Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2009, № [б.н] (отд.)

МОСКВА
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ГОРНАЯ КНИГА»
2009

БЮЛЛЕТЕНЯ
АНАЛИТИЧЕСКОГО

ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННОГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО
ОТДЕЛЬНЫЙ ВЫПУСК
ОТДЕЛЬНЫЙ ВЫПУСК

3

МЕТОДИКА РАСЧЕТА
И ИССЛЕДОВАНИЕ
ТЕМПЕРАТУРНЫХ
РЕЖИМОВ
ТОКОСЪЕМНЫХ
УСТРОЙСТВ

МЕТОДИКА РАСЧЕТА
И ИССЛЕДОВАНИЕ
ТЕМПЕРАТУРНЫХ
РЕЖИМОВ
ТОКОСЪЕМНЫХ
УСТРОЙСТВ

Л.Д. Певзнер
В.Г. Костиков
Р.В. Костиков
И.А. Камолов

Л.Д. Певзнер
В.Г. Костиков
Р.В. Костиков
И.А. Камолов

УДК 
ББК 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

 

 

 
 
П 23 

0000 
0000 
П 23 
 
 
 
 
 
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для 
взрослых» СанПиН 1.2.1253—03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124—94). Санитарноэпидемиологическое заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты 
прав потребителей и благополучия человека № 77.99.60.953.Д.012634.11.08 
 
 
 
 
 
 
 
Певзнер Л.Д., Костиков В.Г., Костиков Р.В., Камолов И.А. 
Методика расчета и исследование температурных режимов 
токосъемных устройств. — М.: Издательство «Горная книга», 
2009. — 54 с. 

ISSN 0236-1493 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
УДК 0000 
ББК 0000 
 

©  Л.Д. Певзнер, В.Г. Костиков,  
Р.В. Костиков, И.А. Камолов, 2009 
©  Издательство «Горная книга», 2009 
©  Издательство МГГУ, 2009 

ISSN 0236-1493 

©  Дизайн книги. Издательство 
МГГУ, 2009 

 
 

4 

ВВЕДЕНИЕ 
 

 

Для осуществления электрической связи между вращающимся и неподвижным блоками, обычно, применяют контактные пары, состоящие из вращающихся колец и неподвижных 
контактов. Разнообразие применяемых конструкций объясняется различными значениями токов и напряжений, а также 
требованиями к стабильности переходного сопротивления в 
цепях контактных пар. 

Распространенной является конструкция, аналогичная 
конструкции токосъема асинхронного двигателя с фазным 
ротором, которая содержит кольца и подпружиненные щетки, закрепленные в щеткодержателях. Контактное нажатие 
регулируется винтом с последующей фиксацией. Кольца 
выполняются из латуни или бронзы, щетки выполняются 
электрографитированными. Такая контактная пара применяется для токов более нескольких ампер, так как при малых 
токах значительно увеличивается переходное сопротивление 
и его нестабильность. Например, при токе 420 мА сопротивление находится в пределах 2,5—4,75 Ом. Уменьшение тока 
до 40 мА приводит к увеличению сопротивления до 11,2—
44,5 Ом. На рис. 1 приведена зависимость переходного сопротивления от тока в цепи, содержащей латунное кольцо и 
электрографитированную щетку. 

Высокие удельное и переходное сопротивления графитосодержащих материалов приводят к большой рабочей поверхности контакта и, следовательно, к большой высоте кольца, что 
неприемлемо в объеме антенной колонки. При жестких требованиях к высоте токосъемного узла применяется контактная 

Рис. 1. Зависимость переходного сопротивления от тока 
 

пара, содержащая плоское вращающееся кольцо. Неподвижный контакт, в этом случае, выполняется также в виде плоского кольца, имеющего прорези по внутреннему диаметру. При 
этом лепестки, разделенные прорезями, отогнуты в сторону 
вращающегося кольца. Кольцо и контакт выполняются из 
бронзы. 

При сближении кольца и контакта на определенное расстояние, упругая деформация лепестков, определяет контактное нажатие. Твердость материала кольца выбирается больше 
твердости материала контакта. Для уменьшения коэффициента 
трения, в некоторых конструкциях, контактную поверхность 
покрывают токопроводящей смазкой. К недостаткам этой конструкции следует отнести большой разброс контактного нажатия, определяемого точностью изготовления деталей и тщательностью сборки. 

Если контактное нажатие превышает определенный 
предел, то начинается усиленный (катастрофический) износ 
контакта. Подобное явление в данной конструкции недопус

тимо, так как замена контакта возможна лишь в заводских 
условиях. Поэтому рассматриваемая контактная пара применяется в цепях с небольшими номинальными токами до 1 
А. Необходимо также отметить, что совмещение функций 
упругого элемента и контакта в одной детали — нельзя считать оптимальным решением, так как не всегда удается совместить хорошие упругие и контактные свойства в одном 
контактном сплаве. Обследование таких деталей, показало 
наличие остаточных деформаций и выявило непостоянство 
контактного усилия, особенно после температурных испытаний. Имеется модификация этой конструкции: неподвижный контакт выполнен в виде сектора рассмотренного выше 
неподвижного кольца. 

