CN103738203A - 无损压接式整体吊弦及无损压接的工艺和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高速电气化铁路接触网无损压接式整体吊弦及无损压接的工艺和方法。其特征是用双孔管5作为整体吊弦的压接零件，将压接模、双孔管5、吊弦线6构成一组压接关系，用加力均匀、具有压接力显示和压接力状态监控的压接机，做出管—线压接力状态曲线，确定出吊弦线6的无损压接区域，用吊弦线高周期疲劳许用力作为滑动荷重，找出对应的压接力，以此为上限控制压力，通过对压接状态的监控，完成压接过程。用该方法和工艺制作的无损压接式整体吊弦，不损伤吊弦线6的单丝，压接后各股之间保持正常的绞和状态，受力均匀一致，消除原压接管及1-2牙压接方式下，吊弦线6因各股受力不均及附加弯矩过早断线，大幅度提高整体吊弦的工作寿命。

Description

无损压接式整体吊弦及无损压接的工艺和方法

所属技术领域

本发明涉及一种高速电气化铁路接触网无损压接式整体吊弦及无损压接的工艺和方法。目的是消除原整体吊弦使用扁管作为压接零件及1-2牙压接工艺下，整体吊弦压接管出口处吊弦线因压接变形过大产生的附加弯矩及各绞和股受力不均，导致吊弦线过早断丝、断股、断线，大幅度提高整体吊弦的工作寿命。使高速电气化铁路接触网全线更换整体吊弦的周期成倍增加，节约巨额的材料成本和施工成本，并降低日常的维护费用。

背景技术

1、技术现状和发生的问题

1.1整体吊弦的结构和使用场合

中国高速电气化铁路接触网中使用的压接式整体吊弦是自1999年哈大线后，采用德国接触网技术，国内开发研制的，图1，由接触线吊弦线夹1，承力索吊弦线夹2，U型环3共2个，鸡心环4共2个，压接管5共2个，整体吊弦线6，卡销7，接线端子8共计2个，螺栓螺母垫片9、10、11共计2套，各零件组成。其中整体吊弦线6与两个鸡心环4，上下两个压接管5装配后，用1-2牙压接模压接后，再与两个接线端子8压接组成一体，通过上下两个U型环3，线夹1和线夹2安装于接触线和承力索之间，悬吊接触线使之保持一致的高度和弹性，并承担上下部接触网对机车的导流。

TB/T3111-2005中，吊弦线6的绞接结构为0.5X7X7，单丝直径只有0.5mm，绞和后整绳直径4.5mm，材质为含镁0.3%的低鎂铜合金JMT和0.5%的高鎂铜合金JMHT两种，其中JMT-10平方吊弦线单丝绞和后抗拉强度496Mp，整绳拉断力4.75kN,绞接节距约35mm；JMHT-10平方吊弦线单丝绞和后抗拉强度589Mp,整绳拉断力5.67kN,绞接节距约43mm。整体吊弦最大工作荷重1.3kN。

1.2其中A为主线，承担全部的工作荷重和机械振动；B为副线，只承担电气导流。

1.3压接管5是一个材质为T2铜，M状态的扁铜管，整体吊弦主、副线可以并排穿过，这样管腔中的两根吊弦线中间就形成上下两个很大的三角圆弧间隙，压接管尺寸很短，刚刚超过整体吊弦线的半个节距，必须有很大的压接变形才能保证不滑动。

1.4压接管与吊弦线的压接采用的是1-2牙的压接方式。工作的环境和运行状态，必须同时满足以下几个方面的要求：

1.4.1、承载处于拉伸状态下的接触线垂直荷重及环境下的冰、风额外荷重；

1.4.2、承担载流承力索和接触线之间的电气导流；

1.4.3、利用自身的柔软性能改善接触网的整体弹性；

1.4.4、抵抗列车受电弓机械冲击引起的机械振动和高速气流引起的舞动。

1.5发生的问题

在以往的160km/h的提速线路京秦线近10多年的运行中，状态还是稳定的，但自200km/h时速线路，尤其第一条干线高铁武广线300km/h以上时速区段2008年开通，运行仅仅5年，大部分区段出现整体吊弦的吊弦线断丝、断股、甚至整绳断裂的现象，和常规下的一个大修周期20年的要求差的太远。这些现象同时也出现在当时由外方分供商提供零件和线索的区段。单丝、单股及整绳断裂主要分布在整体吊弦工作主线A靠近接触线的下半部分，以压接管处单股或数股的齐口断裂最为严重。

1.6导致问题的原因

公交化的行车密度，300km/h以上时速列车高速气流引起的接触网强烈舞动以及大气污染条件比德、法要恶劣，这只是外部自然条件。实质的内在根源是：

1.6.1压接管处的1-2牙的不对称压接。施工单位压接的质量管控方法是单牙在主线A侧，双牙在副线B侧，压接管1-2牙对压的压接方式，双牙侧的受力和变形是单牙的1/2。单牙放到主线侧可以提高滑动指标，起不到保护主线的作用，反而由于主线压接点过大的变形，破坏主线的绞合状态，在主线安装受力后，绞和股之间受力不均，并在压接点出口处行成附加弯矩，产生一个动态弯曲疲劳点，这和现场的大部分断口是吻合的。压接点处的过大变形，不仅改变了整体吊弦线的绞合状态，也容易造成内部吊弦线单丝变型或损伤。即使将压接方向对倒，双牙对主线侧的压接仅仅是变形程度的减轻，不能得到彻底的改观。现在的断线断股只是由于压接管处主线所形成的附加弯矩的疲劳和各绞和股受力不均造成，即使吊弦线本身有足够的强度和韧性能够逃过这一劫，内部单牙压接点处单丝的变型或损伤也是下一种断线方式的巨大隐患。因此原整体吊弦的压接管处1-2牙变形压接工艺，不适用于高速状态下的接触网。

1.6.2压接过分，厂家和施工单位为验收要求，无不采用过压的方式，有的滑动荷重甚至达到4.7-5.1kN几乎接近整体吊弦线的整绳拉断力，这对于压接长度仅有半个节距的吊弦线来说，在1-2牙的压接方式下，无疑太过分了。

