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电气化铁路接触线材料的研发
更新时间:2017-03-02      阅读:1813

随着高速铁路的迅猛发展,对电车接触线所用材料的要求也越来越高。

接触线是所有供电类导线中工作环境zui恶劣的一种,正常工作时需要承受冲击、振动、温差变化、环境腐蚀、磨耗、电火花烧蚀和极大的工作张力,其性能直接影响到高速列车的安全运行。根据高速铁路的技术要求,电气化铁路接触线应满足以下性能:

①抗拉强度高,综合拉断力不小于40kN;

②高电导率以减少电能损耗;

③耐磨性好,使用寿命不短于20年;

④耐热性好,300℃保温2h后的抗拉强度不小于初始态的90%;

⑤抗大气腐蚀性能好,这在空气污染严重、温暖潮湿的沿海及工业区尤为重要;

⑥线膨胀系数小以提高接触网的稳定性。

电车接触线主要有3大类,分别是:纯铜接触线、铜合金接触线、复合金属接触线。纯铜接触线是无氧铜杆拉拔成型后使用的接触线,其强化仅仅依靠加工硬化来实现。其优点是导电性优异,耐蚀性好,但强度低,易发生断线,抗软化温度低,耐热性能差,耐磨性差;随着牵引电力机车功率增大,其寿命大大缩短。因此,纯铜接触线无法满足高速电气化铁路的要求。而复合金属接触线,如铝包钢、铜包钢复合接触线等,其耐腐蚀性比铜和铜合金差。

电车接触线采用合金化可以明显改善纯铜接触线的耐热性能,提高软化温度以及力学强度,同时利用多元微量的原则,可使合金元素对电导率的影响降至zui小,满足高速电气化铁路对接触线的要求。因此,采用多元微量的传统合金冶炼方法,仍是高强高导铜合金接触线的发展方向。由于铜合金接触线高温强度高,耐磨性好,而相对电导率下降不大,所以目前在电气化铁路接触网中占主导地位。国外高速电气化铁路几乎全部采用铜合金接触线。我国铁道部从运输、供电安全可靠、减少维修及经济方面的考虑,也提倡在高速线路上推广使用铜合金接触线。

接触线在研制中,常用的合金元素主要有Ag、Cd、Cr、Zr、Sn、Mg、Re等。目前,铜合金接触线材料的研发主要有以下几种:

(1)银铜合金型接触线,包括银铜和铜锡银。目前,研究主要集中于添加第三元素对银铜合金接触线性能的影响。结果表明,微量稀土元素的加入可以提高银铜接触线的强度、硬度和耐热性,而对银铜接触线的导电性影响很小。

(2)锡铜合金型接触线。这一类接触线制造工艺简单,成品率高,价格相对便宜。日本运行速度300km/h的东海道新干线和山阳新干线提速工程中采用新型铜锡合金接触线。

(3)铬锆铜合金接触线。这一类接触线具有较高的高温强度,并有较好的耐磨性能。

(4)镁铜合金接触线。这一类接触线的抗拉强度可以达到500MPa,且耐磨性好,耐高温性能也较优异。

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