CN2666727Y

CN2666727Y - 一种钢铝复合导电轨

Info

Publication number: CN2666727Y
Application number: CN 200320109736
Authority: CN
Inventors: 杨连发; 郭成; 程羽
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2004-12-29
Anticipated expiration: 2013-11-07

Abstract

一种钢铝复合导电轨，它由铝或铝合金型材基体及不锈钢耐磨接触覆板组成。覆板呈U字型，在其两侧支脚、靠近边缘的内外表面上，沿整个导电轨纵向加工有凸起或凹下的锁紧块。在基体两侧沿纵向加工有一对称凸耳，与侧壁之间构成两条纵向缝隙。覆板放在基体上，其两支脚插入基体两条纵向长缝内，通过基体两侧凸耳向内、向下的塑性弯曲变形，将覆板的支脚夹紧，基体材料被挤入覆板两侧的凹下结构内，使覆板被绷紧并紧贴在型材基体的上表面，形成紧密的、牢固的机械接触，从而获得良好的导电性能。该复合导电轨主要应用于地铁、轻轨及高架轨等电气轨道运输系统中，给电力机车输送电能。

Description

一种钢铝复合导电轨

技术领域

本实用新型涉及到一种电力输送系统的电力传送体，特别涉及一种电气轨道交通用的钢铝复合导电轨。

背景技术

导电轨(Conductor Rail或Electric Rail)也称第三接触轨(3^rd Rail)，它与两个运行轨(Wright Bearing Tracks)平行铺设，通过在其上高速滑动的电流采集器(Current Collector)即集电靴(Collector Shoe)将高达500～1000V、500～2000A的系统电能输送给运行轨上的电力机车。集电靴固定在电力机车上，以与机车相同的速度在导电轨上高速滑行并与导电轨之间保持一定的接触压力，从而保证电流的有效传送。故导电轨必须满足一定的力学性能及电气性能，如良好导电性、耐磨性及较高的刚度等。传统的低碳钢导电轨具有导电性及导热性差、易生锈、笨重、安装成本高等缺点，因此，1960年出现了钢铝复合导电轨。钢铝复合导电轨由导电基体及耐磨接触覆层板构成。钢铝复合导电轨的型材基体通常由导电性好、重量轻的铝合金通过挤压成型，是导电轨主要的电流载体，主要作用是沿纵向传送电流，此外还要承受集电靴的自重及压紧载荷。而覆板厚度一般为2～6mm，材料通常为强度高、耐磨性、耐腐蚀性及导热性良好的不锈钢材料，它主要承受集电靴高速滑动所产生的磨损。基体与覆板之间通过复合方式牢固地接合在一起。由于钢铝复合导电轨材料及其结构特点，与传统的低碳钢导电轨相比，具有导电性好、电流损耗小，重量轻、安装简便、无须起重设备，耐腐蚀及耐磨性好、使用寿命长，安装及运行成本低、经济效益好等优点，具有比低碳钢导电轨更为广阔的发展前景，目前较广泛应用于世界各地的地铁和轻轨中。目前已有人提出了一些钢铝复合导电轨的结构，如美国专利U.S.Pat.No.3699275及U.S.Pat.No.3885655等提出了用紧固件螺栓、螺钉及铆钉等间隔固定结构方式。但这类结构会引起覆板平直度及平顺性及导电路径的变化，还存在紧固件连接固有的问题如腐蚀、电热峰及额外的电压损失，不仅增加了导电轨的重量，而且还需要额外的动力来穿通很硬的覆板两侧边，工艺较复杂。而美国专利U.S.Pat.No.3917039公开了一种采用弹性夹紧方式的结构，这种结构方式是可逆的——会因偶然因素而造成两金属层的相互移位；并由于制造技术的限制，其覆板的厚度只能是2～3mm，只适合于轻载的场合，目前要求覆板厚度为6mm，所以不太适合当今地铁及高速铁路的要求。针对上述的弹性夹紧方式只适合于覆板厚度小于3mm的情况，美国专利U.S.Pat.No.5047595及英国专利G.B.Pat.No.2231544提出了将覆板先作成两条J型板，对称放置到铝合金基体上，然后沿纵向焊接成倒U型，利用覆板两侧边的弹性弯曲与基体锁紧，形成较牢固的机械连接，覆板厚度可达5mm。但由于仍采用弹性夹紧结构，仍存在相应的缺点；并且由于必须沿整个导电轨纵向进行焊接，需要焊接专用设备，工序复杂，对焊接技术及机加工精度要求高，对平直度及平顺性要求极高的覆板有较大的影响。美国专利U.S.Pat.No.5161667提出的折叠咬合方式，省略掉了螺栓、螺钉，也不需要焊接，不存在两金属层间的移位问题。但因覆板的两侧在装配前要进行折叠，不适合于覆板较厚的复合导电轨，即导电轨的寿命有限；由于覆板两侧需折叠，覆板宽度尺寸增大，不仅增加了复合导电轨的重量，而且减小了导电轨中铝合金材料的百分比，从而增大了电阻。另外，此种结构的导电轨在复合装配时需要严格控制基体挤压尺寸及覆板的侧边尺寸，工艺要求极严。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能够省略掉螺栓、螺钉，也不需要焊接，且接合牢固、可靠，导电性能好的钢铝复合导电轨。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：由型材基体和覆板组成，其特点是，覆板为一U型结构，在覆板两支脚的长度方向上设有锁紧块，型材基体上表面两侧的长度方向上设置有一对称的凸耳，凸耳与型材基体构成了两条纵向的缝隙，此缝隙与U型覆板的支脚相配合。