1.6.31-2牙压接后的整体吊弦的主吊弦线A承担了整体吊弦所有的机械荷重和电气导流，更为重要的是保证接触线与轨面高度均匀一致，改善接触网的整体弹性，使高速运行的机车平稳受流，也要应对振动冲击和高速气流的舞动，下部比上部工作状态更恶劣。可以这样说，在决定电气化铁路的速度等级上，整体吊弦起到了决定性的作用。从鱼竿效应来说，整体吊弦线处于整个接触网末梢终结地位，其自身的绞接结构、力学性能、压接工艺和工作环境共同决定其使用寿命，对其滑动荷重的要求，应该由工作荷重的性质决定。这绝不意味着，在原来的压接方式下，降低滑动指标就可以保证长期的运行安全，以往的低速运行掩盖了1-2牙压接的工艺缺陷。

1.6.4、电气化铁路接触网设计中，吊弦线夹的最大工作荷重1.3kN,包含了两根吊弦之间接触线的自重和最大覆冰及最大风速下所有的额外重量,也包含一个接触网工人全副检修工具下的重量。现在高铁接触网施工和维修中，为了保证接触导线高度的一致均匀性，防止接触线弯曲变形，绝对不允许工人网上行走，全部采用梯车和作业车进行高空作业。我国自第一条电气化铁路通车至今已有50多年，吊弦的失效破坏主要是吊弦线断裂，就压接式整体吊弦而言，则是100%。因此，强振动和高速气流舞动工况下对压接后的整体吊弦线的寿命荷重考核，才是指标的关键。

1.6.5、双弓运行下，250km/h下动车供电电流1300A,高速350km/h下1700A。为了满足载流而限制电阻率，整体吊弦线不可能采用更高强度的铜合金材料。含镁0.3%的TMJ-10绞线的拉断力4.75kN,绞接节距约35mm；含镁0.5%的JMHT-10吊弦线整绳拉断力5.67kN,绞接节距约43mm；按照高周期疲劳安全许用应力的方法，安全系数n=2-5，由此对应的高周期疲劳工作荷重极限：TMJ10为0.95-2.375kN，TMHJ-10为1.134-2.835kN，整体吊弦最大工作荷重1.3kN，叠加在其许用力值的上下范围内，2.0和2.5kN已经是TMJ-10和TMH-10两种吊弦线没有任何压接工艺损伤的自然绞和状态下，高周期疲劳许用力值的上限。

2、与之相关联的电气压接技术

常规的电气压接技术，应用在如下几个方面：

2.1、电气端子压接，包括航天、军工等电气电子设备的端子，单纯电气导流，以接触电阻为控制指标，允许压接处导线的绞和股变形，不载力，安装后处于相对静止状态。

2.2、输电线路的架空线缆接续压接及锚固压接，压接方式有对头压接、错位压接、回头压接。电力线钢芯、钢索、硬铜绞线等自身强度较高，单丝直径较粗，同时要求压接处比被连接线索有更高的强度，压接管的强度选择较高，为了保障连接的安全，可对被压线索允许破坏10%以内的计算强度损失，压接的长度不小于1.5—2倍节距，包括硬铜绞线及钢绞线试验室中的整绳破断力拉伸试验试样。

2.3、压接工艺的优点是：利用压接材料产生的永久变形，使被接续或连接的零件，以最小的几何尺寸实现紧固的机械连接性能，有利于大批量的工业化生产。这些类别的压接在生产中有很多独特的工艺方法和装备，也从普通的手工压接钳发展到气动、液压压接，甚至为了大批量、高速的稳定的生产，尤其是电子行业，采用专门的压接流水线。这些压接装备和方法，对上述两类压接，都是成熟的，安全的。

3、整体吊弦压接管处压接的特殊性

整体吊弦线就其绞接结构、单丝直径来说，与电气端子连接用的软铜绞线结构类似，但又具有比一般电工无氧铜绞线大的多的强度，压接管长度也仅有20mm，压接管处的工作状态不同于一般电气端子压接，主要是载力，但吊弦线自身又要承担导流；也不同于电力线索的接续和锚固类压接，压接长度短，半个节距，安装位置也不允许过长加大尺寸；单丝太细，抗拉强度比钢绞线及不锈钢钢丝绳低的多，安全许用力的范围太小。从长期安全行车运行的角度看，压接后的整体吊弦对振动状态下的疲劳耐受能力比其他方面的要求更为重要。

通过上述背景技术和现场事故五个方面的分析，结合其在高速电气化铁路接触网的使用工况，整体吊弦压接管处的压接有以下几个特点：

3.1、既不是静力学破断试验试样制作及锚固接续类的极限强度压接——单丝很细，与钢丝绳相比强度较低，压接长度太短，不以极限高载力为目的。

3.2、也不是一般电气设备端子类单纯考虑接触电阻的、允许被压导线变形的电气压接——吊弦线与普通电工软铜绞线比，电阻率较高，抗拉强度又较大，除吊弦线自身承担导流外，更重要的是承担悬吊接触线的最大工作荷重，压接处的断股和断线，导致其彻底失效破坏，载力的要求还很强；长期使用的工况是高周期、强振动、外加高速气流舞动下的机械荷重，工作条件极为恶劣，数量又最多，与高铁行车的安全还直接相关。

3.3、整体吊弦线本身高周期疲劳许用力值的上限值与最大工作荷重非常接近，按照静态受力看极限，动态受力看缺陷的产品工艺设计原则，不允许压接过程中对吊弦线单丝的任何损伤以及压接后改变吊弦线各股的绞和状态。

3.4、整体吊弦线是经鸡心环回头后与压接管进行压接的，就其结构来讲，不需要太大的压接力，没有必要采用过压损伤自身绞和结构，来单纯满足过高的滑动荷重要求，压接的目的是以满足最大工作荷重下，高周期疲劳的长期寿命要求。

3.5、压接式整体吊弦在中国，无论高速和低速区段，总的运行时间都没有达到一个完整的大修周期的时间周期考验。德法等国家由于单日行车对数很少，只有十几对，有充足的维修天窗时间，基本上是随坏随换。中国公交化的行车密度单日80-100对列车，根本没有天窗时间，更换必须中断行车，打乱运行图，这在以高铁作为常态交通工具的高密度人口下的今日中国，是不可以的。采用新的压接工艺，延长整体吊弦的总体使用寿命，极大地降低总的运行成本和日常维修更换的人工和机械成本，成为必然选择。

