гигантские технологии|новинка в отрасли|8 янв. 2025 г.
1. Обзор проводящих контактных колец
1.1 Определение
Проводящие контактные кольца, также известные как коллекторные кольца, вращающиеся электрические интерфейсы, контактные кольца, коллекторные кольца и т. д., являются ключевыми электромеханическими компонентами, которые реализуют передачу электрической энергии и сигналов между двумя относительно вращающимися механизмами. Во многих областях, когда оборудование вращается и необходимо поддерживать стабильную передачу энергии и сигналов, токопроводящие контактные кольца становятся незаменимым компонентом. Он устраняет ограничения традиционных проводных соединений в сценариях вращения, позволяя оборудованию вращаться на 360 градусов без ограничений, избегая таких проблем, как запутывание и перекручивание проводов. Он широко используется в аэрокосмической отрасли, промышленной автоматизации, медицинском оборудовании, ветроэнергетике, мониторинге безопасности, робототехнике и других отраслях, обеспечивая надежную гарантию для различных сложных электромеханических систем для достижения многофункционального, высокоточного и непрерывного вращательного движения. Его можно назвать «нервным центром» современного интеллектуального оборудования высокого класса.
1.2 Принцип работы
Основной принцип работы токопроводящего контактного кольца основан на технологии передачи тока и вращающегося соединения. В основном он состоит из двух частей: проводящих щеток и контактных колец. Токосъемная часть установлена на вращающемся валу и вращается вместе с валом, тогда как токопроводящая щетка закреплена в неподвижной части и находится в тесном контакте с токосъемником. Когда ток или сигнал необходимо передать между вращающимися и неподвижными частями, стабильное электрическое соединение формируется посредством скользящего контакта между проводящей щеткой и контактным кольцом для создания токовой петли. По мере вращения оборудования контактное кольцо продолжает вращаться, а точка контакта между токопроводящей щеткой и контактным кольцом продолжает меняться. Однако благодаря упругому давлению щетки и разумной конструктивной конструкции они всегда поддерживают хороший контакт, гарантируя, что электроэнергия, сигналы управления, сигналы данных и т. д. могут передаваться непрерывно и стабильно, тем самым обеспечивая бесперебойное электропитание и передачу информации. взаимодействие вращающегося тела при движении.
1.3 Структурный состав
Структура токопроводящего контактного кольца в основном охватывает ключевые компоненты, такие как контактные кольца, проводящие щетки, статоры и роторы. Контактные кольца обычно изготавливаются из материалов с отличными проводящими свойствами, таких как сплавы драгоценных металлов, такие как медь, серебро и золото, которые не только обеспечивают низкое сопротивление и высокую эффективность передачи тока, но также обладают хорошей износостойкостью и коррозионной стойкостью. с длительным трением вращения и сложными рабочими условиями. Проводящие щетки в основном изготавливаются из сплавов драгоценных металлов или графита и других материалов с хорошей проводимостью и самосмазкой. Они имеют особую форму (например, тип «II») и имеют двойной контакт симметрично с кольцевой канавкой контактного кольца. С помощью упругого давления щетки они плотно прилегают к контактному кольцу, обеспечивая точную передачу сигналов и токов. Статор — это неподвижная часть, которая соединяет фиксированную структурную энергию оборудования и обеспечивает стабильную опору проводящей щетки; ротор – это вращающаяся часть, которая соединена с вращающейся конструкцией оборудования и вращается синхронно с ней, приводя во вращение контактное кольцо. Кроме того, в него также входят вспомогательные компоненты, такие как изоляционные материалы, клеевые материалы, комбинированные кронштейны, прецизионные подшипники и пылезащитные чехлы. Изоляционные материалы используются для изоляции различных токопроводящих путей во избежание коротких замыканий; клеевые материалы обеспечивают стабильное соединение компонентов; комбинированные кронштейны несут в себе различные компоненты, обеспечивающие общую прочность конструкции; прецизионные подшипники уменьшают сопротивление трению при вращении и повышают точность и плавность вращения; Пылезащитные чехлы блокируют попадание пыли, влаги и других примесей и защищают внутренние прецизионные компоненты. Каждая деталь дополняет друг друга, обеспечивая стабильную и надежную работу токопроводящего контактного кольца.
2. Преимущества и характеристики токопроводящих контактных колец.
