1、鋼鋁復合接觸軌系統(tǒng)鋼鋁復合接觸軌系統(tǒng)教室培訓資料教室培訓資料 中鐵電氣化局集團寶雞器材有限公司中鐵電氣化局集團寶雞器材有限公司 2011/05/25目目 錄錄概述概述復合接觸軌的發(fā)展史復合接觸軌的發(fā)展史 1復合軌及各附件復合軌及各附件絕緣支撐系統(tǒng)絕緣支撐系統(tǒng)復合接觸軌的安裝方式及特點復合接觸軌的安裝方式及特點 2復合接觸軌系統(tǒng)的組成復合接觸軌系統(tǒng)的組成 3復合軌復合軌 4中間接頭中間接頭 5 端部彎頭端部彎頭 6防爬器防爬器 7電連接用中間接頭電連接用中間接頭 8膨脹接頭膨脹接頭 9絕緣支架絕緣支架 10防護罩防護罩 11防護罩支架防護罩支架 12施工安裝工具施工安裝工具專用工具專用工具 13

2、概概 述述接觸軌的發(fā)展史接觸軌的發(fā)展史 接觸軌系統(tǒng)是設置在車輛側(cè)面或下方，由導電軌等組成的，向地鐵和城市軌道交通系統(tǒng)電力牽引車輛上傳輸電能的裝置。它是一種古老的電力牽引車輛供電形式，早在1891年就有接觸軌雛形的產(chǎn)生。二十世紀前半個世紀一直只使用鋼接觸軌，二十世紀中期以后對鋼接觸軌的材質(zhì)進行了改進，形成所謂的“鐵接觸軌”實際上是進行了材質(zhì)變化，降低了雜質(zhì)，加入了提高導電性的元素，單位電阻得到了降低。我國北京地鐵一號線、北京地鐵2號線工程、北京地鐵復八線工程等所用的接觸軌就屬于這類。隨著地鐵和城軌交通事業(yè)的發(fā)展，面對接觸軌大電流，輕型化的要求，70年代末出現(xiàn)了一種新型的接觸軌鋼鋁復合接觸軌，德國

3、在1978年建成了世界上第一段鋼鋁復合軌，運行長度3.3公里。1996年后，美國、日本、意大利、馬來西亞、泰國等國家都開始應用，至今世界上已建成鋼鋁復合接觸軌運營線路1000多公里，遍布歐洲、美洲、大洋洲、亞洲。鋼鋁復合軌具有傳輸電流大、重量輕、安裝方便、耐磨損、使用壽命長等優(yōu)點，已成為接觸鋼鋁復合軌具有傳輸電流大、重量輕、安裝方便、耐磨損、使用壽命長等優(yōu)點，已成為接觸軌（第三軌）廣泛采用的材料。軌（第三軌）廣泛采用的材料。鋼鋁復合軌供電的優(yōu)勢鋼鋁復合軌供電的優(yōu)勢 近幾年我國地鐵或城鐵采用鋼鋁復合軌投入運行的的有武漢地鐵一期，天津地鐵一期。特別是廣州地鐵4號線是國內(nèi)第一個采用1500V直流供電

4、系統(tǒng)供電的鋼鋁復合軌，而該鋼鋁復合軌是由廣州地鐵總公司與寶雞器材廠聯(lián)合開發(fā)的，從2005年12月28日開通以來一直運營良好，2007年4月27日鋼鋁復合接觸軌及附件已通過陜西省科技廳組織的科技成果鑒定。 施工安裝和故障搶修方便 區(qū)間隧道土建費用低 供電可靠性高 使用壽命長 維修工作量小維修費用和管理費用低 城市景觀效果好 接觸軌的安裝方式及特點接觸軌的安裝方式及特點 接觸軌通過集電靴將電能傳輸給車輛。根據(jù)集電靴從接觸軌的取流方式不同，接觸軌的安裝方式可分為：上接觸、下接觸、側(cè)接觸三種方式。上接觸方式上部授流接觸軌的安裝結構特點： 結構簡單，安裝方便，設備維護、檢修費用低。接觸面易積累塵屑，加速

