистого графита с определенными свойствами, толщиной, равной высоте контакт-детали, устанавливают заготовку в приспособление и с одной стороны вырезают часть контакт-детали, затем заготовку переустанавливают и вырезают оставшуюся часть контакт-детали с другой стороны, базирование заготовки при переустановке осуществляют по поверхностям ранее вырезанной части контакт-детали. Инструмент для изготовления контакт-детали, состоит как минимум из одного режущего элемента, смещенного относительно оси вращения инструмента, режущие кромки которого при его внедрении в заготовку формообразуют боковую поверхность контакт-детали (Патент RU2420823 по заявке 2009124800 от 30.06.2009 г. МПК Н01Н 1/021).Known contact-piece, method and tool for its manufacture from fine-grained dense graphite obtained by high-temperature technology, the properties of which meet the requirements for contact materials. A contact piece made of a composite material in the form of a body of revolution is bounded by a lateral surface with a generatrix consisting of rectilinear and (or) curved segments, and two parallel surfaces of the bases, made of fine-grained dense graphite with a specific electrical resistance of no more than 16.0 μOhm⋅hm, compressive strength not less than 60 MPa, ash content not more than 0.3% and volumetric porosity not more than 20%, electrical resistivity and compressive strength are controlled in the direction of the axis of the body of revolution. A method of manufacturing a contact piece, which consists in preparing a flat workpiece from sintered fine-grained graphite with certain properties, with a thickness equal to the height of the contact piece, placing the workpiece in the fixture and cutting a part of the contact piece on one side, then reinstalling the workpiece and cutting out the rest contact-parts on the other hand, basing the workpiece when reinstalling is carried out along the surfaces of the previously cut part of the contact-part. The tool for the manufacture of a contact piece, consists of at least one cutting element offset relative to the axis of rotation of the tool, the cutting edges of which, when inserted into the workpiece, form the lateral surface of the contact piece (Patent RU2420823 on application 2009124800 dated 06/30/2009, IPC N01N 1 / 021).

Данное техническое решение позволяет повысить износостойкость контакт детали, исключить возможность сваривания контактов, и точность Изготовления контакт детали. По мере износа контактов, содержание металлических продуктов износа в контактной зоне не увеличивается, что стабилизирует переходное сопротивление между контактами. Использование мелкозернистого плотного графита, меняет всю традиционную технологию изготовления композиционных контакт-деталей, когда каждая контакт-деталь изготавливается методом порошковой металлургии (стр. 191-192. Г.А. Либенсон. Производство порошковых изделий М. Метллургия. 1980.-240). Это связано с тем, технология изготовления мелкозернистого плотного графита значительно отличается от технологии получения контакт деталей получаемых методом порошковой металлургии. Высокая прочность на сжатие мелкозернистого плотного графита позволяет повысить качество закрепления контакт детали в держателе.This technical solution makes it possible to increase the wear resistance of the contact part, exclude the possibility of contact welding, and the accuracy of the manufacture of the contact part. As the contacts wear, the content of metal wear products in the contact area does not increase, which stabilizes the transition resistance between the contacts. The use of fine-grained dense graphite changes the entire traditional technology of manufacturing composite contact parts, when each contact part is manufactured by powder metallurgy (pp. 191-192. GA Libenson. Production of powder products M. Metallurgy. 1980.-240). This is due to the fact that the technology for producing fine-grained dense graphite differs significantly from the technology for producing contact parts obtained by powder metallurgy. The high compressive strength of fine-grained dense graphite improves the quality of fixing the contact part in the holder.

Недостатком данного технического решения является высокое удельное сопротивление контакт детали. Это объясняется отсутствием в основе материла контакт-детали токопроводящих металлов.The disadvantage of this technical solution is the high resistivity of the contact of the part. This is due to the absence of conductive metals in the base material of the contact piece.

