轻轨滑块

  • 型号:

各种电力机车受电弓滑板的型号、性能及其应用

根据材质的不同,我们将滑板分为纯碳滑板、粉末冶金滑板和浸渍金属滑板。下面将分别介绍我国各种滑板的生产情况,产品型号、规格、性能及其应用。

1    纯碳质滑板

    目前,纯碳质滑板是我国电气化铁路上广泛使用的主要滑板之一,是非金属中导电较好的材料,当前有哈尔滨电碳厂、北京电碳和自贡东新电碳厂进行生产。纯碳滑板工作时磨下来的粉末粘附在接触导线表面,形成一层很薄的碳膜,起到了良好的自润滑作用,能够减轻对导线的磨耗。据统计,使用纯碳滑板的网线寿命至少是50年,它对导线的磨耗仅为0。006mm/万次,并且对无线电话及无线电视干扰小。因此,欧洲等一些国家如荷兰从1934年,德国从1935年便开始使用纯碳滑板,而目前不论交流或直流供电的电气化铁路道在铜导线上都采用了纯碳滑板。在日本,私营铁路全部使用纯碳滑板。可见,纯碳滑板不失为一种优良的滑板材料。目前国内广泛使用的国产纯碳滑板的型号、规格及技术性能如表1所示。

型号  

 

电阻系数

肖氏硬度

抗压强度

抗折强度

   生产厂

C21

40

70

110

40

    

C22

35

60

70

23

    

C23

20

40

50

22

    

C21

35

50

60

30

  北京电

C212

15

35

30

20

   碳厂

C21 

35

70

70

35

    

C22

30

60

55

30

    

C23

20

35

40

20

     

哈碳厂、北京电碳厂和东新电碳厂成产的纯碳板基本能够满足我国电气铁路需求。因此,机械电子工业部在总结我国近年纯碳滑板生产状况的前提下,于1898年2月17日发布了中华人民共和国专业标准《电力机车碳滑板》,并规定的电力机车纯碳滑板的型号和规格如表2所示,技术性能如表3所示。

 

表2    纯碳滑板的型号与规格   规格mm

型号     H(高)   B(宽)   L(长)

C21     30—35      36       250—500

C22       35        70       500—1000

C23       35        70       500—1000

C25       56        —       500—750

注:根据用户要求,可生产其他规格制品。

 

表3   国产纯碳滑板的技术性能

型号      电阻率    肖氏硬度      体积密度       抗折强度    沿长度方向抗压强度

单个价值  平均值                    MPa                             Mpa

C21       38         58-100         62           160~180            28   57

C22       33         45-90          50           160~180            24   40

C23       20         40-70          20           160~180            20   40

C25       35         60-100         70           160~180            25   59

注:体积密度不作出厂考核项目。

尽管纯碳滑板具有优良的性能,但在使用的过程也发现了它存在一些缺点和局限性。

 

    首先,纯碳滑板的机械强度低,通常,抗折强度为30~40Mpa,抗压强度为60~80Mpa,肖氏硬度为60~80,因此,使用过程中常发生折断、碎裂。另外由于生产时各种因素的波动,致使滑板性能不均,发生偏磨,特别是在钢铝导线及铜、钢铝导线混架线区段、纯碳滑板磨耗剧增,折断、碎裂、偏磨也愈发严重。按石家庄电力机务段的统计,1982年7月至9月,因偏磨、掉块断裂造成的故障率为5107%,实际试验纯碳滑板耐磨寿命为1.423万机车公里。安阳线统计,纯碳滑板在钢铝导线下单耗为29万条/万机务车公里。东新电碳厂曾在马角坝机务段作过对纯碳滑板实运磨耗试验,发现正常磨耗使用到寿命虽然可达2万多机车公里,但实际使用中由于碳滑板发生掉块、碎裂、偏磨等情况,致使有些滑板未到使用限度便被迫抛弃,实际寿命较低。如马角坝机务段统计,平均寿命约为7000机车公里(即每运营7000公里需要耗费滑板16条)。

    许多电气机务段认为,纯碳滑板对铜导线磨耗很小,因此,在整个交路为铜导线时,宜采用纯碳滑板。然而,在钢铝导线和各种其他导线的混架区段,纯碳滑板则表现出性能上明显不足,如抗冲击性差,寿命短,维修工作量大,容易引起刮弓,以至于滑板托架与滑板间起弧等行车事故。

 

2    粉末治金滑板 

由于纯碳滑板难以运用在各种混架导线区段,这就要求有新得滑板弥补不足。在这种情况下1980年铁科院与北京粉末冶金厂在西安铁路局的配合下,针对钢铝导线研制了铁基,铜基粉末冶金滑板,着重改善和提高滑板自生的耐磨耗性和延长自身的寿命,该厂1985年引进日本的粉末冶金滑板制造技术,1987年8月通过了合同产品的最终考核验收,11月通过了国家级验收,在开展引进工作的同时,1985年在大秦铁路配套设备中中标。

