一種導(dǎo)電軌接頭專利背景

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(shè)的成本常采用導(dǎo)電軌牽引供電技術(shù)。所謂“導(dǎo)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(shè)于兩軌之間或其中一軌的外側(cè)，電動列車的集電裝置集電靴在帶電的導(dǎo)電軌上接觸并滑行，把電力傳到列車上。

2010年前，導(dǎo)電軌均使用鋼鋁復(fù)合軌，單根導(dǎo)電軌的長度通常為12米到20米，必須將多根導(dǎo)電軌電連接和機(jī)械連接在一起，才能實(shí)現(xiàn)為電動列車提供電能的功能。像所有軌道一樣，導(dǎo)電軌也會隨溫度的變化發(fā)生熱脹冷縮，兩根相鄰導(dǎo)電軌的端部必須留有一定的間隙，為了實(shí)現(xiàn)相鄰兩根導(dǎo)電軌的電連接，在鋪設(shè)導(dǎo)電軌時，必須在這兩根導(dǎo)電軌連接處安裝可以伸縮的導(dǎo)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(dǎo)電軌是通過連接導(dǎo)電軌兩個端部的魚尾板來實(shí)現(xiàn)電連接，為了提高電連接的可靠性，2010年前都在導(dǎo)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(dǎo)電軌補(bǔ)償裝置》公開了一種由三塊可相對滑動的鍍銀銅質(zhì)主副片構(gòu)成的膨脹接頭，這種膨脹接頭的主片、副片固定在導(dǎo)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(shè)有彈簧，主副片之間通過平面摩擦接觸來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電功能，這種膨脹接頭在使用過程中存在一些缺陷，表現(xiàn)為：①主副片間的接觸電阻不易控制，電動列車運(yùn)行過程中產(chǎn)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(dǎo)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(dǎo)電軌發(fā)生伸縮變形時會產(chǎn)生較大的阻力，甚至可能導(dǎo)致導(dǎo)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(diǎn)或面上均會存在一定的電壓降，當(dāng)接觸電阻較大或接觸不良時可能產(chǎn)生過熱和電弧燒蝕等現(xiàn)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(dǎo)體的伸縮式連接器，在實(shí)施中主要是使用具有優(yōu)良導(dǎo)電性能的多層金屬帶軟連接，電導(dǎo)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(dǎo)電軌）的兩個互相面對的端部內(nèi)或上，其作用是保證導(dǎo)電軌只能沿長度方向伸縮。但是，在導(dǎo)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(xiàn)一邊伸縮幅度較另一邊明顯不對稱，甚至可能出現(xiàn)電導(dǎo)體一邊的彎曲部反復(fù)被過壓縮或過延伸，導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)電體與地面或?qū)щ娷壍牡酌娼佑|，從而造成安全隱患或安全事故。

一種導(dǎo)電軌接頭專利目的

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

一種導(dǎo)電軌接頭技術(shù)方案

實(shí)現(xiàn)《一種導(dǎo)電軌接頭》目的的技術(shù)方案是一種導(dǎo)電軌接頭，包括左導(dǎo)電軌、中間軌和右導(dǎo)電軌，左導(dǎo)電軌的右端面、中間軌的兩端面以及右導(dǎo)電軌的左端面為相互平行的斜面，還包括支板、電導(dǎo)體和導(dǎo)線；所述支板分為安裝在左導(dǎo)電軌底面的左支板和安裝在右導(dǎo)電軌底面的右支板，兩者非軸對稱安裝；所述電導(dǎo)體分為左電導(dǎo)體和右電導(dǎo)體，左電導(dǎo)體的左端與左支板固定、右端懸置，右電導(dǎo)體的右端與右支板固定、左端懸置；所述導(dǎo)線分為左導(dǎo)線和右導(dǎo)線，左導(dǎo)線的兩端分別連接左電導(dǎo)體的固定端和右電導(dǎo)體的懸置端，右導(dǎo)線的兩端分別連接在左電導(dǎo)體的懸置端和右電導(dǎo)體的固定端；所述導(dǎo)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(dǎo)電軌和右導(dǎo)電軌連接。所述電導(dǎo)體通過螺栓與支板固定，導(dǎo)線通過螺栓與電導(dǎo)體固定。所述支板為具有良好的導(dǎo)電性、可焊性和有足夠機(jī)械強(qiáng)度的金屬材料。所述電導(dǎo)體為具有良好導(dǎo)電性能的銅排。所述導(dǎo)線為編織軟銅線。