Известен способ изготовления электрических контактов на основе графита и металлических добавок, заключающийся в получении заготовок размерной обработкой, где одним из физических или химических методов осаждения металлов вносят в основу металлические добавки, а в случае образования сплошного слоя на поверхности, предназначенной для контактирования с ответным контактом, методом размерной обработки удаляют этот слой (RU 2380781 по заявке 2008139279 от 03.0208 г. МПК Н01Н 1/02).There is a known method of manufacturing electrical contacts based on graphite and metal additives, which consists in obtaining blanks by dimensional processing, where one of the physical or chemical methods of deposition of metals is used to add metal additives to the base, and in the case of the formation of a continuous layer on the surface intended for contact with the reciprocal contact, this layer is removed by sizing (RU 2380781 on application 2008139279 dated 03.0208, IPC H01N 1/02).

Недостатком данного способа является то, что металлические добавки, распределенные в объеме основы дискретно и неравномерно, имеют максимальную концентрацию в поверхностных слоях и уменьшаются от поверхности вглубь основы до нуля, а при образовании сплошного слоя металла на поверхности, предназначенного для контакта с ответной поверхностью другого контакта, необходимо удалять этот слой.The disadvantage of this method is that metal additives, distributed discretely and unevenly in the volume of the base, have a maximum concentration in the surface layers and decrease from the surface deep into the base to zero, and when a continuous metal layer is formed on the surface, intended for contact with the counter surface of another contact , it is necessary to remove this layer.

Известен способ изготовления электрического контакта, заключающийся в том, что первоначально методом размерной механической обработки изготавливают контакт-деталь из мелкозернистого плотного графита, контакт-деталь пропитывают водным раствором нитрата серебра, помещают в контейнер, засыпают древесным углем, проводят восстановительное прокаливание при температуре не выше плавления серебра, при этом перед пропитыванием проводят предварительную дегазацию контакт-детали и раствора нитрата серебра в течение 20-25 мин, контакт-деталь помещают в раствор нитрата серебра, пропитывают по режиму: в вакууме - 7…10 мин, при атмосферном давлении - 1…2 мин, повторяют смену вакуум - атмосфера в течение 30-40 минут, проводят восстановительное прокаливание по режиму: нагрев в течение 75-80 минут до температуры 100°-105°С, выдержка не менее 60 минут, нагрев до 465°-470°С в течение 150-160 минут, выдержка при данной температуре не менее 3 часов, охлаждение до 370°-375°С в течение 30-35 минут, и до 270°-275°С в течение 50-60 минут, и до 170°-175°С в течение 150-160 минут, выгружают контакт-деталь при температуре в печи не более 110°С, проводят пропитку контакт-детали водным раствором нитрата серебра с последующим восстановительным прокаливанием по приведенному режиму 2…3 раза, контролируя привес массы, по достижению привеса массы контакт-детали не менее 7% пропитку контакт-детали водным раствором нитрата серебра с последующим восстановительным прокаливанием прекращают, затем проводится фиксирующий отжиг по режиму: нагрев в течение 150-160 минут до температуры 465°-475°С, выдержка 45-50 минут, нагрев до 870°-875°С в течение 130-135 минут и выдержка не менее 50 минут, охлаждение до 370°С в течение 115-120 минут, до 270°С в течение 50-60 минут, до 170°-175°С