因此，按照以上的几个特点，对整体吊弦的压接工艺和方法有如下要求：其一是，在1.3kN的最大工作荷重下，保障整体吊弦一个寿命周期内，不因压接工艺的问题导致吊弦线断线或断股，也就是说，压接后整体吊弦的长期工作状态下的滑动荷重，必须大于最大工作荷重但不超过极限许用力值，达2.0—2.5kN即可,即不过压。其二是，压接过程不得对整体吊弦线有任何影响自身强度的损伤和绞和状态的破坏，这就要求整体吊弦的压接管和吊弦线的压接处，必须有完整的圆形断面形状、更大的压接接触面积、用尽量均衡的较小压接力，使压接后的整体吊弦线在保证正常的工作状态下，具有基本的绞和状态，即：不损伤。

这就只有采用无损压接的工艺和方法。

发明内容

1、本发明的目的在于提供一种无损压接式整体吊弦及无损压接的工艺和方法，消除原整体吊弦使用扁管作为压接零件及1-2牙压接方式下，整体吊弦压接管出口处的吊弦线因压接变形产生的附加弯矩及各绞和股受力不均，导致吊弦线过早断丝、断股、断线，大幅度提高整体吊弦的工作寿命。

2、一种无损压接式整体吊弦，其特征是用双孔管作为与吊弦线的压接零件，用无损压接的工艺和方法压接制作，双孔管中间的圆弧隔层将吊弦主线和副线隔开，填充两根整体吊弦线之间的缝隙，并阻止两条吊弦线之间压接时的径向变形，用加力均匀、具有压接力显示和压接力状态监控的压接机，用不超过整体吊弦线无损压接区域的上限控制压力，在对压接力状态监控下，使压接力≦上限控制压力，完成压接过程。既不损伤吊弦线的单丝，也不破坏吊弦线的绞和状态，使整体吊弦达最长的工作寿命。

3、一种双孔管，用于无损压接式整体吊弦，其特征是具有两个独立的并排圆孔，两孔中间有对称的圆弧隔层，填充穿过其两圆孔的吊弦线之间的间隙，并阻止两条吊弦线之间压接时的径向变形，压接后与两孔中的吊弦线呈几乎完整的圆形接触断面，使吊弦线各股之间均保持正常的绞和状态，不产生变形和附加弯矩，各股垂直受力均匀一致。

4、一种无损压接的工艺和方法，用于无损压接式整体吊弦的压接制作，其特征是将压接模、双孔管、吊弦线构成一组压接关系，做出双孔管与吊弦线的管-线压接力状态曲线，在该曲线上确定出吊弦线的无损压接区域，在该区域中，找出其高周期疲劳许用力值=整体吊弦滑动力值下对应的压接力，以此作为上限控制压力，用加力均匀、具有压接力显示和压接力状态监控的压接机，在对压接力状态监控下，使压接力≦上限控制压力，并完成压接过程，使压接后的整体吊弦吊弦线单丝不受损伤、各绞和股保持正常的绞和状态。消除原1-2牙的压接工艺下，压接管处吊弦线因过大变形产生的附加弯矩及各绞和股受力不均导致的断丝、断股、断线，使整体吊弦达到最长的、一致性的工作寿命。

5、一种无损压接工艺和方法中无损压接区域和上限控制压力的确定方法，用于整体吊弦的无损压接工艺，其特征是用管--线压接力状态曲线上的压力状态变化和拐点，判断双孔管—吊弦线的压接接触状态和性质，确定吊弦线无损压接区域，在该区域，找出吊弦线高周期疲劳许用力值=整体吊弦滑动力值下对应的压接力，并以此作为上限控制压力，使压接力≦上限控制压力，并完成压接过程，使双孔管内的吊弦线单丝不因压力过大导致变形或损伤，各绞和股的绞和状态不因压力过大而改变。

6、一种压接机，用于整体吊弦的无损压接工艺和方法，其特征在于用液压系统均匀加力，由压力传感器、PLC可编程序控制器和LED触摸屏，构成压接力数据采集和显示系统，可对管-线压接力进行指针式表盘显示，也可以对管-线压接力状态曲线显示，在对无损压接式整体吊弦的压接过程中，通过对管-线压接力状态的监控，用不超过上限控制压力进行压接，完成无损压接式吊弦的压接制作过程。

7、一种压接模，用于整体吊弦的无损压接工艺和方法，其特征在于具有由一对径向侵入包覆刀口及一个圆弧压接口共同组成，还有轴向等距的齿状螺纹溢料腔，在对双孔管压接过程，对管壁两侧做过赢侵入，使双孔管与吊弦线压接后形成几乎完整的圆形包覆断面，压接接触面尽量大，压接处多余的材料与不参与压接的材料在溢料腔形成等距的螺纹永久变形。用较小的压接力达到压接处滑动荷重的要求，并使吊弦线各绞和股保持正常的绞和状态。

8、无损压接式整体吊弦的压接零件的其他实施方式，扁管中置入双面弧形楔的仿形双孔管。

9、无损压接式整体吊弦的压接零件的其他实施方式，扁管中置入双三角弧形楔的仿形双孔管。

10、无损压接式整体吊弦的压接零件的其他实施方式，异形8字扁管中置入两个圆管的仿形双孔管。

11、无损压接式整体吊弦的压接零件的其他实施方式，复合式半管鸡心环。

附图说明

图1是原整体吊弦的装配图及靠近接触线侧压接管处的放大图，整个放大区与装配图的比例是4:1。目的是为了更方便说明现场运行的整体吊弦的问题和工艺缺陷。

图2是本发明的无损压接式整体吊弦装配图及靠近接触线侧双孔压接管5，与吊弦线6、鸡心环压4采用无损压接工艺压接后，安装的局部放大图，A-A是双孔管的压接断面剖视图，整个放大区与装配图的比例是4:1。

图3双孔管主视图和双孔断面俯视图。

图4是钢绞线做拉伸试压接样的钢管—钢绞线的压接力状态示意图。

图5是双孔管与吊弦线的管—线压接力状态示意图目的是通过钢管—钢绞线整个压接过程的压接力变化的状态，类比地找出整体吊弦无损压接的方法，图4和图5之间没有相同的数值对等关系。

图6是一个整体吊弦的无损压接工作站，其中由总控制台中的PLC可编程序控制器和LED触摸屏1，压力传感器2，压接模3，油缸4和液压泵站5构成一台具有均匀加力、压接力指针显示、压接力状态监控的压接机，是本明无损压接工艺和方法中使用的核心装备。

图7压接模的钳口主视图、俯视图及水平中心线P-P处的剖视俯图。

图8压接模对双孔管的侵入、包覆压接过程示意图及压接后样件效果图，P-P处的剖视俯图.

