гігантські технології|галузь нова|8 січня 2025 р
1. Огляд провідних контактних кілець
1.1 Визначення
Провідні контактні кільця, також відомі як колекторні кільця, обертові електричні інтерфейси, контактні кільця, колекторні кільця тощо, є ключовими електромеханічними компонентами, які здійснюють передачу електричної енергії та сигналів між двома відносно обертовими механізмами. У багатьох галузях, коли обладнання має обертовий рух і потребує підтримки стабільної передачі енергії та сигналів, провідні контактні кільця стають незамінним компонентом. Він усуває обмеження традиційних з’єднань проводів у сценаріях обертання, дозволяючи обладнанню обертатися на 360 градусів без обмежень, уникаючи таких проблем, як заплутування та скручування проводів. Він широко використовується в аерокосмічній промисловості, промисловій автоматизації, медичному обладнанні, виробництві енергії вітру, моніторингу безпеки, роботах та інших галузях, забезпечуючи надійну гарантію для різних складних електромеханічних систем для досягнення багатофункціонального, високоточного та безперервного обертального руху. Його можна назвати «нервовим центром» сучасного висококласного інтелектуального обладнання.
1.2 Принцип роботи
Основний принцип роботи провідного контактного кільця заснований на технології передачі струму та ротаційного з’єднання. В основному він складається з двох частин: струмопровідних щіток і контактних кілець. Частина контактного кільця встановлена на обертовому валу і обертається разом з валом, а струмопровідна щітка закріплена в нерухомій частині і щільно контактує з контактним кільцем. Коли потрібно передати струм або сигнал між частинами, що обертаються, і нерухомими частинами, утворюється стабільне електричне з’єднання через ковзний контакт між струмопровідною щіткою та контактним кільцем, щоб створити петлю струму. Під час обертання обладнання контактне кільце продовжує обертатися, а точка контакту між електропровідною щіткою та контактним кільцем постійно змінюється. Однак завдяки пружному тиску щітки та розумній структурній конструкції вони завжди підтримують хороший контакт, забезпечуючи безперервну та стабільну передачу електроенергії, сигналів керування, сигналів даних тощо, забезпечуючи тим самим безперебійне живлення та інформацію. взаємодія тіла обертання під час руху.
1.3 Структурний склад
Структура провідного контактного кільця в основному охоплює ключові компоненти, такі як контактні кільця, провідні щітки, статори та ротори. Контактні кільця зазвичай виготовляються з матеріалів із чудовими провідними властивостями, наприклад, сплавів дорогоцінних металів, таких як мідь, срібло та золото, які можуть не тільки забезпечити низький опір і високу ефективність передачі струму, але також мають гарну зносостійкість і стійкість до корозії, щоб впоратися з тривалим тертям обертання та складними робочими середовищами. Струмопровідні щітки в основному виготовляються зі сплавів дорогоцінних металів або графіту та інших матеріалів з хорошою електропровідністю та самозмазуванням. Вони мають певну форму (наприклад, тип "II") і симетрично подвійно контактують з кільцевою канавкою контактного кільця. За допомогою пружного тиску щітки вони щільно прилягають до контактного кільця для досягнення точної передачі сигналів і струмів. Статор - це нерухома частина, яка з'єднує фіксовану структурну енергію обладнання і забезпечує стійку опору для електропровідної щітки; ротор - це обертова частина, яка з'єднана з обертовою структурою обладнання та обертається синхронно з нею, приводячи в обертання контактне кільце. Крім того, він також включає допоміжні компоненти, такі як ізоляційні матеріали, клейкі матеріали, комбіновані кронштейни, прецизійні підшипники та пилозахисні кришки. Ізоляційні матеріали використовуються для ізоляції різних струмопровідних шляхів для запобігання коротким замиканням; клейкі матеріали забезпечують стабільне поєднання компонентів; комбіновані кронштейни несуть різні компоненти для забезпечення загальної міцності конструкції; прецизійні підшипники зменшують опір тертю обертання та покращують точність і плавність обертання; пилозахисні кришки запобігають проникненню пилу, вологи та інших забруднень і захищають внутрішні точні компоненти. Кожна частина доповнює одна одну, щоб забезпечити стабільну та надійну роботу струмопровідного контактного кільця.