5、接觸面和授電靴磨損。 法國、美國、英國一直采用易于安裝的上接觸設計。我國的北京地鐵一號線、北京地鐵2號線工程、北京地鐵復八線工程、正在建設的北京十五號線等也屬于上接觸方式下接觸方式下部受流接觸軌的安裝結構特點： 防護罩對帶電接觸軌的防護性能好，帶電接觸軌不容易被無章識地觸碰到，能確保人身安全，另外，下部授流方式的遮擋雨雪條件也優(yōu)于上部授流方式，能確保牽引網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠運行。 德國、俄羅斯、奧地利和歐洲其他國家主要采用下接觸方式，我國投入運營的武漢地鐵一期、深圳地鐵3號線、北京機場線、廣州地鐵4、5號線等都屬于下接觸方式。側(cè)接觸方式 側(cè)接觸方式由于安裝精度要求高，用的較少，只在四軌系統(tǒng)有應用。

6、鋼鋁復合軌系統(tǒng)的組成鋼鋁復合軌系統(tǒng)的組成 鋼鋁復合軌：是接觸供電系統(tǒng)的一種形式，其作用是將電能傳送給電力牽引車輛。接觸軌一般是剛性地、無偏轉(zhuǎn)地、固定安裝在軌旁車輛限界之外的支架上。鋼鋁復合接觸軌及附件鋼鋁復合接觸軌及附件接觸軌，普通接頭，膨脹接頭，端部彎頭，電纜連接板，防爬器。絕緣支撐系統(tǒng)絕緣支撐系統(tǒng) 整體絕緣支架，防護罩支架，端部彎頭防護罩支架，防護罩。根據(jù)支撐方式的不同，絕緣支架分為鋼支架、絕緣支架兩種形式。專用工具專用工具現(xiàn)場鋸軌機，組合吊具，現(xiàn)場抬軌器，現(xiàn)場鉆孔設備, 彎軌機等。 復合軌及各附件復合軌及各附件復合軌復合軌接觸軌根據(jù)截流量要求有3000A、4000A、4500A等規(guī)格。3

7、000A復合軌復合軌名稱鋼鋁復合接觸軌名稱鋼鋁復合接觸軌軌高(mm)105總寬(mm)92軌底寬(mm)80重量(kg/m)14.58接觸面寬(mm)65標準長度(m)154000A鋼鋁復合接觸軌介紹主要技術參數(shù)鋼鋁復合接觸軌介紹主要技術參數(shù)序號參數(shù)名稱單位技術指標備注1接觸軌持續(xù)電流A4000環(huán)境溫度40最高升至85260秒鐘的峰值電流A1000033秒鐘動穩(wěn)態(tài)電流A600004接觸軌標稱截面鋁軌mm24800鋼帶mm2550整體mm253505接觸軌計算截面mm253506截面誤差范圍%37接觸軌單位重量kg/m17.088單位重量誤差%39截面模量mm311000010彈性模量N/mm2

8、83523.411慣性矩（水平及垂直方向）mm4水平21.5105垂直7010512接觸面表面硬度HB16813接觸表面粗糙度Ra: 6.3m4000A鋼鋁復合接觸軌介紹主要技術參數(shù)鋼鋁復合接觸軌介紹主要技術參數(shù)序號參數(shù)名稱單位技術指標備注14鋼帶厚度mm61520C直流電阻鋁軌/km0.0065鋼帶/km1.112整體/km0.00651620C鋼鋁接觸電阻301米范圍內(nèi)17鋁復合軌自身電感MH/km1.02118鋁復合軌線路電感MH/km與線路參數(shù)有關19電阻溫度系數(shù)/0.002620線性膨脹系數(shù)1/2.110-521磨耗量mm/萬次0.049/7022最小允許彎曲半徑（水平方向,人工）m

