集電靴磁鐵粘接工藝研究

于躍 安斐

摘要：作為城軌車輛地面供電系統車載部分的主要結構，集電靴底座擔負著為車輛供電的重要任務。集電靴底座中的磁鐵組合體主要用于吸起供電模塊內的柔性帶，使集電靴正極電刷與地面供電模塊的正極導通。因此磁鐵組合體的粘接質量直接影響車輛使用性能。

關鍵字：粘接 磁鐵 集電靴

1、前言

地面供電系統是一種由地面供電模塊向有軌電車供電的城市軌道交通系統，是一種新型的無接觸網式供電系統。該系統不僅能安全高效的向有軌電車供電，還能和其他交通工具一起分享道路資源。地面供電系統車載部分為受流器（又稱集電靴），受流器前端和后端配備有排障器，能夠清除大部分障礙物;同時配備有護蓋（蓋板），當受流器收起時，護蓋閉合，能夠起到保護作用。磁性集電靴底座是地而供電模塊和有軌電車受流器之間物理接觸的地方，置于車輛轉向架下，位于受流器最底部，其功能是：永磁體產生磁場，吸起柔性接觸帶，集電靴電刷與地面供電相應模塊區段接觸摩擦;集電靴正極電刷與帶正電的柔性帶連接，負極電刷連接地面供電模塊兩邊的負極，形成回路，為車輛供電。

2、磁鐵組合體相關介紹

2.1磁鐵組合體的裝配

集電靴磁鐵組合體按照所含磁鐵塊數分為長短2種，長磁鐵組合體由12塊磁鐵組成，短磁鐵組合體由4塊磁鐵。按照磁鐵組合體充磁磁極又可以分為N極和S極磁鐵組合體。以短磁鐵組合體裝配為例，裝配圖如圖一所示。

組裝時先將短磁鐵組合體上蓋板與一個短磁鐵組合體倒扳用螺栓連接，再將未充磁磁鐵塊依次安裝并用膠黏劑緊固，并利用磁鐵裝配工裝加以固定，裝配固定過程如圖二所示。最后將另一個短磁鐵組合體側板與磁鐵粘接，并用螺栓將之與短磁鐵組合體上蓋板緊固。等待膠黏劑充分固化后，將組裝后的短磁鐵組合體放入充磁機，按照需求充入特定磁極。

2.2磁鐵組合體檢查

為保證磁鐵產生的磁場能夠達到吸起柔性帶的要求，維持車輛正常運行，應對裝配后的磁鐵組合體做如下檢查。

（1）保證磁鐵組合體粘接性能良好。

（2）保證磁鐵充磁面（帶有標記面）朝外，充磁磁極正確。

（3）充磁后測量磁鐵組合體4角，保證磁力達到規定要求。

3、初期磁鐵組合體粘接工藝

3.1初期粘接方法

初期使用502膠水作為粘接劑，粘接過程如下：

①使用丙酮對磁鐵塊粘接面進行擦拭。

②在磁鐵塊粘接面上涂502膠。

③將磁鐵塊粘接，并壓緊固定。

④等待膠粘劑固化。

3.2粘接后存在的問題

粘接后將長短磁鐵組合體放入充磁機充磁，充磁后按照特定的磁極，將1個長磁鐵組合體和4個短磁鐵組合體安裝到底座中，安裝后并未發現問題。

隨著集電靴后續試驗的進行，需要不斷對現有方案進行優化改進，在集電靴底座進行改造時，需要先將底座下板打開，將長短磁鐵組合體拆下，再對底座上板進行改造加工。在拆解底座時，發現部分磁鐵組合體出現粘接不牢靠的問題。

3.3問題原因分析

此現象的發生意味著磁鐵組合體的粘接并不牢靠，由于同一磁鐵組合體中磁鐵塊磁極相同，所以各磁鐵塊之間存在很大的排斥力，由于粘接力沒有達到一定強度，導致磁鐵塊間的排斥力大于粘接力，出現粘接不牢靠現象。

4、粘接工藝學習

粘接不牢靠現象的出現意味著集電靴的性能存在不穩定性，后續維護存在一定的安全隱患，單位立即決定對粘接工藝進行學習、培訓，從根本上解決此問題。通過近一個月的學習，我們對粘接工藝有了更為全面的了解。

