CN110381615A - 一种轨道车辆撒砂系统用加热管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种轨道车辆撒砂系统用加热管及其制造方法，所述加热管包括管体和包裹在管体外的第一绝缘层，第一绝缘层的外壁套设有加热组件；加热组件外套设有薄壁管，薄壁管与加热组件之间具体容纳腔，容纳腔的前后两端分别设有前端堵头和后端堵头，且容纳腔内填充有氧化镁粉；所述制造方法，将第一绝缘层均匀缠绕在管体上；将加热组件套在第一绝缘层外；薄壁管套在加热组件外，灌入氧化镁粉；缩管；硫化成型。本发明所述的加热管，在管体和薄壁管之间设置第一绝缘层、加热组件和氧化镁粉，大大增强了加热管的耐压性和绝缘性，也满足了加热管在严寒环境进行使用，大大提高了轨道车辆撒砂系统的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及加热装置技术领域，具体而言，涉及一种轨道车辆撒砂系统用加热管及其制造方法。
背景技术
机车在运行中如遇雨雪天等天气，机车的车轮与轨道之间的摩擦力会减小，此时机车会利用撒砂器及撒砂加热器的结构向轨道喷砂砂粒，增加机车车轮与轨道之间的摩擦力，从而提高机车的制动效果。但机车在严寒地区，严寒的天气会将出砂口结冻，导致砂粒不能吹出，此时就需要给撒砂系统加热除冰，保证撒砂系统的正常运行。
撒砂加热器的加热管一般采用电阻丝的方式进行加热，由于受外形结构及尺寸的限制，加热管的电阻丝与不锈钢护套内壁之间的距离十分有限。而现有技术中的加热管因受上述距离尺寸的影响，导致加热管的耐压和绝缘性能都受到一定的限制，导致其耐压值和绝缘性能都不高，从而导致加热管不能满足严寒环境的使用要求。
发明内容
本发明解决的问题是轨道车辆撒砂系统用加热管的耐压值和绝缘性能都不高。
为解决上述问题中的至少一个方面，本发明首先提供一种轨道车辆撒砂系统用加热管，包括管体和包裹在所述管体外的第一绝缘层，所述第一绝缘层的外壁套设有加热组件；所述加热组件外套设有薄壁管，所述薄壁管与所述加热组件之间具体容纳腔，所述容纳腔的前后两端分别设有前端堵头和后端堵头，且所述容纳腔内填充有氧化镁粉。
优选地，所述加热组件包括电阻丝和镁管，所述电阻丝缠绕在所述镁管外，所述电阻丝的两端接头分别连接有第一引出棒和第二引出棒。
优选地，所述镁管在前后方向上设有供所述第一引出棒穿出的第一引出孔和供所述第二引出棒穿出的第二引出孔，所述第一引出孔与所述第二引出孔相隔一定的距离。
优选地，所述后端堵头设有与所述第一引出棒过盈配合的第一通孔和与所述第二引出棒过盈配合的第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔相隔一定的距离。
优选地，所述电阻丝外还包裹有第二绝缘层。
相对于现有技术，本发明所述的轨道车辆撒砂系统用加热管，在管体和薄壁管之间从内到外依次设置第一绝缘层、加热组件和氧化镁粉，大大增强了加热管的耐压性和绝缘性，从而提高了使用安全性及延长了加热管的使用寿命，也满足了加热管在严寒环境进行使用，大大提高了轨道车辆撒砂系统的安全性。
其次提供一种轨道车辆撒砂系统用加热管的制造方法，包括步骤：将第一绝缘层均匀缠绕在管体上；将加热组件套在所述第一绝缘层外；将薄壁管套在所述加热组件外，再将后端堵头塞入所述薄壁管的一端，然后边振动边将氧化镁粉灌入所述薄壁管内，待灌满后，在所述薄壁管的另一端再塞入前端堵头；通过缩管操作将所述薄壁管的外径缩小；最后硫化成型。