2. Переваги та характеристики струмопровідних контактних кілець
2.1 Надійність електропередачі
За умови безперервного обертання обладнання провідне контактне кільце демонструє чудову стабільність передачі енергії. Порівняно з традиційним методом з’єднання проводів, коли частини обладнання обертаються, звичайні дроти дуже легко заплутуються та перекручуються, що спричинить пошкодження лінії та розрив ланцюга, перериває передачу електроенергії та серйозно впливає на роботу обладнання. Провідне контактне кільце створює надійний шлях струму через точний ковзний контакт між щіткою та контактним кільцем, що може забезпечити безперервну та стабільну подачу струму незалежно від того, як обертається обладнання. Наприклад, у вітряній турбіні лопаті обертаються з великою швидкістю разом із вітром, і швидкість може досягати більше десяти обертів на хвилину або навіть вище. Генератор повинен постійно перетворювати енергію вітру в електричну енергію і передавати її в електромережу. Провідне контактне кільце, встановлене в кабіні, має стабільну пропускну здатність для передачі електроенергії, щоб під час тривалого та безперебійного обертання лопатей електрична енергія плавно передавалася від обертового кінця ротора генератора до нерухомого статора та зовнішньої електромережі. , уникаючи перебоїв у виробництві електроенергії, спричинених проблемами з лініями, значно покращуючи надійність та ефективність виробництва енергії вітрової системи виробництва електроенергії та закладаючи основу для безперервного постачання чистої енергії енергії.
2.2 Компактний дизайн і зручна установка
Провідне контактне кільце має складну та компактну конструкцію та має значні переваги у використанні простору. Оскільки сучасне обладнання розвивається в напрямку мініатюризації та інтеграції, внутрішній простір стає все більш цінним. Традиційні складні підключення проводів займають багато місця та також можуть спричинити проблеми з перешкодами в лінії. Провідні контактні кільця об’єднують кілька провідних шляхів у компактну структуру, ефективно зменшуючи складність внутрішньої проводки обладнання. Візьмемо для прикладу розумні камери. Їм необхідно обертатися на 360 градусів, щоб одночасно знімати зображення і передавати відеосигнали, сигнали управління та живлення. Якщо використовується звичайна проводка, лінії безладні та легко блокуються на обертових з’єднаннях. Вбудовані мікропровідні контактні кільця, які зазвичай мають лише кілька сантиметрів у діаметрі, можуть інтегрувати багатоканальну передачу сигналу. Коли камера обертається гнучко, лінії є регулярними та їх легко встановити. Його можна легко інтегрувати у вузький корпус камери, що не тільки відповідає функціональним вимогам, але й робить пристрій простим на вигляд і компактним за розміром. Його легко встановлювати та розгортати в різних сценаріях моніторингу, таких як камери PTZ для моніторингу безпеки та панорамні камери для розумних будинків. Подібним чином, у сфері безпілотних літальних апаратів, для досягнення таких функцій, як регулювання орієнтації в польоті, передача зображення та живлення керування польотом, компактні провідні контактні кільця дозволяють безпілотним літальним апаратам передавати кілька сигналів і потужності в обмеженому просторі, зменшуючи вагу, забезпечуючи при цьому льотні характеристики, а також покращення портативності та функціональної інтеграції обладнання.
2.3 Зносостійкість, стійкість до корозії та стійкість до високих температур
Стикаючись зі складними та жорсткими робочими середовищами, провідні контактні кільця мають відмінну толерантність до спеціальних матеріалів і вишуканої майстерності. Що стосується вибору матеріалу, контактні кільця в основному виготовляються із зносостійких і корозійно-стійких сплавів дорогоцінних металів, таких як золото, срібло, платинові сплави або спеціально оброблені мідні сплави. Щітки виготовлені з матеріалів на основі графіту або щіток з дорогоцінних металів з хорошою самозмазкою для зниження коефіцієнта тертя та зменшення зносу. На рівні виробничого процесу використовується точна механічна обробка, щоб забезпечити щільне прилягання щіток і контактних кілець і рівномірний контакт, а поверхня обробляється спеціальними покриттями або покриттям для підвищення захисних характеристик. Беручи вітроенергетичну галузь як приклад, офшорні вітрові турбіни тривалий час перебувають у морському середовищі з високою вологістю та сольовим туманом. Велика кількість солі та вологи в повітрі є надзвичайно корозійною. У той же час температура у втулці вентилятора та кабіні сильно коливається під час роботи, а обертові частини постійно тертя. У таких суворих умовах роботи струмопровідне контактне кільце може ефективно протистояти корозії та підтримувати стабільні електричні характеристики завдяки високоякісним матеріалам і захисній технології, забезпечуючи стабільну та надійну передачу живлення та сигналу вентилятора протягом десятиліть робочого циклу, значно зменшуючи періодичність обслуговування та зниження експлуатаційних витрат. Іншим прикладом є периферійне обладнання плавильної печі в металургійній промисловості, яке заповнене високою температурою, пилом, сильними кислотними та лужними газами. Стійкість до високих температур і корозії провідного контактного кільця дозволяє йому стабільно працювати в обертових пристроях розподілу матеріалу, вимірювання температури та контролю високотемпературної печі, забезпечуючи плавний і безперервний виробничий процес, покращуючи загальну довговічність обладнання та скорочення простоїв, викликаних факторами навколишнього середовища, забезпечуючи надійну підтримку для ефективної та стабільної роботи промислового виробництва.
