CN204978276U - 一种电力车辆用受电弓滑板 - Google Patents
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Abstract
一种电力车辆用受电弓滑板，包括碳纤维增强碳滑块、金属铜管、导电铜网、铝合金托架；碳纤维增强碳滑块通过导电胶粘接在铝合金托架上；碳纤维增强碳滑块和铝合金托架沿长度方向均开设半圆槽，并且该半圆槽设于碳纤维增强碳滑块和铝合金托架的接合处，当碳纤维增强碳滑块、金属铜管、导电铜网以及铝合金托架通过耐高温导电粘接胶粘接成一体时，金属铜管形成一个与受电弓快速降弓装置的气道相连通的气道，本装置具有结构简单、安全性好、抗冲击和高导电等优点，同时，该受电弓滑板还能够在不降低弓网接触压力的情况下保证快速降弓装置的正常运行。
Description
技术领域
本实用新型涉一种电力车辆用受电弓滑板；属于电力车辆设备制备技术领域。
背景技术
电力车辆主要通过受电弓从接触网上获取电能以维持运转，因而作为受电弓直接与接触网接触部件的受电弓滑板的好坏直接关系到受电弓的受流质量，也影响了电力车辆的安全运行。因此受电弓碳滑板必须具备以下条件：(1)良好的导电性能；(2)优良的抗磨损性和自润滑性；(3)机械强度高，能经受一定振动和冲击载荷且不损坏；(4)硬度值低于接触导线的硬度；(5)轻。目前，国内现有的受电弓滑板大多为纯碳滑板和浸金属碳滑板。其中的纯碳滑板由于石墨与沥青炭界面粘结强度低，造成产品内部微裂纹较多，抗折强度和抗冲击强度偏低且易折断、电阻率过高且易发热，从而导致自身磨耗严重、性能下降。此外，浸金属碳滑板的抗冲击性也较差，易掉块，且对铜接触网导线的粘着磨损较纯碳滑板严重很多。此外，制备工艺复杂，价格过高，生产和维护成本都较高。近年来，国内外开始考虑选用电阻率低、机械强度高、抗冲击、耐磨损性和自润滑性优异的碳纤维增强碳材料作为碳滑块的优选材料。
因此，作为受电弓内的自动降弓系统中的重要装置，即气道的设计，则需要根据滑块材质和性质的改变而发生变化。目前采用的纯碳受电弓滑板中多采用在碳滑块内部放置陶瓷管或径向环切或螺旋线性的金属管(如铜管)，利用金属管或陶瓷管作为气道来实现快速降弓。中国专利CN2799313Y公开了一种带气道的整体滑板及其所用的金属铜管，它在碳条内放置具有若干径向环切的金属铜管作为气道，这种气道加工工艺简单，他利用撞击、振动等因素造成碳条开裂破损时，设置在碳条内、具有薄弱区的铜管断裂，使自动降弓装置实现受电弓自动降弓，避免产生进一步的严重事故。但是针对碳纤维增强碳基复合材料作为滑板时，由于该材料韧性好，抗冲击能力强，因为受到撞击、振动时，碳纤维增强碳基复合材料滑块不容易发生破裂，反而在碳纤维增强碳基复合材料滑块与铝合金托架间的粘结层易成为受力的薄弱区，优先发生开裂。因此当碳纤维增强碳基复合材料滑块与铝合金托架间的粘结层破损时，放置在碳纤维增强碳基复合材料滑块内部的作为气道的金属铜管或陶瓷管不一定会破损、漏气，这使得受电弓自动降弓的可靠性就大打折扣，进而导致弓网安全得不到保证。
此外，受电弓纯碳滑板通常采用石油焦和石墨为主要原料，沥青作粘结剂，通过传统的糊料热挤压、整形和焙烧炭化工艺制造而成；而碳纤维增强碳基复合材料均由炭纤维编制成预制体后，再通过高温碳沉积、浸渍-碳化等工艺制备而成，因此这种碳纤维增强碳基复合材料滑块内设置或是加工用于放置金属铜管气道的通孔的工艺相当复杂。
实用新型内容
本实用新型针对纯碳滑板和浸金属碳滑板滑板的抗冲击能力低、安全性不好等问题，提供了一种结构简单、安全性好、抗冲击和高导电的带铜管气道的电力车辆用受电弓滑板；同时，该受电弓滑板还能够在不降低弓网接触压力的情况下保证快速降弓装置的正常运行。
