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各種電力機(jī)車受電弓滑板的型號(hào)、性能及其應(yīng)用 根據(jù)材質(zhì)的不同，我們將滑板分為純碳滑板、粉末冶金滑板和浸漬金屬滑板。下面將分別介紹我國(guó)各種滑板的生產(chǎn)情況，產(chǎn)品型號(hào)、規(guī)格、性能及其應(yīng)用。 1、 純碳質(zhì)滑板 目前，純碳質(zhì)滑板是我國(guó)電氣化鐵路上廣泛使用的主要滑板之一，是非金屬中導(dǎo)電較好的材料，當(dāng)前有哈爾濱電碳廠、北京電碳和自貢東新電碳廠進(jìn)行生產(chǎn)。純碳滑板工作時(shí)磨下來(lái)的粉末粘附在接觸導(dǎo)線表面，形成一層很薄的碳膜，起到了良好的自潤(rùn)滑作用，能夠減輕對(duì)導(dǎo)線的磨耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用純碳滑板的網(wǎng)線壽命至少是50年，它對(duì)導(dǎo)線的磨耗僅為0。006mm/萬(wàn)次，并且對(duì)無(wú)線電話及無(wú)線電視干擾小。因此，歐洲等一些國(guó)家如荷蘭從1934年，德國(guó)從1935年便開(kāi)始使用純碳滑板，而目前不論交流或直流供電的電氣化鐵路道在銅導(dǎo)線上都采用了純碳滑板。在日本，私營(yíng)鐵路全部使用純碳滑板?？梢?jiàn)，純碳滑板不失為一種優(yōu)良的滑板材料。目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的國(guó)產(chǎn)純碳滑板的型號(hào)、規(guī)格及技術(shù)性能如表1所示。 型號(hào) 電阻系數(shù) 肖氏硬度 抗壓強(qiáng)度 抗折強(qiáng)度 生產(chǎn)廠 C21 40 70 110 40 哈 C22 35 60 70 23 碳 C23 20 40 50 22 廠 C21 35 50 60 30 北京電 C212 15 35 30 20 碳廠 C21 35 70 70 35 東 C22 30 60 55 30 碳 C23 20 35 40 20 廠 哈碳廠、北京電碳廠和東新電碳廠成產(chǎn)的純碳板基本能夠滿足我國(guó)電氣鐵路需求。因此，機(jī)械電子工業(yè)部在總結(jié)我國(guó)近年純碳滑板生產(chǎn)狀況的前提下，于1898年2月17日發(fā)布了中華人民共和國(guó)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電力機(jī)車碳滑板》，并規(guī)定的電力機(jī)車純碳滑板的型號(hào)和規(guī)格如表2所示，技術(shù)性能如表3所示。 　 表2 純碳滑板的型號(hào)與規(guī)格 規(guī)格mm 型號(hào) H（高） B（寬） L（長(zhǎng)） C21 30—35 36 250—500 C22 35 70 500—1000 C23 35 70 500—1000 C25 56 — 500—750 注：根據(jù)用戶要求，可生產(chǎn)其他規(guī)格制品。 　 表3 國(guó)產(chǎn)純碳滑板的技術(shù)性能 型號(hào) 電阻率 肖氏硬度 體積密度 抗折強(qiáng)度 沿長(zhǎng)度方向抗壓強(qiáng)度 單個(gè)價(jià)值 平均值 MPa Mpa C21 38 58-100 62 160~180 28 57 C22 33 45-90 50 160~180 24 40 C23 20 40-70 20 160~180 20 40 C25 35 60-100 70 160~180 25 59 注：體積密度不作出廠考核項(xiàng)目。 盡管純碳滑板具有優(yōu)良的性能，但在使用的過(guò)程也發(fā)現(xiàn)了它存在一些缺點(diǎn)和局限性。 　 首先，純碳滑板的機(jī)械強(qiáng)度低，通常，抗折強(qiáng)度為30~40Mpa，抗壓強(qiáng)度為60~80Mpa，肖氏硬度為60~80，因此，使用過(guò)程中常發(fā)生折斷、碎裂。