3. Аналіз сфери застосування
3.1 Промислова автоматизація
3.1.1 Роботи та роботизована рука
У процесі промислової автоматизації широке застосування роботів і робототехнічних рук стало ключовою рушійною силою для підвищення ефективності виробництва та оптимізації виробничих процесів, а електропровідні контактні кільця відіграють у цьому незамінну роль. Суглоби роботів і робототехнічних рук є ключовими вузлами для досягнення гнучкості рухів. Ці суглоби повинні безперервно обертатися та згинатися для виконання складних і різноманітних завдань, таких як захоплення, транспортування та збирання. Провідні контактні кільця встановлені на з’єднаннях і можуть стабільно передавати потужність і керуючі сигнали до двигунів, датчиків і різних компонентів керування, поки з’єднання безперервно обертаються. Візьмемо як приклад автомобільну промисловість, на виробничій лінії для зварювання кузовів автомобіля рука робота повинна точно та швидко зварювати та складати різні деталі в каркас кузова. Високочастотне обертання його суглобів вимагає безперебійної передачі живлення та сигналу. Електропровідне контактне кільце забезпечує плавну роботу руки робота під час виконання складних дій, забезпечуючи стабільність і ефективність процесу зварювання, значно підвищуючи ступінь автоматизації та ефективність виробництва автомобілів. Подібним чином у галузі логістики та складування роботи, які використовуються для сортування та палетування вантажів, використовують електропровідні контактні кільця для досягнення гнучкого руху з’єднань, точної ідентифікації та захоплення вантажу, адаптації до різних типів вантажу та планування зберігання, прискорення логістичного обороту та зниження витрат на робочу силу.
3.1.2 Обладнання потокової лінії
На промислових виробничих лініях багато пристроїв містять обертові частини, а провідні контактні кільця забезпечують ключову підтримку для підтримки безперервної роботи виробничої лінії. Як звичайне допоміжне обладнання для обробки, поворотний стіл широко використовується у виробничих лініях, таких як пакування продуктів харчування та виробництво електроніки. Він повинен постійно обертатися, щоб досягти багатосторонньої обробки, тестування або пакування продуктів. Провідне контактне кільце забезпечує безперервну подачу електроенергії під час обертання обертового столу та точно передає керуючий сигнал на пристосування, датчики виявлення та інші компоненти на столі, щоб забезпечити безперервність і точність виробничого процесу. Наприклад, на лінії пакування харчових продуктів обертовий стіл керує продуктом для завершення послідовного наповнення, запечатування, маркування та інших процесів. Стабільна продуктивність передачі провідного контактного кільця дозволяє уникнути простоїв, спричинених обмоткою лінії або перериванням сигналу, і покращує ефективність упаковки та рівень кваліфікації продукції. Обертові частини, такі як ролики та зірочки в конвеєрі, також є сценаріями застосування провідного контактного кільця. Він забезпечує стабільну передачу рушійної сили двигуна, так що матеріали виробничої лінії можуть бути плавно передані, співпрацює з обладнанням вище та нижче за течією, покращує загальний ритм виробництва, забезпечує надійну гарантію для великомасштабного промислового виробництва , і є одним із основних компонентів сучасного виробництва для досягнення ефективного та стабільного виробництва.
3.2 Енергетика та електроенергія
3.2.1 Вітрові турбіни
У сфері виробництва енергії вітру провідні контактні кільця є ключовим центром для забезпечення стабільної роботи та ефективного виробництва енергії вітрових турбін. Вітрові турбіни зазвичай складаються з вітрових роторів, мотогондол, веж та інших частин. Вітряний ротор вловлює енергію вітру та приводить в рух генератор у гондолі, який обертається та виробляє електроенергію. Серед них є відносний обертальний рух між втулкою вітряної турбіни та гондолою, і тут встановлено провідне контактне кільце, яке виконує завдання передачі потужності та сигналів керування. З одного боку, змінний струм, який генерує генератор, передається до перетворювача в гондолі через контактне кільце, перетворюється на потужність, яка відповідає вимогам підключення до мережі, а потім передається в електромережу; з іншого боку, різні командні сигнали системи керування, такі як регулювання кута лопаті, керування поворотом гондоли та інші сигнали, точно передаються на привод у втулці, щоб гарантувати, що вітрова турбіна регулює свій робочий стан у режимі реального часу відповідно до зміни швидкості та напрямку вітру. Згідно з галузевими даними, швидкість лопатей вітрової турбіни мегаватного класу може досягати 10-20 обертів на хвилину. За таких умов високошвидкісного обертання провідне контактне кільце з його чудовою надійністю гарантує ефективне збільшення годин використання вітрової енергетичної системи на рік і зменшує втрати електроенергії, спричинені збоями трансмісії, що має велике значення для сприяння широкомасштабному підключенню чистої енергії до мережі та сприяння трансформації енергетичної структури.