Известен вариант конструкции коммутатора с роликовым контактом. Износ контакта, в этом случае, сведен до 
минимума, однако, имеющаяся в окружающей среде пыль, 
попадая на контактную поверхность, в процессе работы заполняет углубления между микровыступами под действием 
усилия со стороны ролика. Таким образом, на контактной 
поверхности образуется дорожка из плохо проводящей пыли, что делает электрический контакт нестабильным, особенно при передаче сигналов низкого уровня. Для устранения этого явления, контактную пару помещают в жидкую 
среду, что существенно усложняет конструкцию и приемлемо в исключительных случаях. 

 

 

 

7 

ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА  
КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛОВ  
КОНТАКТНЫХ ПАР 
 

 

Выбор конструкции и материалов контактных пар, произведен на основании технических требований, предъявляемых к 
электрическим цепям. Устройство должно обеспечивать передачу электроэнергии по цепям, которые имеют следующие параметры: 
а) номинальное напряжение 220 В переменного тока 15 А 
частоты 400 Гц; 
б) номинальное напряжение 27 В постоянного тока 15 А; 
в) номинальное напряжение 27 В постоянного тока 0,5 А; 
г) номинальное напряжение от 3 мВ до 250 В постоянного 
и переменного токов от 1,5 мкА до 20 мА; 
д) видеоимпульсы. 
Сопротивление каждой контактной пары при номинальном токе в цепях, (указанных в п. п. а, б, в) не должно 
превышать 0,1 Ом. Нестабильность сопротивления контактных пар у всех контуров, должна быть минимально 
возможной. Токосъемный узел должен обеспечить нормальную работу при непрерывном вращении его в одну 
сторону, со скоростью 30 об/мин в течение 12 часов. Общий ресурс работы должен быть не менее 2·106 оборотов, 
при вращении узла в одну сторону. 
Для передачи сигналов низкого уровня и трансляции видеоимпульсов, принята конструкция контакта, показанная на 
рис. 2. 

Рис. 2. Конструктивное исполнение неподвижного контакта 
 
Эта конструкция имеет преимущества (по сравнению с 
другими) с точки зрения сборки, регулировки и замены контакта. Для изготовления контактов могут быть использованы 
следующие материалы: серебро Ср99; никель НП4; сплав 
ПлИ-25; металлокерамические композиции ПдСр-70; АВС-50; 
АВС-70. Для изготовления колец могут быть использованы: 
аргадур СрНМ-2-20; монель НМЖЦ-28-2,5-1,5; нержавеющие 
стали 4Х13 и 38ХМЮА; металлокерамические композиции 
ПдНСр-70, АВС-50, АВС-70; гальваническое покрытие родием; гальваническое покрытие палладием в фосфатном электролите. Проведенные исследования показали, что условиям 
эксплуатации мобильной техники удовлетворяют лишь шесть 
контактных пар, приведенных в табл. 1. 
Технико-экономический анализ этих пар показал следующее: 
Контактные пары 5 и 6 удовлетворительно работают лишь 
при наличии смазки. Однако продукты износа трущихся поверхностей задерживаются смазкой на поверхности трения; их 
абразивная структура приводит к повышенному износу трущихся поверхностей, загустеванию смазки и нестабильности 
переходного сопротивления вплоть до нарушения контакта, поэтому требуется частое обновление смазки (через каждые  

Таблица 1 
 
№№  
п/п 
Материал кольца или 
ламельного поля 
Материал 
контакта 
Примечание 

1 
Гальванический  
палладий 
ПдСр-70 

2 
Гальванический  
родий 
ПдСр-70 

3 
ПдНСр-70 
ПдСр-70 

4 
АВС-50 
АВС-70 

Без обслуживания 

5 
СрНМ-2-20 
Ср 99 

6 
НМЖЦ-28-2,5—1,5 
НП4 
Смазка медицинским вазелином 

 
5—6 дней), что неприемлемо в условиях эксплуатации. Контактные пары 3 и 4 требуют сложного технологического процесса изготовления колец и большого расхода дорогостоящей 
металлокерамики. 
Экономически целесообразнее применение колец из недорогого проводникового материала (например, латуни), покрытого благородным металлом (например, родием или палладием). Гальванический родий предпочтительнее палладия, так 
как имеет значительно большую твердость, но палладий значительно дешевле родия. 
На основании проведенного анализа выбрана контактная 
пара «гальванический палладий — металлокерамика ПдСр70». 
 
 
 

ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ МЕЖДУ  
НЕПОДВИЖНОЙ И ВРАЩАЮЩЕЙСЯ  
ЧАСТЯМИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 
 
Для передачи сигналов управления с неподвижной части 
системы на вращающуюся и в обратном направлении, применяют токосъемные устройства (контактные узлы), которые со