в течение 150-160 минут, выгружают контакт-деталь при температуре в печи не более 110°С. Кроме этого, концентрация водного раствора нитрата серебра равна не менее 50%, а предварительную дегазацию контакт-детали и раствора нитрата серебра, пропитку контакт-детали водным раствором нитрата серебра проводят при достижении вакуума ≤-1,0 кгс/см². Для практической реализации заявляемой контакт-детали и способа ее изготовления использовали в качестве материала основы конструкционный графит марки МПГ7, имеющий объемную пористость 18%, удельное электросопротивление 12 мкОм⋅м, прочность на сжатие не менее 60 МПа, зольность не более 0,3% (RU 2451355 по заявке 2011112313 от 31.03.2011 г. МПК Н01Н 1/02, МПК Н01Н 11/06).There is a known method of making an electrical contact, which consists in the fact that initially by the method of dimensional machining, a contact piece is made of fine-grained dense graphite, the contact piece is impregnated with an aqueous solution of silver nitrate, placed in a container, covered with charcoal, reductive calcination is carried out at a temperature not higher than melting silver, while before impregnation, preliminary degassing of the contact piece and silver nitrate solution is carried out for 20-25 minutes, the contact piece is placed in a silver nitrate solution, impregnated according to the following regime: in vacuum - 7 ... 10 minutes, at atmospheric pressure - 1 ... 2 min, repeat the change of vacuum - atmosphere for 30-40 minutes, carry out reductive calcination according to the mode: heating for 75-80 minutes to a temperature of 100 ° -105 ° C, holding for at least 60 minutes, heating to 465 ° -470 ° C for 150-160 minutes, holding at this temperature for at least 3 hours, cooling to 370 ° -375 ° C for 30-35 minutes, and up to 270 ° -27 5 ° С for 50-60 minutes, and up to 170 ° -175 ° С within 150-160 minutes, unload the contact piece at a temperature in the oven not exceeding 110 ° С, impregnate the contact piece with an aqueous solution of silver nitrate, followed by reductive calcination according to the given regime 2 ... 3 times, controlling the weight gain, upon reaching the weight gain of the contact piece of at least 7%, the impregnation of the contact piece with an aqueous solution of silver nitrate followed by reductive calcination is stopped, then fixing annealing is carried out according to the regime: heating for 150 -160 minutes to a temperature of 465 ° -475 ° C, exposure 45-50 minutes, heating to 870 ° -875 ° C for 130-135 minutes and holding for at least 50 minutes, cooling to 370 ° C for 115-120 minutes , up to 270 ° C within 50-60 minutes, up to 170 ° -175 ° C within 150-160 minutes, the contact piece is unloaded at a temperature in the furnace of no more than 110 ° C. In addition, the concentration of the aqueous solution of silver nitrate is at least 50%, and the preliminary degassing of the contact piece and the solution of silver nitrate, the impregnation of the contact piece with an aqueous solution of silver nitrate is carried out when a vacuum of ≤-1.0 kgf / cm ^{2 is} reached. For the practical implementation of the claimed contact piece and the method of its manufacture, structural graphite of the MPG7 grade was used as a base material, having a volumetric porosity of 18%, a specific electrical resistance of 12 μOhm⋅m, a compressive strength of at least 60 MPa, an ash content of no more than 0.3% ( RU 2451355 according to the application 2011112313 of 03/31/2011, IPC Н01Н 1/02, IPC Н01Н 11/06).

