一种导电轨接头

《一种导电轨接头》涉及一种导电轨接头。

在城市地下轨道电动车辆的供电系统中，为了降低线路建设的成本常采用导电轨牵引供电技术。所谓“导电轨牵引供电”就是在列车行走的两条路轨以外，再加上带电的轨道。这条带电轨道通常设于两轨之间或其中一轨的外侧，电动列车的集电装置集电靴在带电的导电轨上接触并滑行，把电力传到列车上。

2010年前，导电轨均使用钢铝复合轨，单根导电轨的长度通常为12米到20米，必须将多根导电轨电连接和机械连接在一起，才能实现为电动列车提供电能的功能。像所有轨道一样，导电轨也会随温度的变化发生热胀冷缩，两根相邻导电轨的端部必须留有一定的间隙，为了实现相邻两根导电轨的电连接，在铺设导电轨时，必须在这两根导电轨连接处安装可以伸缩的导电接头，并要求其具有接触电阻小，可靠性好，安装方便等特性。

以往导电轨是通过连接导电轨两个端部的鱼尾板来实现电连接，为了提高电连接的可靠性，2010年前都在导电轨的连接处增加了膨胀接头。

专利申请号为CN200720036403.7的在先专利《一种轨道交通导电轨补偿装置》公开了一种由三块可相对滑动的镀银铜质主副片构成的膨胀接头，这种膨胀接头的主片、副片固定在导电轨上，主片插入两副片之间，并用一个带垫板的U型螺栓夹具固定，U型螺栓上设有弹簧，主副片之间通过平面摩擦接触来实现导电功能，这种膨胀接头在使用过程中存在一些缺陷，表现为：①主副片间的接触电阻不易控制，电动列车运行过程中产生的振动，局部温度的变化，主副片的磨损、腐蚀，异物的侵入，夹紧力大小的变化等，均会导致接触电阻发生变化；②螺栓的扭矩控制困难，如果螺栓的扭矩太大，主副片间压紧力过大，则膨胀接头就不能伸缩自如，在导电轨发生伸缩变形时会产生较大的阻力，甚至可能导致导电轨发生变形；压紧力不够则主副片不能很好地接触，接触电阻增大而影响载流。③在主副片之间的接触点或面上均会存在一定的电压降，当接触电阻较大或接触不良时可能产生过热和电弧烧蚀等现象。

专利号为ZL02820582.0的在先专利《用于接触轨的伸缩式连接器》公开了一种使用多层金属电导体的伸缩式连接器，在实施中主要是使用具有优良导电性能的多层金属带软连接，电导体金属带固定在连接元件上，连接元件由非金属材料制成的，可移动或可滑动地安装在接触轨（导电轨）的两个互相面对的端部内或上，其作用是保证导电轨只能沿长度方向伸缩。但是，在导电轨发生纵向伸缩时，连接元件两端滑槽的摩擦阻力是很难保持均衡。而且，多层金属带是具有一定刚性的，因此，在接触轨发生伸缩时两边弯曲部分的压缩或延伸行程难以保证一致和均匀，可能出现一边伸缩幅度较另一边明显不对称，甚至可能出现电导体一边的弯曲部反复被过压缩或过延伸，导致部份金属带疲劳损坏，甚至发生断裂。在极端情况下，如只有导电体一边的弯曲部发生伸缩，弯曲部发生过度的弹性变形，还有可能使导电体与地面或导电轨的底面接触，从而造成安全隐患或安全事故。

图1为《一种导电轨接头》的结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为《一种导电轨接头》在常温下导电轨不发生伸缩时的示意图。

图4为《一种导电轨接头》导电轨因温度升高而伸展时的示意图。

图5为《一种导电轨接头》导电轨因温度下降而收缩时的示意图。

附图中标号为：左导电轨1、左水平调节孔11、中间轨2、接触面21、右导电轨3、右水平调节孔31、支板4、左支板41、右支板42、电导体5、左电导体51、右电导体52、导线6、左导线61、右导线62、鱼尾板7、螺栓71、固定孔8。

