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滑触线的材质与型式
滑触线供电的特点是集电器与滑触线表面在保持接触的情况下相对滑动,从而达到移动供电的效果。这一应用性质本身就决定了滑触线本体材质必须具有较好的导电性和耐磨性;同时滑触线是直接暴露在环境中的,因此还需具有较强的化学稳定性;而且滑触接电方式本身也要求滑触线接电面承受一定压力以保证接触导电效果,再加上前文已经提到滑触线的适用特点为大供电范围,即实际使用滑触线的长度一般较大,几十米到几百米,这又要求滑触线具有较强的刚性。
滑触线的材质在发展初期以钢材为主,一方面是因为钢材的导电性能较好,在常用金属材料中仅次于银,铜,铝,而且材质本身造价较低;另一方面是因为钢材具有很好的刚性,而且耐磨性优良。钢质滑触线的型式主要包括各种型钢,如角钢、槽钢、方钢、钢轨等。但随着吊车起重能力不断增大,其对供电流的要求也随之增大,而钢质滑触线在导电性方面性能不强的问题逐渐暴露并凸显出来。要提高滑触线导通电流的能力,可采用的方法一是增大导体截面二,是改用导电性更好的导体材质[[3)。对于钢质滑触线,增大截面积的方法虽然能够提高其导通电流的能力,但也带来了滑触线重量过大,占用空间过大,滑触线支架复杂庞大,甚至对吊车梁的结构设计带来了不小的影响;而且由于集肤效应的影响,钢质滑触线的截面积增大到一定程度后,截面积继续增大而带来的导通电流能力的提高变得非常有限,因此对于大电流应用环境,钢质滑触线的采用逐渐减少,与之相应的关于滑触线材质型式的研究出现了一个活跃期,大量的研究集中在钢材以外的材质应用和型式设计方面。
导电性能优于钢质的常用金属材料包括铝、铜和银。银的造价过于高昂,而滑触线的材料使用量较大,采用银作为滑触线材质显然达不到合理的经济适用性。铝的导电性很好,虽然小幅落后于铜,但相比于钢有大幅提高,而且铝的密度低,以其作为滑触线的话将大幅减小滑触线支架的负荷,节省滑触线和支架占用空间,也利于吊车梁的结构设计。但经过一系列的研究和实验发现,金属材质铝作为滑触线,存在以下主要问题:一是铝的材料刚性不强,抗拉伸、抗形变能力较差,作为滑触线则必须复合高刚性材质才能满足使用要求,其解决方法也比较简单可行,即采用型钢作为骨架,铝材复合在钢骨架之上,这样就解决了其刚性不足的问题;二是铝的化学性质较活泼,在空气中很容易发生氧化,在表面形成一层氧化膜,而氧化膜本身是不导电的,这将严重影响其作为滑触线材质的应用性能,虽然实验证明短时间氧化形成的薄氧化膜对导电性的影响不大,若时间较长,或环境腐蚀性较强,则会在铝材表面形成较厚的非导电性膜,这时对于铝滑触线的表面导电性就构成了明显的影响,即使在接触面形成电位差能够使其基本具备导电的性质,但滑导供电的可靠性变差,而且能够使非导电性氧化膜导电的电位差本身也是对于铝滑触线供电电能质量的一种影响,即在滑触接电表面产生了较大的压降,影响吊车使用工作;三是铝的摩擦系数较大,集电器在铝滑触线表面摩擦难度大,不顺畅,而且铝的材质本身比较软,容易在滑触过程中被破坏,耐用性和使用寿命都比
较差。综合上述三点原因,以铝作为滑触线材质的应用尝试,基本未获得成功,一些更加深入的相关研究也暂时未取得突破性的进展。
在铝的应用发展停滞不前的同时,以铜作为滑触线材质的研究逐渐增多。铜的导电性优于铝,材料刚性虽然与钢材仍有一定差距,但相比于铝,在抗拉伸、抗折弯等方面有较大幅度的提高,其化学稳定性优于铝,耐磨性优于铝但仍不如钢材,材质造价方面高于铝。受制于材料刚性,以铜作为滑触线,仍需辅以刚骨架,即刚体铜质滑触线。关于刚体铜质滑触线的研究,以型式设计方面为主,主要是探寻不制造效率和工艺成本、材料利用率等方面的[(4]0图1.1和图1.2为两种常见的刚体铜质滑触线型式。
除上述型钢滑触线和刚体铜质滑触线以外,目前还有一种应用很少的滑触线型式,是以型钢滑触线作为基础,再附加铜或铝辅助线与型钢并列:型钢通常采用槽钢或角钢附加扁铜排或扁铝排,辅助线与型钢之间通过螺栓连接固定,其连接组装一般在施工现场进行。这种应用型式简单地结合了型钢和铜(铝)的材质优点,但问题在于两种材质的结合并不充分,有效连接区域集中在螺栓紧固处,往往造成局部电流过大导致发热严重;而且钢质部分作为基础,既要与集电器接触,又要与辅助线接触,其规格和截面积往往较大,而实际导通电流时由于钢质部分阻抗远远大于辅助线(这也正是辅助线存在的意义),造成了钢质材料的浪费,也增大了现场施工难度和工程周期—综合以上,本文不推荐这种型钢附加辅助线的应用型式。
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