Предлагаемый способ насыщения контакт-детали металлическим серебром позволил получить равномерное распределение в порах графитовой основы чистого серебра, при этом заполнение пор металлическими частицами составило не менее 7% по массе. В результате такого заполнения пор произошло контактирование между собой частиц с образованием отдельных цепочек, имеющих хорошую прочность сцепления с внутренней поверхностью пор. Такое распределение металлического серебра привело к снижению удельного электрического сопротивления и, как следствие, к снижению контактного электрического сопротивления. Кроме этого, повысилась механическая прочность контакт-детали.The proposed method of saturation of the contact piece with metallic silver made it possible to obtain a uniform distribution of pure silver in the pores of the graphite base, while the filling of the pores with metal particles was at least 7% by weight. As a result of this filling of the pores, the particles were in contact with each other with the formation of separate chains with good adhesion strength with the inner surface of the pores. This distribution of metallic silver has led to a decrease in electrical resistivity and, as a consequence, to a decrease in contact electrical resistance. In addition, the mechanical strength of the contact piece has increased.

Недостатком данного технического решения является:The disadvantage of this technical solution is:

- при различных нагрузках, как механических, так и электрических, переходное сопротивление, в основном, увеличивается. По мере износа сопротивление растет незначительно, находясь в пределах допуска;- under various loads, both mechanical and electrical, the transition resistance, in general, increases. As wear progresses, the resistance increases slightly, being within the tolerance;

- при длительном хранении не работающих реле переходное сопротивление контактов реле с графито-серебряными контактами увеличивается;- during long-term storage of non-working relays, the contact resistance of the relay contacts with graphite-silver contacts increases;

- при работе реле, без электрических нагрузок, переходное контактное сопротивление контактов увеличивается и может превышать допустимые значения.- when the relay is operating, without electrical loads, the contact resistance of the contacts increases and may exceed the permissible values.

Данные недостатки были исследованы в работе («Контакты в реле железнодорожной автоматики» авторов Н.И. Пивоварчик, B.C. Фадеев, Интернет ресурс http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63587) проведены исследования переходного сопротивления контактов реле с графито-серебряными контактами. Исследования переходного контактного сопротивления проводились на работающих реле, имеющих различные электрические и механические нагрузки, а также на работающих реле без электрических нагрузок (холостой прогон), кроме этого исследовалось переходное сопротивление на контактах реле, находящихся на хранении (не работающих).These shortcomings were investigated in the work ("Contacts in the relay of railway automatics" authors N.I. Pivovarchik, BC Fadeev, Internet resource http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63587) studies of the transient resistance of relay contacts with graphite-silver contacts. Investigations of the transient contact resistance were carried out on working relays having various electrical and mechanical loads, as well as on working relays without electrical loads (idle run), in addition, the transition resistance on the relay contacts that are in storage (not working) was investigated.

Основной причиной нестабильного электрического контактного сопротивления, при длительном хранении и работе реле при отсутствии электрических нагрузок является образование окисных пленок на поверхности контакта с участием различных веществ, находящихся в атмосфере и плохо проводящих электрический ток.The main reason for the unstable electrical contact resistance during long-term storage and operation of the relay in the absence of electrical loads is the formation of oxide films on the contact surface with the participation of various substances in the atmosphere and poorly conducting electric current.

Решение проблемы по стабилизации и снижению электрического контактного сопротивления контактов реле путем увеличения контактного нажатия (давления), и увеличения длины пути скольжения контактов неприемлемо, такое решение ведет к изменению ЭТТ, и конструктивному изменению реле, что недопустимо.The solution to the problem of stabilizing and reducing the electrical contact resistance of the relay contacts by increasing the contact pressure (pressure), and increasing the length of the sliding path of the contacts is unacceptable, such a solution leads to a change in the ETT, and a constructive change in the relay, which is unacceptable.

Исходя из требований ЭТТ, контакты в процессе работы должны самоочищаться, что и происходит при работе реле под нагрузкой. При замыкании и размыкании контактов, при образовании электрической дуги, происходит эрозия графитовых контактов. Относительное перемещение контактов приводит к появлению новых окисленных поверхностей, с более высоким контактным электрическим сопротивлением. Это отражают полученные результаты, незначительный рост контактного электрического сопротивления.Based on the requirements of the ETT, the contacts must self-clean during operation, which happens when the relay operates under load. When the contacts are closed and opened, with the formation of an electric arc, erosion of the graphite contacts occurs. The relative movement of the contacts leads to the appearance of new oxidized surfaces, with a higher contact electrical resistance. This reflects the results obtained, a slight increase in contact electrical resistance.

Известно техническое решение, направленное на устранение указанных недостатков. Электрические контакты на основе графита, состоят из основы и адсорбированного граничного слоя поверхностно-активного вещества, при этом адсорбированный граничный слой состоит из анионов ди-(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты марки КД-6. Кроме этого граничный слой получен из спиртового раствора ди-(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты марки КД-6, граничный слой получен из водного раствора ди-(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты марки КД-6. (RU 170476 по заявке 2016103009 от 21.01.2016 г., МПК Н01Н 1/00).Known technical solution aimed at eliminating these disadvantages. Electrical contacts based on graphite, consist of a base and an adsorbed boundary layer of a surfactant, while the adsorbed boundary layer consists of anions of di- (alkylpolyethylene glycol) phosphoric acid ester grade KD-6. In addition, the boundary layer was obtained from an alcohol solution of di- (alkylpolyethylene glycol) ester of phosphoric acid, grade KD-6, the boundary layer was obtained from an aqueous solution of di- (alkylpolyethylene glycol) ester of phosphoric acid grade KD-6. (RU 170476 by application 2016103009 dated 21.01.2016, IPC N01N 1/00).

