专利名称：一种制备地铁复合接触轨的装置与方法
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 一 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，由于钢一一铝结合面质量不高，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，而且钢一一铝结合面质量不高，影响了供电效果。北京有色研究总院的闻晓东等人，在《锻压技术》期刊上发表了《用侧向挤压法成形不锈钢一一铝复合接触轨》(2002年第5期，第35-37页)论文，设计了一套适合于IOOOkN立式液压机的侧向挤压装置，利用此装置进行了不锈钢一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°c。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；
步骤三在不锈钢带和铝合金本体的结合面涂上导电粉末；启动牵引装置(9)，实现复合轨的移动；把不锈钢带和铝合金本体装在一起，用加热装置(6)把两种材料加热至一定温度，实现中温烧结和压力结合；启动顶压装置(4)，把两者压合在一起；启动侧压装置(2和5)，把两侧压紧；启用焊接装置(8)，把不锈钢带和铝合金的侧边焊接起来。本发明的优点是制造的钢铝复合轨接合面的结合强度高、导电性能优良、能耗低，具有自动化生产的特点，能够实现低成本、超长度和高效率制造。
图1是制备复合接触轨装置的主视 图1中1支撑平台；2左侧压装置；3不锈钢和铝的复合轨；4顶压装置；5右侧压装
置；
图2是制备复合接触轨装置的左视 图2中6电阻加热装置；7复合支架；8自动焊接装置；9复合轨的牵引装置；
图3是复合接触轨的截面 图3中10不锈钢带；11焊缝；12铝合金包角；13不锈钢带凹槽；14铝合金； 图4是截面A向放大图。
具体实施例方式以下结合技术方案及附图详细说明本发明的具体实施例。实施例1
不锈钢带10经过冲压形成凹槽13，表面清洗后喷涂铜粉末；铝合金本体14经过挤压成形后进行时效处理，表面进行清洗；将不锈钢带10和铝合金本体14装在一起，缓慢推入使牵引装置夹紧复合轨，以5mm/min速度前进；启动加热装置6，加热复合轨至180°C左右；启动顶压装置4，使液压缸的压力达30kN，对复合轨的顶部施加压力；启动左右两侧的侧压装置2和5，使液压缸的压力达10kN，对侧边施加压力使之复合；启动焊接装置8，对两侧边实现焊接连接。复合接触轨经过此中温烧结、压力复合后，接触面连接紧密，导电性能良好，可实现长度14m复合接触轨的连续生产。实施例2
不锈钢带10经过冲压形成凹槽13，表面清洗后喷涂铜粉末；铝合金本体14经过挤压成形后进行时效处理，表面进行清洗；将不锈钢带10和铝合金本体14装在一起，缓慢推入使牵引装置夹紧复合轨，以2mm/min速度前进；启动加热装置6，加热复合轨至200°C ;启动顶压装置4，使液压缸的压力达35kN，对复合轨的顶部施加压力；启动左右两侧的侧压装置2和5，使液压缸的压力达15kN，对侧边施加压力使之复合；启动焊接装置8，对两侧边实现焊接连接。复合接触轨经过此中温烧结、压力复合后，接触面连接紧密，导电性能良好，可实现长度18m复合接触轨的连续生产。实施例3
不锈钢带10经过冲压形成凹槽13，表面清洗后喷涂铜粉末；铝合金本体14经过挤压成形后进行时效处理，表面进行清洗；将不锈钢带10和铝合金本体14装在一起，缓慢推入使牵引装置夹紧复合轨，以5mm/min速度前进；启动加热装置6，加热复合轨至220°C ;启动顶压装置4，使液压缸的压力达30kN，对复合轨的顶部施加压力；启动左右两侧的侧压装置2和5，使液压缸的压力达10kN，对侧边施加压力使之复合；启动焊接装置8，对两侧边实现焊接连接。复合接触轨经过此中温烧结、压力复合后，接触面连接紧密，导电性能良好，可实现长度18m复合接触轨的连续生产。
权利要求
1.一种制备地铁复合接触轨的装置，该装置包括加热装置、顶压装置、侧压装置、焊接装置和牵引装置，其特征在于 加工成型的不锈钢带与加工成型的铝合金导电本体，表面清洗后加入导电粉末，通过牵引装置(9)实现移动，经过加热装置(6)加热至一定温度，然后用顶压装置(4)将两者压在一起，随后用侧压装置(2、5)将边部压合，通过焊接装置(8)将两边焊接起来，实现了连续牵引、加热烧结、顶压、侧压和焊接组合在一起的连续式制备装置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征还在于，牵引装置(9)由夹钳、连续拉伸和返回机构组成，该机构可以为液压式，也可以为链条式，均能实现长度达18m以上复合轨的连续生产。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征还在于，加热装置(6)为电阻式加热，外侧采用保温隔热材料和不锈钢为壁，使温度保持稳定。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征还在于，顶压装置(4)和侧压装置(2、5)都采用滚轮式施加压力的方法，滚轮的材质为耐高温工具钢。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征还在于，焊接装置(8)为自动焊接机，实现了复合轨两侧边的自动焊接。
6.利用权利要求1、2、3、4、5所述装置制备地铁复合接触轨的方法，其特征包含以下步骤 步骤一将不锈钢带加工成梯形，接触面冲成凹槽(13)，清洗表面氧化物和杂物； 步骤二 将铝合金本体进行时效处理后，加工成燕尾槽形状(14)，清洗表面氧化物和杂物； 步骤三在不锈钢带和铝合金本体的结合面涂上导电粉末；通过牵引装置(9)实现复合轨的移动；用加热装置(6)把两种材料加热至一定温度，实现中温烧结；启动顶压装置(4)，把两者压合在一起；启动侧压装置(2、5)，把两侧压紧；启用焊接装置(8)，把不锈钢带和铝合金的侧边焊接起来，得到地铁复合接触轨； 步骤四将上述步骤组合在一起可实现连续化生产，能得到长度达18m以上超长复合接触轨的制备。
全文摘要
本发明公开了一种制备地铁复合接触轨的装置与方法，属于新材料制备技术领域。本发明制备地铁复合接触轨的装置包括加热装置、顶压装置、侧压装置、焊接装置和牵引装置。制备时，首先将不锈钢带轧制成梯形，接触面冲压成凹坑；铝合金轨体加工燕尾槽，把两种材料的接触面进行清洗；其次，接触表面涂一层导电粉末，通过中温加热和加压技术把两种材料复合起来；最后，通过牵引方式实现长度达18m以上复合接触轨的连续生产。本发明所涉及的方法，具有工艺稳定、成本低廉、无污染、适合连续生产等优点，所制备的钢铝复合接触轨性能稳定、导电率高、强度高和超长度，适用于制备为地铁等设备长期供电的导电材料。
文档编号B23P15/00GK103057437SQ201110319128
公开日2013年4月24日 申请日期2011年10月20日 优先权日2011年10月20日
发明者付亚波, 陈卫平, 蔡培阳, 崔静 申请人:台州学院, 付亚波