优选地，所述第一绝缘层包括绝缘胶带和陶瓷胶，先将绝缘胶带均匀缠绕在所述管体上，然后涂抹上所述陶瓷胶，再将所述管体放进烘箱进行高温烘干。
优选地，在将第一绝缘层均匀缠绕在所述管体上的步骤中，还包括步骤：在所述管体外壁连接上接地线，在所述第一绝缘层缠绕的过程中，所述接地线被固定在所述第一绝缘层的下面。
优选地，所述加热组件包括电阻丝和镁管，所述电阻丝预先缠绕在所述镁管的外壁上，然后将第二绝缘层均匀缠绕在所述电阻丝上。
优选地，在硫化成型的步骤前，还包括步骤：将第一引出棒、第二引出棒和接地线分别与外部电源进行接线操作。
相对于现有技术，本发明所述的轨道车辆撒砂系统用加热管的制造方法，通过在管体外设置第一绝缘层、加热组件和氧化镁粉，并对薄壁管缩管后进行硫化成型操作，使得加热管在满足特定尺寸的前提下，大大提升了加热管的绝缘性和耐压值，从而提高了产品的安全性能。
附图说明
图1为本发明实施例所述的加热管的剖视图；
图2为图1中A部的放大图；
图3为图1中B部的放大图；
图4为图1中C部的放大图；
图5为本发明实施例所述的后端堵头的侧视图；
图6为本发明实施例所述的后端堵头的剖视图；
图7为本发明实施例所述的加热管的制造方法的流程图。
附图标记说明：
1-管体，11-凹槽，2-第一绝缘层，3-加热组件，31-第一引出棒，32-第二引出棒，4-薄壁管，5-前端堵头，6-后端堵头，61-第一通孔，62-第二通孔，63-内孔，7-氧化镁粉，8-第二绝缘层，9-接地线，10-橡胶套。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
机车在严寒地区，严寒的天气会将撒砂器的出砂口结冻，导致砂粒不能被吹出，此时就需要通过撒砂加热器给撒砂系统加热除冰，保证撒砂系统的正常运行。而撒砂加热器的加热管多采用电阻丝的方式进行加热，但由于受外形结构及尺寸的限制，硫化后的加热管外径尺寸为在保证单边胶料为2mm的前提下，则外层的不锈钢薄壁管的外径为24mm，不锈钢薄壁管的壁厚为0.5mm，综合上述尺寸，不锈钢薄壁管内壁与电阻丝之间的距离不到1mm，因此加热管的电阻丝与不锈钢薄壁管内壁之间的距离十分有限。
而现有技术中的加热管因受上述加热管的电阻丝与不锈钢薄壁管内壁之间的距离尺寸的影响，导致加热管的耐压和绝缘性能都受到一定的限制，其耐压值一般只能达到1500V，且冷态时的绝缘性能也超不过200MΩ，因此耐压性和绝缘性均较差。
因此本发明提出了一种轨道车辆撒砂系统用加热管，结合图1至图3所示，包括管体1和包裹在管体1外的第一绝缘层2，第一绝缘层2的外壁套设有加热组件3；加热组件3外套设有薄壁管4，薄壁管4与加热组件3之间具体容纳腔，容纳腔的前后两端分别设有前端堵头5和后端堵头6，且容纳腔内填充有氧化镁粉7。
其中，管体1的内腔用于输送砂粒，管体1的一端与撒砂器(图中未标示)连通、另一端为出砂口，该出砂口对准机车轨道的位置，以保证撒砂器内的砂粒能被输送到指定的位置，当砂粒输送到该指定位置时，会增大机车的车轮与轨道之间的摩擦力，从而提高机车的制动效果。优选的，管体1采用不锈钢材质制成，因为不锈钢具有较佳的耐腐蚀性和耐热性，非常适用于撒砂加热器的使用环境。
本实施中，为了不影响砂粒的输送量，用于发热的加热组件3选择设置在管体1的外部，因此在加热组件3与管体1之间设置第一绝缘层2，以保证管体1绝缘。第一绝缘层2以缠绕的方式封闭的裹在管体1的外壁上，以确保加热组件3不会与管体1直接接触，从而保证了管体1的绝缘性。