В данном техническом решении предлагается на поверхности электрического контакта формировать граничный слой из анионов ди-(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты марки КД-6 поверхностно-активного вещества (ПАВ) оксифоса, структурная формула [RO(CH₂CH₂O)_n] 2Р, где R - алкильная группа, содержащая 8-10 атомов углерода; n в среднем равно 6. Для формирования ионных слоев ПАВ используют водные и спиртовые растворы. При растворении в воде ПАВ происходит диссоциация молекул на ионы, имеющие гидрофобные остатки (хвосты). При смачивании поверхности контакта раствором ПАВ происходит прилипание гидрофобных остатков к неровностям контактной поверхности, образуя защитный электрически нейтральный слой. В дальнейшем, при испарении воды, образуются слои ионов с направлением гидрофобного остатка молекул наружу, в результате образуется гидрофобизированная электрически нейтральная поверхность.In this technical solution, it is proposed to form a boundary layer on the surface of the electrical contact from the anions of di- (alkylpolyethylene glycol) phosphoric acid ester of the KD-6 brand of the surfactant (surfactant) oxyphos, structural formula [RO (CH ₂ CH ₂ O) _n ] 2P, where R is an alkyl group containing 8-10 carbon atoms; n is on average 6. To form ionic surfactant layers, aqueous and alcohol solutions are used. When a surfactant dissolves in water, the molecules dissociate into ions with hydrophobic residues (tails). When the contact surface is wetted with a surfactant solution, hydrophobic residues adhere to the irregularities of the contact surface, forming a protective electrically neutral layer. Subsequently, upon evaporation of water, layers of ions are formed with the direction of the hydrophobic residue of the molecules outward, as a result of which a hydrophobized electrically neutral surface is formed.

При формировании граничного ионного слоя ПАВ, происходит покрытие всех неровностей поверхности контакта, включая внутренние стенки пор. Граничный слой формируется на отдельных микрочастицах графита и на капельках конденсированных газообразных веществ, находящиеся на поверхности. Поскольку ионы ПАВ притягиваются головной частью к поверхности контакта и частицам, находящимся на поверхности, поверхность контакта становится электрически нейтральной. Кроме этого происходит обезжиривание поверхности, и дальнейшая адсорбция поверхностью контакта микроскопических капель из газообразных веществ, находящихся в атмосфере, не происходит. На работающих реле, при отсутствии электрической нагрузки на графитовых контактах, имеющих граничный анионный слой ПАВ, процесс образования окисной пленки уменьшится. Наличие механического действия на контакты приводит к микроскопическим разрушениям графитовых материалов, которые остаются в зоне контакта, из которых в дальнейшем происходит образование диэлектрических пленок. При многократном проскальзывании металлического контакта по поверхности графита формируются диэлектрические пленки в виде островков. Приведенные авторами исследования графитовых контактов, имеющих граничный слой из анионов ПАВ, показали, что количество пленок значительно уменьшается, образование островков практически отсутствует, а сформировавшиеся островки по площади имеют малый размер (менее 5 мкм²). Такая контактная поверхность обладает стабильным контактным сопротивлением. При включении тока электрическое поле поворачивает базовые поверхности графита, стремясь увеличить электрическую проводимость. Для ориентации перпендикулярно плоскостей графита, не требуется увеличивать силу тока, достаточно значений тока в пределах нормативного значения. Такой механизм работы контактов реле, имеющего граничный анионный слоя ПАВ на поверхности, согласуется с уменьшением количества и размеров базовых поверхностей графита, ориентированных в плоскости движения контактов, и проведенными исследованиями по определению переходного контактного сопротивления.When the boundary ionic layer of the surfactant is formed, all irregularities of the contact surface are covered, including the inner walls of the pores. The boundary layer is formed on individual microparticles of graphite and on droplets of condensed gaseous substances on the surface. Since surfactant ions are attracted by the head part to the contact surface and to particles on the surface, the contact surface becomes electrically neutral. In addition, the surface is degreased, and further adsorption by the contact surface of microscopic droplets from gaseous substances in the atmosphere does not occur. On working relays, in the absence of an electrical load on the graphite contacts having an anionic surfactant boundary layer, the formation of an oxide film will decrease. The presence of a mechanical action on the contacts leads to microscopic destruction of graphite materials, which remain in the contact zone, from which dielectric films are subsequently formed. With repeated sliding of the metal contact over the graphite surface, dielectric films are formed in the form of islands. The authors' studies of graphite contacts having a boundary layer of surfactant anions have shown that the number of films is significantly reduced, the formation of islands is practically absent, and the formed islands are small in area (less than 5 μm ² ). This contact surface has a stable contact resistance. When the current is switched on, the electric field rotates the base surfaces of the graphite, seeking to increase the electrical conductivity. For orientation perpendicular to the graphite planes, it is not required to increase the current strength, the current values within the standard value are sufficient. Such a mechanism of operation of the contacts of a relay having a boundary anionic surfactant layer on the surface is consistent with a decrease in the number and size of the base surfaces of graphite, oriented in the plane of contact movement, and with studies carried out to determine the transient contact resistance.

