銅合金終端錨固線夾的製作方法
2023-04-27 00:17:42 3
本發明涉及一種高速鐵路接觸網的受力件，特別是涉及一種用於將接觸線及承力索與補償裝置連接的錨固線夾。
背景技術：
終端錨固線夾是接觸網上十分關鍵的受力零件，使用中用它將接觸線及承力索與補償裝置串接成一體，並將補償裝置的墜砣重力傳遞給接觸線及承力索，使接觸線、承力索拉緊、拉直並獲得規定的張力，為電力機車或動車組平穩取流提供通道。高速接觸線水平張力一般為25～30kN，承力索張力為15～20kN，屬於大張力供電線路，終端錨固線夾因串接在迴路中，也受到上述張力作用，這是終端錨固線夾的靜力。當機車通過時接觸網劇烈振動，另外自然界颳風引起的擺動等附加力也作用在終端錨固線夾上，所以終端錨固線夾長期受到力為大張力的動態力。接觸網上零件大約有300餘種，關鍵受力零件有40餘種，而終端錨固線夾是關鍵受力零件中的關鍵，號稱零件之王。之所以如此，是因為它作用十分重要，為確保行車安全，接觸網上對終端錨固線夾的可靠性要求極高。若存在質量問題，會導致接觸線或承力索脫落，接觸網平衡被破壞，會造成接觸網大面積破壞，這是接觸網中最為嚴重的事故，恢復一般比較慢，容易造成大或重大行車事故，對正常的鐵路運輸生產與安全構成較大影響。
國外電氣化發達國家中，終端錨固線夾的生產工藝為：
a.日本採用了一根長約300mm的純銅管和一根帶單耳的鋼棒，再藉助於模具用液壓設備，在現場安裝時，先將鋼棒插入銅管一端，銅管另一端插入接觸線或承力索，然後將銅管與插入的鋼棒及接觸線或承力索連續壓接成5段，每段壓力不等。壓接完後再用鋼棒一端的單耳與絕緣子連接組成終端錨固線夾。這種終端錨固線夾結構複雜，壓接不易掌握。
b.德、法、西班牙、義大利生產的終端錨固線夾基本一致，本體由兩部分組成，上半部分為連接雙耳，下半部分為帶內孔的圓柱體，兩部分採用螺紋連接。本體採用鑄造成型。由於鑄造工藝常常存在鑄造缺陷，如氣孔、疏鬆、夾渣等，為了避免產生大的鑄造缺陷，尤其是像終端錨固線夾這樣對可靠性要求極高的零件，除了對鑄造工藝要求極高，儘可能減少鑄造缺陷外，成品必須採用無損探傷的方法逐件檢查，這樣的工藝成品率不高，會增加生產成本，降低生產效率。因此，對可靠性要求極高的終端錨固線夾最理想的工藝是模鍛。
德、法、西、意等國的終端錨固線夾現場安裝方法為：
a.接觸線終端錨固線夾：在線夾結構的下半部分的圓柱體內的圓柱孔中要裝入一個小圓柱體，小圓柱體內加工成錐孔，錐孔中再裝入銅合金楔子，安裝時，接觸線從本體一端的進線孔進入，穿過小圓柱體，再穿過楔子內孔，楔子與小圓柱體間構成鎖緊裝置，線夾本體一端的內孔與小圓柱體間有約0.5mm的間隙。受力後，線夾本體僅受到小圓柱體向下的壓力，內置的小圓柱體在接觸線穿入後通過楔子不斷收縮，小圓柱體沿圓周受到逐漸增大的側向壓力。因小圓柱體壁厚不大，並且因間隙的原因，不能將壓力傳遞給本體壁。這種結構的接觸線終端錨固線夾張力不能太大，否則小圓柱體會容易被撐裂。
b.承力索終端錨固線夾：承力索終端錨固線夾下半部分無小圓柱體，內孔加工成錐體。承力索為銅合金絞線，一般由19股單絲絞合而成，整根絞線分為三層，最內層為1根單絲，第二層由7根單絲以內層為中心成圓形並按螺旋線環繞，第三層(最外層)由12根單絲繞第二層為中心成圓形並按螺旋線環繞。安裝時楔子打入到第二層與第三層之間，這時第三層12根單絲要求逐一掰直、分開，等間距均勻地布置在楔子外圓的外邊，即楔子與錐孔之間。這種安裝方法首先是破壞了絞線最外層的完整性，因絞線傳遞拉力是靠19根單絲絞合併組成一個整體，單絲之間、層與層之間因緊密排列而相互擠壓產生了摩擦力來平衡外力的。但當單絲分開後相互間的擠壓力隨之消失，僅靠單絲與錐孔之間壓緊時的摩擦力來平衡外力。這樣承力索抵抗外力的能力會下降。另外，單絲為銅合金線很硬，預絞後發生塑性變形很難用手掰直，因此很難均勻等間距布置。稍有不當，或在拉伸過程中單絲難免會發生微滑動，就有可能嵌入到楔子的收縮縫中，造成楔子無法收縮，進而建立不起對絞線逐漸增大的壓力，這樣絞線因外張力而很容易抽出、脫落，引起事故。