同时为了保护加热组件3不受外力的破坏，在加热组件3的外侧套设薄壁管4，薄壁管4与加热组件3之间保持一定的间隙，即上述中的薄壁管4与加热组件3之间具有容纳腔；设置容纳腔的目的是为了填充氧化镁粉7，氧化镁粉7是一种绝缘材料，且其导热性好，但氧化镁粉7的最大缺点是容易吸潮，受潮后会导致绝缘性能下降，严重时可能导致电气的短路击穿，因此本实施例中采用在容纳腔的前后两端分别设置前端堵头5和后端堵头6，前端堵头5和后端堵头6起到了密封容纳腔两端开口的作用，以防止氧化镁粉7吸潮失效。氧化镁粉7优先选用电工级高温氧化镁粉。薄壁管4在前后方向上的长度大于加热组件3在前后方向上的长度，以便于在薄壁管4的前后两端内分别安装前端堵头5和后端堵头6，其中前端堵头5和后端堵头6均为橡胶堵头，其具有一定的弹性，橡胶堵头与薄壁管4过盈配合，以达到较佳的绝缘性和密封性。
薄壁管4的材质优选为不锈钢材质，因为不锈钢材质不仅具有较佳的耐腐蚀性和耐热性，且抗变形的强度也较大；薄壁管4的壁厚尺寸范围可以根据实际应用场景进行选择。对于外径尺寸为的加热管而言，优选薄壁管4的壁厚尺寸范围为1mm-3mm。如果壁厚尺寸过小，薄壁管4的抗变形强度可能不够，受力容易变形，变形后会影响加热组件3的正常使用；如果壁厚尺寸过大，则由于加热管整体尺寸的限制，在后期硫化时可能要减薄用于保护加热管的保护套。优选的薄壁管4的壁厚尺寸为2mm。取该值时，薄壁管4不仅能保证其本身具备一定的抗变形能力，也能满足加热管的整体尺寸要求。
管体1优选的形状为圆柱形，其中，第一绝缘层2、加热组件3、薄壁管4均与管体1同轴，这样设计的目的在于，使得管体1的受热更加均匀，提高加热管的加热效率。
本发明中的轨道车辆撒砂系统用加热管，在管体1和薄壁管4之间从内到外依次设置第一绝缘层2、加热组件3和氧化镁粉7，大大增强了加热管的耐压性和绝缘性，从而提高了使用安全性及延长了加热管的使用寿命，也满足了加热管在严寒环境进行使用，大大提高了轨道车辆撒砂系统的安全性。
在一些实施例中，如图3所示，加热组件3包括电阻丝和镁管，电阻丝缠绕在镁管的外壁上，电阻丝的两端接头分别连接有第一引出棒31和第二引出棒32。
其中，镁管在制作前需经过高温排潮，以防止其碳化；电阻丝的两端接头分别通过第一引出棒31和第二引出棒32被引入同一侧位置，以方便后续与外部电源进行连线，本实施例中，第一引出棒31和第二引出棒32被引入后端堵头6的后侧。电阻丝在缠绕在镁管的外壁后要预留出一定的长度，以保证加热管后续缩管后，电阻丝的两端与第一引出棒31和第二引出棒32还能可靠的接触，从而保证加热组件3能正常工作。另外，电阻丝缠绕在镁管外壁上时，每圈电阻丝之间要保持一定的间距，以防止搭钱短路。
本发明中的轨道车辆撒砂系统用加热管，设置镁管，用于支撑起电阻丝，防止电阻丝搭线短路，且镁管的导热好，增强了加热组件3的导热性能，以便更有效的传递电阻丝的热量。
优选的，镁管在前后方向上设有供第一引出棒31穿出的第一引出孔和供第二引出棒32穿出的第二引出孔，第一引出孔的孔大小略大于第一引出棒31的外径，同理第二引出孔的孔大小略大于第二引出棒32的外径，以便引出棒能顺利从引出孔穿出，设置第一引出孔和第二引出孔的目的是为了保证第一引出棒31和第二引出棒32能从镁管的内腔穿出，以减弱第一引出棒31和第二引出棒32受氧化镁粉7挤压影响；第一引出孔与第二引出孔相隔一定的距离，即第一引出孔与第二引出孔的位置相互错开设置，以有效防止第一引出棒31与第二引出棒32相互搭线而短路，保证加热组件3的使用安全性。