Недостатком данного технического решения является отсутствие в основе токопроводящих материалов с высокой электропроводностью.The disadvantage of this technical solution is the lack of conductive materials with high electrical conductivity in the base.

Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности работы электромагнитных реле первого класса надежности типов НМ, НМШ и РЭЛ.The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability of the operation of electromagnetic relays of the first class of reliability of the types NM, NMSh and REL.

В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении механической прочности и износостойкости контактов, в стабилизации контактного сопротивления на контактах реле, из пористого мелкозернистого графита, поры которого наполнены металлами, как в работающих контактах реле, так и контактах реле периодически работающих без электрической нагрузки, а также реле находящихся на хранении.In the process of solving the problem, a technical result is achieved, which consists in increasing the mechanical strength and wear resistance of the contacts, in stabilizing the contact resistance on the relay contacts, made of porous fine-grained graphite, the pores of which are filled with metals, both in the working relay contacts and in the relay contacts periodically operating without electrical loads, as well as stored relays.

Технический результат достигается контакт-деталь низковольтного электромагнитного реле, состоящей из основы в виде тела вращения, ограниченного боковой поверхностью и двумя параллельными поверхностями оснований, из пористого мелкозернистого графита, объемной пористостью не более 20%, наполненных серебром, массовая доля которого составляет 6-9% и адсорбированного граничного слоя поверхностно-активного вещества, из анионов ди-(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты. Кроме этого граничный слой получен из спиртового раствора ди-(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты, граничный слой получен из водного раствора ди-(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты, основа имеет удельное электрическое сопротивление не более 16,0 мкОм-м, прочность на сжатие не менее 60 Мпа, удельное электросопротивление и прочность на сжатие контролируют в направлении оси тела вращения контакт-детали, графит имеет зольность не более 0,3% масс, боковая поверхность контакт детали образована вращающимся режущим инструментом.The technical result is achieved by a contact-piece of a low-voltage electromagnetic relay, consisting of a base in the form of a body of revolution bounded by a lateral surface and two parallel surfaces of the bases, made of porous fine-grained graphite with a volumetric porosity of not more than 20%, filled with silver, the mass fraction of which is 6-9% and an adsorbed surfactant boundary layer of phosphoric acid di (alkylpolyethylene glycol) ester anions. In addition, the boundary layer is obtained from an alcohol solution of di- (alkylpolyethylene glycol) ether of phosphoric acid, the boundary layer is obtained from an aqueous solution of di- (alkylpolyethylene glycol) ether of phosphoric acid, the base has a specific electrical resistance of not more than 16.0 μOhm-m, compressive strength is not less than 60 MPa, electrical resistivity and compressive strength are controlled in the direction of the axis of the body of rotation of the contact piece, graphite has an ash content of not more than 0.3% by weight, the side surface of the contact piece is formed by a rotating cutting tool.