2020年7月14日，《一种导电轨接头》获得第二十一届中国专利奖优秀奖。

实施例1

见图1至图5，该实施例包括左导电轨1、中间轨2、右导电轨3、支板4、电导体5、导线6和鱼尾板7。

左、右导电轨和中间轨的截面均呈“工字形”，在导电轨的上部有接触面，如图2所示的中间轨的接触面21。轨道电动车辆的集电靴在接触面上滑动实现受流。左导电轨1的右端面、中间轨2的两端面以及右导电轨3的左端面为相互平行的斜面。支板4为具有良好的导电性、可焊性和有足够机械强度的金属材料，支板4分为通过焊接或者铆接的方式安装在左导电轨1底面的左支板41和安装在右导电轨3底面的右支板42，两者非对称安装，如图3至图5所示，二者之间有一定的高度差。电导体5为具有良好导电性能的铜排，分为左电导体51和右电导体52，左电导体51的左端与左支板41固定、右端悬置，右电导体52的右端与右支板42固定、左端悬置；导线6为编织软铜线，分为左导线61和右导线62，左导线61的两端分别连接左电导体51的固定端和右电导体52的悬置端，右导线62的两端分别连接在左电导体51的悬置端和右电导体52的固定端，导线6连接后能保持松弛。在左导电轨1和右导电轨3的中部分别设有腰圆形的左水平调节孔11和右水平调节孔31，中间轨2的中部设有固定孔8，鱼尾板7通过螺栓71、左水平调节孔11、右水平调节孔31和固定孔8安装在左导电轨1、中间轨2和右导电轨3中部的两侧，紧固在中间轨2上的螺栓71及螺母紧固力矩大，而与左右导电轨1、3相连接的螺栓71及螺母上的紧固力矩小，这样两边的螺栓可以分别在两边的左水平调节孔11和右水平调节孔31内作纵向滑动，因而使得鱼尾板7与左导电轨1和右导电轨3滑动连接，与中间轨2固定连接。

该实施例主要用于城市轨道供电系统中，通过将左右导电轨1、3及中间轨2的接缝设置为相互平行的斜面，可以使导电轨的接触面表面连续，间隙可以调整并且可以重合，从而使集电靴在通过导电轨接头间隙时能平滑地从一端过渡到另一端，消除集电靴在膨胀点过渡时运行中产生电弧。通过将左导电轨1和右导电轨3的端部连接在一起，以提高导电轨输送电能的可靠性，这种可膨胀的导电轨接头结构简单，拆装方便，只需用若干个螺栓便能将电导体5和导线6固定好。由于电导体5和导线6形成了一个环路，可靠性很高，即使环路中出现了一个断点也能保证电能的传输，此外，鱼尾板7以及安装鱼尾板7的螺栓71均参与导电轨的电连接，这能更为有效地保证连接的可靠性。导线6采用编织软铜线非常柔软，不会影响导电轨发生热胀冷缩时的自由伸缩；由于导线6两端均固定在电导体5上，而两根电导体5处于同一水平面上，因此导线6只会在水平面内弯曲，不可能发生因伸屈变形而与大地接触。

见图4，当温度升高时，左导电轨1和右导电轨3发生伸展，左电导体51和右电导体52发生相对移动，由于导线6为编织软铜线，编织软铜线非常柔软，因此不会影响导电轨温度升高时的伸展。

同样见图5，当温度降低时，左导电轨1和右导电轨3发生收缩，左电导体51和右电导体52同样发生相对移动，同样由于导线6为编织软铜线，编织软铜线非常柔软，因此不会影响导电轨温度降低时的收缩。

一种导电轨接头专利目的

《一种导电轨接头》的目的在于提供一种导电轨接头，该接头不但能保证左右导电轨在热胀冷缩时导向准确，而且能保证电流续接良好，即使环路中出现了一个断点也能保证电能的传输。

一种导电轨接头技术方案

实现《一种导电轨接头》目的的技术方案是一种导电轨接头，包括左导电轨、中间轨和右导电轨，左导电轨的右端面、中间轨的两端面以及右导电轨的左端面为相互平行的斜面，还包括支板、电导体和导线；所述支板分为安装在左导电轨底面的左支板和安装在右导电轨底面的右支板，两者非轴对称安装；所述电导体分为左电导体和右电导体，左电导体的左端与左支板固定、右端悬置，右电导体的右端与右支板固定、左端悬置；所述导线分为左导线和右导线，左导线的两端分别连接左电导体的固定端和右电导体的悬置端，右导线的两端分别连接在左电导体的悬置端和右电导体的固定端；所述导线连接后能保持松弛。