9、1023耐受最高溫度200在機械性能不變的情況下4000A復合軌復合軌4500A復合軌復合軌三種復合軌的主要區(qū)別三種復合軌的主要區(qū)別型號型號面積面積/mm2額定載流量額定載流量/A單位重量單位重量 kg/m30004400300014.540005350400017.0845005539450018.2鋼鋁復合軌的材料及性能鋼鋁復合軌的材料及性能 我們提供的接觸軌中鋁軌本體、鋼帶分別選用材料6101(T6)和 0Cr18Ni9(304)，其化學成分及機械性能見下表： 6101(T6)符合 ASTM B317 公共汽車導體規(guī)定的化學成分和機械性能：化 學 成 分（）SiMgFeCuMnCrZnB

10、不大于0.300.700.350.80.500.100.030.030.100.06機 械 性 能屈服點s（MPa）抗拉強度b（MPa）伸長率5（）不小于1702008化 學 成 分（）NiCrCSiMnPS不大于8.011.017.019.00.080.082.000.0350.025機 械 性 能屈服點0.2（MPa）抗拉強度b（MPa）伸長率5（）硬度HB205520401501700Cr18Ni9(304)的不銹鋼板符合GB/T4237-1992規(guī)定的化學成份和機械性能 ：鋼鋁復合軌復合形式及工藝特點鋼鋁復合軌復合形式及工藝特點 鋼鋁復合軌，鋁軌本體材質(zhì)為6101B（T6），為反向擠壓

11、成型；不銹鋼材質(zhì)為1Cr17（ 0Cr18Ni9 ），輥壓成型。目前鋼鋁復合工藝主要有鋼鋁共擠復合、機械加焊接復合、機械復合三種。鋼鋁共擠工藝特點鋼鋁共擠工藝特點 鋼鋁凸凹連接結構是預先制作好的，依靠模具擠壓力使鋼鋁結合面密貼。其主要缺點是： 鋼鋁材料的狀態(tài)只能是擠壓態(tài)，無法通過熱處理使材料達到各自的最佳性能，組織狀態(tài)、力學性能、耐磨性能等綜合性能差，鋼帶表面質(zhì)量較差；由于鋼、鋁材料的膨脹系數(shù)相差近一倍，從擠壓狀態(tài)高溫到室溫、日常工作溫度變化時，鋼鋁間易出現(xiàn)縱向位移；鋼鋁結合面產(chǎn)生縫隙，導致接觸電阻大，影響導電性；腐蝕介質(zhì)容易侵入鋼鋁結合面，進一步惡化導電性，降低產(chǎn)品壽命； 鋼鋁間沒有機械結合

12、力，鋼帶靠兩側(cè)少許鋼鋁間沒有機械結合力，鋼帶靠兩側(cè)少許鋁包邊的阻攔而保持不分離，隨著使用中的磨鋁包邊的阻攔而保持不分離，隨著使用中的磨損，鋁包邊被磨去后鋼帶將會脫落，從而降低損，鋁包邊被磨去后鋼帶將會脫落，從而降低了產(chǎn)品的使用壽命；生產(chǎn)設備及工藝較復雜了產(chǎn)品的使用壽命；生產(chǎn)設備及工藝較復雜。 機械加焊接復合工藝特點機械加焊接復合工藝特點 機械加焊接復合工藝：先通過擠制工藝，成型鋁本體，鋼帶通過滾壓或模壓的方法制成兩個機械加焊接復合工藝：先通過擠制工藝，成型鋁本體，鋼帶通過滾壓或模壓的方法制成兩個J形。將制好的兩個形。將制好的兩個J形鋼帶分別鉤在鋁本體的兩側(cè)，對鋼帶的頂面和側(cè)面同時加壓，使其與鋁