Авторами предлагаемого технического решения установлено, что наполнение пор основы металлами с высокой электропроводностью, оказывает влияние на стабильность контактного электрического сопротивления, механическую прочность материала основы. Наполнение пор может быть выполнено различными металлами (серебро, медь и другие) и различными технологическими способами. Уровень заполнение пор в основе, распределение материала наполнителя в объемах основы, какой материал должен находиться в порах и способ наполнения пор определяются в зависимости от условий и режимов работы реле. В данном случае, для устройств железнодорожной автоматики, обеспечивающих безопасность движения подвижного состава, использующих реле первого класса, наполнение пор должно проводиться чистым серебром в количестве 6-9% масс, находящегося в порах графитовой основы, в виде отдельных вкраплений, имеющих хорошую прочность сцепления с внутренней поверхностью пор, контактирующих между собой с образованием отдельных цепочек. Такое наполнение пор чистым серебром способствует повышению механической прочности и износостойкости контактов, и стабилизации контактного электрического сопротивления на контактах реле.The authors of the proposed technical solution have established that filling the pores of the base with metals with high electrical conductivity affects the stability of the contact electrical resistance, the mechanical strength of the base material. Pores can be filled with various metals (silver, copper and others) and various technological methods. The level of filling the pores in the base, the distribution of the filler material in the volumes of the base, what material should be in the pores and the method of filling the pores are determined depending on the conditions and operating modes of the relay. In this case, for railway automation devices that ensure the safety of rolling stock using relays of the first class, the pores should be filled with pure silver in the amount of 6-9% of the mass in the pores of the graphite base, in the form of individual inclusions with good adhesion strength the inner surface of the pores in contact with each other to form separate chains. This filling of the pores with pure silver contributes to an increase in the mechanical strength and wear resistance of the contacts, and the stabilization of the contact electrical resistance at the relay contacts.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена контакт-деталь низковольтного электромагнитного реле. Контакт-деталь состоит из основы 1 выполненой в виде тела вращения, ограниченного боковой поверхностью и двумя параллельными поверхностями оснований и адсорбированного граничного слоя 2 поверхностно-активного вещества.The essence of the utility model is illustrated by a drawing, where FIG. 1 shows a contact piece of a low-voltage electromagnetic relay. The contact piece consists of a base 1 made in the form of a body of revolution bounded by a lateral surface and two parallel surfaces of the bases and an adsorbed boundary layer 2 of a surfactant.

