本發(fā)明涉及高鐵動車技術領域，尤其是涉及對于高鐵動車電氣設備和電機的回路連接時的一種接地裝置使用的摩擦盤。

背景技術：

高鐵動車運行所需的27.5kv的高壓電，由地區(qū)專用供電網絡、接觸網、動車組設備和電機、鐵軌等部分構成的回路提供電能轉化后獲得，即摩擦接電原理：地區(qū)專用供電網絡連接接觸網，列車的受電弓搭接接觸網將電能引入到電氣設備和車內電機輸入端，電機的輸出端連接到車上接地裝置的電刷，摩擦盤與電刷旋轉摩擦接觸，摩擦盤連接車軸、車輪、鐵軌，這樣鐵軌與供電網絡連接構成回路，當回路閉合時電能驅動電機運轉帶動列車運行。

理論上，如果需要構成閉合的回路，電機的輸出端可直接連接車體，即電流通過車體上的軸承進入車軸、車輪、鐵軌，但此種連接時，電流會流過軸承，導致軸承遭受電腐蝕，造成貴重的軸承過早損壞。

因此高鐵動車的接地裝置的作用就是在軸承的內、外圈之間建立一個短接回路，避免電流在軸承的內、外圈、滾動體間流動，對軸承產生電蝕，影響軸承壽命。

技術實現要素：

針對現有技術的這些問題，本發(fā)明提供一種接地裝置使用的摩擦盤，其具備耐摩擦性和導電性。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

為了提高摩擦盤的使用壽命，決定采用銅基材為主要材料，表面建立耐磨、導電、傳熱的人工“氧化膜”的技術方案。

經研究得知傳統(tǒng)的摩擦接電原理是：摩擦盤、碳刷在相對運動過程中，受碳刷成分、摩擦盤成分、摩擦盤表面粗糙度、碳刷工作壓力、摩擦速度、工作電流、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等因素的共同作用下，在摩擦盤、碳刷之間產生一個極其薄的復合材料層，目前這個復合材料層的化學成分沒有一定的標準，物理尺寸沒有一定的標準，甚至連名稱也沒有一個統(tǒng)一標準，對于這個“復合材料層”有稱之為“氧化膜”的，也有稱之為“皮膜”的，行業(yè)不一、地域不一，稱呼也不一，但這個復合材料層的功能工程師們是一致認可的，即，該復合材料層具有較高的“硬度”及較好的“表面粗糙度”，在這個復合材料層建立后，可以有效地降低摩擦盤、碳刷的磨耗，該復合材料層狀態(tài)良好時，摩擦盤、碳刷的磨耗有可能達到《型式試驗大綱》的要求。但由于該復合材料層的產生、保持，受多種因素的影響，因此，該復合材料層的建立與保持具有較大的隨機性，即在同樣使用摩擦盤、碳刷摩擦接電器件場合，如發(fā)電機中的摩擦接電器件，由于工況比較穩(wěn)定，該復合材料層建立的可能性大、保持的時間長，但對于高鐵動車這種在環(huán)境溫度、濕度、速度等工況隨時變化的應用場合，該復合材料層的建立與保持基本上就是“靠天吃飯”，摩擦盤、碳刷的磨耗很難穩(wěn)定，且試驗數據表明，現有技術基礎上所產生的復合材料層電阻較大，復合材料層過厚將導致接觸電阻過大，大電流時發(fā)熱嚴重，無法滿足高鐵動車對于接地裝置發(fā)熱量的驗收標準。

一種接地裝置使用的摩擦盤，包括青銅制的摩擦盤本體，摩擦盤本體分為摩擦面和連接面，所述摩擦面上設置碳化鎢涂層。

上述技術方案中，所述碳化鎢涂層厚度為5-100微米。

上述技術方案中，所述摩擦盤本體周邊設置帶有通孔的固定耳，摩擦盤本體通過固定耳鑲嵌固定在摩擦盤鑲嵌件上。

上述技術方案中，所述固定耳為四個，均勻分布在摩擦盤本體周邊。

本發(fā)明與現有技術相比較所具有的有益之處在于：

(1)與現有技術相比，本發(fā)明在導電性良好的銅基材表面，人為建立一個超耐磨、超光滑的表面，起到了現有技術中摩擦盤表面復合材料層的作用。

(2)本發(fā)明突破了對現有技術中摩擦盤表面要求具備一定粗糙度的要求的觀點，人為建立的這個耐磨復合材料層(氧化膜)，具有相當好的耐磨性和導電性，以及散熱性，對于我國高鐵動車的國產化起到了積極的作用，降低了成本同時增加了高鐵動車的安全性。