所述支板通过焊接或者铆接的方式与左导电轨和右导电轨连接。所述电导体通过螺栓与支板固定，导线通过螺栓与电导体固定。所述支板为具有良好的导电性、可焊性和有足够机械强度的金属材料。所述电导体为具有良好导电性能的铜排。所述导线为编织软铜线。

《一种导电轨接头》还包括鱼尾板；在左导电轨和右导电轨的中部分别设有左水平调节孔和右水平调节孔，中间轨的中部设有固定孔，鱼尾板通过螺栓、左水平调节孔、右水平调节孔和固定孔安装在左导电轨、中间轨和右导电轨中部的两侧，且鱼尾板与左导电轨和右导电轨滑动连接，与中间轨固定连接。

所述鱼尾板为铝合金材料，安装鱼尾板的螺栓为不锈钢材料。所述鱼尾板和螺栓参与导电轨的电连接。

一种导电轨接头改善效果

《一种导电轨接头》具有以下的有益效果：

（1）左导线的两端分别连接左电导体的固定端和右电导体的悬置端，右导线的两端分别连接在左电导体的悬置端和右电导体的固定端，这种结构使得导线与电导体形成了一个环路，在导电轨发生伸缩时，左右电导体的纵向位移不会受到约束；左右导线通过螺栓、螺母分别固定在左右电导体上，所有电连接点均不会发生明显的相对运动，在膨胀接头的使用寿命期内，机械振动、电磁力、热应力循环、大气环境腐蚀、尘土污染等环境因素不会对各个电连接点的接触电阻造成明显的影响。

（2）《一种导电轨接头》导线连接后能保持松弛，这样不会影响导电轨发生热胀冷缩时的自由伸缩，而且由于导线两端均固定在电导体上，而两根电导体处于同一水平面上，因此导线只会在水平面内弯曲，不可能发生因伸屈变形而与大地接触。

（3）《一种导电轨接头》的电导体通过螺栓与支板固定，导线通过螺栓与电导体固定，这种结构使得安装、拆卸、更换都非常方便。

（4）《一种导电轨接头》的支板为具有良好的导电性、可焊性和有足够机械强度的金属材料，通过焊接或铆接的方式与导电轨连为一体，结构稳固，导电的可靠性高。

（5）《一种导电轨接头》电导体为具有良好导电性能的铜排，这种结构进一步增加了导电的可靠性。

（6）《一种导电轨接头》导线为编织软铜线，编织软铜线非常柔软又不容易断裂，使得导电环路更加稳定可靠。

（7）《一种导电轨接头》的鱼尾板通过螺栓、腰形圆孔和固定孔安装在左导电轨、中间轨和右导电轨腰部的两侧，且鱼尾板与左导电轨和右导电轨滑动连接，与中间轨固定连接，这种结构可以使得左导电轨和右导电轨发生热胀冷缩时伸缩的方向会朝向中间轨，进一步增加了导电环路的稳定性和可靠性。

（8）《一种导电轨接头》鱼尾板以及安装鱼尾板的螺栓均为具有足够机械强度的金属材料，这样当左导电轨和右导电轨发生热胀冷缩做纵向伸缩时，鱼尾板以及安装鱼尾板的螺栓可保证导电轨滑动时的导向准确。

（9）《一种导电轨接头》鱼尾板以及安装鱼尾板的螺栓均参与导电轨的电连接，这能更为有效地保证连接的可靠性。

1.一种导电轨接头，包括左导电轨（1）、中间轨（2）和右导电轨（3），左导电轨（1）的右端面、中间轨（2）的两端面以及右导电轨（3）的左端面为相互平行的斜面，其特征在于：还包括支板（4）、电导体（5）和导线（6）；所述支板（4）分为安装在左导电轨（1）底面的左支板（41）和安装在右导电轨（3）底面的右支板（42），两者非轴对称安装；所述电导体（5）分为左电导体（51）和右电导体（52），左电导体（51）的左端与左支板（41）固定、右端悬置，右电导体（52）的右端与右支板（42）固定、左端悬置，所述左电导体（51）和右电导体（52）处于同一水平面上；所述导线（6）分为左导线（61）和右导线（62），左导线（61）的两端分别连接左电导体（51）的固定端和右电导体（52）的悬置端，右导线（62）的两端分别连接在左电导体（51）的悬置端和右电导体（52）的固定端；所述导线（6）连接后能保持松弛。

