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铜合金接触线


铜合金接触线: 铜合金接触线:滑动中的中国速度
发布时间:2011 年 1 月 27 日 第 7 版 期刊号:3044

在我国,高速铁路是指新建最高运行时速 300 公里及以上的客运专线铁路, 最高运行时速在 250km 及以上以客为主的客货混线铁路,最高运行时速在 200km 及以上的改建铁路。时速 160km~200km 铁路称为快速铁路。高速

铁路和快速铁路 都是以电力机车为牵引动力的电气化铁路。 接触线是悬挂在铁路线路上方,通过与电力机车受电弓滑板滑动接触向其输 送电能的关键的无备用设备。 接触线应按设计要求架设在线路钢轨上方准确的空 间几何位置上。接触线还要承受设计规定的悬挂张力和温度、冰、风产生的附加 张力,机车运行时产生振动疲劳应力,以及与机车受电弓滑板滑动接触传输电流 产生的磨耗。 提高列车运行速度的必要条件是加大接触线的悬挂张力。 加大接触线悬挂张 力可以显著改善弹性,减少火花,提高机车高速运行时的受流质量。研究表明,机 车运行速度的提高取决于接触线波动传播速度的提高,因此要使接触线波动传播 速度大,就必须加大接触线悬挂张力、 采用线密度小的接触线(即控制接触线的截 面积)。这就表明,高速电气化铁路要求接触线在具有较高导电性能同时,还要有 尽可能高的抗拉强度。 除此之外,由于高速铁路机车功率大、车流密度大、多是双弓运行,接触线的 磨耗也大,使用寿命受到影响。 国内外的接触线研究试验目的,还在于提高其耐磨 耗性能。 各国高速电气化铁路采用的铜合金接触线 纯铜的导电性能很好,但机械强度较低,日本最初在时速 210km 的新干线上 采用,由于耐磨耗性能差,运行 2 年左右就要换线,经过研究试验决定采用耐磨耗 性能较好的铜锡合金接触线。 法国在时速 270km 和 300km 的东南线和大西洋线高 速铁路上采用铜接触线;在时速 350km 及以上的高速铁路(地中海线)上采用铜锡 合金接触线和铜镁合金接触线。德国、西班牙在时速 250km~300km 采用铜银合金 接触线,在时速 300km 以上采用铜镁合金接触线。我国时速 350km 的京津城际、 武广高铁、郑西高铁采用铜镁合金接触线。 欧洲国家曾采用过镉铜合金接触线,但由于镉的公害已停止采用。日本在北 陆新干线也采用铜包钢接触线,但未能在其他线路上推广采用。 我国高速电气化铁路采用的铜合金接触线

根据国家批准的我国《中长期铁路网规划》,到 2020 年我国铁路运营总里程 将达到 12 万公里,电气化率达到 60%(即 7.2 万公里)。 为满足我国高速电气化铁路建设发展需要,我国铁路科研单位、大专院校、 工业企业都在进行高性能的铜合金接触线的研究试制,并取得了可喜的成绩。我 国电气化铁路实际采用的铜合金接触线有以下几种。 铜银合金接触线。 国外和我国少数工厂采用连铸热连轧法制造铜银合金接触 线供应高速铁路市场。 自 2003 年起,我国自主创新(已获国家专利)的“上引连续挤压冷加工成型 技术”(下称“上引连挤法”)应用于铜合金接触线生产。 采用“上引连挤法”生 产的铜银合金接触线已在电气化铁路中推广应用了 15000km 以上。 参比国外运用 情况,应可适用于时速 250~300km 的高速电气化铁路。 “上引连挤法”和连铸热连轧(利用铸坯余热轧制)法制造的铜银合金接触 线(皆为细晶组织)的不同在于,前者产品中含氧量可以稳定地控制在 0.0020%以 下,属于无氧铜级,具有良好的韧性,抗反复弯曲性能好;后者产品含氧量通常在 0.0200%~0.0400%左右,属于低氧铜级,当生产过程控制不稳定,含氧量超标时,会 有过量氧化亚铜存在于晶界,使接触线脆性增加。国内和国外的产品在反复弯曲 检测和施工弯曲作业时都发生过脆断。 铜锡合金接触线。 国外和我国的少数工厂也采用连铸热连轧法生产铜锡合金 接触线供应时速 250km 高速铁路市场。2005 年我国已有一些工厂采用“上引连 挤法”试制成功了铜锡合金接触线,可以满足时速 250km~300km 高速铁路运行的 要求。 铜镁合金接触线。铜镁合金接触线的机械强度更高(高于铜锡合金接触线), 并且仍保有较高的导电率,我国时速 350km 高速电气化铁路已经,并且还将大量 采用。 目前我国京津城际、武广高铁、郑西高铁采用的都是国外生产或外企生产的 铜镁合金接触线。但是,这种铜镁合金接触线是采用铸杆直接经冷加工成形工艺 制造,没有再结晶改造过程,粗大铸态晶粒组织,虽经冷加工有所变形,但没有得 到本质上的改变,仍保留在成品接触线中,平均横向晶粒尺寸大约为 2mm 左右。 我国在采用“上引连挤法”制造铜银合金接触线、 铜锡合金接触线和铜镁合 金接触线的试验研究方面取得成功,并实现了产业化。产品性能大大高于现行的 铁道行业标准 TB/T2809-2005《电气化铁道用铜及铜合金接触线》(等效采用欧 洲联盟标准 EN50149:2001《铁道用-固定设备-电力牵引铜及铜合金沟槽接触 线》),优于国外同类产品水平,为我国高速电气化铁路发展提供了更好的产品, 也为修改并提高现行铁道行业标准主要技术指标创造了条件。 高强高导接触线实验研究与产业化 我国大学、研究院所、工业企业等单位进行析出强化、复合强化等最新材料 强化手段用于接触线制造的研究,已经取得丰硕成果。这无疑给高速电气化铁路 所需的高强高导接触线产品的发展开拓了广阔的前景。 我国采用“上引连挤法”制造的固溶强化型铜合金(Cu-Ag,Cu-Sn,Cu-Mg)接 触线,技术性能和产品质量已经超过国内外采用传统工艺制造的同类产品水平, 可以满足我国目前高速电气化铁路运用要求;我国应用析出强化和复合强化原理 进行高强高导铜合金接触线的试验研究和试制非常活跃,并已取得丰硕成果;实 现析出强化和复合强化铜合金接触线试验研究成果的产业化,还需要产学研结合,

共同努力;我们期望满足高速电气化铁路发展需要的高强高导铜合金接触线的研 究及其产业化不断取得新进展。(张强)


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