終端錨固線夾安裝在千裡鐵道線上空距地面約6m的接觸網上，長期承受野外環境，如風、霜、雨、雪、高溫、嚴寒、環境腐蝕等作用，還有來自機車的機械振動、風偏擺動等，工作條件十分嚴酷，為確保行車安全，終端錨固線夾一定要能夠可靠的拉住線、索不鬆脫，這裡楔子作用十分關鍵。高鐵用承力索抗拉強度在480MPa以上，高鐵用接觸線在510MPa以上，CTMH150高鎂承力索拉斷力在82.8kN。上述線、索表面硬度一般均在布氏160左右，楔子要長期可靠的咬住線、索不鬆脫，只有其強度與表面硬度應高於線、索，才能使齒嵌入到線、索表面，否則，楔子牙會變形、變鈍而咬不住線、索。
僅僅滿足力學性能是不夠的，還有外形參數，如楔子長度、錐度、內孔直徑及公差、內孔齒形、齒數、表面粗糙度、收縮縫形狀等也都十分關鍵。楔子內孔與線、索表面間的摩擦係數以及錐套與楔子外表面間的摩擦係數之間的配合關係也都影響可靠性。從材料方面來說，德、法等終端錨固線夾的楔子材料為CuNi2Si，強度、硬度與接觸線基本一致，強度480MPa，硬度為HB160左右。國產高鐵用高鎂接觸線表面硬度為170左右，用CuNi2Si做楔子咬合不可靠，因為在擠壓力作用下，楔子牙齒容易變鈍，甚至彎曲，容易發生滑脫。因此，歐洲現用的楔子只能使用一次。從外形尺寸方面來說，歐洲楔子錐度大，為1:8，因軸向尺寸變X，前行阻力大；長度短，為47mm，齒數少，每個齒尖上應力大，齒形容易損壞，為等腰三角形螺旋齒，受力不合理。因歐洲無高強度、大張力150mm2的接觸線及承力索，接觸網張力較小，因此終端錨固線夾的張力可滿足歐洲接觸網的使用。而使用在中國獨有的大張力接觸網以及橫截面面積為150mm2的接觸線或承力索上，可靠性較差。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種可靠性高、防滑脫的銅合金終端錨固線夾。
本發明銅合金終端錨固線夾，包括線夾本體，所述線夾本體包括U形雙耳連接板和四稜柱體，U形雙耳連接板的端板與四稜柱體一體製成，四稜柱體及U形雙耳連接板的端板內開設內錐孔，內錐孔由內至外直徑逐漸減小，四稜柱體內設置與內錐孔相配合的錐形筒狀楔子，所述楔子的外錐體與內錐孔的錐度相同，所述楔子大端沿圓周等分設置有多個收縮縫A，收縮縫A起始於楔子大端端面且截止於距離楔子小端端面2mm處，收縮縫A的截止端具有豁口C，所述楔子小端沿圓周等分設置有多個收縮縫B，收縮縫B起始於楔子小端端面且截止於距離楔子大端端面2mm處，收縮縫B的截止端具有豁口D，收縮縫A和收縮縫B均勻交錯布置，所述楔子內部設置具有環形齒的通孔，所述環形齒的齒形為直角三角形，所述環形齒內徑比接觸線或承力索的外徑小0.3mm，所述U形雙耳連接板的雙耳間連接有螺栓並用螺母鎖緊，所述螺栓端部設置有開口銷。
本發明銅合金終端錨固線夾，其中所述U形雙耳連接板的雙耳的相對的內側開設有圓弧孔。
本發明銅合金終端錨固線夾，其中所述線夾本體採用QAl9-4板材鍛造製成。
本發明銅合金終端錨固線夾，其中所述楔子的強度為700-800Mpa。
本發明銅合金終端錨固線夾，其中所述楔子的表面硬度為HB200-220。
本發明銅合金終端錨固線夾，其中所述楔子外錐體的錐度與所述線夾本體的內錐孔的錐度均為1:10，楔子長度為57mm。