2.1 Надежность передачи энергии
В условиях непрерывного вращения оборудования токопроводящее контактное кольцо демонстрирует превосходную стабильность передачи мощности. По сравнению с традиционным методом подключения проводов, когда части оборудования вращаются, обычные провода очень легко запутаться и перегнуться, что приведет к повреждению линии и обрыву цепи, прерыванию передачи энергии и серьезно влияющему на работу оборудования. Проводящее контактное кольцо создает надежный путь тока благодаря точному скользящему контакту между щеткой и контактным кольцом, что может обеспечить непрерывную и стабильную подачу тока независимо от того, как вращается оборудование. Например, в ветряной турбине лопасти вращаются с большой скоростью вместе с ветром, причем скорость может достигать более десяти оборотов в минуту и даже выше. Генератору необходимо непрерывно преобразовывать энергию ветра в электрическую энергию и передавать ее в электросеть. Установленное в кабине токопроводящее контактное кольцо имеет стабильную пропускную способность, что обеспечивает плавную передачу электрической энергии от вращающегося конца ротора генератора к неподвижному статору и внешней электросети при длительном и непрерывном вращении лопастей. , избегая перебоев в выработке электроэнергии, вызванных проблемами с линиями, значительно повышая надежность и эффективность ветроэнергетической системы, а также закладывая основу для непрерывной подачи чистой энергии.
2.2 Компактный дизайн и удобная установка
Проводящее контактное кольцо имеет сложную и компактную конструкцию и имеет значительные преимущества в использовании пространства. По мере развития современного оборудования в направлении миниатюризации и интеграции внутреннее пространство становится все более ценным. Традиционные сложные проводные соединения занимают много места и могут также вызвать проблемы с помехами в линии. Проводящие контактные кольца объединяют несколько проводящих путей в компактную конструкцию, эффективно уменьшая сложность внутренней проводки оборудования. Возьмем, к примеру, умные камеры. Им необходимо вращаться на 360 градусов для захвата изображений и одновременной передачи видеосигналов, сигналов управления и питания. Если используется обычная проводка, линии путаются и легко блокируются на вращающихся соединениях. Встроенные микропроводящие контактные кольца, диаметр которых обычно составляет всего несколько сантиметров, могут обеспечить многоканальную передачу сигнала. Когда камера гибко вращается, линии становятся регулярными и их легко установить. Его можно легко интегрировать в узкий корпус камеры, что не только отвечает функциональным требованиям, но и делает общее устройство простым на вид и компактным по размерам. Его легко установить и развернуть в различных сценариях мониторинга, например, в качестве PTZ-камер для мониторинга безопасности и панорамных камер для умных домов. Аналогичным образом, в области дронов для реализации таких функций, как регулировка ориентации полета, передача изображения и источник питания управления полетом, компактные проводящие контактные кольца позволяют дронам обеспечивать множественную передачу сигналов и энергии в ограниченном пространстве, уменьшая вес и одновременно обеспечивая летные характеристики, а также улучшение портативности и функциональной интеграции оборудования.
2.3 Износостойкость, коррозионная стойкость и стабильность при высоких температурах.
Проводящие контактные кольца, работающие в сложных и суровых условиях, обладают превосходной устойчивостью к работе благодаря специальным материалам и изысканному мастерству изготовления. Что касается выбора материала, контактные кольца в основном изготавливаются из износостойких и коррозионностойких сплавов драгоценных металлов, таких как золото, серебро, платиновые сплавы или специально обработанные медные сплавы. Щетки изготовлены из материалов на основе графита или щеток из драгоценных металлов с хорошей самосмазкой для снижения коэффициента трения и уменьшения износа. На уровне производственного процесса используется прецизионная механическая обработка, обеспечивающая плотную посадку и равномерный контакт щеток и контактных колец, а поверхность обрабатывается специальными покрытиями или гальваническим покрытием для повышения защитных характеристик. Если взять в качестве примера ветроэнергетику, то морские ветряные турбины в течение длительного времени находятся в морской среде с высокой влажностью и соленым туманом. Большое количество соли и влаги в воздухе чрезвычайно агрессивны. В то же время температура в ступице вентилятора и кабине сильно колеблется в процессе работы, а вращающиеся части находятся в постоянном трении. В таких суровых условиях работы токопроводящее контактное кольцо может эффективно противостоять коррозии и поддерживать стабильные электрические характеристики благодаря высококачественным материалам и защитным технологиям, обеспечивая стабильную и надежную передачу мощности и сигналов вентилятора в течение его многолетнего рабочего цикла, что значительно снижает частота технического обслуживания и снижение эксплуатационных расходов. Другим примером является периферийное оборудование плавильной печи в металлургической промышленности, наполненное высокой температурой, пылью и сильными кислотными и щелочными газами. Высокая термостойкость и коррозионная стойкость проводящего контактного кольца позволяют ему стабильно работать во вращающихся устройствах распределения материала, измерения температуры и управления высокотемпературной печи, обеспечивая плавный и непрерывный производственный процесс, улучшая общий срок службы. оборудования, а также сокращение простоев, вызванных факторами окружающей среды, обеспечивая надежную поддержку эффективной и стабильной работы промышленного производства.