3.2.2 Теплова та гідроенергетика
У сценаріях виробництва теплової та гідроенергії провідні контактні кільця також відіграють ключову роль. Великий паровий турбогенератор теплової електростанції виробляє електроенергію, обертаючи ротор на високій швидкості. Провідне контактне кільце використовується для з'єднання обмотки ротора двигуна із зовнішнім статичним контуром для досягнення стабільного входу струму збудження, створення обертового магнітного поля та забезпечення нормальної генерації електроенергії генератора. У той же час, у системі керування допоміжним обладнанням, таким як живильники вугілля, повітродувки, індукційні вентилятори та інші обертові машини, провідне контактне кільце передає сигнали керування, точно регулює робочі параметри обладнання, забезпечує стабільну роботу подачі палива, вентиляції і розсіювання тепла, а також підтримує ефективну потужність генераторної установки. Що стосується генерації гідроенергії, бігунок турбіни обертається з високою швидкістю під впливом потоку води, приводячи в дію генератор для вироблення електроенергії. Провідне контактне кільце встановлено на головному валу генератора для забезпечення передачі керуючих сигналів, таких як вихідна потужність, регулювання швидкості та збудження. Різні типи гідроелектростанцій, такі як звичайні гідроелектростанції та гідроакумулюючі електростанції, оснащені струмопровідними контактними кільцями різних специфікацій і продуктивності відповідно до швидкості турбіни та умов роботи, що відповідає потребам різноманітних сценаріїв виробництва гідроенергії від низького напору до великого потік до високого напору та малого потоку, забезпечуючи стабільне постачання електроенергії та вливаючи постійний потік енергії в соціальний та економічний розвиток.
3.3 Інтелектуальна безпека та моніторинг
3.3.1 Інтелектуальні камери
У сфері інтелектуального моніторингу безпеки інтелектуальні камери забезпечують основну підтримку всестороннього моніторингу без мертвих кутів, а провідні контактні кільця допомагають їм пройти через вузьке місце живлення обертання та передачі даних. Розумні камери зазвичай повинні повертатися на 360 градусів, щоб розширити поле моніторингу та знімати зображення у всіх напрямках. Це вимагає, щоб під час процесу безперервного обертання джерело живлення могло бути стабільним для забезпечення нормальної роботи камери, а відеосигнали високої чіткості та інструкції керування могли передаватись у режимі реального часу. Провідні ковзаючі кільця вбудовані в місця повороту/нахилу камери, щоб досягти синхронної передачі живлення, відеосигналів і сигналів керування, дозволяючи камері гнучко повертатися до цільової області та покращувати діапазон і точність моніторингу. У міській системі моніторингу дорожнього руху інтелектуальна кульова камера на перехресті використовує електропровідні контактні кільця для швидкого обертання, щоб фіксувати рух транспорту та порушення, надаючи зображення в реальному часі для контролю дорожнього руху та обробки аварій; у сценах моніторингу безпеки в парках і громадах камера патрулює навколишнє середовище в усіх напрямках, вчасно виявляє нестандартні ситуації та повідомляє центр моніторингу, покращує можливості попередження безпеки та ефективно підтримує громадську безпеку та порядок.
3.3.2 Система радіолокаційного моніторингу
Система радіолокаційного моніторингу виконує важливі завдання у сфері військової оборони, прогнозування погоди, аерокосмічної галузі тощо. Провідне контактне кільце забезпечує стабільне та безперервне обертання антени радара для досягнення точного виявлення. У сфері військової розвідки наземні радари протиповітряної оборони, корабельні радари тощо потребують постійного обертання антени для пошуку та відстеження повітряних цілей. Провідне контактне кільце забезпечує стабільне живлення радара до передавача, приймача та інших основних компонентів під час процесу сканування обертання. Водночас виявлений ехо-сигнал цілі та сигнал стану обладнання точно передаються в центр обробки сигналів, забезпечуючи розвідку в режимі реального часу для бойового командування та допомагаючи захистити безпеку повітряного простору. З точки зору прогнозу погоди, метеорологічний радар передає електромагнітні хвилі в атмосферу через обертання антени, отримує відбиті відлуння від метеорологічних цілей, таких як краплі дощу та кристалики льоду, і аналізує погодні умови. Провідне контактне кільце забезпечує безперервну роботу радіолокаційної системи, передає зібрані дані в режимі реального часу та допомагає метеорологічному відділу точно прогнозувати зміни погоди, такі як опади та шторми, забезпечуючи ключову основу для запобігання та пом’якшення наслідків катастроф, а також супроводу людей виробництва та життя в різних сферах.