本發明銅合金終端錨固線夾，其中所述線夾本體內錐孔的表面粗糙度為μ3，所述楔子外錐體的表面粗糙度為μ3。
本發明銅合金終端錨固線夾，其中銅合金終端錨固線夾採用模鍛工藝生產。
採用上述技術方案後，與現有技術相比，本發明銅合金終端錨固線夾既可以作為接觸線終端錨固線夾使用，也可以作為承力索終端錨固線夾使用，線夾本體為一體式，包括一體製成的U形雙耳連接板和四稜柱體，設置成四稜柱體，受力時，通過壁厚不同，變形不一樣而形成沿四周不同的擠應力，從而對楔子形成對稱的四點頂，這樣可以避免因接觸線、承力索外形圓弧與線夾錐孔圓弧因加工誤差不一樣所引發的壓力不均勻。
此外，本發明銅合金終端錨固線夾還具有以下有益效果：
a.線夾為一個整體，而非兩體，線夾結構簡單，安裝十分方便。
b.接觸線終端錨固線夾不再需要小圓柱體，承受張力能力提高。
c.承力索安裝時，不需卸分單絲，受力時仍保持了絞線原有的完整體，仍靠絞線絞合後已形成的單絲之間相互擠壓、相互摩擦等方式來傳遞平衡張力。
d.穿線十分方便，線、索可以伸出連接雙耳後再裝入楔子，手輕輕一拉，線、索連同楔子一起通過雙耳間的圓弧進入錐孔中。
e.線夾受力後，線、索一端露出楔子長約20mm，可以供運行中長期觀察線、索有無滑移，是否安全等。
本發明銅合金終端錨固線夾中楔子採用一種特殊合金，強度達到700MPa，表面硬度HB200-220。經實踐表明，楔子反覆使用10次後仍十分可靠；楔子錐度為1:10，前行阻力小；長度為57mm，齒數多，每個齒尖應力小，不容易變形；齒形為直角三角形環形齒，受力合理，容易插入線、索表面。
下面結合附圖對本發明的銅合金終端錨固線夾作進一步說明。
附圖說明
圖1為本發明銅合金終端錨固線夾的結構示意圖；
圖2為本發明銅合金終端錨固線夾的部分剖視圖；
圖3為圖1的俯視圖；
圖4為圖1的A向視圖。
具體實施方式
如圖1至圖3所示，本發明銅合金終端錨固線夾包括線夾本體1、楔子2、螺栓3、螺母4、開口銷5，線夾本體1包括U形雙耳連接板11和四稜柱體12，U形雙耳連接板11與四稜柱體12一體製成，U形雙耳連接板11的雙耳上開設有螺栓孔15，螺栓3穿過螺栓孔15並用螺母4鎖緊，開口銷5裝在螺栓3端部。
如圖1、圖4所示，U形雙耳連接板11的雙耳相對的內側開設有圓弧孔16，圓弧孔16內徑稍大於楔子2大端外徑，使楔子2能從雙耳間順利通過。
如圖1至圖3所示，四稜柱體12及端板13內開設內錐孔14，內錐孔14由內至外直徑逐漸減小即內錐孔14為倒錐孔，楔子2為錐形筒狀，楔子2設置在四稜柱體12內，楔子2的外錐體與內錐孔14的錐度相同，均為1:10，楔子2長度為57mm。
如圖1、圖2所示，楔子2大端沿圓周等分設置有四個收縮縫A21，收縮縫A21起始於楔子2大端端面且截止於距離楔子2小端端面2mm處，收縮縫A21的截止端具有豁口C22，楔子2小端沿圓周等分設置有四個收縮縫B23，收縮縫B23起始於楔子2小端端面且截止於距離楔子2大端端面2mm處，收縮縫B23的截止端具有豁口D24，收縮縫A21和收縮縫B23均勻交錯布置，即楔子2外錐體沿圓周共設置八個收縮縫，間距為45°。
本發明銅合金終端錨固線夾中，楔子2內部設置有通孔，通孔用於穿接觸線或承力索，楔子2的內壁均勻設置有若干圈環形齒。如圖2所示，楔子2內壁上設置有一圈環形齒25，齒數40個，環形齒25的齒形為直角三角形，環形齒25內徑比接觸線或承力索的外徑小0.3mm。目的是為了插入接觸線、承力索時，楔子2能夠緊緊抱住接觸線或承力索，建立起初始的壓緊力。
本發明銅合金終端錨固線夾中，線夾本體1採用牌號為QAl9-4的鋁青銅板材鍛造製成，楔子2採用銅合金製成，楔子2的抗拉強度為700-800Mpa，楔子2的表面硬度為HB200-220，這與國產接觸線及承力索的性能相匹配，可用於國產的截面面積為150mm2的接觸線或承力索上。
