电气化铁路用压接式接触线电连接线夹试验分析与研究

第４０卷Ｖ（）Ｊ．４０　第４期　Ｎ０．４　铁道技术监督　ｌ｛＾ＩＩ　ＷＡＹ（ＪＩｌＡ１　１　１、Ｙ　Ｉ：ＯＮ　Ｉ　ｌ｛（）Ｉ　电气化铁路用压接式接触线电连接线夹试验分析与研究　贾志洋，陈立明　（铁道部产品质量监督检验中心，北京１０００８１）　摘要：从接触网用压接式接触线电连接线夹的技术条件、成型机理及影响因素等方面入手，利用理论　计算和试验验证等手段，分析电连接线夹产生松脱及裂纹的原因。同时，对进口及国产电连接线夹的化学成　分、物理性能、机械性能、电学性能和压接工艺进行了试验和研究，并提出改进建议。　关键词：接触导线；线夹；松脱；裂纹；成因分析　中图分类号：Ｕ２２５．４８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—９１７８（２０１２）０４—００２７—０６　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔａｒｔｉｎｇ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｓ，ａｎｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅｏ—　ｒｅｔｉｃａｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｖｅｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒｓ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅｓ　ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ　ｉｎ　ｌｏｏｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｒａｃｋｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　ｃｌａｍｐｓ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒｓ　ｃａｒｒｙ　ｏｕｔ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉ—　ｔｉｏｎ，ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｆｅａｔｕｒｅｓ，ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｐｒｅｓｓ　ｊｏｉｎｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ａｎｄ　ｆｎ　ｅｉｇｎ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　ｃｌａｍｐｓ，ａｎｄ　ｇｉｖｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ，　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏｎｔａｃｔ　Ｗｉｒｅ；Ｃｌａｍｐ；Ｌｏｏｓｉｎｇ；Ｃｒａｃｋ；Ｃａｕｓｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　１概述　近年来，随着电气化铁路建设的快速发展，大　量新结构新Ｔ艺的接触网零部件得到应用，如压接　式接触线电连接线夹。这种电连接线夹通过压接方　式固定，分别与接触线、承力索及软铜绞线一起，　构成完整的接触网供电回路。　压接式电连接线夹的优点是体积小、重量轻，　结构及工艺相对螺栓式电连接线夹比较简单。