本实用新型一种电力车辆用碳纤维增强碳受电弓滑板，包括滑块、气道、导电网和托架，所述托架的上侧面沿长度方向设有一条半圆形的第一凹槽，所述滑块下侧面沿长度方向设有与第一凹槽位置相匹配的半圆形的第二凹槽，所述滑块、气道、导电网和托架组装后构成一个整体，所述气道固定在第一凹槽和第二凹槽之间，所述导电网设置在滑块与托架接触面之间，所述气道中部空心为气道，所述气道的外圈管壁上设有沿气道轴向分布的多个深度小于气道壁厚的径向切割痕或所述气道的外圈管壁上设有沿气道轴向分布的多个深度小于气道壁厚的螺旋线形状的细槽。所述滑块为碳纤维增强碳滑块，所述气道为金属铜管或陶瓷管，所述导电网为导电铜网，所述托架为铝合金托架。
所述组装是：通过耐高温导电粘接胶粘接，使得所述碳纤维增强碳滑块、金属铜管、导电铜网、铝合金托架构成一个整体。
本实用新型通过耐高温导电粘接胶粘接，使得碳纤维增强碳滑块、金属铜管、导电铜网、铝合金托架按设计图纸组装成一个整体；同时也就使得所述碳纤维增强碳滑块、金属铜管、导电铜网以及铝合金托架经耐高温粘接胶或耐高温导电粘接胶粘接后构成一个整体。
在实际生产过程中，通过上述组装也就使得导电铜网位于碳纤维增强碳滑块与铝合金托架相对面之间，且气道由金属铜管构成。
在本实用新型中，所用耐高温导电粘接胶均为现有碳滑板制备过程中所常用的耐高温导电粘接胶。其具体可以为耐高温铜粉导电胶、耐高温银铜粉导电胶和耐高温银粉导电胶中的一种。优选为耐150℃以上的耐高温改性环氧和酚醛铜粉导电胶、耐高温改性环氧铜粉导电胶、铜粉电子导电胶、耐高温改性环氧和酚醛银铜粉导电胶、银粉电子导电胶、环氧型导电银胶；其型号为DB-70CA、TD-8814、TD-8816、DB2014、YH-2004、YH-A011、YH-2010、DB2018、DB5015、TD-8810、TD-8815、ZB25625、DB2013、DB2024、DB2016、YH-2008、YH-2003、YH-2005中的至少一种。
所述金属铜管为外圈管壁上具有沿金属铜管轴向分布的若干径向切割痕，径向切割痕深度小于金属铜管壁厚，深度为壁厚的1/3至2/3；
所述金属铜管为外表面具有螺旋线形状细槽的金属铜管，其细槽螺旋线的螺距为30-70mm。
所述碳纤维增强碳滑块由碳纤维与热解碳、树脂碳、沥青碳中至少一种组成。也就是本领域常用的C/C复合材料。
本实用新型与现有技术相比，其优点与积极效果在于：
1.本实用新型的气道由金属铜管构成，且金属铜管外周围设置有若干个薄弱区(径向切割痕或是螺旋细线)，并且将金属铜管放置在碳纤维增强碳滑块的第二凹槽和铝合金托架的第一凹槽之间，增大了金属铜管与碳纤维增强碳滑块和铝合金托架的接触面积，一方面减小了材料间的接触电阻，增大了整体材料的热容，降低碳滑板运行过程中的温升效应；另一方面，使得金属铜管与碳纤维增强碳滑块和铝合金托架的接触更加紧密，力的传递更加直接，保证气道受力可以破损，而且由于碳纤维增强碳材料的韧性好，抗冲击能力强，因此当碳滑板受到外力冲击时，处于碳纤维增强碳滑块和铝合金托架间的粘结层首先受力，导致金属铜管外的薄弱区(径向切割痕或是螺旋细线)部位就会立即开裂，从而能提高受电弓滑板的安全性。且碳滑板、铝托架和金属铜管的加工均容易、制造工艺简单、组装方便，便于生产。
2.本实用新型选用具有良好的力学性能和导电性能的碳纤维增强碳材料作为受电弓滑板的优选材料。碳纤维提高了碳滑板的机械性能，且质量轻，摩擦系数小，熔点高且耐电弧磨损，可减少对接触网的损害，并通过优化的碳纤维增强碳材料的制备工艺，获得了用于电力车辆受电弓滑板碳纤维碳滑块的密度为1.75～1.85g/cm3，抗压强度≥160MPa，抗折强度≥110MPa，冲击韧性≥2.5J/cm2，电阻率≤31μΩ·m。参照国家标准“动车组碳滑板暂行技术条件，标准性技术文件编号(TJ/CL328-201)”，本实用新型制备的碳纤维增强碳滑块已达到并优于国家对时速350km/h及以下速度等级的动车组碳滑板的性能标准，具体性能指标见表1。因此，该碳纤维增强碳受电弓滑板具有良好的力学性能和导电性能。