《一種導(dǎo)電軌接頭》還包括魚尾板；在左導(dǎo)電軌和右導(dǎo)電軌的中部分別設(shè)有左水平調(diào)節(jié)孔和右水平調(diào)節(jié)孔，中間軌的中部設(shè)有固定孔，魚尾板通過螺栓、左水平調(diào)節(jié)孔、右水平調(diào)節(jié)孔和固定孔安裝在左導(dǎo)電軌、中間軌和右導(dǎo)電軌中部的兩側(cè)，且魚尾板與左導(dǎo)電軌和右導(dǎo)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(dǎo)電軌的電連接。

一種導(dǎo)電軌接頭改善效果

《一種導(dǎo)電軌接頭》具有以下的有益效果：

（1）左導(dǎo)線的兩端分別連接左電導(dǎo)體的固定端和右電導(dǎo)體的懸置端，右導(dǎo)線的兩端分別連接在左電導(dǎo)體的懸置端和右電導(dǎo)體的固定端，這種結(jié)構(gòu)使得導(dǎo)線與電導(dǎo)體形成了一個環(huán)路，在導(dǎo)電軌發(fā)生伸縮時，左右電導(dǎo)體的縱向位移不會受到約束；左右導(dǎo)線通過螺栓、螺母分別固定在左右電導(dǎo)體上，所有電連接點(diǎn)均不會發(fā)生明顯的相對運(yùn)動，在膨脹接頭的使用壽命期內(nèi)，機(jī)械振動、電磁力、熱應(yīng)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(diǎn)的接觸電阻造成明顯的影響。

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

（3）《一種導(dǎo)電軌接頭》的電導(dǎo)體通過螺栓與支板固定，導(dǎo)線通過螺栓與電導(dǎo)體固定，這種結(jié)構(gòu)使得安裝、拆卸、更換都非常方便。

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

（5）《一種導(dǎo)電軌接頭》電導(dǎo)體為具有良好導(dǎo)電性能的銅排，這種結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增加了導(dǎo)電的可靠性。

（6）《一種導(dǎo)電軌接頭》導(dǎo)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(dǎo)電環(huán)路更加穩(wěn)定可靠。

（7）《一種導(dǎo)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(dǎo)電軌、中間軌和右導(dǎo)電軌腰部的兩側(cè)，且魚尾板與左導(dǎo)電軌和右導(dǎo)電軌滑動連接，與中間軌固定連接，這種結(jié)構(gòu)可以使得左導(dǎo)電軌和右導(dǎo)電軌發(fā)生熱脹冷縮時伸縮的方向會朝向中間軌，進(jìn)一步增加了導(dǎo)電環(huán)路的穩(wěn)定性和可靠性。

（8）《一種導(dǎo)電軌接頭》魚尾板以及安裝魚尾板的螺栓均為具有足夠機(jī)械強(qiáng)度的金屬材料，這樣當(dāng)左導(dǎo)電軌和右導(dǎo)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(dǎo)電軌滑動時的導(dǎo)向準(zhǔn)確。

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

圖1為《一種導(dǎo)電軌接頭》的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的A-A剖視圖。

圖3為《一種導(dǎo)電軌接頭》在常溫下導(dǎo)電軌不發(fā)生伸縮時的示意圖。

圖4為《一種導(dǎo)電軌接頭》導(dǎo)電軌因溫度升高而伸展時的示意圖。

圖5為《一種導(dǎo)電軌接頭》導(dǎo)電軌因溫度下降而收縮時的示意圖。

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

《一種導(dǎo)電軌接頭》涉及一種導(dǎo)電軌接頭。

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

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)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(dǎo)電軌（1）和右導(dǎo)電軌（3）連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)電軌接頭，其特征在于：所述電導(dǎo)體（5）通過螺栓與支板（4）固定，導(dǎo)線（6）通過螺栓與電導(dǎo)體（5）固定。

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

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種導(dǎo)電軌接頭，其特征在于：所述電導(dǎo)體（5）為具有良好導(dǎo)電性能的銅排。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種導(dǎo)電軌接頭，其特征在于：所述導(dǎo)線（6）為編織軟銅線。

