專(zhuān)利名稱(chēng)：電力機(jī)車(chē)受電弓用滑板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鐵路、城市軌道交通的電力機(jī)車(chē)受電弓用滑板，屬于車(chē)輛配件。
背景技術(shù)：
受電弓用滑板是機(jī)車(chē)供電系統(tǒng)中的重要集電元件。通過(guò)受電弓用滑板與輸電網(wǎng)線的接觸，將輸電網(wǎng)上的電流引導(dǎo)下來(lái)，傳輸給機(jī)車(chē)電力系統(tǒng)來(lái)維持電力機(jī)車(chē)正常運(yùn)行。由于電力機(jī)車(chē)受電弓用滑板與輸電網(wǎng)導(dǎo)線為摩擦配合，受電弓用滑板對(duì)輸電網(wǎng)導(dǎo)線的磨損，直接涉及運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。
目前的電力機(jī)車(chē)受電弓用滑板使用的材料主要是金屬材料、粉末冶金材料和浸金屬碳材料。(1)金屬滑板。20世紀(jì)60年代使用的金屬滑板是采用銅、鋁、鋼等材料制成。它的特點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高、集電容量大、耐磨性和導(dǎo)電性較好。由于滑板和導(dǎo)線材質(zhì)接近，與接觸導(dǎo)線親和力強(qiáng)，加上它無(wú)自潤(rùn)滑性能，所以對(duì)接觸導(dǎo)線磨耗十分嚴(yán)重，僅適用于強(qiáng)度要求特別高的場(chǎng)合。(2)粉末冶金滑板。粉末冶金滑板是以金屬粉末為基本成份，添加一些潤(rùn)滑成分，通過(guò)機(jī)械混合，利用液壓機(jī)模壓成型，然后將毛坯高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)后浸入潤(rùn)滑油，最后機(jī)加工成型。它的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高，抗沖擊性好，有較好的導(dǎo)電性、耐磨性好。電腐蝕較小，使用壽命長(zhǎng)，一般為3.5-7萬(wàn)公里。但它有以下缺點(diǎn)首先粉末冶金銅基滑板由于經(jīng)高溫冶煉后其硬度和強(qiáng)度極高，在實(shí)際線路上的運(yùn)行中，對(duì)接觸導(dǎo)線的磨損相當(dāng)大，并且在使用時(shí)還要安裝相對(duì)應(yīng)的潤(rùn)滑條，但由于潤(rùn)滑條板自身的尺寸精確度和安裝精度無(wú)法與銅基滑板保持一致，造成潤(rùn)滑不均勻，所以對(duì)接觸導(dǎo)線的磨損最大。一般來(lái)說(shuō)，2-3年銅導(dǎo)線就會(huì)遭到嚴(yán)重磨損。其次粉末冶金銅基滑板由于強(qiáng)度和硬度極高，在高速運(yùn)行時(shí)在與線路中的某些硬點(diǎn)的撞擊中，會(huì)在硬點(diǎn)區(qū)產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊力，造成硬點(diǎn)惡化，并使接觸導(dǎo)線的聯(lián)接點(diǎn)松動(dòng)和移位，對(duì)線路造成潛在事故。再有粉末冶金銅基滑板由于是金屬基，在運(yùn)行中由于路基和轉(zhuǎn)彎等因素會(huì)造成離線現(xiàn)象而產(chǎn)生電弧，并使銅基滑板局部溶化產(chǎn)生金屬珠熔粘在導(dǎo)線和滑板自身上，造成更多的硬點(diǎn)和不規(guī)則的板面而加速對(duì)導(dǎo)線的磨損。(3)浸金屬碳滑板。浸金屬碳滑板是先制成碳滑板坯料，然后向坯料中浸漬熔融金屬，形成堅(jiān)硬的網(wǎng)狀骨架，從而達(dá)到提高滑板強(qiáng)度、耐沖擊性、耐磨性和延長(zhǎng)使用壽命的目的。雖然浸金屬碳滑板對(duì)導(dǎo)線的磨損明顯降低，僅為后者的四分之一左右，但對(duì)導(dǎo)線的損傷仍然比較明顯。另外它還容易出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，發(fā)生刮弓故障，損壞線路。再有浸金屬碳滑板的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，設(shè)備投資大，原料價(jià)格高導(dǎo)致制造成本高。此外，在使用中需要整形，造成維護(hù)費(fèi)用也較高。