3. Анализ области применения
3.1 Промышленная автоматизация
3.1.1 Роботы и роботизированные руки
В процессе промышленной автоматизации широкое применение роботов и роботизированных манипуляторов стало ключевой движущей силой повышения эффективности производства и оптимизации производственных процессов, а проводящие контактные кольца играют в этом незаменимую роль. Суставы роботов и роботизированные руки являются ключевыми узлами для достижения гибкого движения. Этим суставам необходимо постоянно вращаться и сгибаться для выполнения сложных и разнообразных задач, таких как захват, манипуляции и сборка. Проводящие контактные кольца устанавливаются в соединениях и могут стабильно передавать мощность и сигналы управления двигателям, датчикам и различным компонентам управления, пока соединения постоянно вращаются. Если взять в качестве примера автомобильную промышленность, то на линии сварки автомобильных кузовов манипулятору необходимо точно и быстро сваривать и собирать различные детали в раму кузова. Высокочастотное вращение его сочленений требует бесперебойной передачи энергии и сигнала. Проводящее контактное кольцо обеспечивает плавное выполнение манипулятором робота при сложных последовательностях действий, обеспечивая стабильность и эффективность процесса сварки, значительно повышая степень автоматизации и эффективность производства автомобилей. Аналогичным образом, в сфере логистики и складирования роботы, используемые для сортировки и укладки грузов на поддоны, используют проводящие контактные кольца для достижения гибкого совместного движения, точной идентификации и захвата груза, адаптации к различным типам грузов и схемам хранения, ускорения логистического оборота и снижения затрат на рабочую силу.
3.1.2 Оборудование производственной линии
На промышленных производственных линиях многие устройства содержат вращающиеся части, а проводящие контактные кольца обеспечивают ключевую поддержку для поддержания непрерывной работы производственной линии. В качестве обычного вспомогательного технологического оборудования поворотный стол широко используется на производственных линиях, таких как упаковка пищевых продуктов и производство электроники. Он должен постоянно вращаться, чтобы обеспечить многогранную обработку, тестирование или упаковку продукции. Проводящее контактное кольцо обеспечивает непрерывную подачу энергии во время вращения вращающегося стола и точно передает сигнал управления на приспособления, датчики обнаружения и другие компоненты на столе, чтобы обеспечить непрерывность и точность производственного процесса. Например, на линии упаковки пищевых продуктов вращающийся стол приводит продукт в движение, последовательно выполняя процессы наполнения, запечатывания, маркировки и других процессов. Стабильные характеристики передачи токопроводящего контактного кольца позволяют избежать простоев, вызванных обмоткой линии или прерыванием сигнала, а также повышают эффективность упаковки и уровень квалификации продукции. Вращающиеся детали, такие как ролики и звездочки конвейера, также являются сферой применения токопроводящих контактных колец. Он обеспечивает стабильную передачу движущей силы двигателя, чтобы материалы производственной линии могли плавно передаваться, взаимодействует с предшествующим и последующим оборудованием для работы, улучшает общий ритм производства, обеспечивает надежную гарантию крупномасштабного промышленного производства. и является одним из основных компонентов современного производства, позволяющего добиться эффективного и стабильного производства.
3.2 Энергия и электричество
3.2.1 Ветровые турбины
В области ветроэнергетики проводящие контактные кольца являются ключевым звеном, обеспечивающим стабильную работу и эффективное производство электроэнергии ветряными турбинами. Ветровые турбины обычно состоят из ветряных роторов, гондол, башен и других частей. Ветряной ротор улавливает энергию ветра и приводит в движение генератор в гондоле, который вращается и вырабатывает электроэнергию. Среди них существует относительное вращательное движение между ступицей ветряной турбины и гондолой, и здесь установлено токопроводящее контактное кольцо, выполняющее задачу передачи мощности и сигналов управления. С одной стороны, переменный ток, генерируемый генератором, через контактное кольцо передается преобразователю в гондоле, преобразуется в мощность, соответствующую требованиям подключения к сети, и затем передается в электросеть; с другой стороны, различные командные сигналы системы управления, такие как регулировка шага лопастей, управление рысканьем гондолы и другие сигналы, точно передаются на привод в ступице, чтобы гарантировать, что ветряная турбина регулирует свое рабочее состояние в реальном времени в соответствии с изменения скорости и направления ветра. По отраслевым данным, скорость лопастей ветряка мегаваттного класса может достигать 10-20 оборотов в минуту. В таких условиях высокоскоростного вращения проводящее контактное кольцо, обладающее превосходной надежностью, обеспечивает эффективное увеличение годового использования ветроэнергетической системы и снижает потери выработки электроэнергии, вызванные сбоями передачи, что имеет большое значение для содействие крупномасштабному подключению чистой энергии к сетям и содействие трансформации энергетической структуры.