3.4 Медичне обладнання
3.4.1 Медичне обладнання для візуалізації
У сфері медичної діагностики медичне обладнання для візуалізації є потужним помічником для лікарів, щоб отримати уявлення про внутрішні стани людського організму та точно діагностувати захворювання. Провідні контактні кільця забезпечують ключові гарантії ефективної роботи цих пристроїв. Візьмемо, наприклад, КТ (комп’ютерну томографію) і МРТ (магнітно-резонансну томографію) як приклади, всередині є обертові частини. Сканувальна рама КТ-обладнання повинна обертатися з високою швидкістю, щоб рентгенівська трубка оберталася навколо пацієнта для збору даних томографічного зображення під різними кутами; магніти, градієнтні котушки та інші компоненти обладнання для МРТ також обертаються під час процесу візуалізації, створюючи точні зміни градієнта магнітного поля. Провідні контактні кільця встановлені на обертових з’єднаннях для стабільної передачі електроенергії для роботи обертових частин. У той же час велика кількість зібраних даних зображення передається в систему комп’ютерної обробки в режимі реального часу для забезпечення чітких і точних зображень, надаючи лікарям надійну діагностичну основу. Відповідно до відгуків про використання лікарняного обладнання, високоякісні провідні контактні кільця ефективно зменшують артефакти, переривання сигналу та інші проблеми в роботі обладнання для візуалізації, підвищують точність діагностики, відіграють важливу роль у ранньому скринінгу захворювань, оцінці стану та інших зв’язках, а також захистити здоров'я пацієнтів.
3.4.2 Хірургічні роботи
Будучи передовою технологією, представником сучасної малоінвазивної хірургії, хірургічні роботи поступово змінюють традиційну хірургічну модель. Провідні контактні кільця забезпечують підтримку серцевини для точного та безпечного хірургічного втручання. Роботизовані руки роботів-хірургів імітують рухи руки лікаря та виконують делікатні операції у вузькому хірургічному просторі, такі як накладення швів, розрізання та відділення тканин. Ці роботизовані руки повинні гнучко обертатися з кількома ступенями свободи. Провідні контактні кільця встановлюються на з’єднаннях, щоб забезпечити безперервне живлення, дозволяючи двигуну керувати робототехнічними руками, щоб вони рухалися точно, одночасно передаючи сигнали зворотного зв’язку від датчиків, дозволяючи лікарям сприймати інформацію зворотного зв’язку за силою в місці операції в реальному часі та реалізовуючи людино-машинна співпраця. У нейрохірургії роботи-хірурги використовують стабільну роботу провідних контактних кілець, щоб точно досягти крихітних уражень у мозку та зменшити ризик хірургічної травми; у сфері ортопедичної хірургії роботизовані руки допомагають імплантувати протези та фіксувати місця переломів, покращують хірургічну точність і стабільність, а також сприяють розвитку мінімально інвазивної хірургії в більш точному та інтелектуальному напрямку, надаючи пацієнтам досвід хірургічного лікування з меншою травмою та швидше відновлення.
IV. Стан ринку та тенденції
4.1 Розмір і зростання ринку
В останні роки світовий ринок електропровідних контактних кілець демонструє стійку тенденцію до зростання. Згідно з даними авторитетних дослідницьких установ ринку, розмір світового ринку провідних контактних кілець досягне приблизно 6,35 мільярда юанів у 2023 році, і очікується, що до 2028 року розмір світового ринку зросте приблизно до 8 мільярдів юанів при середньорічному зростанні з’єднання ставка близько 4,0%. З точки зору регіонального розподілу, Азіатсько-Тихоокеанський регіон займає найбільшу частку світового ринку, на яку припадає приблизно 48,4% у 2023 році. Це головним чином завдяки бурхливому розвитку Китаю, Японії, Південної Кореї та інших країн у сферах виробництва, індустрія електронної інформації, нова енергетика тощо, і попит на електропровідні контактні кільця продовжує бути високим. Серед них Китай, як найбільша виробнича база в світі, надав потужного імпульсу ринку електропровідних контактних кілець завдяки швидкому розвитку таких галузей, як промислова автоматизація, інтелектуальна безпека та нове енергетичне обладнання. У 2023 році масштаб ринку струмопровідних контактних кілець у Китаї зросте на 5,6% порівняно з попереднім роком, і очікується, що він продовжуватиме підтримувати значні темпи зростання в майбутньому. Європа та Північна Америка також є важливими ринками. Завдяки глибокій промисловій основі, високому попиту в аерокосмічній сфері та постійному вдосконаленню автомобільної промисловості вони займають значну частку ринку приблизно 25% і 20% відповідно, і розмір ринку постійно зростає, що в основному є такий самий, як темпи зростання світового ринку. З прискореним розвитком будівництва інфраструктури та промислової модернізації в країнах, що розвиваються, таких як Індія та Бразилія, ринок електропровідних контактних кілець у цих регіонах також продемонструє величезний потенціал зростання в майбутньому та, як очікується, стане новою точкою зростання ринку.