据有关资料介绍,粉末冶金滑板在钢铝导线区段使用寿命为2.5~3万机车公里。此外,粉末冶金滑板的机械强度高、韧性好,抗冲击性好,使用中断裂、掉块、偏磨现象很少,并且还具有电阻小,有利于受流以及维护安装工作量小等优点。基于这些原因,粉末冶金滑板较广泛地使用在许多钢铝导线区段。1988年6月12日,由北京粉末冶金厂起草,机械电子工业部发布了《电力机车受电弓用粉末冶金滑板》标准。并于1989年1月1日实施,其物理性能及滑板自身磨耗见表4所示。

 

  表4     电力机车受电弓用粉末冶金滑板物理机械性能

硬度    HB     抗拉强度  冲击韧性  电阻率  滑板自身磨耗比

项目    铁基     铜基     N/mm      铁基   铜基    铁基  铜基

标准值  70-135   35-90   小于120  〉249  〉98 〈40 〈65 〈55

 

     然而,由于我国幅员辽阔,气候条件和自然环境多变,即使适用于北京干燥气候的钢铝接触线,在多雨潮湿的南方和沿海地区也不适用,另外就滑板和接触导线这一对摩擦偶件而言,用在钢铝导线上能显示出优良性能的铁基粉末冶金滑板。而在铜质接触线上却产生严重导线磨耗。例如,京秦线铜导线区段提供的数据(见表5)分析,磨耗小的地方可使用6~7年,而磨耗大的地方只能使用3年。

由此,我国目前较广泛使用的纯碳滑板和粉末冶金滑板尽管各自都具有一些优良性能,但都各自存在着严重的缺陷及局限性,都无法单独满足我国电气化铁路对滑板性能的全面需要。当前,我国接触网线大都是铜导线、铜、钢铝混气架,并且随着铁路电气化的不断发展,今后将重点发展铜接触网。因此,对于既适用于铜导线、有适用于钢铝导线或各种混架线区段的新型滑板的研制与推广就显得日益重要。

 

表5  京秦先(龙家营正线)TCG—100铜导线运行8个月后的磨耗情况

支   柱   号    87(二道)   78(二道)    15(二道)   11(一道)

计量高度MM     12.1          11.0           11.0         11.5

磨去高度MM     0.24          1.34           1.34         0.24

磨去截面积MM   0.7025        10.157         10.1057      5.0471

磨耗比MM/万次  0.7903         10.2846        10.2806     5.1304

3    浸渍金属碳滑板的研制、性能与应用。

由此,哈尔滨电碳厂等单位近年来已进行了浸渍金属碳滑板的研制工作,并取得了一定进展。先介绍东新电碳厂研制浸渍金属碳滑板的情况,入校所示:首先,该厂技术研发部门成立了以顾祥熙高级工程师为专题负责人的攻关小组。在弄清国内外滑板的发展情况下,通过搜集的各种技术情报资料进行综合分析研究对比后,认为:世界上铁路电气化较发达的国家,其使用的接触网导线大多为铜或铜合金导线,广泛选用硬碳滑板或浸渍板。这些浸渍金属碳滑板的主要牌号与性能如表6所示。国内外几种常用浸渍金属碳滑板的型号与性能。

国家   型号   滑板材料    体积密度  肖氏硬度  洛氏硬度  强度Mpa   电阻系数

英    MY7D  浸铜铅合金     2·4       96        ----     抗折113      8

法    722     浸青铜        2.5       85        ----        98       18

      724    浸巴氏合金     2.6       80        ----       105.8     12

西德  BH424A  浸锑          2.5      ---        100       -----      8.5

      BH424D 浸铅青铜       2.6      ---        115         53.9      8

      BH424C  浸铜          2.3      ---        110                   8

其次,通过对这些国家浸渍金属碳滑板的性能进行分析研究后发现,浸渍金属滑板材料具有如下优良性能,它兼有纯碳滑板的自润滑性;能在导线的磨耗小,自身耐磨,寿命长,有粉末冶金滑板足够高的机械强度和抗冲击能力。另外,还具有耐弧性高,与导线间接触电阻小,自身电阻率低,导热性及散热性好,能迅速散热,防止温升过高,引起受电弓托架变形等有点。然后,在这个基础上,从1986年开始进行了这种浸渍金属碳滑板SK2的研制。整个研制过程包括基料的选择、合金的选择和浸渍工艺的选择。

 

(!)SK2基料的选择:浸渍金属碳滑板是将制得的碳滑板基料经过高温压浸渍金属处理,使得一些金属填充到材料的气孔中,从而提高制品的抗折强度、抗压强度和肖氏硬度,使开口气孔率及电阻率明显降低。因此对基料有一定要求。