3.2.2 Производство тепловой и гидроэнергии
В сценариях производства тепловой и гидроэлектроэнергии проводящие контактные кольца также играют ключевую роль. Большой паротурбинный генератор тепловой электростанции вырабатывает электроэнергию, вращая свой ротор на высокой скорости. Проводящее контактное кольцо используется для соединения обмотки ротора двигателя с внешней статической цепью для достижения стабильного ввода тока возбуждения, создания вращающегося магнитного поля и обеспечения нормальной выработки энергии генератором. В то же время в системе управления вспомогательным оборудованием, таким как угольные питатели, воздуходувки, тяговые вентиляторы и другие вращающиеся механизмы, токопроводящее контактное кольцо передает управляющие сигналы, точно регулирует параметры работы оборудования, обеспечивает стабильную работу подачи топлива, вентиляции. и рассеивание тепла, а также поддерживает эффективную производительность генераторной установки. Что касается выработки гидроэлектроэнергии, рабочее колесо турбины вращается с высокой скоростью под воздействием потока воды, заставляя генератор вырабатывать электроэнергию. Проводящее контактное кольцо установлено на главном валу генератора для обеспечения передачи управляющих сигналов, таких как выходная мощность, регулирование скорости и возбуждение. Различные типы гидроэлектростанций, такие как обычные гидроэлектростанции и гидроаккумулирующие электростанции, оснащены токопроводящими контактными кольцами различных характеристик и характеристик в зависимости от скорости турбины и условий эксплуатации, что отвечает потребностям разнообразных сценариев производства гидроэлектроэнергии, от низкого напора до большого поток с высоким напором и малым потоком, обеспечивая стабильную подачу электроэнергии и вводя постоянный поток энергии в социальное и экономическое развитие.
3.3 Интеллектуальная безопасность и мониторинг
3.3.1 Интеллектуальные камеры
В области интеллектуального мониторинга безопасности интеллектуальные камеры обеспечивают основную поддержку всестороннего мониторинга и контроля без мертвых углов, а проводящие контактные кольца помогают им преодолеть узкое место в подаче питания вращения и передаче данных. Интеллектуальным камерам обычно необходимо вращаться на 360 градусов, чтобы расширить поле наблюдения и захватывать изображения во всех направлениях. Для этого необходимо, чтобы во время процесса непрерывного вращения источник питания был стабильным, чтобы обеспечить нормальную работу камеры, а видеосигналы высокой четкости и инструкции управления могли передаваться в режиме реального времени. Проводящие контактные кольца встроены в соединения поворота/наклона камеры для достижения синхронной передачи энергии, видеосигналов и сигналов управления, что позволяет камере гибко поворачиваться к целевой области и улучшать дальность и точность наблюдения. В системе мониторинга городского дорожного движения интеллектуальная шаровая камера на перекрестке использует проводящие контактные кольца для быстрого вращения, чтобы фиксировать транспортный поток и нарушения, предоставляя изображения в реальном времени для управления дорожным движением и устранения аварий; В сценах наблюдения за безопасностью в парках и населенных пунктах камера патрулирует окружающую среду во всех направлениях, вовремя обнаруживает нештатные ситуации и передает информацию в центр мониторинга, расширяет возможности предупреждения безопасности и эффективно поддерживает общественную безопасность и порядок.
3.3.2 Система радиолокационного мониторинга
Система радиолокационного мониторинга выполняет важные задачи в области военной обороны, прогнозирования погоды, аэрокосмической отрасли и т. д. Проводящее контактное кольцо обеспечивает стабильное и непрерывное вращение антенны радара для достижения точного обнаружения. В сфере военной разведки наземным РЛС ПВО, корабельным РЛС и т.п. необходимо постоянно вращать антенну для поиска и сопровождения воздушных целей. Проводящее контактное кольцо обеспечивает стабильную подачу питания на передатчик, приемник и другие основные компоненты радара во время процесса сканирования с вращением. В то же время обнаруженный эхо-сигнал цели и сигнал состояния оборудования точно передаются в центр обработки сигналов, обеспечивая разведку в реальном времени для боевого командования и помогая защитить безопасность воздушного пространства. Что касается прогноза погоды, метеорологический радар передает электромагнитные волны в атмосферу посредством вращения антенны, принимает отраженные эхо-сигналы от метеорологических целей, таких как капли дождя и кристаллы льда, и анализирует погодные условия. Проводящее контактное кольцо обеспечивает непрерывную работу радиолокационной системы, передает собранные данные в режиме реального времени и помогает метеорологическому отделу точно прогнозировать изменения погоды, такие как осадки и штормы, обеспечивая ключевую основу для предотвращения и смягчения последствий стихийных бедствий, а также сопровождения людей. производство и жизнь в разных сферах.
