一種導電軌接頭

《一種導電軌接頭》涉及一種導電軌接頭。

在城市地下軌道電動車輛的供電系統(tǒng)中，為了降低線路建設的成本常采用導電軌牽引供電技術。所謂“導電軌牽引供電”就是在列車行走的兩條路軌以外，再加上帶電的軌道。這條帶電軌道通常設于兩軌之間或其中一軌的外側，電動列車的集電裝置集電靴在帶電的導電軌上接觸并滑行，把電力傳到列車上。

2010年前，導電軌均使用鋼鋁復合軌，單根導電軌的長度通常為12米到20米，必須將多根導電軌電連接和機械連接在一起，才能實現為電動列車提供電能的功能。像所有軌道一樣，導電軌也會隨溫度的變化發(fā)生熱脹冷縮，兩根相鄰導電軌的端部必須留有一定的間隙，為了實現相鄰兩根導電軌的電連接，在鋪設導電軌時，必須在這兩根導電軌連接處安裝可以伸縮的導電接頭，并要求其具有接觸電阻小，可靠性好，安裝方便等特性。

以往導電軌是通過連接導電軌兩個端部的魚尾板來實現電連接，為了提高電連接的可靠性，2010年前都在導電軌的連接處增加了膨脹接頭。

專利申請?zhí)枮镃N200720036403.7的在先專利《一種軌道交通導電軌補償裝置》公開了一種由三塊可相對滑動的鍍銀銅質主副片構成的膨脹接頭，這種膨脹接頭的主片、副片固定在導電軌上，主片插入兩副片之間，并用一個帶墊板的U型螺栓夾具固定，U型螺栓上設有彈簧，主副片之間通過平面摩擦接觸來實現導電功能，這種膨脹接頭在使用過程中存在一些缺陷，表現為：①主副片間的接觸電阻不易控制，電動列車運行過程中產生的振動，局部溫度的變化，主副片的磨損、腐蝕，異物的侵入，夾緊力大小的變化等，均會導致接觸電阻發(fā)生變化；②螺栓的扭矩控制困難，如果螺栓的扭矩太大，主副片間壓緊力過大，則膨脹接頭就不能伸縮自如，在導電軌發(fā)生伸縮變形時會產生較大的阻力，甚至可能導致導電軌發(fā)生變形；壓緊力不夠則主副片不能很好地接觸，接觸電阻增大而影響載流。③在主副片之間的接觸點或面上均會存在一定的電壓降，當接觸電阻較大或接觸不良時可能產生過熱和電弧燒蝕等現象。

專利號為ZL02820582.0的在先專利《用于接觸軌的伸縮式連接器》公開了一種使用多層金屬電導體的伸縮式連接器，在實施中主要是使用具有優(yōu)良導電性能的多層金屬帶軟連接，電導體金屬帶固定在連接元件上，連接元件由非金屬材料制成的，可移動或可滑動地安裝在接觸軌（導電軌）的兩個互相面對的端部內或上，其作用是保證導電軌只能沿長度方向伸縮。但是，在導電軌發(fā)生縱向伸縮時，連接元件兩端滑槽的摩擦阻力是很難保持均衡。而且，多層金屬帶是具有一定剛性的，因此，在接觸軌發(fā)生伸縮時兩邊彎曲部分的壓縮或延伸行程難以保證一致和均勻，可能出現一邊伸縮幅度較另一邊明顯不對稱，甚至可能出現電導體一邊的彎曲部反復被過壓縮或過延伸，導致部份金屬帶疲勞損壞，甚至發(fā)生斷裂。在極端情況下，如只有導電體一邊的彎曲部發(fā)生伸縮，彎曲部發(fā)生過度的彈性變形，還有可能使導電體與地面或導電軌的底面接觸，從而造成安全隱患或安全事故。

圖1為《一種導電軌接頭》的結構示意圖。

圖2為圖1的A-A剖視圖。

圖3為《一種導電軌接頭》在常溫下導電軌不發(fā)生伸縮時的示意圖。

圖4為《一種導電軌接頭》導電軌因溫度升高而伸展時的示意圖。

圖5為《一種導電軌接頭》導電軌因溫度下降而收縮時的示意圖。

附圖中標號為：左導電軌1、左水平調節(jié)孔11、中間軌2、接觸面21、右導電軌3、右水平調節(jié)孔31、支板4、左支板41、右支板42、電導體5、左電導體51、右電導體52、導線6、左導線61、右導線62、魚尾板7、螺栓71、固定孔8。