13、本形鋼帶分別鉤在鋁本體的兩側(cè)，對鋼帶的頂面和側(cè)面同時加壓，使其與鋁本體密貼，并使兩個體密貼，并使兩個J形鋼帶的頂面處于一個平面內(nèi)，在保壓的條件下，將兩個形鋼帶的頂面處于一個平面內(nèi)，在保壓的條件下，將兩個J形鋼帶的接縫焊合形鋼帶的接縫焊合，最后將焊縫修平即可。這種復合軌的特點是，鋼鋁凸凹連接結構是預先制作好的，在復合的過，最后將焊縫修平即可。這種復合軌的特點是，鋼鋁凸凹連接結構是預先制作好的，在復合的過程中不需要二次冷變形優(yōu)點是復合工藝簡單，易于實現(xiàn)。程中不需要二次冷變形優(yōu)點是復合工藝簡單，易于實現(xiàn)。 但缺點是：焊接過程的熱影響使鋼鋁材料的局部組織和性能發(fā)生變化，對復合前的形狀和表但缺點是：焊接

14、過程的熱影響使鋼鋁材料的局部組織和性能發(fā)生變化，對復合前的形狀和表面質(zhì)量都有影響，且難于消除，影響鋼鋁復合軌的整體質(zhì)量；鋼帶尺寸較其它類型大，重量重；面質(zhì)量都有影響，且難于消除，影響鋼鋁復合軌的整體質(zhì)量；鋼帶尺寸較其它類型大，重量重；易因偶然因素而造成兩金屬層的相互移位；受制造技術的限制，其鋼帶的厚度不能作的較厚，只易因偶然因素而造成兩金屬層的相互移位；受制造技術的限制，其鋼帶的厚度不能作的較厚，只適合于輕軌的場合，不太適合當今地鐵及高速鐵路的要求；適合于輕軌的場合，不太適合當今地鐵及高速鐵路的要求； 必須沿整個鋼鋁復合軌縱向進行焊接，需要焊必須沿整個鋼鋁復合軌縱向進行焊接，需要焊接專用設備，

15、工序復雜，對焊接技術及機加工精接專用設備，工序復雜，對焊接技術及機加工精度要求高，對要求極高的鋼帶的平直度及平順性度要求高，對要求極高的鋼帶的平直度及平順性有較大影響；鋼、鋁間同樣存在縫隙，接觸電阻有較大影響；鋼、鋁間同樣存在縫隙，接觸電阻大，腐蝕介質(zhì)易侵入來實現(xiàn)。復合力只使結合面大，腐蝕介質(zhì)易侵入來實現(xiàn)。復合力只使結合面密貼，焊接是實現(xiàn)復合的關鍵環(huán)節(jié)。密貼，焊接是實現(xiàn)復合的關鍵環(huán)節(jié)。 接觸軌的生產(chǎn)工藝為鋁軌本體單獨擠壓成型，不銹鋼嵌入層預先加工成平直的不銹鋼帶。不銹鋼帶呈槽形，兩側(cè)預先制好排氣孔。先將處理好的不銹鋼帶扣入鋁本體，使兩者完全吻合，然后采用模壓的方式，對軌頭的頂面加壓，使鋼帶槽底

16、內(nèi)面與鋁本體軌頭頂面之間形成一定的壓應力，在保壓的同時，對鋁本體軌頭部分兩側(cè)面同時加壓，使鋁本體包住鋼帶，同時在鋁本體上正對著鋼帶壁板小孔的部位外側(cè)面壓出圓柱形凹坑，則在內(nèi)側(cè)面形成圓柱形凸起并嵌入鋼帶壁板上的圓孔內(nèi)，使鋼鋁結合的界面間形成了足夠的壓應力，實現(xiàn)密貼的要求，同時也形成了凸凹連接功能，從而使不銹鋼帶與鋁軌緊密連接。 在外力沖擊和運行振動的情況下，其連接仍是可靠的、密切的，即使6mm厚的頂部全部磨完，也不會剝落。機械復合工藝特點機械復合工藝特點 每一段鋼鋁復合接觸軌通過一套普通接頭連接，接頭材質(zhì)與鋼鋁復合軌材質(zhì)相同，普通接頭與鋼鋁復合軌采用標準緊固件螺栓、螺母、墊圈連接。它具有足夠的強