3.4 Медицинское оборудование
3.4.1 Медицинское оборудование для визуализации
В области медицинской диагностики медицинское визуализирующее оборудование является для врачей мощным помощником в понимании внутреннего состояния человеческого организма и точной диагностике заболеваний. Проводящие контактные кольца обеспечивают ключевые гарантии эффективной работы этих устройств. Если взять в качестве примера оборудование КТ (компьютерная томография) и МРТ (магнитно-резонансная томография), внутри имеются вращающиеся части. Рамка сканирования КТ-оборудования должна вращаться с высокой скоростью, чтобы рентгеновская трубка вращалась вокруг пациента и собирала данные томографического изображения под разными углами; магниты, градиентные катушки и другие компоненты оборудования МРТ также вращаются во время процесса визуализации, обеспечивая точные изменения градиента магнитного поля. На вращающихся соединениях установлены токопроводящие контактные кольца, которые стабильно передают электричество и приводят в движение вращающиеся части. В то же время большой объем собранных данных изображений передается в компьютерную систему обработки в режиме реального времени, чтобы обеспечить четкие и точные изображения, предоставляя врачам надежную диагностическую основу. Согласно отзывам об использовании больничного оборудования, высококачественные токопроводящие контактные кольца эффективно уменьшают артефакты, прерывания сигнала и другие проблемы в работе оборудования для визуализации, повышают точность диагностики, играют важную роль в раннем скрининге заболеваний, оценке состояния и других связях, а также защитить здоровье пациентов.
3.4.2 Хирургические роботы
Хирургические роботы, представляющие передовые технологии современной минимально инвазивной хирургии, постепенно меняют традиционную хирургическую модель. Проводящие контактные кольца обеспечивают поддержку ядра для точного и безопасного хирургического вмешательства. Роботизированные руки хирургических роботов имитируют движения рук врача и выполняют деликатные операции в узком хирургическом пространстве, такие как наложение швов, разрезание и разделение тканей. Эти роботизированные руки должны гибко вращаться с несколькими степенями свободы. В суставах установлены токопроводящие контактные кольца, обеспечивающие непрерывную подачу энергии, что позволяет двигателю приводить в движение роботизированные манипуляторы для точного перемещения, одновременно передавая сигналы обратной связи датчиков, что позволяет врачам воспринимать информацию о силовой обратной связи операционного поля в режиме реального времени и реализовывать сотрудничество человека и машины. Эксплуатация. В нейрохирургии хирургические роботы используют стабильную работу токопроводящих контактных колец, чтобы точно добраться до крошечных повреждений головного мозга и снизить риск хирургической травмы; В области ортопедической хирургии роботизированные манипуляторы помогают имплантировать протезы и фиксировать места переломов, повышают хирургическую точность и стабильность, а также способствуют развитию малоинвазивной хирургии в более точном и интеллектуальном направлении, предоставляя пациентам возможность хирургического лечения с меньшими травмами и быстрее. восстановление.
IV. Состояние рынка и тенденции
4.1 Размер и рост рынка
В последние годы мировой рынок токопроводящих контактных колец демонстрирует устойчивую тенденцию роста. Согласно данным авторитетных исследовательских институтов рынка, объем мирового рынка токопроводящих колец достигнет примерно 6,35 миллиардов юаней в 2023 году, и ожидается, что к 2028 году объем мирового рынка вырастет примерно до 8 миллиардов юаней при среднегодовом совокупном росте. ставка около 4,0%. С точки зрения регионального распределения Азиатско-Тихоокеанский регион занимает наибольшую долю мирового рынка, составив около 48,4% в 2023 году. Это связано главным образом с энергичным развитием Китая, Японии, Южной Кореи и других стран в области производства, электронная информационная индустрия, новая энергетика и т. д., а спрос на проводящие контактные кольца продолжает оставаться высоким. Среди них Китай, являющийся крупнейшей в мире производственной базой, придал мощный импульс рынку токопроводящих контактных колец благодаря быстрому развитию таких отраслей, как промышленная автоматизация, интеллектуальная безопасность и новое энергетическое оборудование. В 2023 году масштаб китайского рынка токопроводящих контактных колец увеличится на 5,6% в годовом исчислении, и ожидается, что он продолжит поддерживать значительные темпы роста в будущем. Европа и Северная Америка также являются важными рынками. Благодаря своей глубокой промышленной базе, высокому спросу в аэрокосмической области и постоянной модернизации автомобильной промышленности они занимают значительную долю рынка, около 25% и 20% соответственно, а размер рынка неуклонно растет, что, по сути, является такой же, как темпы роста мирового рынка. Благодаря ускоренному развитию строительства инфраструктуры и модернизации промышленности в развивающихся странах, таких как Индия и Бразилия, рынок токопроводящих контактных колец в этих регионах также продемонстрирует огромный потенциал роста в будущем и, как ожидается, станет новой точкой роста рынка.