4.1粘接原理

粘接是依附膠粘劑的粘接力將兩種基材固定在一起的過程，粘接的好壞主要取決于膠粘劑與基材表面形成的粘附力和膠粘劑自身的內聚力。

內聚力主要是受膠粘劑的特性影響，選擇膠粘劑就等于選擇了膠的強度。除此之外，其他影響膠粘劑內聚力的因素主要有，施膠時膠的厚度、固化時間、粘接后的使用環境、老化機制等。

粘附力主要取決于所選用的膠粘劑是否能良好的潤濕基材表面。潤濕是指液體分散在固體表面，以接近原子尺寸的方式逼近。其他影響粘附力的因素還有基材表面的處理與清潔、施膠方式、施膠環境等。

4.2粘接過程

一個完整的粘接過程中包括很多影響因素，任何一個因素都會導致最終粘接的缺陷。粘接過程一般分為膠粘劑的選擇、基材的表面處理、施膠。

4.2.1膠粘劑的選擇

膠粘劑的選擇需要結合實際需求，根據膠粘劑自身其他性能（如：單雙組份、排氣行為、顏色、氣味、可涂漆能力、防火、阻燃）進行選擇。除此之外，膠粘劑的選擇還要考慮以下幾方面因素：

實際載荷和應力。主要從機械載荷、溫度變化、各種介質影響、輻射等方面進行考慮。

基材相關信息。主要考慮基材材質、機械性能、幾何形狀、熱膨脹系數、耐化學性、表面狀態等。

生產條件。結合企業實際生產情況考慮節拍時間、環境條件、涂膠方式、工藝一體化、后續操作、公差等因素。

附加信息則。從操作安全性、環保性、長期穩定性、質量、成本等方面考慮。

4.2.2基材的表面處理

基材的表面處理，是良好粘接的基礎。表面處理后應達到好的潤濕和粘接性能、材料成分一致性、長期穩定性?；牡谋砻嫣幚硪话闳Q于基材的材質、膠粘劑種類、基材表面的實際狀態、粘接后的性能要求?；牡谋砻嫣幚矸譃楸砻鏈蕚?、表面前處理、表面后處理三部分。

表面準備主要是對基材表面進行檢查、去毛刺、清潔。清洗劑的選擇一般根據基材表面污染物的極性選擇，有些清洗劑效果強但有毒，使用時應該注意防護。

表面前處理是通過物理、化學和涂層的方式對基材表面進行處理。主要為了增加基材表面粗糙度、去除表面多余層。

表面后處理主要為了增強粘接力，可以使用底涂或者促進劑涂在基材表面，然后再涂膠。表而后處理時應當注意涂抹單層、均勻，注意風干時間、開放時間。

4.2.3施膠

首先根據施膠環境確認是否需要對膠粘劑做同溫處理。而后了解所使用的膠粘劑是單組份還是雙組分，對于雙組分膠粘劑需要注意混膠比，混膠過程中攪拌應該勻速單向，以每分鐘40-60圈為宜。然后用合適的工具涂膠，涂膠過程中不能產生氣泡，注意膠層厚度，必要時使用玻璃微珠等方法進行控制。施膠過程中注意開放時間及適用期，粘接固定后，應當立刻清理溢出的膠。

4.2.4固化

粘接后，需要對粘接件夾緊固定，然后根據固化條件對粘接件進行后續操作。膠粘劑不同固化時間差異很大，需要注意粘接件達到初固強度前一般禁止搬運，達到最終強度前禁止承受載荷。

5、初期磁鐵組合體粘接工藝分析

5.1膠粘劑分析

初期所使用的膠粘劑為502膠水，是氰基丙烯酸酯類膠粘劑，俗稱瞬干膠。502膠水接觸空氣中的微量水汽，即迅速發生連鎖聚合反應，固化后形成熱塑性塑料。

氰基丙烯酸酯類膠粘劑主要包括以下特點：剪切強度最高可達25MPa;斷裂延伸率可達10%;持續使用溫度可達80。C;抗潮濕能力差;膠粘劑一般比較稀薄，最大填縫厚度只有0.05毫米;一般在幾秒鐘內達到初固，最終強度要在24小時以后到達。