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

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

實(shí)施例1

見圖1至圖5，該實(shí)施例包括左導(dǎo)電軌1、中間軌2、右導(dǎo)電軌3、支板4、電導(dǎo)體5、導(dǎo)線6和魚尾板7。

左、右導(dǎo)電軌和中間軌的截面均呈“工字形”，在導(dǎo)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(shí)現(xiàn)受流。左導(dǎo)電軌1的右端面、中間軌2的兩端面以及右導(dǎo)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(dǎo)電性、可焊性和有足夠機(jī)械強(qiáng)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(dǎo)電軌1底面的左支板41和安裝在右導(dǎo)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(dǎo)體5為具有良好導(dǎo)電性能的銅排，分為左電導(dǎo)體51和右電導(dǎo)體52，左電導(dǎo)體51的左端與左支板41固定、右端懸置，右電導(dǎo)體52的右端與右支板42固定、左端懸置；導(dǎo)線6為編織軟銅線，分為左導(dǎo)線61和右導(dǎo)線62，左導(dǎo)線61的兩端分別連接左電導(dǎo)體51的固定端和右電導(dǎo)體52的懸置端，右導(dǎo)線62的兩端分別連接在左電導(dǎo)體51的懸置端和右電導(dǎo)體52的固定端，導(dǎo)線6連接后能保持松弛。在左導(dǎo)電軌1和右導(dǎo)電軌3的中部分別設(shè)有腰圓形的左水平調(diào)節(jié)孔11和右水平調(diào)節(jié)孔31，中間軌2的中部設(shè)有固定孔8，魚尾板7通過螺栓71、左水平調(diào)節(jié)孔11、右水平調(diào)節(jié)孔31和固定孔8安裝在左導(dǎo)電軌1、中間軌2和右導(dǎo)電軌3中部的兩側(cè)，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(dǎo)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(diào)節(jié)孔11和右水平調(diào)節(jié)孔31內(nèi)作縱向滑動，因而使得魚尾板7與左導(dǎo)電軌1和右導(dǎo)電軌3滑動連接，與中間軌2固定連接。

該實(shí)施例主要用于城市軌道供電系統(tǒng)中，通過將左右導(dǎo)電軌1、3及中間軌2的接縫設(shè)置為相互平行的斜面，可以使導(dǎo)電軌的接觸面表面連續(xù)，間隙可以調(diào)整并且可以重合，從而使集電靴在通過導(dǎo)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(diǎn)過渡時運(yùn)行中產(chǎn)生電弧。通過將左導(dǎo)電軌1和右導(dǎo)電軌3的端部連接在一起，以提高導(dǎo)電軌輸送電能的可靠性，這種可膨脹的導(dǎo)電軌接頭結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，只需用若干個螺栓便能將電導(dǎo)體5和導(dǎo)線6固定好。由于電導(dǎo)體5和導(dǎo)線6形成了一個環(huán)路，可靠性很高，即使環(huán)路中出現(xiàn)了一個斷點(diǎn)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(dǎo)電軌的電連接，這能更為有效地保證連接的可靠性。導(dǎo)線6采用編織軟銅線非常柔軟，不會影響導(dǎo)電軌發(fā)生熱脹冷縮時的自由伸縮；由于導(dǎo)線6兩端均固定在電導(dǎo)體5上，而兩根電導(dǎo)體5處于同一水平面上，因此導(dǎo)線6只會在水平面內(nèi)彎曲，不可能發(fā)生因伸屈變形而與大地接觸。

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

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

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

鋼軌導(dǎo)電接頭(conducting joint)是指具有軌端導(dǎo)電聯(lián)結(jié)裝置的鋼軌接頭。

蒸汽與內(nèi)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(dǎo)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(cè)的軌頭側(cè)面，兼作信號電流導(dǎo)線和牽引電流的回路 。

上述因素迫使研究、試驗(yàn)和運(yùn)用改進(jìn)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(cè)、夾在魚尾板縫中, 把有切口和導(dǎo)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(dǎo)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(yàn)表明, 通過連接件的牽引電流達(dá)600A時, 連接件發(fā)熱, 但還不至于燒斷 。

1989年內(nèi), 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(lián)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(yīng)用該種連接件, 作為電氣牽引區(qū)域內(nèi)的主要設(shè)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(chǎn)消耗、增加列車的通過能力、提高所有運(yùn)輸設(shè)備的勞動生產(chǎn)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(jī)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(shù)還沒解決 。

對于大多數(shù)固定線路, 其特點(diǎn)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(yùn)行方式。這就導(dǎo)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(fù)軌道電路無論是焊接式還是插塞式連接。