17、度來滿足連接固定的機械要求，同時其截面積足夠大，可以承受3000A、4000A、4500A電流。接頭本體的輪廓與鋼鋁復合軌腰面緊密相貼，確保電流持續(xù)的要求。三種中間接頭本體橫截面的比較三種中間接頭本體橫截面的比較3000A4000A4500A中間接頭中間接頭 用于絕緣支架兩端，防止鋼鋁復合軌長軌向兩側(cè)不均勻竄動，安裝在長軌的中部，防爬器本體的材質(zhì)有兩種鋁合金和鑄鋼。與導電軌的安裝，每一處采用兩套防爬器。錨固力靠絕緣子或絕緣支架支撐，保持膨脹區(qū)段的中點位置。防爬器與鋼鋁復合軌采用標準緊固件螺栓、螺母和墊圈連接。3000A下接觸復合軌用的防爬器及安裝位置4000A下接觸復合軌用的防爬器及安裝位置錨

18、結防爬器 接觸軌錨結用防爬器是用于防止接觸軌長軌向兩側(cè)部均勻竄動的固定連接件，安裝在曲線或坡度大的部位絕緣支架的兩側(cè)，下錨固定，安裝效果如右圖所示。防爬器防爬器 端部彎頭分高速端部彎頭和低速端部彎頭，分別安裝在正線和車場線使用，保證受流器（集電靴）與接觸軌的良好接觸和分離，見圖1、圖2所示。圖1 上接觸端部彎頭圖2 下接觸端部彎頭 高、低速端部彎頭的抬頭高度為126mm、129（廣州抬高量）mm，采用兩個絕緣支架進行支撐，與導電軌采用普通接頭連接，可確保其接口處高度相同，可被安裝在任何一個區(qū)段的末端。端部彎頭與鋼鋁復合軌連接部位沒有坡度，密貼而不會形成高低差，保證集電靴順利通過。 目前我廠生產(chǎn)

19、的用于昆明地鐵高速端部彎頭，長度為5950mm,抬高高度為136mm。 低速端部彎頭; 長度為3400mm,抬高高度為136mm 。端部彎頭端部彎頭 電纜連接板是連接供電電纜向?qū)щ娷壒╇姷牧慵?，由兩片鋁合金零件組成，一塊是普通接頭本體，另一塊在普通接頭本體上焊有34個電連接板，能安裝在導電軌的任何位置，例如，牽引變電所出口、接頭、彎頭、電分段或道岔處。電纜連接板有多種型號，分別可以連接6、8、10等多根電纜，。電連接中間接頭本體材質(zhì)與鋼鋁復合接觸軌材質(zhì)相同。載流量不低于鋼鋁復合接觸軌載流量，接頭和鋼鋁復合接觸軌腰面緊密配合。中間接頭與鋼鋁復合接觸軌連接采用標準緊固件螺栓、螺母及墊圈。復合軌用電

