铜合金终端锚固线夹的制作方法

本实用新型涉及一种高速铁路接触网的受力件，特别是涉及一种用于将接触线及承力索与补偿装置连接的锚固线夹。

背景技术：

终端锚固线夹是接触网上十分关键的受力零件，使用中用它将接触线及承力索与补偿装置串接成一体，并将补偿装置的坠砣重力传递给接触线及承力索，使接触线、承力索拉紧、拉直并获得规定的张力，为电力机车或动车组平稳取流提供通道。高速接触线水平张力一般为25～30kN，承力索张力为15～20kN，属于大张力供电线路，终端锚固线夹因串接在回路中，也受到上述张力作用，这是终端锚固线夹的静力。当机车通过时接触网剧烈振动，另外自然界刮风引起的摆动等附加力也作用在终端锚固线夹上，所以终端锚固线夹长期受到力为大张力的动态力。接触网上零件大约有300余种，关键受力零件有40余种，而终端锚固线夹是关键受力零件中的关键，号称零件之王。之所以如此，是因为它作用十分重要，为确保行车安全，接触网上对终端锚固线夹的可靠性要求极高。若存在质量问题，会导致接触线或承力索脱落，接触网平衡被破坏，会造成接触网大面积破坏，这是接触网中最为严重的事故，恢复一般比较慢，容易造成大或重大行车事故，对正常的铁路运输生产与安全构成较大影响。

国外电气化发达国家中，终端锚固线夹的生产工艺为：

a.日本采用了一根长约300mm的纯铜管和一根带单耳的钢棒，再借助于模具用液压设备，在现场安装时，先将钢棒插入铜管一端，铜管另一端插入接触线或承力索，然后将铜管与插入的钢棒及接触线或承力索连续压接成5段，每段压力不等。压接完后再用钢棒一端的单耳与绝缘子连接组成终端锚固线夹。这种终端锚固线夹结构复杂，压接不易掌握。

b.德、法、西班牙、意大利生产的终端锚固线夹基本一致，本体由两部分组成，上半部分为连接双耳，下半部分为带内孔的圆柱体，两部分采用螺纹连接。本体采用铸造成型。由于铸造工艺常常存在铸造缺陷，如气孔、疏松、夹渣等，为了避免产生大的铸造缺陷，尤其是像终端锚固线夹这样对可靠性要求极高的零件，除了对铸造工艺要求极高，尽可能减少铸造缺陷外，成品必须采用无损探伤的方法逐件检查，这样的工艺成品率不高，会增加生产成本，降低生产效率。因此，对可靠性要求极高的终端锚固线夹最理想的工艺是模锻。

德、法、西、意等国的终端锚固线夹现场安装方法为：

a.接触线终端锚固线夹：在线夹结构的下半部分的圆柱体内的圆柱孔中要装入一个小圆柱体，小圆柱体内加工成锥孔，锥孔中再装入铜合金楔子，安装时，接触线从本体一端的进线孔进入，穿过小圆柱体，再穿过楔子内孔，楔子与小圆柱体间构成锁紧装置，线夹本体一端的内孔与小圆柱体间有约0.5mm的间隙。受力后，线夹本体仅受到小圆柱体向下的压力，内置的小圆柱体在接触线穿入后通过楔子不断收缩，小圆柱体沿圆周受到逐渐增大的侧向压力。因小圆柱体壁厚不大，并且因间隙的原因，不能将压力传递给本体壁。这种结构的接触线终端锚固线夹张力不能太大，否则小圆柱体会容易被撑裂。

b.承力索终端锚固线夹：承力索终端锚固线夹下半部分无小圆柱体，内孔加工成锥体。承力索为铜合金绞线，一般由19股单丝绞合而成，整根绞线分为三层，最内层为1根单丝，第二层由7根单丝以内层为中心成圆形并按螺旋线环绕，第三层(最外层)由12根单丝绕第二层为中心成圆形并按螺旋线环绕。安装时楔子打入到第二层与第三层之间，这时第三层12根单丝要求逐一掰直、分开，等间距均匀地布置在楔子外圆的外边，即楔子与锥孔之间。这种安装方法首先是破坏了绞线最外层的完整性，因绞线传递拉力是靠19根单丝绞合并组成一个整体，单丝之间、层与层之间因紧密排列而相互挤压产生了摩擦力来平衡外力的。但当单丝分开后相互间的挤压力随之消失，仅靠单丝与锥孔之间压紧时的摩擦力来平衡外力。这样承力索抵抗外力的能力会下降。另外，单丝为铜合金线很硬，预绞后发生塑性变形很难用手掰直，因此很难均匀等间距布置。稍有不当，或在拉伸过程中单丝难免会发生微滑动，就有可能嵌入到楔子的收缩缝中，造成楔子无法收缩，进而建立不起对绞线逐渐增大的压力，这样绞线因外张力而很容易抽出、脱落，引起事故。