从各种原始材料来看,沥青焦耐磨,强度高,以它为主制得的基体材料强度高,强度高,开口气孔率适中。石油焦结构与沥青焦相近,但强度较低,石墨(天然的与人造的)由三维有序排列的碳原子层构成,石墨内含彼此平行的碳平面层,这种碳平面层彼此间极易滑动。因此石墨是一种优良的固体润滑剂,但其强度较低。试制结果也表明,沥青焦基最佳,其次为石油焦基。

(2)SK2浸渍合金的选择:大多数合金对碳的浸润角都很大(超过90度),必须通过高温高压才能使之渗入碳基体。高温保证了合金的流动性,高压则使熔融金属克服阻力侵入基体细小的开口气孔中。。一旦侵入,即基本连续的金属网状结构。因此,浸渍之前,如果能够对基体抽真空,将有利于提高滑板的渗透率,提高滑板的性能,降低对高温高压的要求,降低成本。但是,选择合适的金属(合金)作浸渍剂也是非常重要的。英国摩根碳素公司的MY7D是代表世界先进水平的浸渍金属碳滑板材料,浸渍的合金是铜铅合金(Cu%70,Pb%30).东新电碳厂的试验结果证明:铜铅合金是较好的浸渍金属。这种金属的组成为:Cu64-65%\Pb23.5,其余为Sn+Si+Ni等,熔点为700-800度。合金中的铜延展性好、韧性好、强度高、电阻低,对合金性能起着决定作用,铅起润滑作用,并能降低合金熔点,其余部分的作用主要是细化合金结晶,提高合金的强度、韧性以及熔融后的流动性。

(3)1988年9月15日,成都铁路局对SK2浸渍金属碳滑板进行了应用认定,主要技术性能如下:

电阻系数:不大于8   体积密度:不大于2.55g/CM

肖氏硬度:不大于90  抗折强度:不小于50Mpa

导 热 率:不小于8.4—12.6W/(MK)

热稳定性:200—400度

在铜导线区段运行寿命:不小于30000机车公里

对GLCA—100铜导线磨耗比(室内试验):

不大于0.008mm/万弓架次。

另外,还认为:1,K2与C21纯碳滑板比较,耐冲击性、耐磨性均有明显的提高,直流电阻减小了70—80%,导电率、导热率高,载流及过载能力相应提高,更能适用于重载、繁忙干线电力机车受电弓使用。2,对导线实用性强,不仅适用于单一的铜导线或钢铝导线,也适用于两种线混架区段。3,与粉末冶金滑板相比较,延长导线的使用寿命,横能增加接触网运行的安全可靠性。4,滑板使用寿命可达4—10万公里。

经过不断的研究和改进,现已正式命名为C26(即SK2),并已获得1997年国家新产品认证。其性能如表8所示。

 

表8    C26(SK2)浸渍金属碳滑板性能

型号    规格      用途   电阻率   肖氏硬度  抗折强度  抗压强度

       28x36x200   干               HS       Mpa      Mpa

C26    26x36x200   线      12       85        80       300

结论:

     浸金属碳中,在碳基体内构成致密的网状结构,增加了滑板强度、韧性、耐冲击性和耐磨性,降低了电阻,自身单位体积重量比金属滑板或粉末冶金滑板轻,可增加截面高度,即增加使用寿命。包铁托结构又增加强度,增加新的骨架,改善原有碳滑板固定方式,滑板裂纹不掉块。因此,浸金属滑板是一种较理想有前途的受电弓用滑板。


各种电力机车受电弓滑板的型号、性能及其应用

根据材质的不同,我们将滑板分为纯碳滑板、粉末冶金滑板和浸渍金属滑板。下面将分别介绍我国各种滑板的生产情况,产品型号、规格、性能及其应用。

1    纯碳质滑板

    目前,纯碳质滑板是我国电气化铁路上广泛使用的主要滑板之一,是非金属中导电较好的材料,当前有哈尔滨电碳厂、北京电碳和自贡东新电碳厂进行生产。纯碳滑板工作时磨下来的粉末粘附在接触导线表面,形成一层很薄的碳膜,起到了良好的自润滑作用,能够减轻对导线的磨耗。据统计,使用纯碳滑板的网线寿命至少是50年,它对导线的磨耗仅为0。006mm/万次,并且对无线电话及无线电视干扰小。因此,欧洲等一些国家如荷兰从1934年,德国从1935年便开始使用纯碳滑板,而目前不论交流或直流供电的电气化铁路道在铜导线上都采用了纯碳滑板。在日本,私营铁路全部使用纯碳滑板。可见,纯碳滑板不失为一种优良的滑板材料。目前国内广泛使用的国产纯碳滑板的型号、规格及技术性能如表1所示。

型号  

 

电阻系数

肖氏硬度

抗压强度

抗折强度

   生产厂

C21

40

70

110

40

    

C22

35

60

70

23

    

C23

20

40

50

22

    

C21

35

50

60

30

  北京电

C212

15

35

30

20

   碳厂

C21 

35

70

70

35

    

C22

30

60

55

30

    

C23

20

35

40

20

     