由于第一引出棒31和第二引出棒32都是从加热组件3的后侧引出，因此结合图5和图6所示，后端堵头6设有与第一引出棒31过盈配合的第一通孔61和与第二引出棒32过盈配合的第二通孔62，第一通孔61与第二通孔62相隔一定的距离，给第一引出棒31和第二引出棒32预留足够的变形空间，使得第一引出棒31和第二引出棒32末端与外接电源连接时，第一引出棒31和第二引出棒32不会相互触碰而导致短路。优选的，第一引出孔和第二引出孔分别与第一通孔61和第二通孔62贯通，且位置相互匹配，以便第一引出棒31和第二引出棒32能顺利的从后端堵头6穿出；第一通孔61与第二通孔62相隔的位置距离优选是第一通孔61绕管体1的中心轴旋转120°后的位置刚好与第二通孔62的位置重合，这个距离的间隔位置，足以保证第一引出棒31和第二引出棒32在与外部电源连接后，第一引出棒31和第二引出棒32相互之间不会搭线短路。
由于氧化镁粉7是比较干燥的颗粒状物体，在氧化镁粉7受外力作用时容易挤压电阻丝并导致电阻丝变形，若电阻丝变形严重，最终可能导致电阻丝搭线短路，因此优选的，如图2所示，在电阻丝外包裹有第二绝缘层8，第二绝缘层8缠绕在镁管的外壁上并覆盖住电阻丝，达到防止电阻丝与氧化镁粉7直接接触的目的，从而保证加热组件3能正常工作。
结合图1至图3所示，第一绝缘层2在前后方向上的长度大于加热组件3在前后方向上的长度，其目的在于防止加热组件3与管体1直接接触，从而有效防止管体1发生漏电现象。
另外，为了安全起见，如图3所示，第一绝缘层2与管体1之间设有接地线9，接地线9与管体1紧贴，然后用第一绝缘层2缠绕固定。接地线9引出的位置与第一引出棒31和第二引出棒32的位置均分别错开，从而防止三者相互搭线而短路。本实施例中，如图5所示，接地线9从后端堵头6的内孔63引出，且引出的位置最好选择位于第一通孔61和第二通孔62之间中间的位置，这样能保证接地线9、第一引出棒31和第二引出棒32在与外接电源连接后，三者相互之间不会发生搭线短路的现象，保证了电加热的安全稳定性。
在一些实施例中，第一绝缘层2包括绝缘胶带和陶瓷胶，绝缘胶带缠绕在管体1外，陶瓷胶涂覆在绝缘胶带外。该绝缘胶带选用聚酰亚胺胶带，聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，其耐高温达400℃以上，且具有高绝缘性能。这种采用绝缘胶带和陶瓷胶共同制成的第一绝缘层2，其绝缘性和耐热性都相对较高。
在一些实施例中，结合图1和图4所示，加热管外硫化注塑有橡胶套10。橡胶套10的材质为高温硅橡胶，其具有较强的耐热性和绝缘性。
另外，如图4所示，管体1的外壁上设有多个与橡胶套10配合的凹槽11，本实施例中凹槽11为环形凹槽，凹槽11用于在橡胶套10硫化成型时，使得橡胶套10与不锈钢管体1有效粘接，提高整体的密封度。
对于外径尺寸为的加热管而言，第一绝缘层2和第二绝缘层8的厚度范围为0.2mm-0.5mm，如果厚度过小，则会影响绝缘性，但由于受尺寸的限制，如果厚度过大，则会影响加热管的整体装配。优选的，第一绝缘层2和第二绝缘层8的厚度值为0.3mm，取该值时，既能使得加热管具有较强的绝缘性，又能满足整体结构的尺寸限制要求。
如图2所示，氧化镁粉7在径向方向上的填充厚度的值为a，薄壁管4的内壁到第一绝缘层2的距离的值为b，满足0.25≤a/b≤0.5，如果a/b的值过小，则会影响加热管的整体绝缘效果，如果a/b过大，则无法满足加热管的整体尺寸限制要求。优选的，a/b＝0.3，取该值时，既能使得加热管具有较强的绝缘性，又能满足整体结构的尺寸限制要求。