表1我国时速350km/h及以下速度等级的动车运动组碳滑板的性能指标
3.碳滑块和铝合金托架间粘接了导电铜网，因此可有助于降低碳滑块与铝合金托架的接触电阻，进而有利于降低整个滑板的粘结电阻。而且可将在粘结层间形成稳定可靠的导流通道，使得滑板各处粘结电阻均匀。同时铜网网孔内可均匀注满耐高温粘结胶或耐高温导电粘结胶，确保滑板各处粘结的可靠性，且耐高温粘结胶的使用可使得滑板能承载更大的电流。
4.由于碳纤维增强碳滑块本身高的抗冲击性，因此可无需使用强化滑条力学承载功能的铝合金托架或导电铜片来增强受电弓滑板的抗冲击能力，从而简化了受电弓滑板的结构，保证了受电弓滑板整体的抗冲击性。
附图说明
图1为本实用新型所设计的受电弓滑板的结构示意图；
图2为现有的受电弓滑板的结构示意图；
图3为本实用新型所使用的金属铜管环切管的结构示意图。
图4为图3的剖视图。
图5为本实用新型所使用的气道铜管螺旋形细槽的结构示意图。
图6为图5的剖视图。
图中，1、碳纤维增强碳滑块；2、金属铜管；3、铝合金托架；4、导电铜网；5a、凹槽；6a、凹槽；7、气道。
具体实施方式
下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型所记载技术方案中的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
如图1至6所示，一种电力车辆用受电弓滑板，包括碳纤维增强碳滑块1、金属铜管2、导电铜网4、铝合金托架3；所述碳纤维增强碳滑块1沿长度方向设有一条半圆形第二凹槽6a，所述碳纤维增强碳滑块1设有凹槽的一面分为A部分和B部分；所述B部分上设有第二凹槽56，余下的为B部分；所述铝合金托架3沿长度方向设有一条与半圆形第二凹槽6a相匹配的半圆形第一凹槽5a，所述铝合金托架3设有半圆形第一凹槽5a的一面分为G部分和H部分，所述G部分上设有第一凹槽5a，余下的为H部分；第一凹槽和第二凹槽之间的位置设有金属铜管2，金属铜管2中部为气道，将碳纤维增强碳滑块1、金属铜管2、导电铜网4以及铝合金托架3组装后，得到所述受电弓滑板；所述受电弓滑板中，导电铜网4位于碳纤维增强碳滑块1的B部分与铝合金托架3的G部分之间，且气道7由金属铜管2构成。
所述组装是：通过耐高温导电粘接胶粘接，使得所述碳纤维增强碳滑块1、金属铜管2、导电铜网4、铝合金托架3构成一个整体。
本实用新型方案一中，通过耐高温导电粘接胶粘接，使得碳纤维增强碳滑块1、金属铜管2、导电铜网4、铝合金托架3按设计图纸组装成一个整体；同时也就使得所述碳纤维增强碳滑块1的B部分、金属铜管2、导电铜网4以及铝合金托架3经耐高温粘接胶或耐高温导电粘接胶粘接后，按设计的图纸构成一个整体。
在实际生产过程中，通过上述组装也就使得导电铜网4位于碳纤维增强碳滑块1的B部分与铝合金托架3的G部分之间，且气道7由金属铜管2构成。
在本实用新型中，所用耐高温导电粘接胶均为现有碳滑板制备过程中所常用的耐高温导电粘接胶。其具体可以为耐高温铜粉导电胶、耐高温银铜粉导电胶和耐高温银粉导电胶中的一种。优选为耐150℃以上的耐高温改性环氧和酚醛铜粉导电胶、耐高温改性环氧铜粉导电胶、铜粉电子导电胶、耐高温改性环氧和酚醛银铜粉导电胶、银粉电子导电胶、环氧型导电银胶；其型号为DB-70CA、TD-8814、TD-8816、DB2014、YH-2004、YH-A011、YH-2010、DB2018、DB5015、TD-8810、TD-8815、ZB25625、DB2013、DB2024、DB2016、YH-2008、YH-2003、YH-2005中的至少一种。