二十世紀(jì)九十年代以來(lái)又有一些關(guān)于滑板的有代表性的文獻(xiàn)。公開(kāi)號(hào)為CN1178745A、CN1184794A、CN1186030A的發(fā)明專(zhuān)利介紹了以鍍銅碳粉為基體材料，采用短切碳纖維作為增強(qiáng)材料，并用熱固性樹(shù)脂為粘結(jié)劑，進(jìn)行熱壓或擠壓，然后使樹(shù)脂固化成型的技術(shù)。公開(kāi)號(hào)為CN1468891A的發(fā)明專(zhuān)利介紹了以電解銅粉和石墨作為基體材料，用短切碳纖維做增強(qiáng)材料，用銅纖維調(diào)節(jié)材料的電阻率和強(qiáng)度，用酚醛樹(shù)脂做粘結(jié)劑，模壓成型的技術(shù)。這些文獻(xiàn)技術(shù)首先表明專(zhuān)利產(chǎn)品仍然是浸金屬碳滑板的延伸，依然無(wú)法從根本上解決浸金屬碳滑板的弊病。其次采用的熱模壓成型工藝無(wú)法生產(chǎn)出整尺的滑板，使用時(shí)只能采用拼裝的方式，導(dǎo)致其無(wú)法適應(yīng)我國(guó)接觸導(dǎo)線多為混架、架線硬接點(diǎn)多的實(shí)際情況，拼裝結(jié)構(gòu)在這樣的條件下容易被損傷和撞裂。再有采用的鍍銅碳粉、短切碳纖維做增強(qiáng)材料工藝復(fù)雜，設(shè)備投資大，原料價(jià)格高，成本過(guò)高。此外采用的酚醛樹(shù)脂做粘結(jié)劑，它的耐溫性能差，不適合列車(chē)高速運(yùn)行的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電力機(jī)車(chē)受電弓用滑板及其制造方法，該滑板具有優(yōu)良的機(jī)械性能、導(dǎo)電性能、自潤(rùn)滑減磨性能，該滑板能減小對(duì)接觸導(dǎo)線的磨損和破壞，能降低成本。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種電力機(jī)車(chē)受電弓用滑板，包括碳素基體，其特征在于該碳素基體由下述重量配比的組分組成
石油焦粉 10-60份 瀝青焦粉 5-40份 石墨粉3-30份調(diào)質(zhì)碳5-30份 改質(zhì)瀝青 10-55份本發(fā)明碳素基體的各組分優(yōu)選重量配比可以是石油焦粉 25-45份 瀝青焦粉 10-25份 石墨粉5-20份調(diào)質(zhì)碳10-20份 改質(zhì)瀝青 15-40份本發(fā)明碳素基體的各組分最佳重量配比可以是石油焦粉 30-40份 瀝青焦粉 15-20份 石墨粉10-15份調(diào)質(zhì)碳13-17份 改質(zhì)瀝青 25-30份所述的調(diào)質(zhì)碳是瀝青在400-700℃條件下加入甲苯類(lèi)有機(jī)溶劑，分離得到的中間相碳微球。所述的改質(zhì)瀝青是瀝青經(jīng)氧化處理獲得的產(chǎn)物，殘?zhí)悸蕿闉r青總重量50-60％，天津鐵中煤化工公司是生產(chǎn)這種改質(zhì)瀝青的主要單位之一。改質(zhì)瀝青在本技術(shù)中作粘合劑使用。
制造所述電力機(jī)車(chē)受電弓用滑板的方法是1、成型滑板的碳素基體a、選粒度為0.075-3mm的石油焦粉和瀝青焦粉，b、選石墨化度為70-95％、粒度為0.5-2mm的石墨粉，c、將石油焦粉、瀝青焦粉、石墨粉分別球化處理0.1-1小時(shí)，d、然后加入調(diào)質(zhì)碳在80-160℃溫度條件下干混均勻，e、再加入改質(zhì)瀝青，在120-180℃溫度條件下濕混至均勻的糊料，f、將糊料送入擠壓機(jī)，擠壓成型出碳素基體，擠壓壓力60kg/cm2、擠壓機(jī)溫度100-130℃。