4.2 Конкурентная среда
В настоящее время мировой рынок токопроводящих контактных колец является высококонкурентным и на нем присутствует множество участников. Головные компании занимают большую долю рынка благодаря своим глубоким техническим накоплениям, передовым возможностям в области исследований и разработок продукции и обширным рынкам сбыта. Международные гиганты, такие как Parker в США, MOOG в США, COBHAM во Франции и MORGAN в Германии, опираясь на свои долгосрочные усилия в таких высокотехнологичных областях, как аэрокосмическая, военная и национальная оборона, освоили ключевые технологии. , иметь отличные характеристики продукта и иметь широкое влияние на бренд. Они занимают лидирующие позиции на рынке высококачественных токопроводящих контактных колец. Их продукция широко используется в ключевом оборудовании, таком как спутники, ракеты и высококлассные самолеты, и соответствует самым строгим отраслевым стандартам в сценариях с чрезвычайно высокими требованиями к точности, надежности и устойчивости к экстремальным условиям. Для сравнения, в последние годы отечественные компании, такие как Mofulon Technology, Kaizhong Precision, Quansheng Electromechanical и Jiachi Electronics, быстро развивались. Постоянно увеличивая инвестиции в исследования и разработки, они добились технологических прорывов в некоторых сегментах, и их преимущества в экономической эффективности продукции стали заметными. Они постепенно захватили долю рынка нижнего и среднего уровня и постепенно проникли на рынок высокого класса. Например, на сегментированных рынках, таких как контактные кольца для шарниров роботов в области промышленной автоматизации и контактные кольца для видеосигнала высокой четкости в области мониторинга безопасности, отечественные компании завоевали расположение многих местных клиентов благодаря своим локализованным услугам и способность быстро реагировать на рыночный спрос. Однако в целом высококачественные токопроводящие кольца моей страны по-прежнему имеют определенную степень зависимости от импорта, особенно в высококачественной продукции с высокой точностью, сверхвысокой скоростью и экстремальными условиями работы. Технические барьеры международных гигантов относительно высоки, и отечественным предприятиям все еще необходимо продолжать догонять их, чтобы повысить свою конкурентоспособность на мировом рынке.
4.3 Тенденции технологических инноваций
Заглядывая в будущее, темпы технологических инноваций в области токопроводящих контактных колец ускоряются, демонстрируя многомерную тенденцию развития. С одной стороны, появилась технология оптоволоконных контактных колец. С широкой популяризацией технологий оптической связи в области передачи данных число сценариев передачи сигналов, требующих более широкой полосы пропускания и меньших потерь, увеличивается, и появились оптоволоконные контактные кольца. Он использует передачу оптического сигнала вместо традиционной передачи электрического сигнала, эффективно предотвращает электромагнитные помехи и значительно повышает скорость и емкость передачи. Он постепенно продвигается и применяется в таких областях, как подключение вращения антенны базовой станции 5G, поворотно-наклонное устройство видеонаблюдения высокой четкости и аэрокосмическое оптическое оборудование дистанционного зондирования, которые предъявляют строгие требования к качеству сигнала и скорости передачи. эра оптической связи технологии проводящих контактных колец. С другой стороны, растет спрос на высокоскоростные и высокочастотные контактные кольца. В передовых производственных областях, таких как производство полупроводников и прецизионные испытания электроники, скорость оборудования постоянно растет, и потребность в высокочастотной передаче сигналов становится острой. Ключевым моментом стали исследования и разработки контактных колец, которые адаптируются к стабильной передаче высокоскоростных и высокочастотных сигналов. За счет оптимизации материалов щеток и контактных колец и улучшения конструкции контактной структуры можно уменьшить контактное сопротивление, износ и затухание сигнала при высокоскоростном вращении, чтобы обеспечить передачу высокочастотного сигнала на уровне ГГц и обеспечить эффективную работу оборудования. . Кроме того, важным направлением развития также являются миниатюрные контактные кольца. С развитием таких отраслей, как Интернет вещей, носимые устройства и микромедицинские устройства, спрос на проводящие контактные кольца небольшого размера, с низким энергопотреблением и многофункциональной интеграцией резко возрос. Благодаря технологии микро-нанообработки и применению новых материалов размер контактного кольца уменьшается до уровня миллиметра или даже микрона, а функции подачи питания, данных и передачи управляющих сигналов интегрированы для обеспечения питания ядра и взаимодействия сигналов. поддержка микроинтеллектуальных устройств, содействие переходу различных отраслей промышленности к миниатюризации и интеллекту, а также дальнейшее расширение границ применения проводящих контактных колец.