哈碳厂、北京电碳厂和东新电碳厂成产的纯碳板基本能够满足我国电气铁路需求。因此,机械电子工业部在总结我国近年纯碳滑板生产状况的前提下,于1898年2月17日发布了中华人民共和国专业标准《电力机车碳滑板》,并规定的电力机车纯碳滑板的型号和规格如表2所示,技术性能如表3所示。

 

表2    纯碳滑板的型号与规格   规格mm

型号     H(高)   B(宽)   L(长)

C21     30—35      36       250—500

C22       35        70       500—1000

C23       35        70       500—1000

C25       56        —       500—750

注:根据用户要求,可生产其他规格制品。

 

表3   国产纯碳滑板的技术性能

型号      电阻率    肖氏硬度      体积密度       抗折强度    沿长度方向抗压强度

单个价值  平均值                    MPa                             Mpa

C21       38         58-100         62           160~180            28   57

C22       33         45-90          50           160~180            24   40

C23       20         40-70          20           160~180            20   40

C25       35         60-100         70           160~180            25   59

注:体积密度不作出厂考核项目。

尽管纯碳滑板具有优良的性能,但在使用的过程也发现了它存在一些缺点和局限性。

 

    首先,纯碳滑板的机械强度低,通常,抗折强度为30~40Mpa,抗压强度为60~80Mpa,肖氏硬度为60~80,因此,使用过程中常发生折断、碎裂。另外由于生产时各种因素的波动,致使滑板性能不均,发生偏磨,特别是在钢铝导线及铜、钢铝导线混架线区段、纯碳滑板磨耗剧增,折断、碎裂、偏磨也愈发严重。按石家庄电力机务段的统计,1982年7月至9月,因偏磨、掉块断裂造成的故障率为5107%,实际试验纯碳滑板耐磨寿命为1.423万机车公里。安阳线统计,纯碳滑板在钢铝导线下单耗为29万条/万机务车公里。东新电碳厂曾在马角坝机务段作过对纯碳滑板实运磨耗试验,发现正常磨耗使用到寿命虽然可达2万多机车公里,但实际使用中由于碳滑板发生掉块、碎裂、偏磨等情况,致使有些滑板未到使用限度便被迫抛弃,实际寿命较低。如马角坝机务段统计,平均寿命约为7000机车公里(即每运营7000公里需要耗费滑板16条)。

    许多电气机务段认为,纯碳滑板对铜导线磨耗很小,因此,在整个交路为铜导线时,宜采用纯碳滑板。然而,在钢铝导线和各种其他导线的混架区段,纯碳滑板则表现出性能上明显不足,如抗冲击性差,寿命短,维修工作量大,容易引起刮弓,以至于滑板托架与滑板间起弧等行车事故。

 

2    粉末治金滑板 

由于纯碳滑板难以运用在各种混架导线区段,这就要求有新得滑板弥补不足。在这种情况下1980年铁科院与北京粉末冶金厂在西安铁路局的配合下,针对钢铝导线研制了铁基,铜基粉末冶金滑板,着重改善和提高滑板自生的耐磨耗性和延长自身的寿命,该厂1985年引进日本的粉末冶金滑板制造技术,1987年8月通过了合同产品的最终考核验收,11月通过了国家级验收,在开展引进工作的同时,1985年在大秦铁路配套设备中中标。

据有关资料介绍,粉末冶金滑板在钢铝导线区段使用寿命为2.5~3万机车公里。此外,粉末冶金滑板的机械强度高、韧性好,抗冲击性好,使用中断裂、掉块、偏磨现象很少,并且还具有电阻小,有利于受流以及维护安装工作量小等优点。基于这些原因,粉末冶金滑板较广泛地使用在许多钢铝导线区段。1988年6月12日,由北京粉末冶金厂起草,机械电子工业部发布了《电力机车受电弓用粉末冶金滑板》标准。并于1989年1月1日实施,其物理性能及滑板自身磨耗见表4所示。

 

  表4     电力机车受电弓用粉末冶金滑板物理机械性能

硬度    HB     抗拉强度  冲击韧性  电阻率  滑板自身磨耗比

项目    铁基     铜基     N/mm      铁基   铜基    铁基  铜基

标准值  70-135   35-90   小于120  〉249  〉98 〈40 〈65 〈55

 

     然而,由于我国幅员辽阔,气候条件和自然环境多变,即使适用于北京干燥气候的钢铝接触线,在多雨潮湿的南方和沿海地区也不适用,另外就滑板和接触导线这一对摩擦偶件而言,用在钢铝导线上能显示出优良性能的铁基粉末冶金滑板。而在铜质接触线上却产生严重导线磨耗。例如,京秦线铜导线区段提供的数据(见表5)分析,磨耗小的地方可使用6~7年,而磨耗大的地方只能使用3年。