2、制造滑板g、將碳素基體放入焙燒爐中燒結(jié)，在600-1200℃溫度下保溫2小時(shí)，h、燒結(jié)后的碳素基體置于浸漬罐中浸漬熔融的瀝青，壓力為0.5-1.2MPa，時(shí)間大于等于15小時(shí)，
I、出罐后進(jìn)行第二次焙燒處理，在最高600-800℃溫度下保溫2小時(shí)，第二次焙燒時(shí)間在240小時(shí)以上，j、產(chǎn)品表面機(jī)加工處理。
本發(fā)明滑板組份中的石油焦粉和瀝青焦粉為本發(fā)明中的主要基體材料，與碳纖維、銅、渡銅、石墨粉等材料相比，價(jià)格非常低廉，經(jīng)過(guò)焙燒處理后有較高硬度，同時(shí)又具有良好的導(dǎo)電性能；石墨粉作為另一種基體材料，由于它本身的導(dǎo)電性能好，因此可以進(jìn)一步改善滑板的導(dǎo)電性能，又由于石墨比較柔軟可以提高滑板的其抗沖擊性能；石油焦粉、瀝青焦粉、石墨粉采用了球化處理技術(shù)，球化處理一方面可以保證產(chǎn)品各部位性能的均一性，另一方面可以較好地分散和吸收運(yùn)行中因撞擊產(chǎn)生的能量，進(jìn)一步提高它的抗沖擊強(qiáng)度；調(diào)質(zhì)碳是基體材料之一，它是在400-700℃條件下對(duì)瀝青進(jìn)行處理，得到的中間相碳微球，利用它在熱處理后的特性來(lái)獲得更高的密度和硬度，從而提高滑板的綜合性能；采用改質(zhì)瀝青作為粘結(jié)劑它具有更高的殘?zhí)悸?，在后處理過(guò)程中可以獲得更高的密度，它的結(jié)構(gòu)與基體材料更接近，可以避免在運(yùn)行中由于材料熱膨脹系數(shù)的差異而發(fā)生的開(kāi)裂現(xiàn)象，此外它在焙燒后成為碳，從而具有很好的耐溫性能；焙燒后的滑板碳素基體再浸漬熔融的瀝青，這樣可以降低滑板的氣孔率，達(dá)到封孔和防水的目的，增加陰雨潮濕天氣下的使用壽命，浸漬的熔融瀝青經(jīng)第二次焙燒后成為碳。因?yàn)榻M成滑板的材料全為碳素材質(zhì)，材質(zhì)本身就是很好的潤(rùn)滑劑，自潤(rùn)滑性能和減磨性能好，對(duì)接觸導(dǎo)線磨損小，滑動(dòng)時(shí)電磁噪聲小，且耐高溫，不易和接觸導(dǎo)線發(fā)生焊附現(xiàn)象，全碳滑板在與銅接觸導(dǎo)線摩擦?xí)r可以在導(dǎo)線上形成一層碳膜，大大改善了導(dǎo)線的磨耗狀況；由于采用的原料具有很好的熱塑性，因此可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的熱擠壓成型方式從而獲得整尺產(chǎn)品。
本技術(shù)特點(diǎn)是滑板為全碳素材料，滑板具有優(yōu)良的機(jī)械性能和導(dǎo)電性能，其自潤(rùn)滑性能和減磨性能對(duì)接觸導(dǎo)線的磨損小，從根本上解決了含金屬或浸金屬碳滑板的弊病。另外由于滑板能制成整尺的結(jié)構(gòu)與以往拼裝結(jié)構(gòu)的滑板相比更適應(yīng)接觸導(dǎo)線硬接點(diǎn)多的實(shí)際情況，因而可減少損傷或撞裂造成的故障，延長(zhǎng)了接觸導(dǎo)線的使用壽命。因?yàn)闃?gòu)成滑板的材料價(jià)格便宜，生產(chǎn)工藝所涉及的設(shè)備投資少，所以可降低產(chǎn)品成本。
實(shí)施例1按下述重量份配比配料石油焦粉60份瀝青焦粉 5份石墨粉 3份調(diào)質(zhì)碳 5份 改質(zhì)瀝青 55份生產(chǎn)本發(fā)明滑板的方法如下先將煅燒后的石油焦和瀝青焦破碎成粒度為0.075-3mm的石油焦粉和瀝青焦粉，煅燒溫度600-1300℃，選取石墨化度為70-95％、粒度為0.5-2mm的石墨粉，選取調(diào)質(zhì)碳，將石油焦粉、瀝青焦粉、石墨粉分別球化處理0.1-1小時(shí)，然后與調(diào)質(zhì)碳一起在溫度80-160℃條件下干混均勻，再加入改質(zhì)瀝青，在溫度120-180℃條件下濕混至均勻的糊料，送入擠壓機(jī)，擠壓機(jī)溫度100-130℃、壓力60kg/cm2，擠出整尺碳素基體，將碳素基體放入焙燒爐中燒結(jié)，漸漸升溫，在600-1200℃保溫2小時(shí)，自然冷卻，再將碳素基體置于浸漬罐中浸漬熔融的瀝青，壓力為0.5-1.2MPa，時(shí)間15小時(shí)，出罐后進(jìn)行第二次焙燒處理，所用時(shí)間為240小時(shí)，在最高600-800℃溫度下保溫2小時(shí)，使浸漬的瀝青變成碳，冷卻后，表面機(jī)加工處理，生產(chǎn)出滑板制品。