V. Ключевые соображения
5.1 Выбор материала
Выбор материала токопроводящих контактных колец имеет решающее значение и напрямую связан с их производительностью, сроком службы и надежностью. Его необходимо рассматривать комплексно с учетом множества факторов, таких как сценарии применения и текущие требования. Что касается проводящих материалов, в контактных кольцах обычно используются сплавы драгоценных металлов, такие как медь, серебро и золото, или специально обработанные медные сплавы. Например, в электронном оборудовании и оборудовании для медицинской визуализации с высокими требованиями к точности и низкому сопротивлению контактные кольца из золотого сплава могут обеспечить точную передачу слабых электрических сигналов и уменьшить затухание сигнала благодаря их превосходной проводимости и коррозионной стойкости. Для промышленных двигателей и ветроэнергетического оборудования с большой передачей тока контактные кольца из медного сплава высокой чистоты могут не только соответствовать требованиям по токопроводимости, но также иметь относительно контролируемые затраты. В качестве материалов для кистей в основном используются материалы на основе графита и щетки из сплавов драгоценных металлов. Графитовые щетки обладают хорошей самосмазкой, что позволяет снизить коэффициент трения и уменьшить износ. Они подходят для оборудования с низкой скоростью и высокой чувствительностью к потере щеток. Щетки из драгоценных металлов (таких как щетки из сплавов палладия и золота) обладают высокой проводимостью и низким контактным сопротивлением. Они часто используются в высокоскоростных, высокоточных и требовательных к качеству сигнала случаях, таких как навигационные вращающиеся части аэрокосмического оборудования и механизмы передачи пластин полупроводникового оборудования. Не стоит игнорировать и изоляционные материалы. Наиболее распространенными из них являются политетрафторэтилен (ПТФЭ) и эпоксидная смола. ПТФЭ обладает отличными изоляционными характеристиками, устойчивостью к высоким температурам и высокой химической стабильностью. Он широко используется в проводящих контактных кольцах вращающихся соединений перемешивающих устройств химических реакторов и глубоководного исследовательского оборудования в условиях высоких температур, сильных кислот и щелочей, чтобы обеспечить надежную изоляцию между каждым проводящим путем, предотвратить сбои в результате короткого замыкания и обеспечить стабильность. эксплуатация оборудования.
5.2 Техническое обслуживание и замена токопроводящих щеток
Поскольку проводящая щетка является ключевой уязвимой частью токопроводящего контактного кольца, регулярное техническое обслуживание и своевременная замена токопроводящей щетки имеют большое значение для обеспечения нормальной работы оборудования. Поскольку щетка будет постепенно изнашиваться и производить пыль во время непрерывного фрикционного контакта с контактным кольцом, контактное сопротивление будет увеличиваться, влияя на эффективность передачи тока и даже вызывая искры, прерывания сигнала и другие проблемы, поэтому необходимо регулярно проводить техническое обслуживание. учредил. В целом, в зависимости от интенсивности эксплуатации оборудования и условий труда, цикл технического обслуживания составляет от нескольких недель до нескольких месяцев. Например, проводящие контактные кольца в горнодобывающем и металлургическом оборудовании с сильным загрязнением пылью, возможно, придется проверять и обслуживать каждую неделю; в то время как контактные кольца оборудования для автоматизации делопроизводства в помещении и стабильной работы могут быть продлены до нескольких месяцев. Во время технического обслуживания оборудование должно быть сначала выключено, ток контактных колец должен быть отключен, а также необходимо использовать специальные чистящие средства и реагенты для аккуратного удаления пыли и масла с поверхности щетки и контактных колец, чтобы избежать повреждения контактной поверхности; одновременно проверьте упругое давление щетки, чтобы убедиться, что она плотно прилегает к контактному кольцу. Чрезмерное давление может легко увеличить износ, а слишком малое давление может привести к плохому контакту. Если щетка изношена на одну треть или половину своей первоначальной высоты, ее следует заменить. При замене щетки обязательно используйте изделия, соответствующие оригинальным характеристикам, моделям и материалам, чтобы обеспечить стабильные характеристики контакта. После установки необходимо еще раз проверить контактное сопротивление и стабильность работы, чтобы предотвратить сбои и остановки оборудования из-за проблем со щетками, а также обеспечить бесперебойность производственных и эксплуатационных процессов.