2020年7月14日，《一種導電軌接頭》獲得第二十一屆中國專利獎優(yōu)秀獎。

實施例1

見圖1至圖5，該實施例包括左導電軌1、中間軌2、右導電軌3、支板4、電導體5、導線6和魚尾板7。

左、右導電軌和中間軌的截面均呈“工字形”，在導電軌的上部有接觸面，如圖2所示的中間軌的接觸面21。軌道電動車輛的集電靴在接觸面上滑動實現受流。左導電軌1的右端面、中間軌2的兩端面以及右導電軌3的左端面為相互平行的斜面。支板4為具有良好的導電性、可焊性和有足夠機械強度的金屬材料，支板4分為通過焊接或者鉚接的方式安裝在左導電軌1底面的左支板41和安裝在右導電軌3底面的右支板42，兩者非對稱安裝，如圖3至圖5所示，二者之間有一定的高度差。電導體5為具有良好導電性能的銅排，分為左電導體51和右電導體52，左電導體51的左端與左支板41固定、右端懸置，右電導體52的右端與右支板42固定、左端懸置；導線6為編織軟銅線，分為左導線61和右導線62，左導線61的兩端分別連接左電導體51的固定端和右電導體52的懸置端，右導線62的兩端分別連接在左電導體51的懸置端和右電導體52的固定端，導線6連接后能保持松弛。在左導電軌1和右導電軌3的中部分別設有腰圓形的左水平調節(jié)孔11和右水平調節(jié)孔31，中間軌2的中部設有固定孔8，魚尾板7通過螺栓71、左水平調節(jié)孔11、右水平調節(jié)孔31和固定孔8安裝在左導電軌1、中間軌2和右導電軌3中部的兩側，緊固在中間軌2上的螺栓71及螺母緊固力矩大，而與左右導電軌1、3相連接的螺栓71及螺母上的緊固力矩小，這樣兩邊的螺栓可以分別在兩邊的左水平調節(jié)孔11和右水平調節(jié)孔31內作縱向滑動，因而使得魚尾板7與左導電軌1和右導電軌3滑動連接，與中間軌2固定連接。

該實施例主要用于城市軌道供電系統(tǒng)中，通過將左右導電軌1、3及中間軌2的接縫設置為相互平行的斜面，可以使導電軌的接觸面表面連續(xù)，間隙可以調整并且可以重合，從而使集電靴在通過導電軌接頭間隙時能平滑地從一端過渡到另一端，消除集電靴在膨脹點過渡時運行中產生電弧。通過將左導電軌1和右導電軌3的端部連接在一起，以提高導電軌輸送電能的可靠性，這種可膨脹的導電軌接頭結構簡單，拆裝方便，只需用若干個螺栓便能將電導體5和導線6固定好。由于電導體5和導線6形成了一個環(huán)路，可靠性很高，即使環(huán)路中出現了一個斷點也能保證電能的傳輸，此外，魚尾板7以及安裝魚尾板7的螺栓71均參與導電軌的電連接，這能更為有效地保證連接的可靠性。導線6采用編織軟銅線非常柔軟，不會影響導電軌發(fā)生熱脹冷縮時的自由伸縮；由于導線6兩端均固定在電導體5上，而兩根電導體5處于同一水平面上，因此導線6只會在水平面內彎曲，不可能發(fā)生因伸屈變形而與大地接觸。

見圖4，當溫度升高時，左導電軌1和右導電軌3發(fā)生伸展，左電導體51和右電導體52發(fā)生相對移動，由于導線6為編織軟銅線，編織軟銅線非常柔軟，因此不會影響導電軌溫度升高時的伸展。

同樣見圖5，當溫度降低時，左導電軌1和右導電軌3發(fā)生收縮，左電導體51和右電導體52同樣發(fā)生相對移動，同樣由于導線6為編織軟銅線，編織軟銅線非常柔軟，因此不會影響導電軌溫度降低時的收縮。

一種導電軌接頭專利目的

《一種導電軌接頭》的目的在于提供一種導電軌接頭，該接頭不但能保證左右導電軌在熱脹冷縮時導向準確，而且能保證電流續(xù)接良好，即使環(huán)路中出現了一個斷點也能保證電能的傳輸。

一種導電軌接頭技術方案

實現《一種導電軌接頭》目的的技術方案是一種導電軌接頭，包括左導電軌、中間軌和右導電軌，左導電軌的右端面、中間軌的兩端面以及右導電軌的左端面為相互平行的斜面，還包括支板、電導體和導線；所述支板分為安裝在左導電軌底面的左支板和安裝在右導電軌底面的右支板，兩者非軸對稱安裝；所述電導體分為左電導體和右電導體，左電導體的左端與左支板固定、右端懸置，右電導體的右端與右支板固定、左端懸置；所述導線分為左導線和右導線，左導線的兩端分別連接左電導體的固定端和右電導體的懸置端，右導線的兩端分別連接在左電導體的懸置端和右電導體的固定端；所述導線連接后能保持松弛。