本实用新型的另一特点是：锁紧块为凸起或凹槽；锁紧块可以设在支脚的内表面或外表面，也可以同时设在支脚的内、外表面上；缝隙沿型材基体的长度方向上的距离相等。

本实用新型由铝或铝合金基体及不锈钢耐磨覆板组成。覆板呈U字型，在其支脚、靠近边缘处的内外表面上，沿其整个纵向加工有凸起或凹下的锁紧块。在型材基体两侧沿纵向加工有一对称的凸耳，与侧壁之间构成两条纵向的缝隙。通过型材基体两侧凸耳向内、向下产生塑性弯曲变形，将覆板的支脚夹紧，基体材料被挤入覆板两侧的锁紧块内，使覆板被绷紧并紧贴在型材基体的上表面，形成牢固的、紧密的机械接触，从而获得良好的导电性能。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的使用状态图；

图3～5是本实用新型通过凸耳5的向内、向下的塑性弯曲变形，实现复合装配的过程图；

图6是本实用新型型材基体1的结构示意图；

图7～图11是本实用新型采用塑性成形方式在覆板2的两侧边加上出内凹、外凸的结构示意图；

图12～图15是本实用新型采用机械切削方式在覆板2两侧内、外边表面加工出凹槽的结构示意图；

图16是本实用新型铝合金基体1成型挤压同时与覆板2接合的复合导电轨的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参见图1，本实用新型包括铝合金挤压成型的工字型型材基体1和不锈钢覆板2，覆板2为一U型结构，在覆板2两支脚3的长度方向上设有凸起的锁紧块6，型材基体1上表面两侧的长度方向上设置有一对称的凸耳5，凸耳5与型材基体1构成了两条纵向的缝隙4，此缝隙4与U型覆板2的支脚3相配合。将覆板2的两支脚3插入到型材基体1两侧的缝隙4中，通过型材基体1两侧凸耳5向内、向下产生塑性弯曲变形，将型材基体1与覆板2紧密的结合为一体，在此过程中型材基体1被挤入覆板2两侧凸起的锁定块6之间形成的凹下结构内，并被向下拉紧，使覆板2被牢固地贴紧在型材基体1上表面。为使安装到位及方便，型材基体1上表面至侧壁之间的过渡圆角7要比覆板2相应的弯曲圆角大，而且装配前，覆板2的两支脚3内侧距离比基体两侧壁的距离要稍小。

参见图2，本实用新型的电流从复合导电轨型材基体1、覆板2、集电靴8、电缆9到达电力机车。集电靴8安装在机车上，沿导电轨覆板2表面纵向滑动。

参见图3，图3是在装配开始时，覆板2放在型材基体1上被压紧在正确位置，其支脚3插入型材基体1两侧的缝隙4中，但型材基体1的凸耳5尚未产生塑性变形的状态。图4中型材基体的凸耳5被向内挤压，产生弯曲塑性变形，通过压紧覆板2的凸起锁紧块6，将覆板2两支脚3压紧，覆板2内侧紧靠在型材基体1的侧壁上，覆板2被拉紧压在型材基体1上表面。图5中型材基体1的凸耳5向内、向下产生更大的塑性弯曲变形，型材基体1被挤入覆板2两侧的凹下结构内，并将其填满，对覆板2凸起部分向下的压力使耐磨覆被绷紧，并贴紧在型材基体上表面，产生永久的固定，完成复合装配。