4.2 Конкурсний ландшафт
В даний час світовий ринок провідних контактних кілець є висококонкурентним і є багато учасників. Головні компанії займають значну частку ринку завдяки глибокому технічному накопиченню, передовим можливостям дослідження та розробки продуктів і широким ринковим каналам. Такі міжнародні гіганти, як Parker зі Сполучених Штатів, MOOG зі Сполучених Штатів, COBHAM з Франції та MORGAN з Німеччини, покладаючись на свої довгострокові зусилля в таких передових сферах, як аерокосмічна, військова та національна оборона, освоїли основні технології , мають чудову продуктивність продукту та мають великий вплив на бренд. Вони займають лідируючі позиції на ринку електропровідних контактних кілець високого класу. Їхня продукція широко використовується в ключовому обладнанні, такому як супутники, ракети та висококласні літаки, і відповідає найсуворішим галузевим стандартам у сценаріях із надзвичайно високими вимогами до точності, надійності та стійкості до екстремальних умов. Для порівняння, такі вітчизняні компанії, як Mofulon Technology, Kaizhong Precision, Quansheng Electromechanical і Jiachi Electronics, швидко розвивалися в останні роки. Постійно збільшуючи інвестиції в науково-дослідні розробки, вони досягли технологічного прориву в деяких сегментах, а їхні переваги в економічній ефективності продукції стали помітними. Вони поступово захопили частку ринку бюджетних і середніх ринків і поступово проникли на ринок високого класу. Наприклад, на сегментованих ринках, таких як контактні кільця роботизованих з’єднань у сфері промислової автоматизації та контактні кільця для відеосигналу високої чіткості в сфері моніторингу безпеки, вітчизняні компанії завоювали прихильність багатьох місцевих клієнтів своїми локалізованими послугами та здатність швидко реагувати на попит ринку. Однак загалом високоякісні електропровідні контактні кільця моєї країни все ще мають певну залежність від імпорту, особливо високоякісні продукти з високою точністю, надвисокою швидкістю та екстремальними умовами роботи. Технічні бар'єри міжнародних гігантів відносно високі, і вітчизняні підприємства все ще повинні продовжувати наздоганяти, щоб підвищити свою конкурентоспроможність на світовому ринку.
4.3 Тенденції технологічних інновацій
Дивлячись у майбутнє, темпи технологічних інновацій провідних контактних кілець прискорюються, демонструючи багатовимірну тенденцію розвитку. З одного боку, з’явилася технологія волоконно-оптичних контактних кілець. Із широким популяризацією оптичних комунікаційних технологій у сфері передачі даних зростає кількість сценаріїв передачі сигналу, які вимагають вищої пропускної здатності та менших втрат, і з’явилися волоконно-оптичні контактні кільця. Він використовує оптичну передачу сигналу замість традиційної передачі електричного сигналу, ефективно уникає електромагнітних перешкод і значно покращує швидкість передачі та пропускну здатність. Його поступово просувають і застосовують у таких галузях, як з’єднання для обертання антени базової станції 5G, відеоспостереження високої чіткості з панорамуванням і нахилом та аерокосмічне оптичне обладнання дистанційного зондування, яке має суворі вимоги до якості сигналу та швидкості передачі, і, як очікується, стане початком ера оптичного зв'язку технології провідних контактних кілець. З іншого боку, зростає попит на високошвидкісні та високочастотні контактні кільця. У передових галузях виробництва, таких як виробництво напівпровідників і точне тестування електроніки, швидкість обладнання постійно зростає, і попит на високочастотну передачу сигналу є актуальним. Дослідження та розробка контактних кілець, які адаптуються до високошвидкісної та високочастотної стабільної передачі сигналу, стали ключовими. Завдяки оптимізації матеріалів щітки та контактного кільця та покращенню конструкції контактної структури можна зменшити опір контакту, знос і затухання сигналу під час високошвидкісного обертання, щоб забезпечити передачу високочастотного сигналу на рівні ГГц і забезпечити ефективну роботу обладнання. . Крім того, важливим напрямком розвитку є мініатюрні контактні кільця. З розвитком таких галузей, як Інтернет речей, носимих пристроїв і мікромедичних пристроїв, зріс попит на електропровідні контактні кільця невеликого розміру, низького енергоспоживання та багатофункціональної інтеграції. Завдяки мікронанотехнології обробки та застосуванню нових матеріалів розмір контактного кільця зменшено до рівня міліметра або навіть мікрона, а функції живлення, даних і передачі сигналу керування об’єднані для забезпечення основного живлення та взаємодії сигналу. підтримка мікроінтелектуальних пристроїв, сприяння переходу різних галузей до мініатюризації та інтелекту, а також продовження розширення меж застосування провідних контактних кілець.