由此,我国目前较广泛使用的纯碳滑板和粉末冶金滑板尽管各自都具有一些优良性能,但都各自存在着严重的缺陷及局限性,都无法单独满足我国电气化铁路对滑板性能的全面需要。当前,我国接触网线大都是铜导线、铜、钢铝混气架,并且随着铁路电气化的不断发展,今后将重点发展铜接触网。因此,对于既适用于铜导线、有适用于钢铝导线或各种混架线区段的新型滑板的研制与推广就显得日益重要。

 

表5  京秦先(龙家营正线)TCG—100铜导线运行8个月后的磨耗情况

支   柱   号    87(二道)   78(二道)    15(二道)   11(一道)

计量高度MM     12.1          11.0           11.0         11.5

磨去高度MM     0.24          1.34           1.34         0.24

磨去截面积MM   0.7025        10.157         10.1057      5.0471

磨耗比MM/万次  0.7903         10.2846        10.2806     5.1304

3    浸渍金属碳滑板的研制、性能与应用。

由此,哈尔滨电碳厂等单位近年来已进行了浸渍金属碳滑板的研制工作,并取得了一定进展。先介绍东新电碳厂研制浸渍金属碳滑板的情况,入校所示:首先,该厂技术研发部门成立了以顾祥熙高级工程师为专题负责人的攻关小组。在弄清国内外滑板的发展情况下,通过搜集的各种技术情报资料进行综合分析研究对比后,认为:世界上铁路电气化较发达的国家,其使用的接触网导线大多为铜或铜合金导线,广泛选用硬碳滑板或浸渍板。这些浸渍金属碳滑板的主要牌号与性能如表6所示。国内外几种常用浸渍金属碳滑板的型号与性能。

国家   型号   滑板材料    体积密度  肖氏硬度  洛氏硬度  强度Mpa   电阻系数

英    MY7D  浸铜铅合金     2·4       96        ----     抗折113      8

法    722     浸青铜        2.5       85        ----        98       18

      724    浸巴氏合金     2.6       80        ----       105.8     12

西德  BH424A  浸锑          2.5      ---        100       -----      8.5

      BH424D 浸铅青铜       2.6      ---        115         53.9      8

      BH424C  浸铜          2.3      ---        110                   8

其次,通过对这些国家浸渍金属碳滑板的性能进行分析研究后发现,浸渍金属滑板材料具有如下优良性能,它兼有纯碳滑板的自润滑性;能在导线的磨耗小,自身耐磨,寿命长,有粉末冶金滑板足够高的机械强度和抗冲击能力。另外,还具有耐弧性高,与导线间接触电阻小,自身电阻率低,导热性及散热性好,能迅速散热,防止温升过高,引起受电弓托架变形等有点。然后,在这个基础上,从1986年开始进行了这种浸渍金属碳滑板SK2的研制。整个研制过程包括基料的选择、合金的选择和浸渍工艺的选择。

 

(!)SK2基料的选择:浸渍金属碳滑板是将制得的碳滑板基料经过高温压浸渍金属处理,使得一些金属填充到材料的气孔中,从而提高制品的抗折强度、抗压强度和肖氏硬度,使开口气孔率及电阻率明显降低。因此对基料有一定要求。

从各种原始材料来看,沥青焦耐磨,强度高,以它为主制得的基体材料强度高,强度高,开口气孔率适中。石油焦结构与沥青焦相近,但强度较低,石墨(天然的与人造的)由三维有序排列的碳原子层构成,石墨内含彼此平行的碳平面层,这种碳平面层彼此间极易滑动。因此石墨是一种优良的固体润滑剂,但其强度较低。试制结果也表明,沥青焦基最佳,其次为石油焦基。

(2)SK2浸渍合金的选择:大多数合金对碳的浸润角都很大(超过90度),必须通过高温高压才能使之渗入碳基体。高温保证了合金的流动性,高压则使熔融金属克服阻力侵入基体细小的开口气孔中。。一旦侵入,即基本连续的金属网状结构。因此,浸渍之前,如果能够对基体抽真空,将有利于提高滑板的渗透率,提高滑板的性能,降低对高温高压的要求,降低成本。但是,选择合适的金属(合金)作浸渍剂也是非常重要的。英国摩根碳素公司的MY7D是代表世界先进水平的浸渍金属碳滑板材料,浸渍的合金是铜铅合金(Cu%70,Pb%30).东新电碳厂的试验结果证明:铜铅合金是较好的浸渍金属。这种金属的组成为:Cu64-65%\Pb23.5,其余为Sn+Si+Ni等,熔点为700-800度。合金中的铜延展性好、韧性好、强度高、电阻低,对合金性能起着决定作用,铅起润滑作用,并能降低合金熔点,其余部分的作用主要是细化合金结晶,提高合金的强度、韧性以及熔融后的流动性。

(3)1988年9月15日,成都铁路局对SK2浸渍金属碳滑板进行了应用认定,主要技术性能如下:

电阻系数:不大于8   体积密度:不大于2.55g/CM

肖氏硬度:不大于90  抗折强度:不小于50Mpa

导 热 率:不小于8.4—12.6W/(MK)

热稳定性:200—400度

在铜导线区段运行寿命:不小于30000机车公里

对GLCA—100铜导线磨耗比(室内试验):

不大于0.008mm/万弓架次。

另外,还认为:1,K2与C21纯碳滑板比较,耐冲击性、耐磨性均有明显的提高,直流电阻减小了70—80%,导电率、导热率高,载流及过载能力相应提高,更能适用于重载、繁忙干线电力机车受电弓使用。2,对导线实用性强,不仅适用于单一的铜导线或钢铝导线,也适用于两种线混架区段。3,与粉末冶金滑板相比较,延长导线的使用寿命,横能增加接触网运行的安全可靠性。4,滑板使用寿命可达4—10万公里。

经过不断的研究和改进,现已正式命名为C26(即SK2),并已获得1997年国家新产品认证。其性能如表8所示。

 

表8    C26(SK2)浸渍金属碳滑板性能

型号    规格      用途   电阻率   肖氏硬度  抗折强度  抗压强度

       28x36x200   干               HS       Mpa      Mpa

C26    26x36x200   线      12       85        80       300

结论:

     浸金属碳中,在碳基体内构成致密的网状结构,增加了滑板强度、韧性、耐冲击性和耐磨性,降低了电阻,自身单位体积重量比金属滑板或粉末冶金滑板轻,可增加截面高度,即增加使用寿命。包铁托结构又增加强度,增加新的骨架,改善原有碳滑板固定方式,滑板裂纹不掉块。因此,浸金属滑板是一种较理想有前途的受电弓用滑板。


各种电力机车受电弓滑板的型号、性能及其应用

根据材质的不同,我们将滑板分为纯碳滑板、粉末冶金滑板和浸渍金属滑板。下面将分别介绍我国各种滑板的生产情况,产品型号、规格、性能及其应用。

1    纯碳质滑板

    目前,纯碳质滑板是我国电气化铁路上广泛使用的主要滑板之一,是非金属中导电较好的材料,当前有哈尔滨电碳厂、北京电碳和自贡东新电碳厂进行生产。纯碳滑板工作时磨下来的粉末粘附在接触导线表面,形成一层很薄的碳膜,起到了良好的自润滑作用,能够减轻对导线的磨耗。据统计,使用纯碳滑板的网线寿命至少是50年,它对导线的磨耗仅为0。006mm/万次,并且对无线电话及无线电视干扰小。因此,欧洲等一些国家如荷兰从1934年,德国从1935年便开始使用纯碳滑板,而目前不论交流或直流供电的电气化铁路道在铜导线上都采用了纯碳滑板。在日本,私营铁路全部使用纯碳滑板。可见,纯碳滑板不失为一种优良的滑板材料。目前国内广泛使用的国产纯碳滑板的型号、规格及技术性能如表1所示。

型号  

 

电阻系数

肖氏硬度

抗压强度

抗折强度

   生产厂

C21

40

70

110

40

    

C22

35

60

70

23

    

C23

20

40

50

22

    

C21

35

50

60

30

  北京电

C212

15

35

30

20

   碳厂

C21 

35

70

70

35

    

C22

30

60

55

30

    

C23

20

35

40

20

     

哈碳厂、北京电碳厂和东新电碳厂成产的纯碳板基本能够满足我国电气铁路需求。因此,机械电子工业部在总结我国近年纯碳滑板生产状况的前提下,于1898年2月17日发布了中华人民共和国专业标准《电力机车碳滑板》,并规定的电力机车纯碳滑板的型号和规格如表2所示,技术性能如表3所示。

 

表2    纯碳滑板的型号与规格   规格mm

型号     H(高)   B(宽)   L(长)

C21     30—35      36       250—500

C22       35        70       500—1000

C23       35        70       500—1000

C25       56        —       500—750

注:根据用户要求,可生产其他规格制品。

 

表3   国产纯碳滑板的技术性能

型号      电阻率    肖氏硬度      体积密度       抗折强度    沿长度方向抗压强度

单个价值  平均值                    MPa                             Mpa

C21       38         58-100         62           160~180            28   57

C22       33         45-90          50           160~180            24   40

C23       20         40-70          20           160~180            20   40

C25       35         60-100         70           160~180            25   59

注:体积密度不作出厂考核项目。

尽管纯碳滑板具有优良的性能,但在使用的过程也发现了它存在一些缺点和局限性。

 

