一种用于轨道列车接地装置的端盖及其制备方法与流程

本发明涉及有轨列车接地装置技术领域，具体是指一种用于轨道列车接地装置的端盖及其制备方法。

背景技术：

轨道列车通过接地装置将轨道列车车顶受电弓获取接触网电能，经车上用电器、接地装置及车轮和轨道构成动车组完整的供电回路，保证轨道列车正常工作。轨道列车接地装置的工作原理是通过相对位置固定的碳刷与旋转车轴上的摩擦环相接触，使电流流经二者形成回路。

轨道列车接地装置设有端盖，用于保护碳刷和旋转车轴上的摩擦环，使碳刷与摩擦环处于封闭的环境内。现有接地装置的端盖采用的材料为尼龙加玻璃纤维增强，采用注塑工艺制作而成，无论是材质，还是其成型工艺，均存在较多问题，因此亟需寻找一种能够制成端盖的材质，该材质要克服原有尼龙加玻璃纤维的不足，且能够批量工业化生产制成轨道列车接地装置的端盖。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种使用寿命长，抗老化、耐腐蚀性能优异，且尺寸稳定，机械性能优越的用于轨道列车接地装置的端盖。

本发明的另一个目的在于，提供上述用于轨道列车接地装置的端盖的具体制备方法。

为了实现上述目的，本发明通过下述技术方案实现：一种用于轨道列车接地装置的端盖，包括呈半球形且开放设置的外壳，所述外壳边沿以轴心呈环阵列设置有若干接耳，所述外壳一侧还设置有供插入导线的通孔，每个所述接耳均与外壳呈一体结构，且外壳与接耳的材质均为smc复合材料。

smc复合材料，玻璃钢的一种。主要原料由gf(专用纱)、md(填料)及各种助剂组成。smc复合材料及其smc模压制品，具有优异的电绝缘性能、机械性能、热稳定性、耐化学防腐性，所以smc制品的应用范围相当广泛，虽然在铁路车辆中也有应用，但是目前局限于铁路车辆窗框、卫生间组件、座椅、茶几台面、车厢壁板与顶板等，或者多作为电缆槽的材质进行使用。本技术方案实际上是发现了smc复合材料的新的应用途径，首次将smc复合材料应用于轨道列车接地装置的端盖。

现有接地装置的端盖采用材料为尼龙加玻璃纤维，通过注塑工艺制成。主要存在两方面的问题，一方面是以尼龙加玻璃纤维作为端盖材质，无法满足现有端盖的正常使用需求，另一方面是通过注塑工艺生产的端盖，过程复杂，成品率低，生产成本高。

以尼龙加玻璃纤维作为端盖材质，存在的主要问题是，该材质的强度不足。因此以该材质制成的端盖，需要在端盖接耳处的通孔嵌入不锈钢嵌件，以保证接耳处的连接强度。但是由于尼龙材料与不锈钢材质热胀系数不同引起冷却速度不同而收缩不均，金属件与端盖之间存在肉眼可见的闪缝，容易产生安全隐患。而且，以尼龙加玻璃纤维制成的端盖，由于尼龙的吸水特性，极易发生变形，尤其是冬夏两季温差较大情况下，尺寸极容易发生变化。以尼龙加玻璃纤维制成的端盖在使用一段时间后，由于尼龙的脆弱性质，其表面树脂会出现剥落现象，标识容易变得模糊不清。

以上，仅仅是原有因为使用尼龙加玻璃纤维作为端盖材质，出现的缺陷。由于端盖采用尼龙加玻璃纤维制成，其制备工艺只能通过注塑完成。注塑工艺过程相对复杂，需要考虑复杂的注塑条件、注塑温度、注塑模具、以及最后的冷却成型，由于尼龙材料的变形不定向性，导致注塑形成的工件产品质量难以保证，废品率高，在将不锈钢嵌件装入端盖接耳处通孔时，还存在跳刀问题。由于尼龙加玻璃纤维材质容易发生变形，因此注塑件需要预设计变形尺寸，一般为保证产品的合格性，关键尺寸还需要后期的打磨加工。

综上所述，使用以尼龙加玻璃纤维作为端盖材质，无论是端盖本身，还是其注塑工艺过程的具体设计和制造过程，均存在较多问题，因此亟需寻找能够制造轨道列车接地装置端盖的替代材料。

在寻找制造轨道列车接地装置的端盖材料的过程中，依次试验过pa6-gf45、pbt、pps、pa66，每次试验，需要手工打磨成成型样品，然后在对其进行各种参数测试，但是在材料强度和刚度测试方面，虽然略优于现有的尼龙加玻璃纤维材质，但是并不突出，因此出于成本考虑，并未对这些材质进行工业化生产设计。