图9无损压接式整体吊弦的压接零件的其他实施方式，扁管中置双面弧形楔的仿形双孔管。

图10无损压接式整体吊弦的压接零件的其他实施方式，扁管中置入双三角弧形楔的仿形双孔管。

图11无损压接式整体吊弦的压接零件的其他实施方式，异形8字扁管中置入两个圆管的仿形双孔管。

图12无损压接式整体吊弦的压接零件的其他实施方式，复合式半管鸡心环。

具体实施方式

参照附图，说明本发明的理想实施方式。

本发明所涉及的无损压接式整体吊弦及无损压接的工艺和方法是为了达到以下目的：一是压接后，无损压接式整体吊弦的双孔管对吊弦线具有几乎完整的圆形包覆断面，使吊弦线具有基本的绞和状态，这一点靠双孔管和压接模共同配合来完成，做到形态无损；二是压接过程中，不损伤吊弦线的绞和股中的单丝，不被破坏吊弦线的绞和状态，这一点，靠压接状态下吊弦线的无损压接区域确定后，用不超过这个区域中的上限控制压力来进行压接，做到压接力无损；三是用能够均匀加力的，具有压接力显示和压接力状态监控的压接机，完成双孔管与吊弦线的无损压接过程。

这个目的，由以下的实施方式来共同完成。

1、无损压接式整体吊弦

对照图2，无损压接式整体吊弦由以下零件组成：接触线吊弦线夹1，承力索吊弦线夹2，U型环3—2个，鸡心环4—2个，双孔管5—2个，整体吊弦线6，卡销7，接线端子8—2个，螺栓螺母垫片9、10、11—2套。其特征是：

1.1用双孔管5作为与吊弦线6压接的零件，与鸡心环4装配后，采用无损压接的工艺和方法进行压接制作，再与两个接线端子8进行电气压接组成一体，通过上下两个U型环3，与接触线线夹1和承力索线夹2其中卡销7插入承力索线夹，用螺栓螺母垫片9、10、11安装于接触线和承力索之间，悬吊接触线使之保持一致的高度和均匀的弹性，承担上下部接触网对机车的导流。

1.2这样，双孔管5将吊弦线6的工作主线和副线隔开，中间的圆弧隔层填充两根整体吊弦线之间的缝隙，阻止吊弦线的压接时的径向变形，压接模可以使压接后双孔管5对吊弦线6呈完整圆形包覆，压接过程中，通过对压接力状态监控，压接力不超过整体吊弦线无损压接的上限控制压力，既不损伤吊弦线的单丝，也不破坏吊弦线各股之间绞和状态，消除原整体吊弦使用扁管作为压接零件及1-2牙压接方式下，整体吊弦压接管出口处的吊弦线因压接变形产生的附加弯矩及各绞和股受力不均，导致吊弦线过早断丝、断股、断线，大幅度提高整体吊弦的工作寿命。

2、双孔管，图3，也叫8字管，眼镜型管，或日字管

使用双孔管作为无损压接式整体吊弦的压接零件，在于其特征是具有两个并排的独立圆孔，中间的圆弧隔层填充两根整体吊弦线之间的缝隙，压接时阻止两吊弦线之间的径向变形，使压接后的吊弦线具有基本的绞和状态，其断面的形态特征是无损压接工艺实现的必要条件。

2.1双孔管与吊弦线的强度匹配关系

为实现对整体吊弦线的无损压接，必须对双孔管材料性能和材料状态做出规定，目的是为了和整体吊弦线构成软硬搭配的强度匹配关系，在无损压接过程中，双孔管可以变形，吊弦线单丝和绞和股均不变形：

双孔管：材质，T2铜，材料状态M,抗拉强度≧206Mp，伸长率≧35%；

吊弦线：含镁0.3%的TMJ-10吊弦线，材料状态Y,单丝绞和后抗拉强度≧496Mp，整绳拉断力4.75kN，

高周期疲劳许用力值2.0kN，强度匹配比例：1:2.4

含镁0.5%的JMHT-10吊弦线，材料状态Y,单丝绞和后抗拉强度≧589Mp,整绳拉断力5.67kN,

高周期疲劳许用力值2.5kN，强度匹配比例：1:2.86

鉴于当前国内的铜材加工厂因工艺原因，均不能挤压出连续的双孔管断面的异形管材，只能用等断面的实心拉拔棒材切割后定模打孔或以零件方式反向热挤压方式获得，但材料必须控制在M状态。

2.2双孔管的长度设定

本实施方式说明等径下管线长度对应，是针对吊弦线节径的变化而言，一个节径是指一个绞和股沿绞接方向转一圈下对应的绞线长度，那么一套模具的一半与绞线一个绞和股一次最小完整接触长度就是180°，也就是半个节距。这是本发明针对相同断面形状下，因吊弦线节距变化，导致对应配件长度改变的特别规定。按照不小于吊弦线半个节距的原则，设定为两个规格：

对TMJ-10吊弦线，绞接节距约35mm，取20mm；螺纹压接对数：4对。

对TMHJ-10吊弦线，绞接节距约43mm，取25mm，对应的螺纹压接对数5对。

这样，使每种类型的吊弦线，每个绞和股在轴向的绞接方向180度的绞接范围内，对称的无损压接方式下，获得均等的压接力。

在压接点材料变形允许的情况下，双孔管的螺纹压接对数可以适量的增减。

2.3但是，在进行模具设计时，要看哪个方向的要求更为重要：

2.3.1以破断拉伸类的极限强度为目的，侧重轴向长度方向的压接效果，这类大多采用径向小面积，轴向大长度，如六方压接模，一次压接长度可以很长。

2.3.2以保护径向断面效果为目的，侧重径向截面方向的压接效果，这类压接更强调径向断面的全部接触，以保证压接后的断面形状，轴向长度方向则采用多压接点的等距螺纹设计，先保证压接断面的接触状态和形状，总压接力及压接管长度改变，靠线性的增减螺纹压接数量。

3、压接模

本发明压接模最理想的实施方式是侧重径向断面压接效果，保证吊弦线各股的绞和状态的，径向侵入包覆、轴向等距螺纹的设计，压接模的最小压接长度不小于整体吊弦线的半个节距。