但在　实际应用中，曾出现松动及脱落现象，现场详细检　查时，发现其表面沿轴向出现贯通性裂纹。因此，　有必要对压接式接触线电连接线夹进行全面的分析　与试验研究。　ｌ一接触线电连接线夹；２一ｕ型卡子　单位：ｍｍ　图１接触线电连接线夹截面　２压接式接触线电连接线夹成型机理及影　响因素　压接式接触线电连接线夹截面如图１所示。　该线夹与德国进口产品结构基本相同。其特点　是线夹夹持电连接线和接触线的力是通过压接后的　塑性变形而产生的。根据压接工艺要求，压接用液　压夹具压接强度为７０　ＭＰａ，压接力为２４０　ｋＮ。　接触线电连接线夹压接示意如图２所示。　收稿日期：　作者简介：　图２接触线电连接线夹压接示意　・２７・　铁道技术监督　以线夹中性层为界，上部为拉应力状态，下部　为压应力状态。如果材料不具备足够的延伸率，在　较大拉应力作用下，上部有可能发生撕裂。　２．２模具结构与形状　为确保线夹工作可靠，压接模具型腔的设计必　须与产品材质性能相匹配。如型腔１材质的延伸率　大于线夹材质延伸率时，在压接过程中会因垂向变　形过大而产生较大的拉应力，造成材料撕裂。如型　腔２设计过小，或者线夹下部设计过厚时，在压力　一定的条件下，塑性变形不足，造成线夹对接触线　的压力不足，易产生松动或脱落。　另外，模具的材质、结构尺寸、压面斜率等同　样十分关键。由于模具受力较大，若模具加工精度　不够或材质强度不足时，在反复使用后，模具会发　生较大变形，从而改变压接时的受力点或型腔尺　寸，进而改变线夹的压接受力状态与形状。　２．３压接工艺　（１）电连接线夹为一种固定式电接触，为防止　电烧伤，必须减少电接触的电功率损耗。电连接线　夹的电功率损耗Ｐ为　ｐ＝ＩＺＲｊ，　（１）　式（１）中，，为电流，Ａ；Ｒ　为接触电阻，Ｑ。Ｒ；　的计算公式为　．－尺氧化＋　过渡＋　体积。　（２）　式（２）中，Ｒ氧化为氧化电阻，Ｑ；尺过渡为过渡电　阻，Ｑ；Ｒ体积为材料体积电阻，ｎ。　当线夹尺寸给定、材料选定后，尺体积已固定，　为减少　ｉ，需减少式（２）中的尺氧化与　过渡。　压接工艺中规定，压接前电连接线表面与接触　线沟槽表面必须打磨干净，目的就是为破坏２个接　触面氧化膜形成的氧化电阻尺氧化。　过渡的计算公式为　Ｒ　、／　，　（３）　式（３）中，Ｐ为电阻率，Ｑ・ｍ；　为系数；Ｈ为接触　硬度，Ｎ／ｍｍｚ；ｎ为接触点数；Ｆ为接触面压力，Ｎ。　从式（３）可以看出，可通过降低Ｈ、增加　或　增加Ｆ，来减小尺　渡。　（２）为避免线夹与接触线发生松动、脱落，必须　保持对接触线持续的夹持力。为分析方便，假设线夹　与接触线接触时，接触线对线夹施加的是一个集中载　荷，将电连接线夹夹头部分简化为带弯悬臂梁，其模　型与弯矩如图８所示，力平衡示意如图９所示。　图８模型及弯矩　＼　＼　　１　，图９力平衡示意　从图９可以看出，压接后，理想状态下接触线　与线夹之问的压接力　与　大小相等。　若压接时出现卡子未入槽或模具未放正等情　况，会造成Ｏ／　≠Ｏｔ　。由于线夹与接触线之间不是封　闭体，在接触线自重或外力作用下，如振动、风摆　等，线夹易发生脱落。　３压接式接触线电连接线夹试验及分析　在确定了电连接线夹的压接机理及影响因素　后，需通过具体试验对理论结果进行验证，并对出　现的松脱及裂纹等情况进行原因分析。　３．１现场检查情况　在现场检查中发现，电连接线夹易出现压接不　合适、松动、脱落甚至裂纹情况。具体对比照片见　图１０一图１３　・２９・　质量管理　图ｌ０压接合格现场照片　图ｌｌ线夹压坏现场照片　图１２卡子压偏典型照片　图１３表面轴向裂纹典型照片　３．２按ＴＢ／Ｔ　２０７５￣２０１０要求进行的试验　根据ＴＢ／Ｔ　２０７５－－２０１０《电气化铁路接触网零　部件》及客运专线技术规格书要求，压接式接触线　电连接线夹在按压接工艺压接后，需进行滑动荷　重、接触电阻及振动等试验，试验结果分别见表　】、表２和表３　表１压接式接触线电连接线夹滑动荷重试验结果　表２压接式接触线电连接线夹接触电阻试验结果　表３压接式接触线电连接线夹振动试验结果　检验结果　检验项月　技术要求——　备注　试样６　试样７　（振动前）ｎ础９５）　ｉ：　ＩＪ鎏　．