图6是型材基体1的结构示意图。它两侧均有一个与型材基体1侧壁平行的、纵向方向的凸耳5，与型材基体1侧壁之间形成了空腔缝隙4，型材基体1侧壁与凸耳5之间的缝隙4比覆板2的最大厚度稍大一点，以便于容纳覆板2的支脚3。

图7及图8是在覆板2的支脚3内、外表面边缘处加工有内凹、外凸的球面锁紧块6的结构示意图。图9是在覆板2的支脚3边缘加工有内凹、外凸的半圆形锁紧块6的结构示意图。图10是在覆板2的支脚3边缘加工有内凹、外凸的矩形锁紧块6的结构示意图。图11是在覆板2的支脚3边缘沿整个纵向可采用不同类型的凸起组合即混合型锁紧块6的结构示意图。

图12是本实用新型在覆板2的支脚3外表面切削加工出长圆形、平底的凹槽锁紧块6的结构示意图。图13是本实用新型在覆板2的支脚3外表面切削加工出内凹长圆形、柱面底的凹槽锁紧块6的结构示意图。图14是本实用新型在覆板2的支脚3外表面切削加工出多棱面底的凹槽锁紧块6的结构示意图。图15是本实用新型在覆板2的支脚3内表面切削加工出的凹槽锁紧块6的结构示意图。

图16为本实用新型铝合金基体1成型挤压同时与覆板2接合的复合导电轨的结构示意图，覆板2与铝合金型材基体1共同挤压复合完成的复合导电轨，两金属接触面之间没有宏观的间隙存在。并且采用所述的具有凸起或凹下的锁紧块6的覆板2，增大了接合、接触面积，实现了牢固的冶金接合，导电性能好。

本实用新型的优点在于：通过型材基体1的局部塑性变形方式拉紧覆板2的支脚3，使覆板2紧贴在型材基体1上表面，并形成牢固的、紧密的机械接触，从而可获得良好的电气性能；采用咬合锁紧方式，省略掉了螺栓、螺钉，也不需要焊接，不存在两金属层的移位问题，且重量轻，接合牢固、可靠，导电性能好；由于该结构方式沿着整个导电轨纵向实现了连续锁紧，覆板2与型材基体1的接触均匀性及表面平直度及平顺性能得到可靠的保证；利用覆板2的两支脚3上的的凸起或(及)凹下的锁紧块进行锁紧，不必要对其进行折叠，可用于覆板很厚(可超过6mm)的复合导电轨结构，从而提高了导电轨的使用寿命；由于不锈覆板2的支脚3不进行折叠，覆板2可以做得较窄，不仅充分、有效地利用了不锈钢覆板2的表面，而且减轻了复合导电轨的重量、提高了铝合金材料的百分比，从而提高了导电性能；对于在覆板2表面上通过不去除材料的成形方式制成的凸起或凹下的锁紧块6，由于不破坏原有材料，使覆板2刚度得到较大的提高，在导电轨的复合装配及今后的使用过程中不易发生变形，保持了它有原来的平直度及平顺性，从而提高了导电轨寿命；由于不需要穿通坚硬的不锈钢覆板2，而且覆板2两侧的凸起或凹下的锁紧块6可以远离覆板2接触表面及两侧边的弯曲过渡圆角，因此在复合装配时对覆板造成的不利影响大大降低；对于在覆板2表面上通过去除材料的切削方式制成的凹下结构，只要加工出一定深度即可，工艺简单，节省能源；若采用共同挤压方式，由于铝合金材料被挤入其中，可以实现更加牢固的冶金接合；采用本实用新型的锁紧块方式，使用专用工具很容易使两部分金属分离，材料的回收性及再生性好。

Claims

1、一种钢铝复合导电轨，由型材基体[1]和覆板[2]组成，其特征在于：覆板[2]为一U型结构，在覆板[2]两支脚[3]的长度方向上设有锁紧块[6]，型材基体[1]上表面两侧的长度方向上设置有一对称的凸耳[5]，凸耳[5]与型材基体[1]构成了两条纵向的缝隙[4]，此缝隙[4]与U型覆板[2]的支脚[3]相配合。

2、根据权利要求1所述的钢铝复合导电轨，其特征在于：所说的锁紧块[6]为凸起或凹槽。

3、根据权利要求1所述的钢铝复合导电轨，其特征在于：所说的锁紧块[6]可以设在支脚[3]的内表面或外表面，也可以同时设在支脚[3]的内、外表面上。

4、根据权利要求1所述的钢铝复合导电轨，其特征在于：所说的缝隙[4]沿型材基体[1]的长度方向上的距离相等。