另外由于生產(chǎn)時(shí)各種因素的波動(dòng)，致使滑板性能不均，發(fā)生偏磨，特別是在鋼鋁導(dǎo)線及銅、鋼鋁導(dǎo)線混架線區(qū)段、純碳滑板磨耗劇增，折斷、碎裂、偏磨也愈發(fā)嚴(yán)重。按石家莊電力機(jī)務(wù)段的統(tǒng)計(jì)，1982年7月至9月，因偏磨、掉塊斷裂造成的故障率為5107%，實(shí)際試驗(yàn)純碳滑板耐磨壽命為1.423萬(wàn)機(jī)車公里。安陽(yáng)線統(tǒng)計(jì)，純碳滑板在鋼鋁導(dǎo)線下單耗為29萬(wàn)條/萬(wàn)機(jī)務(wù)車公里。東新電碳廠曾在馬角壩機(jī)務(wù)段作過(guò)對(duì)純碳滑板實(shí)運(yùn)磨耗試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)正常磨耗使用到壽命雖然可達(dá)2萬(wàn)多機(jī)車公里，但實(shí)際使用中由于碳滑板發(fā)生掉塊、碎裂、偏磨等情況，致使有些滑板未到使用限度便被迫拋棄，實(shí)際壽命較低。如馬角壩機(jī)務(wù)段統(tǒng)計(jì)，平均壽命約為7000機(jī)車公里（即每運(yùn)營(yíng)7000公里需要耗費(fèi)滑板16條）。 許多電氣機(jī)務(wù)段認(rèn)為，純碳滑板對(duì)銅導(dǎo)線磨耗很小，因此，在整個(gè)交路為銅導(dǎo)線時(shí)，宜采用純碳滑板。然而，在鋼鋁導(dǎo)線和各種其他導(dǎo)線的混架區(qū)段，純碳滑板則表現(xiàn)出性能上明顯不足，如抗沖擊性差，壽命短，維修工作量大，容易引起刮弓，以至于滑板托架與滑板間起弧等行車事故。 　 2、 粉末治金滑板 由于純碳滑板難以運(yùn)用在各種混架導(dǎo)線區(qū)段，這就要求有新得滑板彌補(bǔ)不足。在這種情況下1980年鐵科院與北京粉末冶金廠在西安鐵路局的配合下，針對(duì)鋼鋁導(dǎo)線研制了鐵基，銅基粉末冶金滑板，著重改善和提高滑板自生的耐磨耗性和延長(zhǎng)自身的壽命，該廠1985年引進(jìn)日本的粉末冶金滑板制造技術(shù)，1987年8月通過(guò)了合同產(chǎn)品的最終考核驗(yàn)收，11月通過(guò)了國(guó)家級(jí)驗(yàn)收，在開(kāi)展引進(jìn)工作的同時(shí)，1985年在大秦鐵路配套設(shè)備中中標(biāo)。 據(jù)有關(guān)資料介紹，粉末冶金滑板在鋼鋁導(dǎo)線區(qū)段使用壽命為2.5~3萬(wàn)機(jī)車公里。此外，粉末冶金滑板的機(jī)械強(qiáng)度高、韌性好，抗沖擊性好，使用中斷裂、掉塊、偏磨現(xiàn)象很少，并且還具有電阻小，有利于受流以及維護(hù)安裝工作量小等優(yōu)點(diǎn)?；谶@些原因，粉末冶金滑板較廣泛地使用在許多鋼鋁導(dǎo)線區(qū)段。1988年6月12日，由北京粉末冶金廠起草，機(jī)械電子工業(yè)部發(fā)布了《電力機(jī)車受電弓用粉末冶金滑板》標(biāo)準(zhǔn)。并于1989年1月1日實(shí)施，其物理性能及滑板自身磨耗見(jiàn)表4所示。 　 表4 電力機(jī)車受電弓用粉末冶金滑板物理機(jī)械性能 硬度 HB 抗拉強(qiáng)度 沖擊韌性 電阻率 滑板自身磨耗比 項(xiàng)目 鐵基 銅基 N/mm 鐵基 銅基 鐵基 銅基 標(biāo)準(zhǔn)值 70-135 35-90小于120 〉249 〉98 〈40 〈65 〈55 　 然而，由于我國(guó)幅員遼闊，氣候條件和自然環(huán)境多變，即使適用于北京干燥氣候的鋼鋁接觸線，在多雨潮濕的南方和沿海地區(qū)也不適用，另外就滑板和接觸導(dǎo)線這一對(duì)摩擦偶件而言，用在鋼鋁導(dǎo)線上能顯示出優(yōu)良性能的鐵基粉末冶金滑板。而在銅質(zhì)接觸線上卻產(chǎn)生嚴(yán)重導(dǎo)線磨耗。