    首先,纯碳滑板的机械强度低,通常,抗折强度为30~40Mpa,抗压强度为60~80Mpa,肖氏硬度为60~80,因此,使用过程中常发生折断、碎裂。另外由于生产时各种因素的波动,致使滑板性能不均,发生偏磨,特别是在钢铝导线及铜、钢铝导线混架线区段、纯碳滑板磨耗剧增,折断、碎裂、偏磨也愈发严重。按石家庄电力机务段的统计,1982年7月至9月,因偏磨、掉块断裂造成的故障率为5107%,实际试验纯碳滑板耐磨寿命为1.423万机车公里。安阳线统计,纯碳滑板在钢铝导线下单耗为29万条/万机务车公里。东新电碳厂曾在马角坝机务段作过对纯碳滑板实运磨耗试验,发现正常磨耗使用到寿命虽然可达2万多机车公里,但实际使用中由于碳滑板发生掉块、碎裂、偏磨等情况,致使有些滑板未到使用限度便被迫抛弃,实际寿命较低。如马角坝机务段统计,平均寿命约为7000机车公里(即每运营7000公里需要耗费滑板16条)。

    许多电气机务段认为,纯碳滑板对铜导线磨耗很小,因此,在整个交路为铜导线时,宜采用纯碳滑板。然而,在钢铝导线和各种其他导线的混架区段,纯碳滑板则表现出性能上明显不足,如抗冲击性差,寿命短,维修工作量大,容易引起刮弓,以至于滑板托架与滑板间起弧等行车事故。

 

2    粉末治金滑板 

由于纯碳滑板难以运用在各种混架导线区段,这就要求有新得滑板弥补不足。在这种情况下1980年铁科院与北京粉末冶金厂在西安铁路局的配合下,针对钢铝导线研制了铁基,铜基粉末冶金滑板,着重改善和提高滑板自生的耐磨耗性和延长自身的寿命,该厂1985年引进日本的粉末冶金滑板制造技术,1987年8月通过了合同产品的最终考核验收,11月通过了国家级验收,在开展引进工作的同时,1985年在大秦铁路配套设备中中标。

据有关资料介绍,粉末冶金滑板在钢铝导线区段使用寿命为2.5~3万机车公里。此外,粉末冶金滑板的机械强度高、韧性好,抗冲击性好,使用中断裂、掉块、偏磨现象很少,并且还具有电阻小,有利于受流以及维护安装工作量小等优点。基于这些原因,粉末冶金滑板较广泛地使用在许多钢铝导线区段。1988年6月12日,由北京粉末冶金厂起草,机械电子工业部发布了《电力机车受电弓用粉末冶金滑板》标准。并于1989年1月1日实施,其物理性能及滑板自身磨耗见表4所示。

 

  表4     电力机车受电弓用粉末冶金滑板物理机械性能

硬度    HB     抗拉强度  冲击韧性  电阻率  滑板自身磨耗比

项目    铁基     铜基     N/mm      铁基   铜基    铁基  铜基

标准值  70-135   35-90   小于120  〉249  〉98 〈40 〈65 〈55

 

     然而,由于我国幅员辽阔,气候条件和自然环境多变,即使适用于北京干燥气候的钢铝接触线,在多雨潮湿的南方和沿海地区也不适用,另外就滑板和接触导线这一对摩擦偶件而言,用在钢铝导线上能显示出优良性能的铁基粉末冶金滑板。而在铜质接触线上却产生严重导线磨耗。例如,京秦线铜导线区段提供的数据(见表5)分析,磨耗小的地方可使用6~7年,而磨耗大的地方只能使用3年。

由此,我国目前较广泛使用的纯碳滑板和粉末冶金滑板尽管各自都具有一些优良性能,但都各自存在着严重的缺陷及局限性,都无法单独满足我国电气化铁路对滑板性能的全面需要。当前,我国接触网线大都是铜导线、铜、钢铝混气架,并且随着铁路电气化的不断发展,今后将重点发展铜接触网。因此,对于既适用于铜导线、有适用于钢铝导线或各种混架线区段的新型滑板的研制与推广就显得日益重要。

 

表5  京秦先(龙家营正线)TCG—100铜导线运行8个月后的磨耗情况

支   柱   号    87(二道)   78(二道)    15(二道)   11(一道)

计量高度MM     12.1          11.0           11.0         11.5

磨去高度MM     0.24          1.34           1.34         0.24

磨去截面积MM   0.7025        10.157         10.1057      5.0471

磨耗比MM/万次  0.7903         10.2846        10.2806     5.1304

3    浸渍金属碳滑板的研制、性能与应用。

由此,哈尔滨电碳厂等单位近年来已进行了浸渍金属碳滑板的研制工作,并取得了一定进展。先介绍东新电碳厂研制浸渍金属碳滑板的情况,入校所示:首先,该厂技术研发部门成立了以顾祥熙高级工程师为专题负责人的攻关小组。在弄清国内外滑板的发展情况下,通过搜集的各种技术情报资料进行综合分析研究对比后,认为:世界上铁路电气化较发达的国家,其使用的接触网导线大多为铜或铜合金导线,广泛选用硬碳滑板或浸渍板。这些浸渍金属碳滑板的主要牌号与性能如表6所示。国内外几种常用浸渍金属碳滑板的型号与性能。

