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铜业知识铜包覆钢电力车架空线及其制造方法

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来源: 作者: 2019-04-05 23:52:51

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专利名称:铜包覆钢电力车架空线及其制造方法

文档编号:B60M1/13YK

专利摘要:本发明有关铜包覆钢电力车架空线及其制造方法,该方法包括将钢线连续浸渍在铜熔融液中制成铜包覆钢线,用轧辊孔型对其进行第一次热轧,再将该线材最少在铜熔融液中浸渍一次以上,再将该铜包覆钢线,在温度为750℃至850℃,进行辊轧比为%的热轧和冷拉伸加工,从而取得高包覆率,高导电率和机械强度极高的电力车架空线,还具有可防止材料交界处腐蚀的效果。

权利要求:

1、一种高导电率铜包覆钢电力车架空线,它包括由钢线形成的芯材,和用作包覆在该芯材周围的由铜或铜合金构成的包覆材;其特点在于将该包覆材料按照剖面面积比率为75%至90%的包覆率进行包覆,使上述芯材与上述包覆材成为金属结合。

2、一种高导电率铜包覆钢电力车架空线的制造方法,其特点在于它包括将构成芯材的钢线连续浸渍在铜或铜合金的熔融液中,而后使铜或铜合金凝固且附着在上述钢线的周围,以制成铜包覆钢线的进程,和对该铜包覆钢线,使用轧辊孔型(caliber roll)进行第一次热轧的进程,和将该热轧过的线材,在铜或铜合金的熔融液中最少浸渍一次,从而使铜或铜合金附着和凝固制成铜包覆钢的进程,和将该铜包覆钢线,在温度为750℃至850℃,按辊轧比为10%至40%的条件进行热轧的过程,和 对该热轧过的线材,按剖面减少率为20%以上进行冷拉伸加工的过程。

3、根据权利要求2所述的制造方法,其特点在于,在上述由轧辊孔型进行第一次热轧中,当把该铜包覆钢线和上述轧辊孔型的凹面接触位置和铜包覆钢线中心之间之距离作为R,把在和上述轧辊孔型的非接触位置的铜包覆钢线表面和铜包覆钢线中心之间之距离作为X时,要在0.97X/R1.10的范围内,进行热轧。

4、根据权利要求2或3所述的制造方法,其特点在于将上述铜或铜合金的熔融液贮存在容器内,将上述钢线改正为直线状之后,从该容器的底部送入该容器内,使钢线在容器内被往向上拉的期间,使上述熔融液附着在钢线的周围。

专利说明:

本发明有关以钢线为芯材,其周围以铜或铜合金包覆的铜包覆钢电力车架空线及其制造方法,尤其关于具有高导电率及高强度的同时,其耐磨耗性优秀,磨耗极限易检测的铜包覆钢电力车架空线及其制造法。

铁路用电力车架空线通常使铜线及铜合金线制成。对该电力车架空线要求电导率及强度高,及耐磨耗性优秀等,但近年来,还要求进一步提高电力车架空线强度。

这和对电力车高速行驶的车速要求颇高有关,为使电力车高速化,必须提高电力车架空线的波动传播速度。

该场合,波动传播速度C可用下式

C = T / ]]表示,其中,T为排挤线张力,为电力车架空线的线密度(每单位长度的重量)。

从该式可明了,为提高波动传播速度C,即必须加大张力T,或使线密度变小。

为此,提议可用铝包覆钢线并进行压接成为铝复合电力车架空线,以此使线密度小,来提高传播速度C。另外,提议制成使强度比铜高的铁系材料和铜系材料复合的电力车架空线,通过提高电力车架空线的强度以提高架线张力T,以便提高传播速度C(参照日本专利申请特公昭号)。

但是,这些现有的电力车架空线有下述缺点。

首先,在用铝复合的电力车架空线中,因电力车架空线的安装用连接件是由铜合金制成,存在在作为该安装用连接件的铜合金与电力 车架空线的铝包覆层接触而产生接触腐蚀的问题。为避免该腐蚀,有必要将现在所普遍使用的安装连接件全部变成使在与铝之间不产生接触腐蚀的材料,而这在本钱上不合适。

