[发明专利]一种制备地铁复合接触轨的装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料制备技术领域，涉及一种地铁复合接触轨制备的装置与方法。

背景技术

地铁复合接触轨（接触轨）是沿着地铁电气化铁路运行轨布置并将电力输送给机车的刚性输电导轨，因其一般布置在两条运行轨道的侧边或两条轨道中间，因此又叫做“第三轨”，也称“复合轨”。接触轨通常是以钢铝复合材料而成，配以鱼尾板、电缆连接板、端部弯头和锚结等部件形成地铁的供电系统。

钢铝复合接触轨常用结构为C型、工字型双包式和工字型外包式。C型钢铝复合接触轨的整体结构为“C”型，轨头位于“C”形的左侧，轨底位于“C”形开口侧。C型钢铝复合接触轨钢铝材料之间的结合表面积大、结合密贴，其缺点是钢带的结构复杂，安装不方便，只适合于侧接触或上接触的安装形式，所有没有被广泛应用。工字型钢铝复合接触轨的整体横断面形状与普通工字型钢轨类似，整体横断面形状由轨底、轨头及轨腰三部分构成，以铝合金为主体，轨头顶面与受流器接触部位包覆厚度为4－6 mm的钢带。钢带的典型结构之一为浅槽型，槽底的整个宽度与受电靴接触，是轨头的有效工作宽度。工字型钢铝复合接触轨的主要问题是：不锈钢带两侧壁上钻有许多小孔，通过该孔与铝合金用铆接的方式连接在一起，加工过程繁多，质量不易控制，结合紧密性差，成本较高。工字型外包式钢铝复合接触轨在北京地铁已经运用，钢带通过两个J形构件焊接在一起形成一个C形，扣在铝合金本体上形成。其缺点是：J形构件加工难度大，易变形；两者不易实现有效焊接；焊缝在接触轨的中间，而焊接过程的热影响使钢铝材料的局部组织和性能发生变化，焊接会降低接触轨与电刷间的导电效果，影响了电力的输送。为此，国内外的研究者开始研究其它制备复合接触轨的方法。

美国、英国都有介绍钢铝复合接触轨制造方法的发明专利。美国专利US5047595，提出了机械装配与焊接相结合法制造复合接触轨，由于钢－－铝结合面质量不高，影响了地铁集电靴的取流效率。英国专利GB2231544和美国专利US5161667，提出了完全采用机械法制造复合接触轨，由于工序复杂，对机加工精度要求高，而且钢――铝结合面质量不高，影响了供电效果。

北京有色研究总院的闫晓东等人，在《锻压技术》期刊上发表了《用侧向挤压法成形不锈钢――铝复合接触轨》（2002年第５期，第35-37页）论文，设计了一套适合于1000kN立式液压机的侧向挤压装置，利用此装置进行了不锈钢－铝复合接触轨的成形研究，得到了相关工艺参数。由于在高温时，钢带易变形、铝合金与钢带容易反应等关键技术还没有获得突破，目前还不具备试生产的条件。

在目前已有的复合接触轨的制造方法中，存在的主要问题是：钢铝接触面存在接触不良的问题，造成供电时电流损耗大、能耗高；不能生产超长复合接触轨；制造成本较高。上述原因造成复合接触轨不能满足轨道交通进一步的发展要求，因此，需要开发一种新的制造装置与方法。

发明内容

本发明针对上述已有技术中存在的不足，提供一种以不锈钢和铝合金为复合的材料，经过清洗、牵引、加热、顶压、侧压、焊接制造工艺，制备地铁钢铝复合接触轨的一种装置和工艺。

本发明所采用的技术方案是：

将不锈钢带轧制成梯形，接触面冲压成凹槽，然后清洗结合表面；把挤压成形的铝合金本体加工成燕尾槽形状，清洗结合表面；在不锈钢带和铝合金本体的结合面涂上导电粉末；用加热装置把两种材料加热至一定温度，实现中等温度条件下的烧结和压力结合；启动顶压装置，把两者压合在一起；启动压边装置，把两侧压紧；用焊接装置把不锈钢带和铝合金的结合边部焊接起来。

本发明制备复合接触轨的装置包括支撑平台、加热设备、顶压设备、侧压设备、焊接设备和牵引设备构成。具有连续送料、连续加工的特点，自动化程度较高。

支撑平台支撑复合轨制造时的重量，并使其处于合理的高度，方便操作。加热设备为电阻加热，保温范围为190-250℃。顶压设备为滚轮式加压装置，具备送料功能，压力范围为20-50kN,送料速度2-10mm/min。侧压设备为滚轮式加压装置，具备侧向送料功能，压力范围为10-20kN,送料速度2-10mm/min。焊接设备为自动焊接。牵引设备为链式或者液压式，能够实现复合接触轨的连续移动。

本发明涉及的制造钢铝复合轨的方法包括以下步骤：

步骤一：将不锈钢带轧制成梯形，接触面冲成深为2-3mm的凹槽，然

后清洗表面氧化物和杂物；

步骤二：将挤压后的铝合金本体进行时效处理，加工成燕尾槽形状后，

清洗表面氧化物和杂物；