国家   型号   滑板材料    体积密度  肖氏硬度  洛氏硬度  强度Mpa   电阻系数

英    MY7D  浸铜铅合金     2·4       96        ----     抗折113      8

法    722     浸青铜        2.5       85        ----        98       18

      724    浸巴氏合金     2.6       80        ----       105.8     12

西德  BH424A  浸锑          2.5      ---        100       -----      8.5

      BH424D 浸铅青铜       2.6      ---        115         53.9      8

      BH424C  浸铜          2.3      ---        110                   8

其次,通过对这些国家浸渍金属碳滑板的性能进行分析研究后发现,浸渍金属滑板材料具有如下优良性能,它兼有纯碳滑板的自润滑性;能在导线的磨耗小,自身耐磨,寿命长,有粉末冶金滑板足够高的机械强度和抗冲击能力。另外,还具有耐弧性高,与导线间接触电阻小,自身电阻率低,导热性及散热性好,能迅速散热,防止温升过高,引起受电弓托架变形等有点。然后,在这个基础上,从1986年开始进行了这种浸渍金属碳滑板SK2的研制。整个研制过程包括基料的选择、合金的选择和浸渍工艺的选择。

 

(!)SK2基料的选择:浸渍金属碳滑板是将制得的碳滑板基料经过高温压浸渍金属处理,使得一些金属填充到材料的气孔中,从而提高制品的抗折强度、抗压强度和肖氏硬度,使开口气孔率及电阻率明显降低。因此对基料有一定要求。

从各种原始材料来看,沥青焦耐磨,强度高,以它为主制得的基体材料强度高,强度高,开口气孔率适中。石油焦结构与沥青焦相近,但强度较低,石墨(天然的与人造的)由三维有序排列的碳原子层构成,石墨内含彼此平行的碳平面层,这种碳平面层彼此间极易滑动。因此石墨是一种优良的固体润滑剂,但其强度较低。试制结果也表明,沥青焦基最佳,其次为石油焦基。

(2)SK2浸渍合金的选择:大多数合金对碳的浸润角都很大(超过90度),必须通过高温高压才能使之渗入碳基体。高温保证了合金的流动性,高压则使熔融金属克服阻力侵入基体细小的开口气孔中。。一旦侵入,即基本连续的金属网状结构。因此,浸渍之前,如果能够对基体抽真空,将有利于提高滑板的渗透率,提高滑板的性能,降低对高温高压的要求,降低成本。但是,选择合适的金属(合金)作浸渍剂也是非常重要的。英国摩根碳素公司的MY7D是代表世界先进水平的浸渍金属碳滑板材料,浸渍的合金是铜铅合金(Cu%70,Pb%30).东新电碳厂的试验结果证明:铜铅合金是较好的浸渍金属。这种金属的组成为:Cu64-65%\Pb23.5,其余为Sn+Si+Ni等,熔点为700-800度。合金中的铜延展性好、韧性好、强度高、电阻低,对合金性能起着决定作用,铅起润滑作用,并能降低合金熔点,其余部分的作用主要是细化合金结晶,提高合金的强度、韧性以及熔融后的流动性。

(3)1988年9月15日,成都铁路局对SK2浸渍金属碳滑板进行了应用认定,主要技术性能如下:

电阻系数:不大于8   体积密度:不大于2.55g/CM

肖氏硬度:不大于90  抗折强度:不小于50Mpa

导 热 率:不小于8.4—12.6W/(MK)

热稳定性:200—400度

在铜导线区段运行寿命:不小于30000机车公里

对GLCA—100铜导线磨耗比(室内试验):

不大于0.008mm/万弓架次。

另外,还认为:1,K2与C21纯碳滑板比较,耐冲击性、耐磨性均有明显的提高,直流电阻减小了70—80%,导电率、导热率高,载流及过载能力相应提高,更能适用于重载、繁忙干线电力机车受电弓使用。2,对导线实用性强,不仅适用于单一的铜导线或钢铝导线,也适用于两种线混架区段。3,与粉末冶金滑板相比较,延长导线的使用寿命,横能增加接触网运行的安全可靠性。4,滑板使用寿命可达4—10万公里。

经过不断的研究和改进,现已正式命名为C26(即SK2),并已获得1997年国家新产品认证。其性能如表8所示。

 

表8    C26(SK2)浸渍金属碳滑板性能

型号    规格      用途   电阻率   肖氏硬度  抗折强度  抗压强度

       28x36x200   干               HS       Mpa      Mpa

C26    26x36x200   线      12       85        80       300

结论:

     浸金属碳中,在碳基体内构成致密的网状结构,增加了滑板强度、韧性、耐冲击性和耐磨性,降低了电阻,自身单位体积重量比金属滑板或粉末冶金滑板轻,可增加截面高度,即增加使用寿命。包铁托结构又增加强度,增加新的骨架,改善原有碳滑板固定方式,滑板裂纹不掉块。因此,浸金属滑板是一种较理想有前途的受电弓用滑板。


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