根据本发明的目的要求，要实现无损压接，必须使双孔管和吊弦线之间实现最大的接触面积，同时还要使双孔管压接后的断面呈现基本的圆形状态。

本发明的压接模，图7，其特征是，径向断面由一对侵入包覆刀口A及一个圆弧压接口共同组成，轴向还有等距的齿状螺纹溢料腔，俯视图及P-P处剖视俯图。

3.1在对双孔管进行压接时，压接模的刀口顶点A先与双孔管B点接触，图8，水平侵入刀口沿外圆B—B虚线做水平过赢侵入，切向包覆刀口将B—B虚线以外管壁材料向水平中心线方向挤压，先使圆管管壁成为椭圆，至C点结束。

3.2这样，压接模的圆弧压接口在水平中心线处与管壁接触后，双侧压接口弧顶与两对侵入包覆口A-A完成对双孔管两个外圆壁的6点对称接触，完成侵入→包覆→压接→变形，使吊弦线获得几乎完整的整圆包覆，使压接后的吊弦线具有基本的绞和状态，做到形态无损，并获得最大的压接接触面积。

3.3压接处多余的材料，沿径向进入溢料腔，与未被压接处一起，径向做非定常态变形，轴向定常态变形，形成不可恢复的等距螺纹装永久变形。

侵入包覆的过程及压接后试样的效果见图8，及P-P处剖视俯图。

增加双孔管的长度，线性增加圆弧压接口和齿状溢料腔的数量，即增加螺纹对数即可。

通过以上的实施方式2和实施方式3，实现整体吊弦无损压接工艺和方法目的第一点：吊弦线形态无损。

4、本发明无损压接的方法，基于这样一种依据：本人在试验室对绞线类整绳破断拉力试样的压接制作过程中，压接力的状态变化。

在模具对称，均匀施加压力的情况下，以钢管—钢绞线为例，对照图4有如下的现象：

4.1表盘指针显示的压力，线性上升→慢→停止→下降→停止→不升或上升很少→线性上升→缓慢上升→轻微下降或不动→继续线性上升→缓慢上升或下降，直至试样管壁被压坏，或试验机达加力极限不能施压。将对应的力值描述下来，得到一条曲线，0ABCDE，各压接力值拐点特征非常明显。

4.2与图4压接力状态曲线0ABCDE相对应的，是管线之间的变形、压接的状态，为达到借鉴和类比的目的，将曲线OABCDE各段压接力，及各拐点对应的管—线压接接触状态和特征进行说明：

OA段—压接初始阶段，管线未接触，压接力线性上升至A点；

A点—压接力初达A点后不再增加，管子材料局部屈服导致结构变形，形成第一个力值拐点A，力值下降至B点；

AB段—管的变形阶段，至B点，管线接触；

B点—力值达B点，管线接触初始,力值并不增加，直到管线各压接点完全接触后，各接触点没有间隙，绞线单丝被逐渐压紧，力值再次逐渐缓慢上升，直到管—线之间、绞线各股之间无间隙后，力值才开始线性增加，这个过程叫接触压接阶段，并形成拐点B。B点的物理意义是：管线从开始接触至压接面下的全面接触，形成有效的压接接触。

BC段—管线同步压接阶段，管壁做从A点开始的第一次局部屈服后的变形强化，因强度匹配的关系，管软线硬，随压力的线性增加，压接处局部管壁对绞线单丝屈服，单丝不变形，微微侵入管壁，随接触面积增大后，侵入结束，直达C点。

C点—压力不再增加，压接处管壁材料二次全部屈服变形，形成拐点C，压力略有下降至D点

CD段—管壁填充性屈服变形压接阶段，压接处管壁材料做第一次变形强化后的二次屈服，管壁对绞线表层单丝压紧后的缝隙进一步填充，并完成从M状态向Y状态下的转变；绞线单丝依然不会变形破坏，并形成第四个力值拐点D。

D点—物理意义是：软硬强度匹配关系下，管子与线材表层完成无缝隙完全接触，当然绞和单丝缝隙尖角不算。这个过程很短，至D点结束。CD段是否明显与管子与线材的强度匹配关系，及管材的冷作硬化特性有关，强弱明显的DC段明显，强弱接近的不明显，退火45号无缝钢管与钢绞线破断压接试样就不明显。

DE段—管线无间隙压接阶段，管线一起在压力下，直到超过E点，钢绞线变形，或钢管破裂，或试验机达到压力极限不能继续加力。

4.30-B-E之间各点压力值的变化，共有四个压接阶段，四个拐点，即：

B点处的接触压接阶段

BC段同步压接阶段

CD填充性屈服变形压接阶段

DE无间隙压接阶段

四个拐点分别是A、B、C、D，对应着管材：结构变形→接触压接→压接处材料完全屈服变形→无缝隙完全接触压接。

反应了管线不同压接区域的压接接触的状态特征，不同的状态特征，决定着该压接力下，可以达到的物理性能——即所能承受的拉伸荷重或接触电阻。

4.4这条曲线，只要是管线配合，都会有类似的形态，区别的只力值的大小，但曲线力值的各拐点的变化结构特征非常明显，本发明称之为“管—线压接力状态曲线”。

作为压接力的一般取值原则，都在管材二次屈服以后的D点以上选取，该区域管线接触状态最好，力学性能最强。

4.4.1单丝较粗的绞线，试验室破断拉力试样制作一般取在DE段选在Q点附近。

4.4.2单丝较粗的绞线的锚固、接续类压接，或单丝虽细，但强度很高，对压接以后的拉伸力要求比较强的压接类别，也会在管材二次屈服以后的D点以上DE段，但实际工作中，长期荷重的需要，选点在P点附近。

4.4.3有接触电阻要求的端子及仅有电气要求类的压接，电连接线绞和股允许变形，力学性能要求较低选在D处拐点向上处，该点以上接触状态最好。

4.4.4BC段内，该区域由于压接力比较小，既不能实现很大的拉伸滑动荷重，也达不到管线之间最理想的接触电阻要求，几乎不被电气端子类压接和线索锚固、接续类压接选取。但是，该压接区域内，压接副内的线索，处于被压紧的第一阶段，在B点对应的压力下，已经完成管线压接处的完全压接接触，且管子经过AB段的变形，得到强化。这个压接区段是线索在压接过程中，绞线单丝不被损伤，绞线绞接状态不被破坏的最小压力区域。对于被压接的线索而言，该区域即是其无损压接区域。