另一方面,铜包覆钢电力车架空线,其强度及耐磨耗性有显著的改良,但因其铜包覆率在45至75%之间甚低的关系,其最大导电率也不到80%的结果。当电力车行驶在交换区间时,其导电率如此低亦并没有问题,但在直流区间的场合,导电率低时,即会显著地降低电流效率的关系,必需要用导电率高的电力车架空线架线。

又如前述,当电力车架空线的线径减少到规定值时的磨耗极限时需要更换或架设新的线,但为了要检测出其磨耗极限,例如要在夜间使用光学的线径测定装置,以人工测定架线的全长,而且有必要定期实行该项检测,而该检测作业极其复杂。因此,提出了改良该磨耗极限检测作业的要求。

再者,在铁系材料和铜系材料的交界处容易产生腐蚀,也给实用带来许多不方便。因此,提议在该铁系材料与铜系材料之间,夹有铅或锡层等以防止腐蚀,但当存在该中间夹层时,使电力车架空线的强度成问题的同时,同时使制造工程复杂化。

本发明的目的在于提供一种具有高导电率及高强度的同时,可防止材料交界部产生腐蚀,容易检测其磨耗极限的高导电率铜包覆钢电车排挤线及其制造方法,该方法可下降制造本钱。

有关本发明的高导电率铜包覆钢电力车架空线包括

由钢线所成的芯材,及包覆在该芯材周围的由铜或铜合金形成的包覆材料层,该包覆材料具有按剖面面积比率计算的75%至90%的包覆率,使上述芯材与上述包覆材料构成金属结合。

有关本发明的高导电率铜包覆钢电力车架空线的制造方法包括以下程序:

将钢线连续浸渍于铜或铜合金的熔融液中,使铜或铜合金凝固和附着在上述钢线周围,从而取得铜包覆钢线,

对该铜包覆钢线,用轧辊孔型(caliber roll)实行第一次热轧,

将经此热轧过线材放在铜或铜合金的熔融液中最少浸渍一次而使铜或铜合金附着凝固以取得铜包覆钢线,

将此铜包覆钢线在750℃至850℃进行使压延比为10至40%的热压加工,和对经该热压过的线材,实行使剖面减少率为20%以上的冷拉线加工。

本发明的铜包覆电力车架空线,因以钢线为芯材,故可提高其强度,由此可使电力车行驶速度高速化。又因是由铜或铜合金构成包覆芯材的包覆材料,因此可防止其与铜合金制安装连接件之间的接触腐蚀。又因使铜或铜合金包覆材的包覆率为按剖面面积比率75%至90%那样大,因此,可得到80% IACS以上的极高的导电率。因此,具有可架设在直流区间的优点。再者,由于钢线芯材与作为其包覆材料的铜或铜合金构成金属结合的原因,可防止在二者交界部产生腐蚀。

根据本发明,可以稳定地制造上述高导电率铜包覆钢电力车架空线,并能使制造本钱下降。

对附图的简单说明

图1 为表示电力车架空线的剖面图。

图2 为示意表示磨耗后的电力车架空线的截面图。

图3 为表示浸渍成形(dip-forming)装置的剖面图。

图4 为对本发明的规定条件进行说明的剖面图。

实行例

如在图5中所示,有关本实行例的电力车架空线,在其中心具有由钢线作成的芯材1,用包覆材3以实质上一样的厚度包覆在该芯材1的周围。包覆材3是由铜或铜合金构成,在包覆材3的周面,构成有 沿电力车架空线的长度方向延伸的一对V字状的沟4。用安装用连接件握持该沟4使电力车架空线排挤。

使用钢线作为芯材1的理由,是为提高电力车架空线的强度。另外,钢线具有价廉且容易采购等经济性地优点。

芯材1可以使用任何种类的钢,但如果钢线的强度太高时,会使在制造进程或电力车架空线的架线工程中带来处理不方便。因此,作为钢线的材质,以使用含碳量0.35%(重量%)以下的钢线为佳。含碳量超过0.35%(重量)时,钢线强度太高,在例如所调浸渍成形法制造复合的过程中,会缩短去皮模具的寿命。