终端锚固线夹安装在千里铁道线上空距地面约6m的接触网上，长期承受野外环境，如风、霜、雨、雪、高温、严寒、环境腐蚀等作用，还有来自机车的机械振动、风偏摆动等，工作条件十分严酷，为确保行车安全，终端锚固线夹一定要能够可靠的拉住线、索不松脱，这里楔子作用十分关键。高铁用承力索抗拉强度在480MPa以上，高铁用接触线在510MPa以上，CTMH150高镁承力索拉断力在82.8kN。上述线、索表面硬度一般均在布氏160左右，楔子要长期可靠的咬住线、索不松脱，只有其强度与表面硬度应高于线、索，才能使齿嵌入到线、索表面，否则，楔子牙会变形、变钝而咬不住线、索。

仅仅满足力学性能是不够的，还有外形参数，如楔子长度、锥度、内孔直径及公差、内孔齿形、齿数、表面粗糙度、收缩缝形状等也都十分关键。楔子内孔与线、索表面间的摩擦系数以及锥套与楔子外表面间的摩擦系数之间的配合关系也都影响可靠性。从材料方面来说，德、法等终端锚固线夹的楔子材料为CuNi2Si，强度、硬度与接触线基本一致，强度480MPa，硬度为HB160左右。国产高铁用高镁接触线表面硬度为170左右，用CuNi2Si做楔子咬合不可靠，因为在挤压力作用下，楔子牙齿容易变钝，甚至弯曲，容易发生滑脱。因此，欧洲现用的楔子只能使用一次。从外形尺寸方面来说，欧洲楔子锥度大，为1:8，因轴向尺寸变X，前行阻力大；长度短，为47mm，齿数少，每个齿尖上应力大，齿形容易损坏，为等腰三角形螺旋齿，受力不合理。因欧洲无高强度、大张力150mm²的接触线及承力索，接触网张力较小，因此终端锚固线夹的张力可满足欧洲接触网的使用。而使用在中国独有的大张力接触网以及横截面面积为150mm²的接触线或承力索上，可靠性较差。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种可靠性高、防滑脱的铜合金终端锚固线夹。

本实用新型铜合金终端锚固线夹，包括线夹本体，所述线夹本体包括U形双耳连接板和四棱柱体，U形双耳连接板的端板与四棱柱体一体制成，四棱柱体及U形双耳连接板的端板内开设内锥孔，内锥孔由内至外直径逐渐减小，四棱柱体内设置与内锥孔相配合的锥形筒状楔子，所述楔子的外锥体与内锥孔的锥度相同，所述楔子大端沿圆周等分设置有多个收缩缝A，收缩缝A起始于楔子大端端面且截止于距离楔子小端端面2mm处，收缩缝A的截止端具有豁口C，所述楔子小端沿圆周等分设置有多个收缩缝B，收缩缝B起始于楔子小端端面且截止于距离楔子大端端面2mm处，收缩缝B的截止端具有豁口D，收缩缝A和收缩缝B均匀交错布置，所述楔子内部设置具有环形齿的通孔，所述环形齿的齿形为直角三角形，所述环形齿内径比接触线或承力索的外径小0.3mm，所述U形双耳连接板的双耳间连接有螺栓并用螺母锁紧，所述螺栓端部设置有开口销。