4.5上述过程便是本发明无损压接方法的依据——管线的压接力状态曲线反应了压接模、压接管、线索这三方压接关系下，各压接区域下呈现的压接力变化的状态特征；反过来，只要有一组压接力状态曲线，根据曲线中压力变化的各拐点的结构特征，可以很容易地确定一种线索各压接力对应的压接区域，当然也包括无损压接区域。

5、双孔管-吊弦线压接力状态曲线，图5

5.1双孔管与吊弦线的压接也属于管线压接，其压接力自然也具备类似的状态特征。

5.2用压接模、双孔管、吊弦线这三者构成一组压接关系，在材料试验机上进行压接，获得的管-线压接力状态曲线也会具有相似的结构和特征，由于双孔管的结构，它不会与普通管-线的压接力状态曲线0abcde-I特征完全一样，在f点处，双孔管的结构就会变形，双孔管—吊弦线的压接力状态曲线是0abcdf-II状，但无论如何，它的bc段，即吊弦线无损伤压接区域是有的，这就足够了。

该曲线可以也可以在本发明所用的压接机上获得。

6、吊弦线无损压接区域和上限控制压力的确定方法

6.1无损压接区域

依据实施方式4和实施方式5的描述，对应图5，双孔管-吊弦线压接力状态曲线0abcdf-II中的bc中的N点以下，MN之间是无损压接上限控制压力的最佳区域。Ncd是管壁变形前的不稳定区域，且这个区域内，压接处管壁材料的二次屈服变形，极可能会对吊弦线绞和股中直径仅有0.5mm的单丝造成摩擦挤压损伤，一定要规避。

6.2上限控制压力

整体吊弦最大工作荷重1.3kN下，2.0-2.5kN已经是吊弦线高周期疲劳的许用力值上限，滑动荷重超过这个值没有任何意义，过大滑动荷重下的压接力会导致吊弦线单丝的损伤及绞和股的绞和状态的改变，对吊弦线的长期工作寿命有害无益。

6.2.1本发明将吊弦线高周期疲劳的上限许用力值2.0-2.5kN作为无损压接式吊弦的最大滑动荷重，来保证最大1.3kN长期工作下的寿命要求。

6.2.2在相同的压接关系下，对应图5，双孔管—吊弦线压接力状态曲线0abcdf-II中的bc中的N点以下，自b--N选择5个压力值，每个压力值，用6套整体吊弦完整压接试样为一组进行压接，均匀加力过a点后达b点，完成b点处的管线完全接触后，继续加力，测试出这5组压力值下压接后的滑动荷重的平均值，用吊弦线高周期疲劳的许用力值=整体吊弦的滑动荷重，与每组的实际滑动荷重测量结果比对，两点之间均差法迫近，得到的对应压力就是本发明整体吊弦无损压接的上限控制压力。

6.2.3如果上限控制压力太接近c点，图5，可调整压接模尺寸和双孔管长度，增加一对压接螺纹，重新作出管—线压接力状态曲线，使上限控制压力点下移。

6.3特别指出的是，由于采用了双孔管做为整体吊弦的压接零件，以及压接模的侵入包覆，压接时双孔管各自的型腔单独变形，与吊弦线有效的压接接触面积大大增加，单就压接长度而言，两个单独圆管长度之和，实际已达原压接管的2倍。极有可能出现这种状况：压接力在图5，b点完成管线的完全接触压接时，对应的整体吊弦的滑动荷重已超过吊弦线的高周期许用力值，但是，此时上限控制压力不应降低。这是因为——

6.3.1压接力的性质依然处在无损压接区域，且最小。

6.3.2无损压接必须完成管线之间的压接面的完全的接触状态，一是保障长期工作的可靠性；二是使吊弦线各个绞和股在压接管内受到均匀一致的压力，在正常的工作荷重拉伸下，各股的受力均匀一致，具有一致的寿命。

6.3.3无损压接式整体吊弦，双孔管与吊弦线之间，对应图5，b点压接力下的滑动荷重，只与这一组压接关系下，模具与双孔管的有效压接接触面积、双孔管与吊弦线的强度匹配关系、各自的材料性质及绞接结构有关，与其他的外部要求没有关系，至于吊弦线高周期疲劳的许用力值=整体吊弦的滑动荷重，仅仅是本发明所要达到的参照性标的。

6.3.4所谓对应b点处，图5，压接力最小，是针对压接模、双孔管、吊弦线这一组压接关系而言，与原1-2牙的压接工艺相比，各压接点压接力之和要比其大很多倍。线性增加螺纹对数和压接长度，总压接力也会增加，压接力状态曲线的各个力值也会改变，但对应的压力性质的位置依然是b点，照样可以把吊弦线拉断的。

6.3.5本发明无损压接工艺下，上限控制压力对应下的滑动荷重的大小，与原1-2牙的压接方式下的滑动荷重没有可比性，工艺的性质不同，效果和目的也不一样。压接的可靠性，用正常工作荷重下，型式试验中的振动疲劳试验来验证。

6.4任何更换压接管的长度、压接模的形状以及吊弦线的型号变更，均会导致压接关系的改变，双孔管-吊弦线的压接力状态曲线必须重新给出，无损压接区域必须重新确定，上限控制压力也随之改变。

7、整体吊弦无损压接的工艺基本要求

无损压接区域压接力在整个压接力状态曲线中是比较小的，为保证在上限控制压力以内，达到吊弦线高周期疲劳许用力值=整体吊弦的滑动荷重标的要求，需做到：

7.1双孔管与吊弦线在保证吊弦线绞和状态的前提下，必须有足够大的压接接触面积，这一点靠压接模的设计来完成。

7.2吊弦线与双孔管的配型必须一致，压接模与双孔管的配型一致，用各自压接关系下，对应的上限控制压力完成压接过程。

7.3压接过程必须使用均匀加力、具有压接力指针式显示或压接力曲线显示的压接机进行压接，以便对上限控制压力和压接状态进行监控。

7.4压接过程必须缓慢均匀加力，总体时间不能太短，以便压接力在b点处，管子有足够变形时间，保证管线之间压接处的完全接触，不损伤吊弦线的单丝。

7.5压接时，必须保证压接模钳口的侵入包覆处充分的润滑，同时压接模对钳口尺寸的控制要求比较严格，压接后的产品必须进行逐批次抽样测试，以防止因为压接钳口磨损过大，导致压接处失效。