V. Ключові міркування
5.1 Вибір матеріалу
Вибір матеріалу струмопровідних контактних кілець має вирішальне значення та безпосередньо пов’язаний з їх продуктивністю, терміном служби та надійністю. Його потрібно розглядати комплексно на основі багатьох факторів, таких як сценарії застосування та поточні вимоги. Що стосується провідних матеріалів, для контактних кілець зазвичай використовуються сплави дорогоцінних металів, таких як мідь, срібло та золото, або спеціально оброблені мідні сплави. Наприклад, в електронному обладнанні та медичному обладнанні для візуалізації з вимогами до високої точності та низького опору контактні кільця із сплаву золота можуть забезпечити точну передачу слабких електричних сигналів і зменшити ослаблення сигналу завдяки їхній чудовій провідності та стійкості до корозії. Для промислових двигунів і вітряного енергетичного обладнання з великою передачею струму контактні кільця з високочистого мідного сплаву можуть не тільки задовольнити вимоги до струмопостачання, але й мати відносно контрольовані витрати. Для виготовлення щіток переважно використовуються матеріали на основі графіту та щітки зі сплавів дорогоцінних металів. Графітові щітки мають хорошу самозмащення, що може зменшити коефіцієнт тертя та зменшити знос. Вони підходять для обладнання з низькою швидкістю і високою чутливістю до втрати щітки. Щітки з дорогоцінних металів (такі як щітки з паладію та золотих сплавів) мають високу електропровідність і низький контактний опір. Вони часто використовуються у високошвидкісних, високоточних і вимогливих випадках якості сигналу, таких як навігаційні обертові частини аерокосмічного обладнання та механізми передачі пластин обладнання для виробництва напівпровідників. Не варто ігнорувати і теплоізоляційні матеріали. Звичайні включають політетрафторетилен (PTFE) і епоксидну смолу. ПТФЕ має відмінні ізоляційні характеристики, стійкість до високих температур і сильну хімічну стабільність. Він широко використовується в провідних контактних кільцях обертових з’єднань пристроїв для перемішування хімічних реакторів і обладнання для глибоководної розвідки в умовах високої температури, сильних кислот і лугів, щоб забезпечити надійну ізоляцію між кожним провідним шляхом, запобігти збоям короткого замикання та забезпечити стабільність роботу обладнання.
5.2 Обслуговування та заміна струмопровідних щіток
Будучи ключовою вразливою частиною провідного контактного кільця, регулярне обслуговування та своєчасна заміна провідної щітки мають велике значення для забезпечення нормальної роботи обладнання. Оскільки щітка поступово зношується та утворює пил під час безперервного фрикційного контакту з контактним кільцем, опір контакту збільшуватиметься, впливаючи на ефективність передачі струму та навіть спричиняючи іскри, переривання сигналу та інші проблеми, тому необхідно регулярно обслуговувати механізм встановлено. Загалом, залежно від інтенсивності роботи обладнання та робочого середовища, цикл обслуговування коливається від кількох тижнів до кількох місяців. Наприклад, струмопровідні контактні кільця в гірничому обладнанні та металургійному обладнанні з сильним забрудненням пилом можуть потребувати перевірки та обслуговування щотижня; тоді як контактні кільця обладнання для автоматизації офісу з внутрішнім середовищем і стабільною роботою можуть бути продовжені до кількох місяців. Під час технічного обслуговування спершу необхідно вимкнути обладнання, відключити струм контактного кільця, а також використовувати спеціальні засоби для чищення та реагенти, щоб обережно видалити пил і масло з поверхні щітки та контактного кільця, щоб уникнути пошкодження контактної поверхні; в той же час перевірте пружний тиск щітки, щоб переконатися, що вона щільно прилягає до контактного кільця. Надмірний тиск може легко збільшити знос, а занадто низький тиск може спричинити поганий контакт. Коли щітка зношена на одну третину або половину початкової висоти, її слід замінити. Під час заміни щітки обов’язково використовуйте продукти, які відповідають оригінальним специфікаціям, моделям і матеріалам, щоб забезпечити постійну ефективність контакту. Після монтажу контактний опір і робочу стабільність необхідно перевірити ще раз, щоб запобігти збоям і зупинкам обладнання через проблеми зі щітками, а також забезпечити безперебійність виробничих і робочих процесів.