2.根据权利要求1所述的一种导电轨接头，其特征在于：所述支板（4）通过焊接或者铆接的方式与左导电轨（1）和右导电轨（3）连接。

3.根据权利要求2所述的一种导电轨接头，其特征在于：所述电导体（5）通过螺栓与支板（4）固定，导线（6）通过螺栓与电导体（5）固定。

4.根据权利要求3所述的一种导电轨接头，其特征在于：所述支板（4）为具有良好的导电性、可焊性和有足够机械强度的金属材料。

5.根据权利要求4所述的一种导电轨接头，其特征在于：所述电导体（5）为具有良好导电性能的铜排。

6.根据权利要求5所述的一种导电轨接头，其特征在于：所述导线（6）为编织软铜线。

7.根据权利要求6所述的一种导电轨接头，其特征在于：还包括鱼尾板（7）；所述在左导电轨（1）和右导电轨（3）的中部分别设有左水平调节孔（11）和右水平调节孔（31），中间轨（2）的中部设有固定孔（8），鱼尾板（7）通过螺栓（71）、左水平调节孔（11）、右水平调节孔（31）和固定孔（8）安装在左导电轨（1）、中间轨（2）和右导电轨（3）中部的两侧，且鱼尾板（7）与左导电轨（1）和右导电轨（3）滑动连接，与中间轨（2）固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种导电轨接头，其特征在于：所述鱼尾板（7）为铝合金材料，安装鱼尾板（7）的螺栓（71）为不锈钢材料。

9.根据权利要求8所述的一种导电轨接头，其特征在于：所述鱼尾板（7）和螺栓（71）参与导电轨的电连接。

钢轨导电接头(conducting joint)是指具有轨端导电联结装置的钢轨接头。

蒸汽与内燃牵引的自动闭塞区段上，用两条直径为5mm的镀锌铁丝，端部用镀铝插销固定于普通钢轨接头两端连接轨轨腰，作为信号电流导线。

电力牵引的自动闭塞区段上，用一条断面积约为100mm²的铜索焊连在接头两端连接轨靠非工作边一侧的轨头侧面，兼作信号电流导线和牵引电流的回路 。

上述因素迫使研究、试验和运用改进的新式钢轨接头连接的方法。弹性钢轨连接件安装在钢轨与鱼尾板之间。它的纵断面呈弧形、两端为直线的弹性平面。凸起的部分朝向钢轨的外侧、夹在鱼尾板缝中, 把有切口和导向孔的弹性平面对着接头钢轨的孔眼。切口通常要刮去表层, 以接触钢轨的表面, 保证两钢轨之间通电的电阻很小。除此以外, 为使沿钢轨的电流畅通, 连接件要涂敷上一层高导电性和低氧化的金属层。其最小断面积为110mm²。

电阻大约为0.003Ω, 能保证任何作业条件下轨道电路正常工作。试验表明, 通过连接件的牵引电流达600A时, 连接件发热, 但还不至于烧断 。

1989年内, 在安装弹性钢轨连接件的站场和区间, 一次也没有发生轨道电路作业故障。苏联冶金部矿业研究院建议在库尔斯克磁力异常区露天矿所有站场和区间轨道电路上应用该种连接件, 作为电气牵引区域内的主要设施。在其它采选公司推广使用这种连接件可以提高轨道电路的效率、减少生产消耗、增加列车的通过能力、提高所有运输设备的劳动生产率。

由多根铜丝组成并焊接在钢轨接头处的铜连接件, 由于受到养路机械钢刷的快速损伤, 也是其寿命短的主要原因。另外, 立体淬火钢轨轨头连接的焊接技术还没解决 。

对于大多数固定线路, 其特点是货流量很大、曲线区段很多、坡度陡而长及有重载翻斗车在前的列车运行方式。这就导致线路爬行量很大、钢轨接头和连接断开、钢轨磨损加快。在曲线段钢轨磨损特别快, 这里每隔6-7个月就要全部更换钢轨, 接着要全部恢复轨道电路无论是焊接式还是插塞式连接。