8、压接机

本发明所涉及的压接机，安装在整体吊弦的无损压接工作站上，图6，由液压泵站5，压接油缸4，安装于压接模3处的压力传感器2与总控台的PLC可编程序控制器和LED触摸屏1组成。

其特征是：由液压泵站5，压接油缸4提供均匀加力，PLC可编程序控制器和LED触摸屏1与压力传感器2，构成压接力数据采集和显示系统，可对管-线压接力进行指针式表盘显示，也可以对管-线压接力状态曲线显示，在对无损压接式整体吊弦的压接过程中，通过对管-线压接力状态的监控，用不超过上限控制压力进行压接，完成无损压接式吊弦的压接制作过程。

8.1数据采集和显示系统也可以用计算机实现。

8.2压接机可以做出双孔管-吊弦线压接力状态曲线，确定无损压接区域和上限控制压力，更主要的是用于正常的压接生产。

8.3本实施方式中所描述的压接力状态监控，是对应图5曲线0abcdf-II上，压接过程从开始至终结，对应b点来说，是从管线开始接触至完全接触后的压接过程。即使无损压接上限控制压力小于a点，也必须要完成0ab，直到压接力越过b点，达到上限控制压力为止。

8.4整体吊弦无损压接工作站的其他部分，是完成无损压接式整体吊弦制作的其他配属功能，图6，由液压泵站5，油缸6，拉力传感器7，固定端8与总控制台中PLC和LED触摸屏1，构成一台样件检测的拉力试验机，可以对压接后的试样进行抽样检测。利用橡胶钳口9，可以在第一个双孔管完成无损压接后，对整体吊弦线进行1kN的预拉伸，标尺10和定尺剪11完成整体吊弦的定尺断线，再对整体吊弦第二个压接处进行无损压接，完成无损压接式整体吊弦的全部压接制作过程。

8.5其他产品的压接，也有用液压并可显示液压压力的压力机，追求的是防止压力不够，其压力越过两个压力变形高点a和c，图5，一直进入de区域的压接方式。这和本发明的防止过压、无损压接工艺使用的压接机，通过压力表指针的变化或压力曲线显示，监视过a后完成b,最大在bc区域N点终结的整个压接状态，并控制上限压力的方法，完全是不同的概念。

9、整体吊弦无损压接的工艺和方法

根据具实施方式1至实施方式8的描述，本发明所涉及的无损压接的工艺和方法，用于无损压接式整体吊弦的压接制作。

其特征是：将压接模、双孔管、吊弦线构成一组压接关系，做出双孔管与吊弦线的管-线压接力状态曲线，在该曲线上确定出吊弦线的无损压接区域，在该区域中，找出其高周期疲劳许用力值=整体吊弦滑动力值下对应的压接力，以此作为上限控制压力，使压接力≦上限控制压力，用加力均匀、具有压接力显示和压接力状态监控的压接机，在对压接力状态监控下，完成压接过程。双孔管和压接模配合使压接后的吊弦线具有几乎完整的圆形包覆断面，各绞和股保持正常的绞和状态；无损压接区域内的上限控制压力，使压接过程既不损伤吊弦线单丝、也不破坏绞和状态。消除原压接管及1-2牙的压接工艺下，因压接管处吊弦线因过大变形产生的附加弯矩及各绞和股受力不均导致的断丝、断股、断线，使整体吊弦达到最长的、一致性的工作寿命。

实施方式4至实施方式7实现了目的第二点，压接力无损。

实施方式8和实施方式9实现了目的第三点，完成双孔管与吊弦线的无损压接过程。

10、本发明无损压接式整体吊弦的压接零件，可以采用其他的方式实施，其他实施方式共计4种。

前三种是一类，目的都是为了使其断面具有和双孔管相似或一样的双孔形态，使压接后的吊弦线具有基本的绞和状态，第四种比较特别，是将鸡心环的两个端部做成圆管，下部弯曲并排被一个扁管套住，将吊弦线的主要压接受力承载区外移到鸡心环的双管处。对应的每一种其他实施方式下的压接零件，必须重新设计压接模，按照实施方式9中所述的方法，重新作出与整体吊弦线的压接力关系曲线，确定无损压接力的上限力值，完成压接过程。

10.1无损压接式整体吊弦的压接零件，采用扁管中置入双面弧形楔的仿形双孔管的其他实施方式，图9，其特征是：扁管中间置入一个与扁管等长的，具有同样的圆弧半径的双面弧形楔，双面弧形楔填充两根吊弦线之间的间隙，等效双孔管的中间隔层的作用，用螺纹压接模实施无损压接后，可保障吊弦线基本的绞和状态，起到和双孔管相近的效果。

10.2无损压接式整体吊弦的压接零件，采用扁管中置入双三角弧形楔的仿形双孔管的其他实施方式，图10，其特征是：扁管中间上下对称置入两个与扁管等长的具有同样圆弧半径的三角弧形楔，两个三角弧形楔填充两根吊弦线之间的间隙，等效双孔管的中间隔层的作用，用螺纹压接模实施无损压接后，可保障吊弦线基本的绞和状态，起到和双孔管相近的效果。

10.3无损压接式整体吊弦的压接零件，采用异形8字扁管中置入两个圆管的仿形双孔管的其他实施方式，图11，其特征是：异形8字扁管中置入两个与扁管等长的圆管，两圆管的管壁将两根吊弦线隔开，由异形8字管中间变形的管壁和两圆管的管壁，填充两根吊弦线之间的间隙，用螺纹压接模实施无损压接后，可保障吊弦线的基本绞和状态，起到和双孔管相同的效果。

10.4无损压接式整体吊弦的压接零件，采用复合式半管鸡心环的其他实施方式，图12，该零件是将鸡心环和压接管组合成一体，将吊弦线压接后的工作受力承载区外移至鸡心环的两个圆管上。其特征是：上半部分是一个带有圆弧沟槽的半圆形的鸡心环，下半部分是与鸡心环一体的两个圆管，一个扁管套在弯曲变形后并排的这两个圆管上，形成一个仿形的双孔管断面，组合成一个零件。既具有鸡心环的功能也具有仿形双孔管的功能，但将吊弦线压接后的工作受力承载区外移至鸡心环的两个圆管上。