實(shí)施例2按下述重量份配比配料石油焦粉 60份 瀝青焦粉 5份石墨粉 3份調(diào)質(zhì)碳30份 改質(zhì)瀝青 45份生產(chǎn)本實(shí)施例滑板的方法與實(shí)施例1的生產(chǎn)方法相同。
實(shí)施例3按下述重量份配比配料石油焦粉 35份 瀝青焦粉 10份石墨粉 15份調(diào)質(zhì)碳12份 改質(zhì)瀝青 28份生產(chǎn)本實(shí)施例滑板的方法與實(shí)施例1的生產(chǎn)方法相同。
權(quán)利要求
1.一種電力機(jī)車(chē)受電弓用滑板，包括碳素基體，其特征在于該碳素基體由下述重量配比的組分組成石油焦粉 10-60份 瀝青焦粉 5-40份 石墨粉3-30份調(diào)質(zhì)碳5-30份 改質(zhì)瀝青 10-55份
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種電力機(jī)車(chē)受電弓用滑板，其特征在于碳素基體的各組分重量配比是石油焦粉 25-45份 瀝青焦粉10-25份 石墨粉5-20份調(diào)質(zhì)碳10-20份 改質(zhì)瀝青15-40份
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種電力機(jī)車(chē)受電弓用滑板，其特征在于碳素基體的各組分重量配比是石油焦粉 30-40份 瀝青焦粉 15-20份 石墨粉10-15份調(diào)質(zhì)碳13-17份 改質(zhì)瀝青 25-30份
4.一種制造權(quán)利要求1所述的電力機(jī)車(chē)受電弓用滑板的方法，其特征在于a、選粒度為0.075-3mm的石油焦粉和瀝青焦粉，b、選石墨化度為70-95％、粒度為0.5-2mm的石墨粉，c、將石油焦粉、瀝青焦粉、石墨粉分別球化處理0.1-1小時(shí)，d、然后加入調(diào)質(zhì)碳在80-160℃溫度條件下干混均勻，e、再加入改質(zhì)瀝青，在120-180℃溫度條件下濕混至均勻的糊料，f、將糊料送入擠壓機(jī)，擠壓壓力為60kg/cm2、保溫溫度為100-130℃，擠壓成型出碳素基體，g、將碳素基體放入焙燒爐中燒結(jié)，在600-1200℃溫度下保溫2小時(shí)，自然冷卻，h、燒結(jié)后的碳素基體置于浸漬罐中浸漬熔融的瀝青，壓力為0.5-1.2MPa，時(shí)間大于等于15小時(shí)，I、出罐后進(jìn)行第二次焙燒處理，在最高600-800℃溫度下保溫2小時(shí)，第二次焙燒時(shí)間在24小時(shí)以上，J、產(chǎn)品表面機(jī)加工處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電力機(jī)車(chē)受電弓用滑板及其制造方法，包括碳素基體，其碳素基體由10－60份石油焦粉、5－40份瀝青焦粉、3－30份石墨粉、5－30份調(diào)質(zhì)碳、10－55份改質(zhì)瀝青組成，其制造方法是將煅燒后粒度為0.075－3mm的石油焦粉和瀝青焦粉、粒度為0.5－2mm的石墨粉分別球化后與調(diào)質(zhì)碳干混、濕混均勻至糊料，經(jīng)擠壓成型出碳素基體，焙燒后浸漬熔融的瀝青，再焙燒，冷卻后表面機(jī)加工完成，本發(fā)明的滑板具有優(yōu)良的機(jī)械性能和導(dǎo)電性，同時(shí)能減小對(duì)接觸導(dǎo)線的磨損，延長(zhǎng)接觸導(dǎo)線的使用壽命，降低成本。
文檔編號(hào)H01B1/18GK1687995SQ20051001674
公開(kāi)日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2005年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月21日
發(fā)明者王占武 申請(qǐng)人:王占武