所述支板通過焊接或者鉚接的方式與左導電軌和右導電軌連接。所述電導體通過螺栓與支板固定，導線通過螺栓與電導體固定。所述支板為具有良好的導電性、可焊性和有足夠機械強度的金屬材料。所述電導體為具有良好導電性能的銅排。所述導線為編織軟銅線。

《一種導電軌接頭》還包括魚尾板；在左導電軌和右導電軌的中部分別設有左水平調節(jié)孔和右水平調節(jié)孔，中間軌的中部設有固定孔，魚尾板通過螺栓、左水平調節(jié)孔、右水平調節(jié)孔和固定孔安裝在左導電軌、中間軌和右導電軌中部的兩側，且魚尾板與左導電軌和右導電軌滑動連接，與中間軌固定連接。

所述魚尾板為鋁合金材料，安裝魚尾板的螺栓為不銹鋼材料。所述魚尾板和螺栓參與導電軌的電連接。

一種導電軌接頭改善效果

《一種導電軌接頭》具有以下的有益效果：

（1）左導線的兩端分別連接左電導體的固定端和右電導體的懸置端，右導線的兩端分別連接在左電導體的懸置端和右電導體的固定端，這種結構使得導線與電導體形成了一個環(huán)路，在導電軌發(fā)生伸縮時，左右電導體的縱向位移不會受到約束；左右導線通過螺栓、螺母分別固定在左右電導體上，所有電連接點均不會發(fā)生明顯的相對運動，在膨脹接頭的使用壽命期內，機械振動、電磁力、熱應力循環(huán)、大氣環(huán)境腐蝕、塵土污染等環(huán)境因素不會對各個電連接點的接觸電阻造成明顯的影響。

（2）《一種導電軌接頭》導線連接后能保持松弛，這樣不會影響導電軌發(fā)生熱脹冷縮時的自由伸縮，而且由于導線兩端均固定在電導體上，而兩根電導體處于同一水平面上，因此導線只會在水平面內彎曲，不可能發(fā)生因伸屈變形而與大地接觸。

（3）《一種導電軌接頭》的電導體通過螺栓與支板固定，導線通過螺栓與電導體固定，這種結構使得安裝、拆卸、更換都非常方便。

（4）《一種導電軌接頭》的支板為具有良好的導電性、可焊性和有足夠機械強度的金屬材料，通過焊接或鉚接的方式與導電軌連為一體，結構穩(wěn)固，導電的可靠性高。

（5）《一種導電軌接頭》電導體為具有良好導電性能的銅排，這種結構進一步增加了導電的可靠性。

（6）《一種導電軌接頭》導線為編織軟銅線，編織軟銅線非常柔軟又不容易斷裂，使得導電環(huán)路更加穩(wěn)定可靠。

（7）《一種導電軌接頭》的魚尾板通過螺栓、腰形圓孔和固定孔安裝在左導電軌、中間軌和右導電軌腰部的兩側，且魚尾板與左導電軌和右導電軌滑動連接，與中間軌固定連接，這種結構可以使得左導電軌和右導電軌發(fā)生熱脹冷縮時伸縮的方向會朝向中間軌，進一步增加了導電環(huán)路的穩(wěn)定性和可靠性。

（8）《一種導電軌接頭》魚尾板以及安裝魚尾板的螺栓均為具有足夠機械強度的金屬材料，這樣當左導電軌和右導電軌發(fā)生熱脹冷縮做縱向伸縮時，魚尾板以及安裝魚尾板的螺栓可保證導電軌滑動時的導向準確。

（9）《一種導電軌接頭》魚尾板以及安裝魚尾板的螺栓均參與導電軌的電連接，這能更為有效地保證連接的可靠性。

1.一種導電軌接頭，包括左導電軌（1）、中間軌（2）和右導電軌（3），左導電軌（1）的右端面、中間軌（2）的兩端面以及右導電軌（3）的左端面為相互平行的斜面，其特征在于：還包括支板（4）、電導體（5）和導線（6）；所述支板（4）分為安裝在左導電軌（1）底面的左支板（41）和安裝在右導電軌（3）底面的右支板（42），兩者非軸對稱安裝；所述電導體（5）分為左電導體（51）和右電導體（52），左電導體（51）的左端與左支板（41）固定、右端懸置，右電導體（52）的右端與右支板（42）固定、左端懸置，所述左電導體（51）和右電導體（52）處于同一水平面上；所述導線（6）分為左導線（61）和右導線（62），左導線（61）的兩端分別連接左電導體（51）的固定端和右電導體（52）的懸置端，右導線（62）的兩端分別連接在左電導體（51）的懸置端和右電導體（52）的固定端；所述導線（6）連接后能保持松弛。