先用一套压接模对扁管以上的两个圆管处实施无损压接，再用另一套压接模对扁管和两个圆管一起无损压接，双无损压接后的复合式半管鸡心环成为一个等效的楔形线夹，既保证吊弦线的绞和状态，还能承载更大的滑动荷重。

本发明无损压接的工艺和方法，不仅适用于无损压接式吊弦，对于高周期强振动轻负荷类的其他管—线类别的无损压接，同样适用。

Claims (10)

1.一种无损压接式整体吊弦，其特征在于，用双孔管作为与吊弦线的压接零件，用无损压接的工艺和方法压接制作，双孔管中间的圆弧隔层将吊弦主线和副线隔开，填充两根整体吊弦线之间的缝隙，并阻止两条吊弦线之间压接时的径向变形，压接过程使用加力均匀、具有压接力显示和压接力状态监控的压接机，用不超过整体吊弦线无损压接区域的上限控制压力，在对压接力状态的监控下，使压接力≦上限控制压力，完成压接，既不损伤吊弦线的单丝，也不破坏吊弦线的绞和状态，消除原扁管为压接零件和1-2牙压接方式下，吊弦线因单牙压接处变形过大，各股受力不均及附加弯矩，过早出现断丝，断股，断线，大幅度提高整体吊弦的工作寿命。 

2.权利要求1中的一种双孔管，用于无损压接式整体吊弦，其特征是具有两个独立的并排圆孔，两孔中间有对称的圆弧隔层，填充穿过其两圆孔的吊弦线之间的间隙，压接时阻止两条吊弦线之间的径向变形，压接后与两孔中的吊弦线呈几乎完整的圆形接触断面，使吊弦线各股之间均保持正常的绞和状态，不产生变形和附加弯矩，各股垂直受力均匀一致。 

3.一种无损压接的工艺和方法，用于制造权利要求书1中所述的无损压接式整体吊弦，其特征是用吊线线的半个节距作为双孔管基本压接长度，用压接模，双孔管，吊弦线这一组压接关系下的管—线压接力状态曲线，确定出吊弦线的无损压接区域，在该区域，找出使吊弦线高周期疲劳许用力值=整体吊弦滑动力值下对应的压接力，并依此压接力作为上限控制压力，用加力均匀、具有压接力显示和压接力状态监控的压接机，在对压接力状态监控下，使压接力≦上限控制压力，并完成压接过程，既不损伤吊弦线的单丝，也不破坏吊弦线的绞和状态。 

4.权利要求书3中的一种无损压接区域和上限控制压力的确定方法，用于整体吊弦的无损压接工艺和方法，其特征是用双孔管—吊弦线压接力状态曲线上的压接力变化和拐点，判断出双孔管与吊弦线的压接接触状态和性质，确定吊弦线无损压接区域，在该区域找出吊弦线高周期疲劳许用力值=整体吊弦滑动力值下对应的压接力，并以此作为上限控制压力，使压接力≦上限控制压力，并完成压接过程，使双孔管内的吊弦线单丝不因压力过大导致变形或损伤，各绞和股的绞和状态不因压力过大而改变。 

5.权利要求书3中的一种压接机，用于整体吊弦的无损压接压接工艺和方法，其特征在于用液压系统均匀加力，由压力传感器、PLC可编程序控制器和LED触摸屏，构成压接力数据采集和显示系统，可对管—线压接力进行指针式表盘显示，也可以对管—线压接力状态曲线显示，在对无损压接式整体吊弦的压接过程中，通过对双孔管—吊弦线压接力状态的监控，用不超过上限控制压力进行压接，完成无损压接式吊弦的压接制作过程。 

6.权利要求书3中的一种压接模，用于整体吊弦的无损压接压接工艺和方法，其特征在于径向具有由一对侵入包覆刀口及一个圆弧压接口共同组成，轴向有等距的齿状溢料腔，在对双孔管压接过程，对管壁两侧做过赢侵入，使双孔管与吊弦线压接后形成几乎完整的圆形包覆断面，压接接触面尽量大，吊弦线各绞和股保持正常的绞和状态，用较小的压接力达到压接要求，压接处多余的材料与不参与压接的材料在齿状溢料腔形成等距的螺纹状永久变形。 

7.权利要求1中无损压接式整体吊弦的压接零件的其他实施方式，一种扁管中置入双面弧形楔的仿形双孔管，其特征是：扁管中间置入一个与扁管等长的，具有同样的圆弧半径的双面弧形楔，双面弧形楔填充两根吊弦线之间的间隙，压接时阻止两根吊弦线之间的径向变形，用螺纹压接模无损压接后使吊弦线具有基本的绞和状态。 

8.权利要求1中无损压接式整体吊弦的压接零件的其他实施方式，一种扁管中置入双三角弧形楔的仿形双孔管，其特征是：扁管中间置入两个与扁管等长的具有同样圆弧半径的三角弧形楔，两个三角弧形楔填充两根吊弦线之间的间隙，压接时减小两根吊弦线之间的径向变形，用螺纹压接模无损压接后保障吊弦线具有基本的绞和状态。 

9.权利要求1中无损压接式整体吊弦的压接零件的其他实施方式，一种异形8字扁管中置入两个圆管的仿形双孔管，其特征是：异形8字扁管中置入两个与扁管等长的圆管，两圆管的管壁将两根吊弦线隔开，由异形8字管中间变形的管壁和两圆管的管壁，填充两根吊弦线之间的间隙，阻止两根吊弦线之间的径向变形，用螺纹压接模无损压接后，使吊弦线的基本绞和状态，起到和双孔管相同的效果。 

10.权利要求1中无损压接式整体吊弦的压接零件的其他实施方式，一种复合式半管鸡心环，其特征是： 上半部分是一个带有圆弧沟槽的半圆形的鸡心环，下半部分是弯曲的两个圆管，上下两部分连成一体,一个扁管套在弯曲变形后并排的下部的这两个圆管上，组合成一个零件，既具有鸡心环的功能也具有双孔管的功能，将吊弦线压接后的工作受力承载区外移至鸡心环的两个圆管上，压接时先对两个圆管进行无损压接，再对扁管处和两个圆管一起无损压接，双无损压接后的复合式半管鸡心环成为一个等效的楔形线夹，既保证吊弦线的绞和状态不被破坏的无损压接要求，还能承载更大的滑动荷重。 

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