本发明还提供了一种轨道车辆撒砂系统用加热管的制造方法，如图7所示，包括以下步骤：
S10，将第一绝缘层2均匀缠绕在管体1上；
其中，管体1上电连接有接地线9，在第一绝缘层2缠绕的过程中，接地线9被固定在第一绝缘层2的下面；接地线9与管体1通电接触，以防止管体1漏电。
步骤S10中的第一绝缘层2包括绝缘胶带和陶瓷胶，先将绝缘胶带均匀缠绕在管体1上，然后涂抹上陶瓷胶，再将管体1放进烘箱进行高温烘干；
其中，绝缘胶带由聚酰亚胺材料制成；陶瓷胶是由陶瓷粉与胶料混合组成，陶瓷粉的颗粒度大于200目，陶瓷粉具有耐高温、耐腐蚀及耐磨损的特点，胶料为耐高温的硅溶胶，陶瓷粉与胶料的混合比例大约为2:1，混合的最终状态优选为稀稠状态，以便陶瓷胶能顺利的涂抹在绝缘胶带的外表面；高温烘干的条件是：温度设置为200℃，烘干时间设置为2h。采用高温烘干的目的在于使得陶瓷胶能牢固的覆盖在绝缘胶带的外表面，提高绝缘性和耐高温性。
S20，将加热组件3套在第一绝缘层2外；
其中，加热组件3与第一绝缘层2之间相互紧贴设置；加热组件3包括电阻丝和镁管，电阻丝预先缠绕在镁管的外壁上，然后将第二绝缘层8均匀缠绕在电阻丝上；镁管在制作前需经过高温排潮，以防止其碳化；电阻丝的两端接头分别通过第一引出棒31和第二引出棒32被引入同一侧位置，以方便后续与外部电源进行连线，第一引出棒31和第二引出棒32被引入后端堵头6的后侧。电阻丝在缠绕在镁管的外壁后要预留出一定的长度，以保证加热管后续缩管后，电阻丝的两端与第一引出棒31和第二引出棒32还能可靠的接触，从而保证加热组件3能正常工作。另外，电阻丝缠绕在镁管外壁上时，每圈电阻丝之间要保持一定的间距，以防止搭钱短路。第二绝缘层8为聚酰亚胺胶带，第二绝缘层8缠绕在镁管的外壁上并覆盖住电阻丝，达到防止电阻丝与氧化镁粉7直接接触的目的，从而保证加热组件3能正常工作。
S30，将薄壁管4套在加热组件3外，再将后端堵头6塞入薄壁管4的一端，然后边振动边将氧化镁粉7灌入薄壁管4内，待灌满后，在薄壁管4的另一端再塞入前端堵头5；
其中，薄壁管4与加热组件3之间具有一定的间隙；与电阻丝两端连接的引出棒是从镁管的上的两个引出孔引出，然后从后端堵头6的两个通孔穿出。氧化镁粉7为电工级氧化镁粉，其颗粒度大于200目。
S40，通过缩管操作将薄壁管4的外径缩小；
其中，缩管采用拍打式的专用缩管机，进行冷压缩管，边缩边旋转；本实施例中，薄壁管4的原外径为φ25mm，缩管后，薄壁管4的外径缩至φ24mm；缩管后加热管结构更加紧凑，氧化镁粉7的填充密度高，能适应高温绝缘的结构需求；另外接地线9在缩管的作用下更加牢固的固定在第一绝缘层2的下面。
S50，将第一引出棒31、第二引出棒32和接地线9分别与外部电源进行接线操作，然后硫化成型。
其中，接线操作利用铜带机进行接线；硫化成型的工艺要求为：硫化时间为650s，硫化温度为175℃，材料选用硅橡胶，硅橡胶具有耐老化、耐高温的特点。
本发明中的加热管按上述制造方法制作完成的成品，经过试验验证：
使用电压为220V AC，功率达到27-32.1W；
绝缘值在冷态状态下能到达1000MΩ；
耐压值到达3200V，且无击穿和闪速；
经过IEC61373-2010三类振动冲击试验后可正常使用；
20Kg重物从1米高处垂直砸向橡胶套10处，薄壁管4在弯曲变形后，加热管的电性能测试正常，防撞能力强；