本实用新型铜合金终端锚固线夹，其中所述U形双耳连接板的双耳的相对的内侧开设有圆弧孔。

本实用新型铜合金终端锚固线夹，其中所述线夹本体采用QAl9-4板材锻造制成。

本实用新型铜合金终端锚固线夹，其中所述楔子的强度为700-800Mpa。

本实用新型铜合金终端锚固线夹，其中所述楔子的表面硬度为HB200-220。

本实用新型铜合金终端锚固线夹，其中所述楔子外锥体的锥度与所述线夹本体的内锥孔的锥度均为1:10，楔子长度为57mm。

本实用新型铜合金终端锚固线夹，其中所述线夹本体内锥孔的表面粗糙度为μ3，所述楔子外锥体的表面粗糙度为μ3。

本实用新型铜合金终端锚固线夹，其中铜合金终端锚固线夹采用模锻工艺生产。

采用上述技术方案后，与现有技术相比，本实用新型铜合金终端锚固线夹既可以作为接触线终端锚固线夹使用，也可以作为承力索终端锚固线夹使用，线夹本体为一体式，包括一体制成的U形双耳连接板和四棱柱体，设置成四棱柱体，受力时，通过壁厚不同，变形不一样而形成沿四周不同的挤应力，从而对楔子形成对称的四点顶，这样可以避免因接触线、承力索外形圆弧与线夹锥孔圆弧因加工误差不一样所引发的压力不均匀。

此外，本实用新型铜合金终端锚固线夹还具有以下有益效果：

a.线夹为一个整体，而非两体，线夹结构简单，安装十分方便。

b.接触线终端锚固线夹不再需要小圆柱体，承受张力能力提高。

c.承力索安装时，不需卸分单丝，受力时仍保持了绞线原有的完整体，仍靠绞线绞合后已形成的单丝之间相互挤压、相互摩擦等方式来传递平衡张力。

d.穿线十分方便，线、索可以伸出连接双耳后再装入楔子，手轻轻一拉，线、索连同楔子一起通过双耳间的圆弧进入锥孔中。

e.线夹受力后，线、索一端露出楔子长约20mm，可以供运行中长期观察线、索有无滑移，是否安全等。

本实用新型铜合金终端锚固线夹中楔子采用一种特殊合金，强度达到700MPa，表面硬度HB200-220。经实践表明，楔子反复使用10次后仍十分可靠；楔子锥度为1:10，前行阻力小；长度为57mm，齿数多，每个齿尖应力小，不容易变形；齿形为直角三角形环形齿，受力合理，容易插入线、索表面。

下面结合附图对本实用新型的铜合金终端锚固线夹作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型铜合金终端锚固线夹的结构示意图；

图2为本实用新型铜合金终端锚固线夹的部分剖视图；

图3为图1的俯视图；

图4为图1的A向视图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本实用新型铜合金终端锚固线夹包括线夹本体1、楔子2、螺栓3、螺母4、开口销5，线夹本体1包括U形双耳连接板11和四棱柱体12，U形双耳连接板11与四棱柱体12一体制成，U形双耳连接板11的双耳上开设有螺栓孔15，螺栓3穿过螺栓孔15并用螺母4锁紧，开口销5装在螺栓3端部。

如图1、图4所示，U形双耳连接板11的双耳相对的内侧开设有圆弧孔16，圆弧孔16内径稍大于楔子2大端外径，使楔子2能从双耳间顺利通过。

如图1至图3所示，四棱柱体12及端板13内开设内锥孔14，内锥孔14由内至外直径逐渐减小即内锥孔14为倒锥孔，楔子2为锥形筒状，楔子2设置在四棱柱体12内，楔子2的外锥体与内锥孔14的锥度相同，均为1:10，楔子2长度为57mm。

如图1、图2所示，楔子2大端沿圆周等分设置有四个收缩缝A21，收缩缝A21起始于楔子2大端端面且截止于距离楔子2小端端面2mm处，收缩缝A21的截止端具有豁口C22，楔子2小端沿圆周等分设置有四个收缩缝B23，收缩缝B23起始于楔子2小端端面且截止于距离楔子2大端端面2mm处，收缩缝B23的截止端具有豁口D24，收缩缝A21和收缩缝B23均匀交错布置，即楔子2外锥体沿圆周共设置八个收缩缝，间距为45°。

本实用新型铜合金终端锚固线夹中，楔子2内部设置有通孔，通孔用于穿接触线或承力索，楔子2的内壁均匀设置有若干圈环形齿。如图2所示，楔子2内壁上设置有一圈环形齿25，齿数40个，环形齿25的齿形为直角三角形，环形齿25内径比接触线或承力索的外径小0.3mm。目的是为了插入接触线、承力索时，楔子2能够紧紧抱住接触线或承力索，建立起初始的压紧力。