例如，京秦線銅導(dǎo)線區(qū)段提供的數(shù)據(jù)（見(jiàn)表5）分析，磨耗小的地方可使用6~7年，而磨耗大的地方只能使用3年。 由此，我國(guó)目前較廣泛使用的純碳滑板和粉末冶金滑板盡管各自都具有一些優(yōu)良性能，但都各自存在著嚴(yán)重的缺陷及局限性，都無(wú)法單獨(dú)滿足我國(guó)電氣化鐵路對(duì)滑板性能的全面需要。當(dāng)前，我國(guó)接觸網(wǎng)線大都是銅導(dǎo)線、銅、鋼鋁混氣架，并且隨著鐵路電氣化的不斷發(fā)展，今后將重點(diǎn)發(fā)展銅接觸網(wǎng)。因此，對(duì)于既適用于銅導(dǎo)線、有適用于鋼鋁導(dǎo)線或各種混架線區(qū)段的新型滑板的研制與推廣就顯得日益重要。 　 表5 京秦先（龍家營(yíng)正線）TCG—100銅導(dǎo)線運(yùn)行8個(gè)月后的磨耗情況 支 柱 號(hào) 87（二道） 78（二道） 15（二道） 11（一道） 計(jì)量高度MM 12.1 11.0 11.0 11.5 磨去高度MM 0.24 1.34 1.34 0.24 磨去截面積MM 0.7025 10.157 10.1057 5.0471 磨耗比MM/萬(wàn)次 0.7903 10.2846 10.2806 5.1304 3、 浸漬金屬碳滑板的研制、性能與應(yīng)用。 由此，哈爾濱電碳廠等單位近年來(lái)已進(jìn)行了浸漬金屬碳滑板的研制工作，并取得了一定進(jìn)展。先介紹東新電碳廠研制浸漬金屬碳滑板的情況，入校所示：首先，該廠技術(shù)研發(fā)部門(mén)成立了以顧祥熙高級(jí)工程師為專題負(fù)責(zé)人的攻關(guān)小組。在弄清國(guó)內(nèi)外滑板的發(fā)展情況下，通過(guò)搜集的各種技術(shù)情報(bào)資料進(jìn)行綜合分析研究對(duì)比后，認(rèn)為：世界上鐵路電氣化較發(fā)達(dá)的國(guó)家，其使用的接觸網(wǎng)導(dǎo)線大多為銅或銅合金導(dǎo)線，廣泛選用硬碳滑板或浸漬板。這些浸漬金屬碳滑板的主要牌號(hào)與性能如表6所示。國(guó)內(nèi)外幾種常用浸漬金屬碳滑板的型號(hào)與性能。 國(guó)家 型號(hào) 滑板材料 體積密度 肖氏硬度 洛氏硬度 強(qiáng)度Mpa 電阻系數(shù) 英 MY7D 浸銅鉛合金 24 96 ---- 抗折113 8 法 722 浸青銅 2.5 85 ---- 98 18 724 浸巴氏合金 2.6 80 ---- 105.8 12 西德 BH424A 浸銻 2.5 --- 100 ----- 8.5 BH424D 浸鉛青銅 2.6 --- 115 53.9 8 BH424C 浸銅 2.3 --- 110 8 其次，通過(guò)對(duì)這些國(guó)家浸漬金屬碳滑板的性能進(jìn)行分析研究后發(fā)現(xiàn)，浸漬金屬滑板材料具有如下優(yōu)良性能，它兼有純碳滑板的自潤(rùn)滑性；能在導(dǎo)線的磨耗小，自身耐磨，壽命長(zhǎng)，有粉末冶金滑板足夠高的機(jī)械強(qiáng)度和抗沖擊能力。另外，還具有耐弧性高，與導(dǎo)線間接觸電阻小，自身電阻率低，導(dǎo)熱性及散熱性好，能迅速散熱，防止溫升過(guò)高，引起受電弓托架變形等有點(diǎn)。然后，在這個(gè)基礎(chǔ)上，從1986年開(kāi)始進(jìn)行了這種浸漬金屬碳滑板SK2的研制。整個(gè)研制過(guò)程包括基料的選擇、合金的選擇和浸漬工藝的選擇。 　 （?。㏒K2基料的選擇：浸漬金屬碳滑板是將制得的碳滑板基料經(jīng)過(guò)高溫壓浸漬金屬處理，使得一些金屬填充到材料的氣孔中，從而提高制品的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和肖氏硬度，使開(kāi)口氣孔率及電阻率明顯降低。因此對(duì)基料有一定要求。 從各種原始材料來(lái)看，瀝青焦耐磨，強(qiáng)度高，以它為主制得的基體材料強(qiáng)度高，強(qiáng)度高，開(kāi)口氣孔率適中。