2.根據權利要求1所述的一種導電軌接頭，其特征在于：所述支板（4）通過焊接或者鉚接的方式與左導電軌（1）和右導電軌（3）連接。

3.根據權利要求2所述的一種導電軌接頭，其特征在于：所述電導體（5）通過螺栓與支板（4）固定，導線（6）通過螺栓與電導體（5）固定。

4.根據權利要求3所述的一種導電軌接頭，其特征在于：所述支板（4）為具有良好的導電性、可焊性和有足夠機械強度的金屬材料。

5.根據權利要求4所述的一種導電軌接頭，其特征在于：所述電導體（5）為具有良好導電性能的銅排。

6.根據權利要求5所述的一種導電軌接頭，其特征在于：所述導線（6）為編織軟銅線。

7.根據權利要求6所述的一種導電軌接頭，其特征在于：還包括魚尾板（7）；所述在左導電軌（1）和右導電軌（3）的中部分別設有左水平調節(jié)孔（11）和右水平調節(jié)孔（31），中間軌（2）的中部設有固定孔（8），魚尾板（7）通過螺栓（71）、左水平調節(jié)孔（11）、右水平調節(jié)孔（31）和固定孔（8）安裝在左導電軌（1）、中間軌（2）和右導電軌（3）中部的兩側，且魚尾板（7）與左導電軌（1）和右導電軌（3）滑動連接，與中間軌（2）固定連接。

8.根據權利要求7所述的一種導電軌接頭，其特征在于：所述魚尾板（7）為鋁合金材料，安裝魚尾板（7）的螺栓（71）為不銹鋼材料。

9.根據權利要求8所述的一種導電軌接頭，其特征在于：所述魚尾板（7）和螺栓（71）參與導電軌的電連接。

鋼軌導電接頭(conducting joint)是指具有軌端導電聯結裝置的鋼軌接頭。

蒸汽與內燃牽引的自動閉塞區(qū)段上，用兩條直徑為5mm的鍍鋅鐵絲，端部用鍍鋁插銷固定于普通鋼軌接頭兩端連接軌軌腰，作為信號電流導線。

電力牽引的自動閉塞區(qū)段上，用一條斷面積約為100mm²的銅索焊連在接頭兩端連接軌靠非工作邊一側的軌頭側面，兼作信號電流導線和牽引電流的回路 。

上述因素迫使研究、試驗和運用改進的新式鋼軌接頭連接的方法。彈性鋼軌連接件安裝在鋼軌與魚尾板之間。它的縱斷面呈弧形、兩端為直線的彈性平面。凸起的部分朝向鋼軌的外側、夾在魚尾板縫中, 把有切口和導向孔的彈性平面對著接頭鋼軌的孔眼。切口通常要刮去表層, 以接觸鋼軌的表面, 保證兩鋼軌之間通電的電阻很小。除此以外, 為使沿鋼軌的電流暢通, 連接件要涂敷上一層高導電性和低氧化的金屬層。其最小斷面積為110mm²。

電阻大約為0.003Ω, 能保證任何作業(yè)條件下軌道電路正常工作。試驗表明, 通過連接件的牽引電流達600A時, 連接件發(fā)熱, 但還不至于燒斷 。

1989年內, 在安裝彈性鋼軌連接件的站場和區(qū)間, 一次也沒有發(fā)生軌道電路作業(yè)故障。蘇聯冶金部礦業(yè)研究院建議在庫爾斯克磁力異常區(qū)露天礦所有站場和區(qū)間軌道電路上應用該種連接件, 作為電氣牽引區(qū)域內的主要設施。在其它采選公司推廣使用這種連接件可以提高軌道電路的效率、減少生產消耗、增加列車的通過能力、提高所有運輸設備的勞動生產率。

由多根銅絲組成并焊接在鋼軌接頭處的銅連接件, 由于受到養(yǎng)路機械鋼刷的快速損傷, 也是其壽命短的主要原因。另外, 立體淬火鋼軌軌頭連接的焊接技術還沒解決 。

對于大多數固定線路, 其特點是貨流量很大、曲線區(qū)段很多、坡度陡而長及有重載翻斗車在前的列車運行方式。這就導致線路爬行量很大、鋼軌接頭和連接斷開、鋼軌磨損加快。在曲線段鋼軌磨損特別快, 這里每隔6-7個月就要全部更換鋼軌, 接著要全部恢復軌道電路無論是焊接式還是插塞式連接。