5.3 Тест на надійність
Щоб переконатися, що провідне контактне кільце працює стабільно та надійно в складних і критичних сценаріях застосування, суворе тестування надійності має важливе значення. Тестування опору є базовим проектом тестування. За допомогою високоточних приладів для вимірювання опору вимірюється контактний опір кожного контуру контактного кільця в різних робочих умовах статичного та динамічного обертання. Значення опору має бути стабільним і відповідати стандартам проектування з дуже малим діапазоном коливань. Наприклад, у контактних кільцях, що використовуються в електронному прецизійному випробувальному обладнанні, надмірні зміни в контактному опорі призведуть до різкого збільшення помилок тестових даних, що вплине на контроль якості продукції. Випробування витримуваної напруги імітує удар високою напругою, з яким обладнання може зіткнутися під час роботи. Випробувальна напруга, яка в кілька разів перевищує номінальну напругу, прикладається до контактного кільця протягом певного періоду часу, щоб перевірити, чи можуть ізоляційний матеріал та ізоляційний зазор ефективно протистояти цьому, запобігти пробою ізоляції та коротким замиканням, спричиненим перенапругою під час фактичного використання, і забезпечити безпеку персоналу та обладнання. Це особливо критично під час тестування струмопровідних контактних кілець, що підтримують системи живлення та високовольтне електричне обладнання. У галузі аерокосмічної промисловості провідні контактні кільця супутників і космічних кораблів повинні пройти комплексні випробування в імітованих екстремальних температурах, вакуумі та радіаційному середовищі в космосі, щоб забезпечити надійну роботу в складних космічних середовищах і безпомилкову передачу сигналу та електроенергії; контактні кільця автоматизованих виробничих ліній у високоякісних виробничих галузях повинні проходити довгострокові високоінтенсивні випробування на втому, симулюючи десятки тисяч або навіть сотні тисяч циклів обертання, щоб перевірити їх зносостійкість і стабільність, заклавши міцну основу для великомасштабного безперебійного виробництва. Будь-які незначні ризики надійності можуть спричинити значні втрати виробництва та ризики для безпеки. Суворе тестування є ключовою лінією захисту для забезпечення якості.
VI. Висновок і прогноз
Будучи незамінним ключовим компонентом сучасних електромеханічних систем, провідні контактні кільця відіграють життєво важливу роль у багатьох галузях, таких як промислова автоматизація, енергетика, інтелектуальна безпека та медичне обладнання. Завдяки своєму унікальному структурному дизайну та чудовим перевагам у продуктивності він прорвав вузьке місце в передачі електроенергії та сигналу обертового обладнання, забезпечив стабільну роботу різноманітних складних систем і сприяв технологічному прогресу та промисловій модернізації в галузі.
З ринкового рівня глобальний ринок провідних контактних кілець неухильно зростав, причому Азіатсько-Тихоокеанський регіон став головною силою зростання. Китай надав потужного імпульсу розвитку галузі завдяки своїй величезній виробничій базі та розвитку галузей, що розвиваються. Незважаючи на жорстку конкуренцію, вітчизняні та іноземні компанії продемонстрували свою майстерність у різних сегментах ринку, але в продуктах високого класу все ще домінують міжнародні гіганти. Вітчизняні компанії просуваються вперед у процесі просування до розвитку високого класу та поступово скорочують розрив.
Дивлячись у майбутнє, завдяки безперервним інноваціям науки та техніки, технологія провідних контактних кілець відкриє ширший світ. З одного боку, передові технології, такі як оптоволоконні контактні кільця, високошвидкісні та високочастотні контактні кільця та мініатюрні контактні кільця, будуть сяяти, відповідаючи суворим вимогам високої швидкості, високої пропускної здатності та мініатюризації в нових галузях, таких як як зв’язок 5G, виробництво напівпровідників та Інтернет речей, а також розширення застосування межі; з іншого боку, міждоменна інтеграція та інновації стануть трендом, глибоко переплетеним зі штучним інтелектом, великими даними та технологіями нових матеріалів, породжуючи продукти, які є більш розумними, адаптивними та адаптованими до екстремальних умов, забезпечуючи ключову підтримку для передових досліджень, таких як аерокосмічні дослідження, глибоководні дослідження та квантові обчислення, а також постійного розширення можливостей світової науково-технічної галузі екосистеми, що допомагає людству рухатися до ери вищих технологій.
Час публікації: 08 січня 2025 р