502膠應用范圍較為廣泛，非常適合粘接極性橡膠、極性塑料。由于強度、耐溫、耐濕能力有限，502膠一般不用來粘接金屬。

由此分析502膠本身的強度不高，加之沿海地區濕度大，所以用502膠水粘接磁力大的磁鐵塊并不合理。

5.2清潔劑分析

初期所使用的清潔劑為丙酮，丙酮清潔效果好，但是有毒且揮發速率快。考慮到實際生產環境為車間，粘接操作者可以佩戴防毒用具作為保護，但是車間其他人員不會佩戴放毒護具，所以考慮更換清潔劑。

5.3其他因素分析

由于初期進行集電靴的試制時，未劃分專門用于粘接作業的區域，粘接所在車間包含機加工工序，機加工產生的鐵屑、廢屑可能會影響粘接效果。另外還可能存在膠粘劑還未完全固化就進行充磁，也會對粘接性能產生影響。

6、磁鐵組合體粘接工藝改進

根據使用條件的需求，粘接可以與其他連接方式配合使用。為了確保磁鐵粘接的可靠性，提高產品質量，考慮采用螺栓連接與粘接配合使用。

6.1膠粘劑的選擇

根據集電靴磁鐵粘接的實際情況和生產條件考慮，對膠粘劑有以下要求：粘接力好、高拉伸強度、高剪切強度、耐濕氣、室溫固化、固化時間短、成本低。綜合上述因素，選擇了T802高強度膠。

T802高強度膠屬于甲基丙烯酸甲酯類膠粘劑，固化機理為連鎖聚合。該膠拉伸強度可達35MPa、剪切強度可達32MPa、結合強度高、應力分布均勻、容易獲得。

6.2粘接準備

首先需要對操作環境進行規范，劃分專門進行粘接的區域，粘接區域周圍避免有機加工等產生雜質灰塵的操作，有條件最好設置獨立的粘接間。其次操作者應佩戴相應的護具，如手套、口罩、眼鏡等。再次準備好垃圾分類箱，很多膠粘劑固化前有毒，相關廢品需要扔到特定的垃圾箱中。最后準備足夠的粘接件夾緊工裝和相應的存放區域，避免粘接件固化前頻繁移動。

6.3粘接工藝流程

①磁鐵塊表面處理。使用酒精對磁鐵塊粘接面進行清潔，清潔時要單向擦拭，不能來回擦拭。清潔后晾干5分鐘，使粘接面上酒精充分揮發。

②混膠。將A、B膠嚴格按照質量比1：1導入混膠罐中，按照每分鐘40-60圈單向攪拌均勻。混合后的膠需要在10分鐘內用完，隨用隨混，避免過量混膠，導致超過適用期。

③施膠及固定。將膠粘劑涂到磁鐵粘接面上，涂膠使避免出現中空、漏涂。按順序逐個粘接磁鐵并使用夾具固定。將固定螺栓全部安裝到位，螺栓頭部注滿膠粘劑。磁鐵組合體粘接完成后，去除溢出的膠粘劑。并將磁鐵組合體存放至固化區。

④清潔及固化。完成粘接工作后，將膠粘劑、酒精存放到特定的存放區;將混膠棒、刮膠棒、工作臺面擦拭干凈;將產生的垃圾按照有害、無害分類處理。

粘接件在室溫25。C條件下，24小時可以完全固化;當室溫低于15。時，需要進行適當加溫措施，縮短固化時間、提到強度。固化后將所有高點磨平。

7、結論

通過對集電靴磁鐵粘接工藝的研究與改進，完善了集電靴產品、提升了產品的穩定性。按照改進后的工藝進行磁鐵組合體粘接，再沒有發生粘接不牢靠現象。通過粘接區域的設置改善了工作環境，為日后其他粘接工作打下了良好的基礎。通過更換清潔劑和增加分類垃圾箱，使操作者在一個相對安全，無污染的環境中工作。本次研究也可以為以后類似的磁鐵粘接工藝提供借鑒。

參考文獻

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