石油焦結(jié)構(gòu)與瀝青焦相近，但強(qiáng)度較低，石墨（天然的與人造的）由三維有序排列的碳原子層構(gòu)成，石墨內(nèi)含彼此平行的碳平面層，這種碳平面層彼此間極易滑動(dòng)。因此石墨是一種優(yōu)良的固體潤(rùn)滑劑，但其強(qiáng)度較低。試制結(jié)果也表明，瀝青焦基最佳，其次為石油焦基。 （2）SK2浸漬合金的選擇：大多數(shù)合金對(duì)碳的浸潤(rùn)角都很大（超過(guò)90度），必須通過(guò)高溫高壓才能使之滲入碳基體。高溫保證了合金的流動(dòng)性，高壓則使熔融金屬克服阻力侵入基體細(xì)小的開(kāi)口氣孔中。。一旦侵入，即基本連續(xù)的金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。因此，浸漬之前，如果能夠?qū)w抽真空，將有利于提高滑板的滲透率，提高滑板的性能，降低對(duì)高溫高壓的要求，降低成本。但是，選擇合適的金屬（合金）作浸漬劑也是非常重要的。英國(guó)摩根碳素公司的MY7D是代表世界先進(jìn)水平的浸漬金屬碳滑板材料，浸漬的合金是銅鉛合金（Cu%70,Pb%30）.東新電碳廠的試驗(yàn)結(jié)果證明：銅鉛合金是較好的浸漬金屬。這種金屬的組成為：Cu64-65%\Pb23.5,其余為Sn+Si+Ni等，熔點(diǎn)為700-800度。合金中的銅延展性好、韌性好、強(qiáng)度高、電阻低，對(duì)合金性能起著決定作用，鉛起潤(rùn)滑作用，并能降低合金熔點(diǎn)，其余部分的作用主要是細(xì)化合金結(jié)晶，提高合金的強(qiáng)度、韌性以及熔融后的流動(dòng)性。 （3）1988年9月15日，成都鐵路局對(duì)SK2浸漬金屬碳滑板進(jìn)行了應(yīng)用認(rèn)定，主要技術(shù)性能如下： 電阻系數(shù)：不大于8 體積密度：不大于2.55g/CM 肖氏硬度：不大于90 抗折強(qiáng)度：不小于50Mpa 導(dǎo) 熱 率：不小于8.4—12.6W/（MK） 熱穩(wěn)定性：200—400度 在銅導(dǎo)線區(qū)段運(yùn)行壽命：不小于30000機(jī)車公里 對(duì)GLCA—100銅導(dǎo)線磨耗比（室內(nèi)試驗(yàn)）： 不大于0.008mm/萬(wàn)弓架次。 另外，還認(rèn)為：1，K2與C21純碳滑板比較，耐沖擊性、耐磨性均有明顯的提高，直流電阻減小了70—80%，導(dǎo)電率、導(dǎo)熱率高，載流及過(guò)載能力相應(yīng)提高，更能適用于重載、繁忙干線電力機(jī)車受電弓使用。2，對(duì)導(dǎo)線實(shí)用性強(qiáng)，不僅適用于單一的銅導(dǎo)線或鋼鋁導(dǎo)線，也適用于兩種線混架區(qū)段。3，與粉末冶金滑板相比較，延長(zhǎng)導(dǎo)線的使用壽命，橫能增加接觸網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠性。4，滑板使用壽命可達(dá)4—10萬(wàn)公里。 經(jīng)過(guò)不斷的研究和改進(jìn)，現(xiàn)已正式命名為C26（即SK2），并已獲得1997年國(guó)家新產(chǎn)品認(rèn)證。其性能如表8所示。 　 表8 C26(SK2)浸漬金屬碳滑板性能 型號(hào) 規(guī)格 用途 電阻率 肖氏硬度 抗折強(qiáng)度 抗壓強(qiáng)度 28x36x200 干 HS Mpa Mpa C26 26x36x200 線 12 85 80 300 結(jié)論： 浸金屬碳中，在碳基體內(nèi)構(gòu)成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加了滑板強(qiáng)度、韌性、耐沖擊性和耐磨性，降低了電阻，自身單位體積重量比金屬滑板或粉末冶金滑板輕，可增加截面高度，即增加使用壽命。包鐵托結(jié)構(gòu)又增加強(qiáng)度，增加新的骨架，改善原有碳滑板固定方式，滑板裂紋不掉塊。因此，浸金屬滑板是一種較理想有前途的受電弓用滑板。