由于使用钢线作为芯材1,使电力车架空线的强度高。由于电力车架空线的强度高,可提高排挤线设定张力T。因此,如前所述,可提高波动传播速度C,有可能使电力车高速化。

使用钢或铜合金作为包覆材3的理由是,可确保对电力车架空线所要求的导电性的同时,可防止其与铜合金制安装用连接件的接触腐蚀。

在此场合,为避免在直流区间的电流效率下落,必需使其导电率在80% IACS以上。另外,为实现电力车的高速运行,必使架空线张力在1200kg f以上;为此,有必要在磨耗极限内使拉紧负荷在3000kg f,且在其使用开始时的拉紧负荷必须在4500kg f以上。

为到达上述目的,有必要使铜包覆铜复合线中的铜或铜合金包覆材料的包覆率为,按剖面面积比率(包覆材料面积相对电力车架空线全部的剖面面积的比率)计算的75%至90%。

在铜或铜合金包覆材的包覆率不满75%时,导电率较高的铜或铜合金部份变少,没法使复合线之导电率为80%以上。

另一方面,当包覆率超过90%时,相反地使钢线芯材部分变少而强度不足,没法得到4500kg f以上的拉紧负荷。

另外,由于以往的铜包覆钢电力车架空线的铜或铜合金包覆材料的包覆率在45%至75%之间,当钢线芯材暴路,但残余部份的线径仍大且尚未到达电力车架空线的磨耗极限。因此,在芯材暴路的状态下,仍被继续使用。但是,在本发明中,因铜或铜合金包覆材的包覆率高达75%至90%,当钢线芯材暴露时,此时残余部份线径小,必需要更换排挤线。换言之,斟酌作为电力车架空线使用时有磨耗的场合,当产生钢线芯材暴露时恰好到达其磨耗极限。因此,在本发明中,检测钢线芯材料部份的暴露即检测其已到达磨耗极限。由于该钢线的暴露,可用肉眼充分予以发觉,没必要使用以往的光学测定装置等的大规模装置,可显著提高其作业性。但是,铜或铜合金包覆材的包覆率超过90%,即没法适用将钢线暴露作为磨耗极限的指标。为此亦有必要使包覆率在90%以下。

再者,由于铜包覆钢电力车架空线由铜或铜合金的包覆材料3以规定的包覆率进行包覆,该包覆材3与悬架电力车架空线的安装用连接件接触。因此,在其与铜合金制安装连接件间不会产生接触腐蚀。

另外,作为芯材1的钢线,是与作为包覆材3的铜或铜合金进行金属结合。因此,在具有该金属结合的复合线中,在钢线与铜或铜合金的界面产生原子散布而成为极牢固接合。因此,即使例如对该复合线沿其直径方向加紧缩负荷时,钢线与铜或铜合金之间,不产生剥离现象。将此复合线进行拉断以及使进行曲折变形时亦如此。

因此,如图2所示,即便当电力车架空线因磨耗而使钢线芯材1暴露时,不会有水进入铜或铜合金的包覆材3与芯材1的交界处。因此,不会产生使该交界部被优先腐蚀的现象。

另外,通过限定包覆率为75%至90%,具有能容易辨别是不是到达磨耗极限的优点。如图2中所示,即电力车架空线因导电弓(panta graph)的滑动接触的磨耗而使其直径减少,当其残余高度H减少至规 定值时有必要进行更换。在该场合,若要掌握电力车架空线的磨耗状态时,以往是直接测定高度H,或测定其宽度W来推定高度H。因此,作业员必需使用测定用工具,在电力车架空线的全长范围测定其H或W,操作极为复杂。但是,在本实行例中,由于使铜的包覆率为75%至90%之间,即当其到达磨耗极限时,使铜包覆的铜电力车架空线的芯材钢线部份恰好露出,因此,通过目测掌握该钢线1的暴露,便可容易地判定其磨耗极限。

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