線夾本體1內錐孔14和楔子2外錐體的表面粗糙度為μ3，目的是為減少楔子2在內錐孔14內的前行阻力。
本發明銅合金終端錨固線夾採用模鍛工藝生產。
四稜柱12的設置使得受力時，通過壁厚不同，變形不一樣而形成沿四周不同的擠應力，從而對楔子2形成對稱的四點頂。這樣可以避免因接觸線或承力索6』的外形圓弧與銅合金終端錨固線夾的內錐孔圓弧因加工誤差不一樣所引發的壓力不均勻。
使用時，接觸線或承力索6』從線夾本體1的內錐孔14的小端插入，從內錐孔14的大端出來後一直沿U形雙耳連接板11的雙耳間移動，伸出圓弧孔16約80mm，將楔子2套入到接觸線或承力索6』上，並使接觸線或承力索6』露出楔子2大端約20mm，這時從內錐孔14的小端輕輕拉動接觸線或承力索6』，因為存在初始的抱緊力，這時接觸線或承力索6』帶動楔子2沿雙耳間圓弧孔16進入線夾本體1，一直插入到內錐孔14中，再輕拉接觸線或承力索6』，因楔子2通孔內壁設置環形齒25，楔子2與接觸線或承力索6』之間產生的摩擦阻力遠大於楔子2外錐體與內錐孔14之間的摩擦阻力，因此接觸線或承力索6』便能帶動楔子2在線夾本體1內錐孔14中向內錐孔14小端移動，這時楔子2受到內錐孔不斷增加的側向壓力而沿圓周方向不斷收縮，使環形齒25咬住並壓緊接觸線或承力索6』的正壓力不斷增大。這個過程隨著楔子2的移動而快速增加，一直到接觸線或承力索6』承受的外張力與楔子2所受的接觸線或承力索6』的摩擦力相平衡時，楔子2停止移動，接觸線或承力索6』連同楔子2停留在內錐孔14內的某一位置。最後通過螺栓3、螺母4及開口銷5將U形雙耳連接板11與漲力補償裝置連接即可。
本發明銅合金終端錨固線夾既可以作為接觸線的終端錨固線夾，也可以作為承力索的終端錨固線夾，具有如下優點：
a.線夾為一個整體，而非兩體，線夾結構簡單，安裝十分方便。
b.接觸線終端錨固線夾不再需要小圓柱體，承受張力能力提高。
c.承力索安裝時，不需卸分單絲，受力時仍保持了絞線原有的完整體，仍靠絞線絞合後已形成的單絲之間相互擠壓、相互摩擦等方式來傳遞平衡張力。
d.穿線十分方便，線、索可以伸出連接雙耳後再裝入楔子，手輕輕一拉線、索連同楔子一起通過雙耳間的圓弧進入錐孔中。
e.線夾受力後，線、索一端露出楔子長約20mm，可以供運行中長期觀察線、索有無滑移，是否安全等。
本發明中楔子採用一種強度達到700-800MPa，表面硬度為200～220的銅合金製造。楔子反覆使用10次後仍十分可靠；楔子錐度為1:10，前行阻力小；長度為57，齒數多，每個齒尖應力小，不容易變形；齒形為直角三角形環形齒，受力合理，容易插入線、索表面。
本發明銅合金終端錨固線夾的線夾本體使用材料牌號為QAl9-4鍛造而成，它具有化學穩定性好，不易受環境影響等特點，楔子材料特殊，是軍標產品，其耐腐蝕性優異，因此，用QAl9-4(鋁青銅)製造的終端錨固線夾具有較高的耐腐蝕性。
本發明銅合金終端錨固線夾用模鍛工藝生產，在國內是首次使用，它是利用了金屬材料在較高溫度下抗力小，有較大塑性的特點，藉助於模具及壓力，得到所需產品。它屬於熱加工範疇，鍛造中通過打碎金屬舊有結晶組織並重新結晶，使零件具有了晶粒均勻細密，基本無缺陷等優點，通過鍛造還可以提高材料的緻密度，消除了原材料中可能存在的一些小缺陷等。因此模鍛生產的終端錨固線夾增加了耐拉伸強度、提高了韌性，尤其是提高了耐疲勞強度，進而提高了可靠性。
以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護範圍內。