5.3 Проверка надежности
Чтобы гарантировать стабильную и надежную работу токопроводящего контактного кольца в сложных и критических сценариях применения, необходимы строгие испытания на надежность. Тестирование на сопротивление — это базовый проект тестирования. С помощью высокоточных приборов для измерения сопротивления контактное сопротивление каждой траектории контактного кольца измеряется в различных рабочих условиях статического и динамического вращения. Значение сопротивления должно быть стабильным и соответствовать проектным стандартам с очень небольшим диапазоном колебаний. Например, в контактных кольцах, используемых в прецизионном электронном испытательном оборудовании, чрезмерные изменения контактного сопротивления вызовут резкий рост ошибок в данных испытаний, что повлияет на контроль качества продукции. Испытание на выдерживаемое напряжение имитирует удар высокого напряжения, с которым может столкнуться оборудование во время работы. На контактное кольцо в течение определенного периода времени подается испытательное напряжение, в несколько раз превышающее номинальное, чтобы проверить, могут ли изоляционный материал и изоляционный зазор эффективно выдержать его, предотвратить пробой изоляции и отказы от короткого замыкания, вызванные перенапряжением при фактическом использовании, и обеспечить безопасность персонала и оборудования. Это особенно важно при тестировании токопроводящих контактных колец, поддерживающих энергосистемы и высоковольтное электрооборудование. В аэрокосмической области проводящие контактные кольца спутников и космических кораблей должны пройти комплексные испытания в условиях смоделированных экстремальных температур, вакуума и радиации в космосе, чтобы гарантировать надежную работу в сложных космических условиях и надежную передачу сигналов и энергии; Токосъемные кольца автоматизированных производственных линий в высокотехнологичных обрабатывающих отраслях должны подвергаться длительным высокоинтенсивным испытаниям на усталость, имитирующим десятки тысяч или даже сотни тысяч циклов вращения, чтобы проверить их износостойкость и стабильность, закладывая прочную основу. для крупномасштабного, бесперебойного производства. Любые незначительные риски, связанные с надежностью, могут привести к высоким производственным потерям и угрозе безопасности. Строгое тестирование является ключевой линией защиты для обеспечения качества.
VI. Заключение и перспективы
Являясь незаменимым ключевым компонентом современных электромеханических систем, проводящие контактные кольца играют жизненно важную роль во многих областях, таких как промышленная автоматизация, энергетика, интеллектуальная безопасность и медицинское оборудование. Благодаря своей уникальной конструкционной конструкции и превосходным эксплуатационным преимуществам он преодолел узкие места в передаче энергии и сигналов вращающегося оборудования, обеспечил стабильную работу различных сложных систем и способствовал технологическому прогрессу и промышленной модернизации в отрасли.
На рыночном уровне мировой рынок токопроводящих контактных колец стабильно растет, при этом Азиатско-Тихоокеанский регион становится основной силой роста. Китай придал мощный импульс развитию отрасли благодаря своей огромной производственной базе и развитию новых отраслей. Несмотря на жесткую конкуренцию, отечественные и зарубежные компании показали свое мастерство в различных сегментах рынка, но в продукции высокого класса по-прежнему доминируют международные гиганты. Отечественные компании продвигаются вперед в процессе перехода к высокотехнологичному развитию и постепенно сокращают разрыв.
Заглядывая в будущее, благодаря постоянным инновациям науки и техники, технология проводящих контактных колец откроет более широкий мир. С одной стороны, передовые технологии, такие как контактные кольца из оптического волокна, высокоскоростные и высокочастотные контактные кольца и миниатюрные контактные кольца, будут блистать, отвечая строгим требованиям высокой скорости, широкой полосы пропускания и миниатюризации в новых областях, таких как как связь 5G, производство полупроводников и Интернет вещей, а также расширение границ приложений; с другой стороны, междоменная интеграция и инновации станут тенденцией, глубоко переплетенной с искусственным интеллектом, большими данными и новыми технологиями материалов, что приведет к появлению более интеллектуальных, адаптивных и адаптируемых к экстремальным условиям продуктов, обеспечивающих ключевую поддержку. для передовых исследований, таких как аэрокосмические, глубоководные исследования и квантовые вычисления, а также для постоянного расширения возможностей глобальной экосистемы науки и технологий, помогая человечеству двигаться в сторону более высоких технологий.
Время публикации: 08 января 2025 г.