所述金属铜管2为外圈管壁上具有沿金属铜管轴向分布的若干径向切割痕，径向切割痕深度小于金属铜管壁厚，深度为壁厚的1/3至2/3；
所述金属铜管2为外表面具有螺旋线形状细槽的金属铜管，其细槽螺旋线的螺距为30-70mm。
当碳纤维增强碳滑块1出现开裂等时，金属铜管2将会在这些金属铜管环切管(8)或细槽(9)的薄弱位置断开，使气道内压缩空气泄露，自动降弓系统产生自动降弓。
所述碳纤维增强碳滑块1由碳纤维与热解碳、树脂碳、沥青碳中至少一种组成。也就是本领域常用的C/C复合材料。为了进一步提升产品的性能；所采用的碳纤维增强碳滑块1的密度为1.75～1.90g/cm3；抗压强度≥160MPa，抗折强度≥110MPa，冲击韧性≥2.5J/cm2，电阻率≤31μΩ·m。上述优选的碳纤维增强碳滑块1的制备方案包括以下步骤：
步骤一
以密度为0.30～0.60g/cm3炭纤维预制体为原料；在保护气氛下，于1500～2100℃热处理3～10小时后，进行碳沉积得到密度为1.0～1.6g/cm3的C/C多孔体；
步骤二
将步骤一所得C/C多孔体，通过聚合物浸渍-碳化工艺处理，直至得到密度为1.6～1.9g/cm3的预成品；
步骤三
在保护气氛下，于1800～3000℃，对步骤二所得预成品进行石墨化处理2～5小时后，按设计的尺寸加工，得到所述碳纤维增强碳滑块1。
实施例中所用耐高温导电粘接胶为耐高温改性环氧和酚醛铜粉导电胶，其型号为TD-8816。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电力车辆用受电弓滑板，包括滑块、气道、导电网和托架，其特征在于：所述托架的上侧面沿长度方向设有半圆形的第一凹槽(5a)，所述滑块下侧面沿长度方向设有与第一凹槽(5a)位置相匹配的半圆形的第二凹槽(6a)，所述滑块、气道、导电网和托架组装后构成一个整体，所述气道固定在第一凹槽(5a)和第二凹槽(6a)之间，所述导电网设置在滑块与托架接触面之间，所述气道(7)中部空心，所述气道的外圈管壁上设有沿气道轴向分布的多个深度小于气道壁厚的径向切割痕(8)或所述气道的外圈管壁上设有沿气道轴向分布的多个深度小于气道壁厚的螺旋线形状的细槽(9)。
2.根据权利要求1所述的一种电力车辆用受电弓滑板，其特征在于：所述滑块、气道、导电网和托架通过耐高温导电粘接胶粘接。
3.根据权利要求2所述的一种电力车辆用受电弓滑板，其特征在于：所述耐高温导电粘接胶为耐高温铜粉导电胶、耐高温银铜粉导电胶或耐高温银粉导电胶。
4.根据权利要求1至3之一所述的一种电力车辆用受电弓滑板，其特征在于：所述径向切割痕(8)和所述细槽(9)的深度为壁厚的1/3～2/3。
5.根据权利要求4所述的电力车辆用受电弓滑板，其特征在于：所述细槽(9)螺旋线的螺距为30-70mm。
6.根据权利要求1所述的一种电力车辆用受电弓滑板，其特征在于：所述滑块为碳纤维增强碳滑块(1)、纯碳或浸铜碳，所述气道为金属管或陶瓷管，所述导电网为导电铜网(4)，所述托架为铝合金托架(3)。
7.根据权利要求6所述的一种电力车辆用受电弓滑板，其特征在于：所述碳纤维增强碳滑块(1)为碳纤维与热解碳、树脂碳或沥青碳中至少一种组成。
8.根据权利要求6所述的一种电力车辆用受电弓滑板，其特征在于：所述金属管(2)为金属铜管(2)。
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