20、連接中間接頭及安裝效果 電連接用中間接頭電連接用中間接頭 用于補償鋼鋁復合軌因溫度變化而產(chǎn)生的長度變化。既保證電氣連接的可靠性，又保證集電靴平滑的從一端過渡到另一端。 膨脹接頭由兩根長軌（左右滑軌）和一根短軌組成，長軌和短軌的對角均切成1530斜角，間隙可以調(diào)整，表面連續(xù)，集電靴可平滑的從一端過渡到另一端。中間塊用來協(xié)助集電靴電能轉(zhuǎn)換。既保證了電氣連接的可靠性，又不會產(chǎn)生任何電化學腐蝕。膨脹接頭膨脹接頭目前昆明地鐵用的復合軌膨脹接頭為下圖結構：新型膨脹頭形式，左右軌與新型膨脹頭形式，左右軌與錨固夾板之間依靠滾針軸承錨固夾板之間依靠滾針軸承進行滑動，用銅線圈替代電進行滑動，用銅線圈替代電連接板，

21、減小了膨脹接頭滑連接板，減小了膨脹接頭滑移力和電阻。移力和電阻。絕緣支撐系統(tǒng)絕緣支撐系統(tǒng)絕緣支架絕緣支架 根據(jù)復合軌安裝方式的不同，絕緣支架分為上接觸用絕緣支架、下接觸用絕緣支架、側(cè)接觸用絕緣支架，因?qū)嶋H生產(chǎn)的情況，本節(jié)只對上接觸和下接觸絕緣支架進行闡述。下接觸用絕緣支架 下接觸用絕緣支架由三部分組成，如左圖所示。1、支架本體 2、支座 3、卡爪 支座本體和支座通過2套M12螺栓連接，支座與卡爪通過1套M16螺栓連接上接觸用絕緣支架 下接觸用絕緣支架由二部分組成，如左圖所示。1、絕緣支座本體 2、接觸軌壓件 絕緣支架選用玻璃纖維增強材料 （玻璃鋼）材料，采用SMC模壓成型工藝制造，支座表面光滑

22、、平整，無毛刺、裂紋、疥疤及凹凸不平現(xiàn)象，內(nèi)部無氣孔、縮孔等缺陷。 主要技術性能及參數(shù) 序號參數(shù)名稱單位技術指標備注1體積電阻率m10132工頻干閃電壓kV403工頻濕閃電壓kV254污耐電壓kV10按重污區(qū)考慮5全雷波沖擊閃絡電壓kV506彎曲強度Mpa200符合GB1449或ASTM D7907沖擊強度J/m700符合ASTM D2568玻璃纖維體積含量%30符合ASTM D31719電擊穿強度KV/mm6符合GB1408或IEC24310耐泄痕性PTIV600IEC11211吸水率%0.2符合GB1462或ASTM D57012耐燃性能V-0級JIS K691113熱變形溫度150AST

23、M D64814爬電距離mm18015最大垂直工作荷重N250016順線路最大水平工作荷重N200017垂直線路最大水平工作荷重N2000防護罩防護罩 根據(jù)復合軌安裝方式不同，采用的防護方式也不同，但目的都是起到防雨雪、并對接觸軌進行隔離，防止人或其它動物接觸到帶電物體上，下圖分別是上接觸和下接觸復合軌防護罩的防護形式。 下接觸防護形式防護罩根據(jù)安裝位置的不同可分，普通防護罩、絕緣支架處用防護罩、電連接處用防護罩、端部彎頭處用防護罩、膨脹接頭處用防護罩。 上接觸防護形式防護罩，只有一種構造，見上圖所示，對于不同位置，通過改變防護罩支架的形狀，以適應不同位置的安裝防護。 防護罩的材質(zhì)為玻璃鋼，采用拉擠工藝制造，具有阻燃或自熄功能，在火焰或高溫條件下不會釋放有毒氣體。 防護罩的形狀及尺寸滿足接觸軌系統(tǒng)的安裝要求，機車運行時不會影響受流器通過，并具有一定的彈性，便于工作人員安裝或拆卸。序號參數(shù)名稱單位技術指標備注1彎曲強度Mpa350符合GB1449或ASTM D7902沖擊強度J/m700符合ASTM D2563玻璃纖維體積含量%353%符合ASTM D31714苯乙烯殘余量%0.7符合GB/T15928或ISO49015電擊穿