Для практической реализации заявляемой контакт-детали низковольтного электромагнитного реле, в качестве материала основы используется конструкционный графит марки МПГ7, имеющий объемную пористость 18%, удельное электросопротивление 12 мк⋅Омм, прочность на сжатие не менее 60 МПа, зольность не более 0,3%. Наполнение пор основы металлическим серебром проводили вакумированием контакт-деталей в 50% раствора нитрата серебра, последующей промывкой в дистиллированной воде, просушиванием, и восстановительным прокаливанием в атмосфере углерода до получения привеса массы контакт-детали 7 мас. %, с частицами серебра образующих в порах отдельных металлические цепочки. Полученные контакт-детали имели пониженное удельного электрического сопротивления и повышенную механическую прочность. Далее на поверхности электрического контакта из водного раствора (возможно формирование из спиртового раствора) формировали граничный слой из анионов ди-(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты марки КД-6 поверхностно-активного вещества (ПАВ) оксифоса. При смачивании поверхности контакта раствором ПАВ происходит прилипание гидрофобных остатков к неровностям контактной поверхности, образуя защитный электрически нейтральный слой. В дальнейшем, при испарении воды, образовывались слои ионов с направлением гидрофобного остатка молекул наружу, образуя гидрофобизированную электрически нейтральную поверхность. При формировании граничного ионного слоя ПАВ, происходит покрытие всех неровностей поверхности контакта, включая внутренние стенки пор. Также происходит обезжиривание поверхности, и дальнейшая адсорбция поверхностью контакта микроскопических капель из газообразных веществ, находящихся в атмосфере, не происходит.For the practical implementation of the inventive contact detail of a low-voltage electromagnetic relay, structural graphite of the MPG7 grade is used as the base material, having a volumetric porosity of 18%, electrical resistivity of 12 μOmm, compressive strength of at least 60 MPa, ash content of no more than 0.3%. The filling of the pores of the base with metallic silver was carried out by evacuating the contact parts in a 50% solution of silver nitrate, followed by washing in distilled water, drying, and reducing calcination in a carbon atmosphere until the weight gain of the contact part was 7 wt. %, with silver particles forming individual metal chains in the pores. The resulting contact parts had a reduced electrical resistivity and increased mechanical strength. Then, on the surface of the electrical contact from an aqueous solution (possibly forming from an alcohol solution), a boundary layer was formed from the anions of di- (alkylpolyethylene glycol) phosphoric acid ester of the KD-6 grade of the surfactant (surfactant) oxyphos. When the contact surface is wetted with a surfactant solution, hydrophobic residues adhere to the irregularities of the contact surface, forming a protective electrically neutral layer. Later, upon evaporation of water, layers of ions were formed with the direction of the hydrophobic residue of the molecules outward, forming a hydrophobized electrically neutral surface. When the boundary ionic layer of the surfactant is formed, all irregularities of the contact surface are covered, including the inner walls of the pores. Also, the surface is degreased, and further adsorption by the contact surface of microscopic droplets from gaseous substances in the atmosphere does not occur.

Таким образом, предлагаемая контакт-деталь низковольтного электромагнитного реле имеет не высокую трудоемкость изготовления, повышенную механическую прочность и коммутационную стойкость, повышенную стабильность переходного электрического сопротивления в процессе коммутаций, как в работающих контактах реле, так и контактах реле периодически работающих без электрической нагрузки, а также реле находящихся на хранении.Thus, the proposed contact-piece of a low-voltage electromagnetic relay has a low manufacturing complexity, increased mechanical strength and switching resistance, increased stability of the transient electrical resistance during switching, both in the working relay contacts and in the relay contacts periodically operating without electrical load, as well as stored relays.

Claims

1. Contact-piece of a low-voltage electromagnetic relay, characterized by the fact that it consists of a base in the form of a body of revolution, bounded by a lateral surface and two parallel surfaces of the bases, of porous fine-grained graphite, with a volume porosity of not more than 20%, filled with silver, the mass fraction of which is 6 -9% and adsorbed boundary layer of surfactant from anions of di- (alkylpolyethylene glycol) ester of phosphoric acid.

2. The contact piece according to claim 1, characterized in that the boundary layer is obtained from an alcoholic solution of di- (alkylpolyethylene glycol) ether of phosphoric acid.

3. Contact piece according to claim 1, characterized in that the boundary layer is obtained from an aqueous solution of di- (alkylpolyethylene glycol) ether of phosphoric acid.

4. Contact piece according to claim 1, characterized in that the base has a specific electrical resistance of not more than 16.0 μOhmm, and a compressive strength of not less than 60 MPa.

5. The contact piece according to claim. 1, characterized in that the electrical resistivity and compressive strength are controlled in the direction of the axis of the body of rotation of the contact piece.

6. Contact piece according to claim. 1, characterized in that the graphite has an ash content of not more than 0.3 wt.%.

7. The contact piece according to claim 1, characterized in that the lateral surface of the contact piece is formed by a rotating cutting tool.