直到偶然发现smc复合材料，将其手工打磨成样品后，发现其强度和刚度极为优越，因此，针对其进行工业化生产设计，考量现有smc复合材料产品成型工艺，结合轨道列车接地装置的端盖的具体情况，对现有smc复合材料产品成型工艺的改良和摸索，使得smc复合材料制成的端盖得以工业化生产，从寻找新材料到工业化生产历时两年左右，付出巨额人力、时间、资源成本，终成本技术方案。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述外壳边沿以轴心呈环阵列设置的接耳为六个。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述外壳内的中心处还设置有向开口延伸的定位柱，所述定位柱与外壳呈一体结构。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述外壳内还设置有若干用于固定刷架的凸台，所述凸台内设置有螺纹盲孔。

上述的一种用于轨道列车接地装置的端盖的制备方法，包括以下步骤：

s1：通过数控机床对smc复合材料进行加工，并辅以手动打磨加工，获得由smc复合材料构成的端盖成品，称取该端盖成品的重量；

s2：根据端盖成品设计并制造相应模具；

s3：将模具安置在模温机中，对模具进行加热，使模具温度保持在150℃±10℃的温度范围；

s4：称取端盖成品1.2～1.5倍重量的smc复合材料，将其加入模具中，施加压力进行压制，保压20～35min；

s5：从模具中取下成型的端盖产品，即得。

使用smc复合材料制备端盖的技术难度在于，将其进行批量化的工艺生产。最费时费力的过程，在于初期尝试时，通过数控机床以及手工打磨获得端盖成品，然后确定端盖成品的重量，以该重量计算端盖的体积，由此进行端盖模具的制造。由于端盖结构的特殊性，其壁厚较厚，因此采用传统smc材料的加工过程，获得的端盖，其内部空隙较多，内部组织不够致密，机械性能大大降低，无法得到质量合格的产品。经过发明人的长期的摸索试验，相较于传统smc材料的加工过程，在精确计算添加的smc复合材料原料的情况下，延长了保压时间，注意，该保压时间远高于一般smc材料的加工过程的保压时间，从而使得生产获得的端盖，其内部空隙变少，组织足够致密，不易产生孔洞，具有较好的机械性能，满足合格产品的质量要求。

其相较于一般，需要做相应修改和优化，以期让其符合端盖的生产过程，其付出的时间周期和资源成本无比巨大，这里不再赘述。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤s2中根据端盖成品设计并制造相应的模具，包括上模和下模，所述下模设置有将产品顶出的顶杆。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤s3中，通过模温机分别对上模和下模进行加热，并保持上模的温度为155℃，下模的温度为145℃。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤s4中，称取端盖成品1.5倍重量的smc复合材料，加入下模中，启动压机闭合上模和下模，并施加压力进行压制，保压25min。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤s5中，从模具中取下成型的端盖产品的具体过程为，开启上模和下模，通过下模的顶针顶起成型的端盖产品，并维持顶起状态，然后从下模中取下成型的端盖产品，取下的端盖产品还需要经过毛边修正过程。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)由于接地装置是安装于轴端，因此工作环境为露天情况，抗紫外线老化及耐腐蚀性能要求都较为苛刻，因此本发明通过采用smc材料制成接地装置的端盖，利用smc材料的优异性能，使得端盖可有效抵海水、汽油、酒精、电解盐、醋酸、盐酸、钠钾化合物、尿、沥青、各种酸碱土壤及酸雨的腐蚀；使得端盖能够适用各种恶劣天气，其使用寿命长久，满足客户对全寿命件的需求(30年免更换)，能够超过部分金属等传统材料；

(2)smc复合材料主要由优异的绝缘材料维网状分子结构和特种增强纤维共同作用，本发明通过采用smc材料制成接地装置的端盖，利用smc材料的优异性能，制成的端盖具有良好的抗冲性、拉伸强度、弯曲和冲击韧性，机械性能良好；

(3)本发明通过采用smc材料制成接地装置的端盖的过程中，利用smc材料机械强度(其中的抗压强度)完全满足使用要求，能够取消端盖上接耳处的不锈钢嵌件，使得其制备工艺更为优化简便，完全解决不锈钢嵌件与端盖本体之间存在的闪缝问题；

(4)本发明采用smc材料制成接地装置的端盖的制备方法，将传统的注塑工艺改为热固定材料的热压工艺，能够在端盖制备成型后直接作为合格产品，其尺寸稳定好，无需额外的机械加工处理，相比传统的端盖，明显减少了工时，提高了效率，降低了成本；

(5)本发明采用smc材料制成接地装置的端盖的制备方法，端盖成型前后，其性能基本不发生变化，因此在制备过程中，其质量控制为三维建模时期由体积与密度乘积确定，相较于传统的质量控制过程，更为简单，适宜广泛推广应用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更为明显：