Ｊ　ｉ　ｉ　振动试验　淼通过　通过　・３０・　由试验结果可知，在压接工艺合格的前提下，　线夹试验结果满足ＴＢ／Ｔ　２０７５－－２０１０及客运专线技　术规格书要求。　３．３模拟现场试验　根据现场反映，电连接线夹发生松动、脱落，　与机车受电弓通过时的振动有关。这是因为振动引　起电连接线的摆动，给线夹施加了侧向力。为此，　按照现场检查发现的几种卡子安装状态，对线夹施　加侧向力，做模拟试验，试验结果见表４。　表４模拟试验结果　鼍卡子型式　线夹安装状态　试验结果　ｉ　震５７ｋＮ时脱落　２　单卡子　人槽，另一端顶在８　ｋＮ时脱落　，　＿＿　单　≈双　４　双卡子　底部　槽，上部卡８ｙ：－－．３６　ｋＮ时脱落　灏　一子卡…燃∽体于露外后与　侧一　　一…∽好　＿　　。底顶端　端端　部在弗。卡线磐　卜灶吨　＿　　对税落　底部卡子一边入槽，另一边　人∞　＿　禽　“ｌ斜接㈣６双卡子　倾压合＿边＿一∞部夹∞　贴　∞不　双卡子　上部卡子一端并在一起，压嚣　｝、　　　槽　上　接后一侧接触线与线夹贴合　郎　警微扳动即脱　不好，卡子外露　另卡　一子　端一　注：压接用工具及模具与现场一致。　∞　根据试验结果，可以得出如下结论。ｋ　　（１）试验１与试验４说明，只要安装到位，无　睨　论单卡子还是双卡子，均有较大的抗侧向力能力，氍　　不会发生松动、脱落等异常现象。　（２）试验２与试验５说明，虽然卡子一端为入　槽，但另一端顶在线夹上端时，压接力并未改变线　夹前端的形状或角度，线夹与接触线间贴合仍很紧　密，不易发生松动、脱落等异常现象。　（３）试验３与试验６说明，无论单卡子还是双　卡子，只要一端未入槽，并且外露在线夹侧面，在　很小外力作用下均会发生松动和脱落。　３．４　理化、材质强度及失效分析试验　３．４．１化学成分　接触线电连接线夹本体材质为Ｔ２铜，应满足　ＧＢ／Ｔ　５２３１—２００ｌ《加丁铜及铜合金化学成分和产　品形状》要求。化学成分含量试验结果见表５。　铁道技术监督　一　一∞一≯㈡　进　线　兜　僭　≯　４０卷　４朗　表５化学成分含量试验结果　％　口线夹所用材料Ｃｕ—ＥＴＰ的非比例延伸强　度航拉强度（屈强比）为０．５０。　３．４．４失效分析　一销　甜　一　对从现场取回的有纵向裂纹的线夹ｌ＃一　１、现场压接中有疑似裂纹的线夹ｌ＃一２，进　一＿　行裂纹检验及成因分析。分析结果表明，　大量平行表面分布的氧化铜夹杂物，如图　～蘩　藿　　１＃一１试样接近外表面的局部组织中，存在　一　一书∞∞　曩。　】４所示　由试验结果可以看出，试样均满足ＧＢ／Ｔ　５２３１—２００１要求。　３．４．２硬度试验　对进口零件与国产零件各取２个进行显微维氏　硬度试验，试验结果见表６。　表６表面维氏硬度试验结果　样品编号　显微维氏硬度ＨＶ０．２　【蒌　国产线夹　７＃　８＃　１０６　ｌＯ７　１０４　ｌ１ｌ　１１３　１Ｏ７　图１４裂纹内部铜氧化物　这些夹杂物在受到表面张拉应力作用时发生断　从试验结果可以看出，国产电连接线夹表面维　氏硬度大于进口线夹。　３．４．３力学性能　裂，是导致该试样局部表面出现纵向裂纹的原因。　ｌ＃一２试样中，表面裂纹属于产品退火后表面受到　挤压变形形成的折叠缺陷，如图ｌ５所示。　拉伸试验样品为国产电连接线夹的半成品Ｔ２　铜型材，试验结果见表７。　表７拉伸试验结果　图１５裂纹剖面形态　进口电连接线夹的材质为Ｃｕ—ＥＴＰ，机械性能　这些缺陷在线夹穿线后进行紧固挤压变形的过　程中受到张拉而张开，形成裂纹状缺陷。　满足ＥＮ　１２１６５：２０１　１《铜和铜合金已加工和未加　工锻坯》的要求，试验结果见表８。　表８　ＥＮ　１２１６５：２０１１中Ｃｕ—ＥＴＰ机械性能　４结论及建议　４．１结论　综合理论分析、现场检查、模拟试验以及其它　试验结果可以得出如下结论：　（１）线夹发生松脱的主要原因是未按压接工艺　从表７、表８可以看出，国产半成品铜型材的　要求安装。