本实用新型铜合金终端锚固线夹中，线夹本体1采用牌号为QAl9-4的铝青铜板材锻造制成，楔子2采用铜合金制成，楔子2的抗拉强度为700-800Mpa，楔子2的表面硬度为HB200-220，这与国产接触线及承力索的性能相匹配，可用于国产的截面面积为150mm²的接触线或承力索上。

线夹本体1内锥孔14和楔子2外锥体的表面粗糙度为μ3，目的是为减少楔子2在内锥孔14内的前行阻力。

本实用新型铜合金终端锚固线夹采用模锻工艺生产。

四棱柱12的设置使得受力时，通过壁厚不同，变形不一样而形成沿四周不同的挤应力，从而对楔子2形成对称的四点顶。这样可以避免因接触线或承力索6’的外形圆弧与铜合金终端锚固线夹的内锥孔圆弧因加工误差不一样所引发的压力不均匀。

使用时，接触线或承力索6’从线夹本体1的内锥孔14的小端插入，从内锥孔14的大端出来后一直沿U形双耳连接板11的双耳间移动，伸出圆弧孔16约80mm，将楔子2套入到接触线或承力索6’上，并使接触线或承力索6’露出楔子2大端约20mm，这时从内锥孔14的小端轻轻拉动接触线或承力索6’，因为存在初始的抱紧力，这时接触线或承力索6’带动楔子2沿双耳间圆弧孔16进入线夹本体1，一直插入到内锥孔14中，再轻拉接触线或承力索6’，因楔子2通孔内壁设置环形齿25，楔子2与接触线或承力索6’之间产生的摩擦阻力远大于楔子2外锥体与内锥孔14之间的摩擦阻力，因此接触线或承力索6’便能带动楔子2在线夹本体1内锥孔14中向内锥孔14小端移动，这时楔子2受到内锥孔不断增加的侧向压力而沿圆周方向不断收缩，使环形齿25咬住并压紧接触线或承力索6’的正压力不断增大。这个过程随着楔子2的移动而快速增加，一直到接触线或承力索6’承受的外张力与楔子2所受的接触线或承力索6’的摩擦力相平衡时，楔子2停止移动，接触线或承力索6’连同楔子2停留在内锥孔14内的某一位置。最后通过螺栓3、螺母4及开口销5将U形双耳连接板11与涨力补偿装置连接即可。

本实用新型铜合金终端锚固线夹既可以作为接触线的终端锚固线夹，也可以作为承力索的终端锚固线夹，具有如下优点：

a.线夹为一个整体，而非两体，线夹结构简单，安装十分方便。

b.接触线终端锚固线夹不再需要小圆柱体，承受张力能力提高。

c.承力索安装时，不需卸分单丝，受力时仍保持了绞线原有的完整体，仍靠绞线绞合后已形成的单丝之间相互挤压、相互摩擦等方式来传递平衡张力。

d.穿线十分方便，线、索可以伸出连接双耳后再装入楔子，手轻轻一拉线、索连同楔子一起通过双耳间的圆弧进入锥孔中。

e.线夹受力后，线、索一端露出楔子长约20mm，可以供运行中长期观察线、索有无滑移，是否安全等。

本实用新型中楔子采用一种强度达到700-800MPa，表面硬度为200～220的铜合金制造。楔子反复使用10次后仍十分可靠；楔子锥度为1:10，前行阻力小；长度为57，齿数多，每个齿尖应力小，不容易变形；齿形为直角三角形环形齿，受力合理，容易插入线、索表面。

本实用新型铜合金终端锚固线夹的线夹本体使用材料牌号为QAl9-4锻造而成，它具有化学稳定性好，不易受环境影响等特点，楔子材料特殊，是军标产品，其耐腐蚀性优异，因此，用QAl9-4(铝青铜)制造的终端锚固线夹具有较高的耐腐蚀性。

本实用新型铜合金终端锚固线夹用模锻工艺生产，在国内是首次使用，它是利用了金属材料在较高温度下抗力小，有较大塑性的特点，借助于模具及压力，得到所需产品。它属于热加工范畴，锻造中通过打碎金属旧有结晶组织并重新结晶，使零件具有了晶粒均匀细密，基本无缺陷等优点，通过锻造还可以提高材料的致密度，消除了原材料中可能存在的一些小缺陷等。因此模锻生产的终端锚固线夹增加了耐拉伸强度、提高了韧性，尤其是提高了耐疲劳强度，进而提高了可靠性。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。