图1为本发明的平面结构示意图；

图2为本发明的剖视结构示意图；

图3为本发明中针对端盖接耳进行的有限元分析图。

其中：1—外壳，2—接耳，3—通孔，4—顶托。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

本实施例提供了一种用于轨道列车接地装置的端盖，其主要结构，如图1，如图2所示，包括呈半球形且开放设置的外壳1，所述外壳1边沿以轴心呈环阵列设置有若干接耳2，所述外壳1一侧还设置有供插入导线的通孔3，每个所述接耳2均与外壳1呈一体结构，且外壳1与接耳2的材质均为smc复合材料。

其中，所述外壳1边沿以轴心呈环阵列设置的接耳2为六个。所述外壳1内的中心处还设置有向开口延伸的定位柱4，所述定位柱4与外壳1呈一体结构。该定位柱主要是为了方便将安装碳刷的刷架安装在外壳1内部。所述外壳1内还设置有若干用于固定刷架的凸台，所述凸台内设置有螺纹盲孔。刷架通过螺栓与凸台的螺纹连接，固定在外壳1内部。

实施例2：

本实施例公开了上述用于轨道列车接地装置的端盖的工业制造方法，具体包括以下步骤：

s1：通过数控机床对smc复合材料进行加工，并辅以手动打磨加工，获得由smc复合材料构成的端盖成品，称取该端盖成品的重量；

s2：根据端盖成品设计并制造相应模具；

s3：将模具安置在模温机中，对模具进行加热，使模具温度保持在150℃±10℃的温度范围；

s4：称取端盖成品1.2～1.5倍重量的smc复合材料，将其加入模具中，施加压力进行压制，保压20～35min；

s5：从模具中取下成型的端盖产品，即得。

本实施例采用的smc材料为常州天马smc1081，gf35±2，低收缩型号m，其对探索过程中与原材质(尼龙加玻璃纤维)和其他材质尼龙加玻璃纤维(pa6-gf45)、(pbt)、(pps)、(pa66)的物理参数对比如表一：

表一各材料的参数对比

根据表一内容可知，尼龙强度较高于smc，但在实际运用过程中，尼龙材质存在吸水变形后卸力的情况，因此在螺栓连接处加上了不锈钢嵌件，以保证紧固螺栓不会出现松动的情况造成安全隐患。但smc材质本身的强度不会发生变化，使得成型后对于螺栓紧固不存在卸力的隐患。

实施例3：

本实施例为了验证smc材质能够满足端盖的的抗压强度，特别做如下实验：

由于端盖通过接耳2固定在轨道列车的轴端，因此接耳2处的受力最大，将端盖的接耳单独取出做有限元分析(不加不锈钢嵌件)，如图3所示，得到结果为此处等效应力为136.37mpa，而干燥状态的pa6尼龙的抗压强度为180mpa，吸水后的抗压强度则下降至120mpa，小于使用极限的抗压强度。而smc材质抗压强度为≥170mpa，且smc材质为憎水材质，不会吸水，因此在接触水后，其强度值不会发生变化。使用smc材质进行端盖的制造能够弥补pa6的成型后的缺陷，代替接耳处不锈钢嵌件的使用性能，因此使用smc材质制备的端盖接耳2处，无需使用不锈钢嵌件。

实施例4：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定了所述用于轨道列车接地装置的端盖的制备方法，所述步骤s2中根据端盖成品设计并制造相应的模具，包括上模和下模，所述下模设置有将产品顶出的顶杆。本实施例其他部分与上述实施例相同，这里不在赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定了所述用于轨道列车接地装置的端盖的制备方法，所述步骤s3中，通过模温机分别对上模和下模进行加热，并保持上模的温度为155℃，下模的温度为145℃。本实施例其他部分与上述实施例相同，这里不在赘述。

实施例6：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定了所述用于轨道列车接地装置的端盖的制备方法，所述步骤s4中，称取端盖成品1.5倍重量的smc复合材料，加入下模中，启动压机闭合上模和下模，并施加压力进行压制，保压25min。本实施例其他部分与上述实施例相同，这里不在赘述。

实施例7：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定了所述用于轨道列车接地装置的端盖的制备方法，所述步骤s5中，从模具中取下成型的端盖产品的具体过程为，开启上模和下模，通过下模的顶针顶起成型的端盖产品，并维持顶起状态，然后从下模中取下成型的端盖产品，取下的端盖产品还需要经过毛边修正过程。本实施例其他部分与上述实施例相同，这里不在赘述。

可以理解的是，根据本发明一个实施例的端盖结构，例如接耳2和顶托4等部件的工作原理和工作过程都是现有技术，且为本领域的技术人员所熟知，这里就不再进行详细描述。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。