双卡子结构非德同原型，新增加的弹性　卡子外形尺寸与线夹本体安装位置的尺寸不匹配，　・非比例延伸强度／抗拉强度（屈强比）为０．９２，而进　３１・　第４Ｏ卷　第４期　Ｖｆ，Ｉ．４（）　ｆＪ＿４　铁道技术监督　、ｆｆ　＼＼、、ｆＪ　ｃ、『ｌＩ　（（ｊ、　¨　ｆ　Ｉ　质量管理　Ⅵ、＼、（，ｆ＿ⅥＩ　ｆ　列车试风系统执行器充风速度慢的原因及其处理　唐欣，张杰，皮凤石　（太原铁路局湖东车辆段曹妃甸西运用车间，河北唐山０６３２１０）　摘要：太原铁路局曹西列检作业场地面试风设备为ＴＷＬ—Ｏ１型微机控制制动机试验系统和列车制动机　试验监测系统。通过对列车车辆制动试验数据的分析，还原试风过程，为准确判断处理列车试风系统设备故　障提供依据。　关键词：列车检查；列车试风系统；执行器；故障分析；故障处理　中图分类号：Ｕ２９１．１２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６—９１７８（２０１２）０４—００３２—０３　ｌ概况　充风缓解速度缓慢问题，不能保证在正常技检　时间内完成作业，增加了作业强度，影响运输　组织。　太原铁路局曹西列检作业场地面试风设备为　ＴｗＬ一０ｌ型微机控制制动机试验系统和列车制动　例如　２０１１年１２月７日，曹西作业场三班一　机试验监测系统。现场试风设备主要有列车前　部执行器、尾部无线风压监测仪和列尾通讯基　站等。最近，在列车制动机试验时，常常出现　收稿日期：２０１２－０１—０９　组技检单元万吨列车Ｃ８０型运煤专用敞车Ｔ８７２４０４　次１０２辆，２３：３２技检开始，００：５９技检结束，　技检时间８７　ｍｉｎ，比规定的６０　ｍｉｎ延长２７　ｍｉｎ。　００：２２安定减压１７０　ｋＰａ，００：２５充风缓解，Ｏ０：５０　充风到定压，充风时间２５　ｍｉｎ。该列车制动机试　作者简介：唐欣，助理工程师；张杰，高级工程师　风试验曲线如图１所示。　客观上增加了安装难度。　全面性，增加对有色金属表面硬度、压接产品工艺　（２）化验结果说明，线夹材质的化学成分满足　ＧＢ／Ｔ　５２３　１—２Ｏ０ｌ的要求。　（３）力学试验说明，线夹材质的抗拉强度倔服　强度比进口材质的偏低。　（４）失效分析说明，线夹表层氧化是导致线夹　检查以及现场施工检验等试验方法。　参考文献　［１］ＧＢ／Ｔ　５２３１—２Ｏ０１加工铜及铜合金化学成分和产品形状［ｓ］．　北京：中国标准出版神，２００１．　［２］ＴＢ厂ｒ　２０７５－－２０１０电气化铁道接触网零部件［ｓ１．北京：中国　铁道　版社，２０１０．　在安装后局部出现表面裂纹的主要原因，这些裂纹　均为表面裂纹，深度一般不大于０．２　ｍｍ。　４．２建议　［３］ＴＢ／ｒＩ．２０７４－－２０１０电气化铁道接触网零部件试验方法［ｓ］．北　京：中国铁道出版丰十，２０１０．　［４］ＴＢ／Ｔ　２０７３－－２０１０电气化铁道接触网零部件技术条件［ｓ］．北　京：中国铁道　版礼，２０１０．　（１）产品制造厂家应进一步对压接式电连接线　夹国产化进行研究，解决硬度偏高、屈强比偏低及　［５］欧洲标准委员会．ＥＮ　１２１６５：２０１１铜和铜合金：已加工和未加　工锻坯［ｓ］．欧洲标准委员会，２０１　１．　［６］国家钢铁材料测试中心．（２００９）钢测（ｚ）字第ｌ３８号分析测试　报告［ｚ］．　［７］铁道部产品质量监督检验中心接触网零部件检验站．（２００９）　ＪＣＷ字第ＷＺＸ一２２７号检验报告［ｚ］．　［８］铁道部产品质量监督检验中心接触网零部件检验站．（２００９）　压接Ｔ艺等关键技术问题，提高产品质量及稳定　性。　（２）施Ｔ单位及建设单位在现场施工过程中应　严格按照工艺要求进行操作，提高压接产品质量稳　定性，保证铁路建设安全性和可靠性。　（３）质检部门应在工程验收检验中提高检验的　・ＪＣＷ字第ＷＺＸ一２２９号检验报告［ｚ］．　＿１（１“…　３２・　２０１　２　４　ＪＪ（