(3)機車車體受電端的電流傳遞到導電端頭上，由于導電端頭與導電體的導電面緊密貼合，所以導電端頭的電流傳遞到導電體上，實現了機車車體的接地。

(4)較厚的碳化鎢涂層有利于提高摩擦盤本體摩擦面的使用壽命，甚至可以實現“終身”使用,節(jié)約了機車的運行成本。

(5)傳統(tǒng)碳刷的摩擦盤表面微小的凹凸不平會對碳刷表面的形成“機械切削”，本設計中人為獲得的高平整度的“摩擦表面”達到了“鏡面”平整度，將微觀的“機械切削”減至最小。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明結構的裝配圖。

圖2為本發(fā)明結構的分解圖。

其中:1、摩擦盤本體，2、摩擦面，3、連接面，4、通孔，5、固定耳，6、彈性柱銷，7、定位孔

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

根據圖1所示，作為實施例所示的一種接地裝置使用的摩擦盤，包括青銅制的摩擦盤本體，摩擦盤本體分為摩擦面和連接面，摩擦面上設置碳化鎢涂層，碳化鎢涂層厚度為5-100微米，通過超音速火焰噴涂工藝將碳化鎢噴涂在摩擦盤本體的摩擦面上，形成5-100微米碳化鎢涂層，實施例使用10微米的碳化鎢涂層。

摩擦盤本體周邊設置四個帶有通孔的固定耳，摩擦盤本體通過固定耳鑲嵌固定在摩擦盤鑲嵌件上,固定耳均勻分布在摩擦盤本體周邊。

碳化鎢涂層是在摩擦盤本體的摩擦面上人為建立“氧化膜”，此人為建立的“氧化膜”其屬性已經不同于傳統(tǒng)意義的“氧化膜”，屬于“超硬涂層”，雖然“超硬涂層”加工在機械領域是個比較成熟的“表面強化”技術，在需要超硬度、超耐磨、抗腐蝕等場合，“超硬涂層”早已有了廣泛的應用。如：耐磨導軌、軸承、軋輥，但對于“超硬涂層”的應用基本局限于發(fā)揮其物理、化學方面的優(yōu)勢，對于“超硬涂層”電氣特性少有研究。

在研發(fā)本發(fā)明時，對比研究了現有技術中比較成熟的“超硬涂層”材料，如：1、導電陶瓷類(如：二氧化錫、復合三氧化二鋁等)。2、超硬金屬(如：金屬鎢、金屬鉬等)3、碳化物(如：碳化鎢、碳化硅等)4、新材料(如：石墨烯、碳纖維等)。這些材料都具備超硬、導電的特性，但綜合考慮上述材料的導電能力、工藝性、成本、可靠性等問題，本發(fā)明最終采用了“碳化鎢”。

本發(fā)明中碳化鎢涂層主要采用“噴涂”工藝施工，在多種“噴涂”工藝中，經研究采用一種“超音速火焰噴涂”工藝進行噴涂，超音速火焰噴涂(highvelocityoxyfuel,簡稱hvof)是利用氫、乙炔、丙烯、煤油等做燃料,用氧氣作助燃劑,在燃燒室或特殊的噴嘴中燃燒,產生高達2000—3000℃、2100m/s以上速度的超音速燃焰,同時將粉末送進火焰中,產生熔化或半熔化的粒子,高速撞擊在基體表面上沉積形成涂層,其涂層比普通火焰噴涂或等離子噴涂結合強度更高,更致密。