经过8000h不间断测试，加热管总成测试性能仍符合使用要求，使用寿命长；
产品的防护等级能达到IP67的要求。
本发明中的轨道车辆撒砂系统用加热管的制造方法，通过在管体1外设置第一绝缘层2、加热组件3和氧化镁粉7，并对薄壁管4缩管后进行硫化成型操作，使得加热管在满足特定尺寸的前提下，大大提升了加热管的绝缘性和耐压值，从而提高了产品的安全性能。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种轨道车辆撒砂系统用加热管，其特征在于，包括管体(1)和包裹在所述管体(1)外的第一绝缘层(2)，所述第一绝缘层(2)的外壁套设有加热组件(3)；所述加热组件(3)外套设有薄壁管(4)，所述薄壁管(4)与所述加热组件(3)之间具体容纳腔，所述容纳腔的前后两端分别设有前端堵头(5)和后端堵头(6)，且所述容纳腔内填充有氧化镁粉(7)。
2.根据权利要求1所述的轨道车辆撒砂系统用加热管，其特征在于，所述加热组件(3)包括电阻丝和镁管，所述电阻丝缠绕在所述镁管外，所述电阻丝的两端接头分别连接有第一引出棒(31)和第二引出棒(32)。
3.根据权利要求2所述的轨道车辆撒砂系统用加热管，其特征在于，所述镁管在前后方向上设有供所述第一引出棒(31)穿出的第一引出孔和供所述第二引出棒(32)穿出的第二引出孔，所述第一引出孔与所述第二引出孔相隔一定的距离。
4.根据权利要求2所述的轨道车辆撒砂系统用加热管，其特征在于，所述后端堵头(6)设有与所述第一引出棒(31)过盈配合的第一通孔(61)和与所述第二引出棒(32)过盈配合的第二通孔(62)，所述第一通孔(61)与所述第二通孔(62)相隔一定的距离。
5.根据权利要求2-4任一所述的轨道车辆撒砂系统用加热管，其特征在于，所述电阻丝外还包裹有第二绝缘层(8)。
6.一种轨道车辆撒砂系统用加热管的制造方法，其特征在于，包括步骤：
将第一绝缘层(2)均匀缠绕在管体(1)上；
将加热组件(3)套在所述第一绝缘层(2)外；
将薄壁管(4)套在所述加热组件(3)外，再将后端堵头(6)塞入所述薄壁管(4)的一端，然后边振动边将氧化镁粉(7)灌入所述薄壁管(4)内，待灌满后，在所述薄壁管(4)的另一端再塞入前端堵头(5)；
通过缩管操作将所述薄壁管(4)的外径缩小；
最后硫化成型。
7.根据权利要求6所述的轨道车辆撒砂系统用加热管的制造方法，其特征在于，所述第一绝缘层(2)包括绝缘胶带和陶瓷胶，先将绝缘胶带均匀缠绕在所述管体(1)上，然后涂抹上所述陶瓷胶，再将所述管体(1)放进烘箱进行高温烘干。
8.根据权利要求6所述的轨道车辆撒砂系统用加热管的制造方法，其特征在于，在将第一绝缘层(2)均匀缠绕在所述管体(1)上的步骤中，还包括步骤：在所述管体(1)外壁连接上接地线(9)，在所述第一绝缘层(2)缠绕的过程中，所述接地线(9)被固定在所述第一绝缘层(2)的下面。
9.根据权利要求6所述的轨道车辆撒砂系统用加热管的制造方法，其特征在于，所述加热组件(3)包括电阻丝和镁管，所述电阻丝预先缠绕在所述镁管的外壁上，然后将第二绝缘层(8)均匀缠绕在所述电阻丝上。
10.根据权利要求6-9任一所述的轨道车辆撒砂系统用加热管的制造方法，其特征在于，在硫化成型的步骤前，还包括步骤：将第一引出棒(31)、第二引出棒(32)和接地线(9)分别与外部电源进行接线操作。
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