對于碳化鎢涂層厚度的選擇，一般選擇在5-100微米的范圍。

由于碳化鎢涂層的硬度可以達到hv1100(硬度值)，一般材料與其“對磨”從機械層面講基本不會對其造成磨損，尤其硬度不高的“碳刷”更難以對其造成傷害。理論上講，一層極薄的“碳化鎢”涂層與“碳刷”“對磨”其壽命幾乎是“終身”的，但在實際工作中，碳化鎢涂層不僅要承受“機械磨損”，同時還要承受“電腐蝕”。高鐵動車中，電腐蝕一般由兩個原因造成：1、“電火花”腐蝕，由于機械振動原因，碳刷有時會瞬間脫離摩擦盤形成“空氣間隙”，在較高電壓作用下可能造成火花放電，局部的高溫有可能對“涂層”造成極微小的“點狀”燒損。雖然次數不多的微小的“點狀”燒損不會造成影響，但頻繁的微小點狀燒損的確會降低摩擦盤“涂層”的壽命。但這種現象對于高鐵動車的“接地裝置”來說表現的并不突出，其原因在于：動車的接地裝置內是多個，一般為3個碳刷“并聯”使用，這些碳刷同時脫離“摩擦盤”是個發(fā)生概率極小的事件，基本可以不予考慮；2、“電化學腐蝕”。高鐵動車工作時摩擦盤、碳刷彼此接觸，由于材料本身的“電位”不同，有可能發(fā)生電子的轉移。金屬材料丟失電子即發(fā)生了氧化，使材料失效。由于工作時摩擦盤、碳刷之間通過較大電流，這種電子的定向移動也有可能造成“電化學腐蝕”，但試驗證明，這兩種“電化學腐蝕”所帶來的危害從“宏觀”看是極其輕微的；3、材料接觸面分(原)子在微觀層面的遷移，受電磁力、引力等作用，分(原)子間可能具有一定的“粘性”，從而導致在彼此密切接觸、發(fā)生相對摩擦、運動時，高強度的材料如摩擦盤可能會從低強度材料，如碳刷上撕扯掉一些物質，雖然每次撕扯掉的物質量極小，但長時間、頻繁的撕扯也會造成低強度材料碳刷產生尺寸變化，雖然一層極薄的碳化鎢涂層即可滿足使用，從電化學腐蝕角度看，摩擦盤的涂層具有一定的厚度是必要的。

較厚的碳化鎢涂層有利于提高摩擦盤本體摩擦面的使用壽命，甚至可以實現“終身”使用，但過厚的“涂層”將會帶來較大的“涂層”電阻，使接觸電壓升高，大電流通過時發(fā)熱較大。由于碳化鎢涂層本身已經具有比較高的使用壽命，過厚的碳化鎢涂層以及過高的使用壽命(以致大大超過相關零件的使用壽命)既不符合“價值工程”同時也造成了貴重材料的浪費。試驗數據表明一個5-100微米的碳化鎢涂層基本可以滿足一個使用壽命周期。

衡量摩擦盤的主要指標是摩擦盤的磨耗量和接觸電阻-壓降。

碳化鎢涂層相對于碳刷的磨耗量的分析：

碳刷磨損的主要原因一般有兩個，一是電腐蝕，二是純粹的“機械磨損”，對于碳刷高磨耗貢獻最大的是純粹的“機械磨損”，所謂碳刷的機械磨損從微觀上看就是摩擦盤表面微小的凹凸不平對碳刷表面的“機械切削”，在不考慮其他因素的條件下，一個高平整度的“摩擦表面”是減小碳刷磨耗的有效手段。但在傳統(tǒng)摩擦接電器件中，這個高平整度的“摩擦表面”是通過長期磨合自然形成的“氧化膜”來實現的，但在碳化鎢涂層的摩擦盤中是通過高精度的研磨加工獲得，這個人為獲得的高平整度的“摩擦表面”達到了“鏡面”平整度，將微觀的“機械切削”減至最小。

摩擦盤使用青銅制摩擦盤，屬于現有技術，在此不予以贅述，

摩擦盤磨耗量的分析：

根據《中國標準動車組接地裝置統(tǒng)型技術條件》接地裝置中，摩擦盤與碳刷配合提供可靠導通電路并實現低磨耗，摩擦盤的正常工作狀態(tài)中，摩擦盤表面溫度不得超過120度，摩擦盤壽命不低于240(+24)萬公里。

對實施例的摩擦盤進行試驗，根據動車使用的唐車股份《crh380動車組技術規(guī)范接地裝置》3.2使用壽命條款：關于380型高速動車組摩擦盤的磨耗量的要求是每100萬公里的磨耗量不超過0.2mm。在采用常規(guī)碳刷的情況下，根據試驗，對實施例的摩擦盤進行的240小時10萬公里的試驗中，得到的數據中，碳化鎢表面的磨耗不存在；進而對于240萬公里的試驗中，得到的數據中，碳化鎢表面的磨耗與10萬公里的比較，磨耗不明顯，摩擦盤耐磨量以及壽命符合要求。

碳化鎢涂層相對于電刷接觸電阻的分析：

《中國標準動車組接地裝置統(tǒng)型技術條件》的規(guī)定，靜態(tài)條件下，470a的工況下，接觸電阻最大值是5歐姆。在進行的470a的試驗中，靜態(tài)接觸壓降低于0.5v,接觸壓降的數值大多數是在300mv-450mv之間，有的更低，接觸電阻指標符合要求。換算的靜態(tài)接觸電阻值不超過1歐姆。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。