阅读说明：本技术 一种电气化铁路用光纤复合承力索及其制备方法 (Optical fiber composite carrier cable for electrified railway and preparation method thereof ) 是由 田庚 辛斌斌 张鹏强 伍光磊 金榕 朱兴 丰茂磊 濮佳辉 周建 程磊 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种电气化铁路用光纤复合承力索及其制备方法,包括一根中心股及包覆于中心股外侧的多层外包股层；当中心股为铜管光单元时,外包股层设有一层或多层,多根铜镁合金线绞合形成外包股层；当中心股为铜镁合金线时,外包股层设有两层或三层,铜管光单元设置于除最外层之外的其他外包股层,并与多根铜镁合金线绞合形成外包股层。电气化铁路用光纤复合承力索的制备方法包括铜管光单元、铜镁合金线的制备以及光纤复合承力索绞合。本发明将输电承力索和通信光缆相结合,能够同时实现传输电能和光纤通信,并且可以配合光纤传感监测系统对温度、断股、振动、张力等运行状态参数进行监控和预警的光纤复合承力索。(The invention relates to an optical fiber composite carrier cable for an electrified railway and a preparation method thereof, wherein the optical fiber composite carrier cable comprises a central strand and a plurality of outer strand coating layers coated outside the central strand; when the central strand is a copper tube optical unit, one or more layers of outer wrapping strand layers are arranged, and a plurality of copper-magnesium alloy wires are twisted to form the outer wrapping strand layers; when the central strand is a copper-magnesium alloy wire, the outer wrapping strand layer is provided with two or three layers, and the copper tube optical units are arranged on the other outer wrapping strand layers except the outermost layer and are twisted with the plurality of copper-magnesium alloy wires to form the outer wrapping strand layer. The preparation method of the optical fiber composite carrier cable for the electrified railway comprises the preparation of a copper pipe optical unit and a copper-magnesium alloy wire and the stranding of the optical fiber composite carrier cable. The invention combines the power transmission carrier cable with the communication optical cable, can simultaneously realize power transmission and optical fiber communication, and can be matched with an optical fiber sensing monitoring system to monitor and early warn the running state parameters such as temperature, strand breakage, vibration, tension and the like.)

一种电气化铁路用光纤复合承力索及其制备方法

技术领域

本发明涉及铁路用承力索技术领域，尤其是指一种电气化铁路用光纤复合承力索及其制备方法。

背景技术

铁路系统中的输电承力索和通信光缆一般是分开架设的，材料成本和施工成本高，并且随着我国铁路营运总里程数及铁路电气化率的逐年增加，铁路系统的建设成本及维护成本也在不断增加；同时现阶段铁路系统的维护，特别是铁路接触网的日常运维需要大量技术人员到现场进行定期和不定期的巡视、检查，且无法实现接触网运行状态和技术参数连续性的记录和监测，也无法及时发现并消除运行中出现的问题。

因此，有必要发明一种将输电承力索和通信光缆相结合，能够同时实现传输电能和光纤通信，并且可以配合光纤传感监测系统对温度、断股、振动、张力等运行状态参数进行监控和预警的光纤复合承力索并制定其制备方法。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中铁路系统输电承力索和通信光缆需要分开架设，建设成本高，同时铁路接触网的日常运维消耗大量的人力，且无法实现接触网运行状态和技术参数连续性的记录和监测，也无法及时发现并消除运行中出现的问题，本发明提供了一种电气化铁路用光纤复合承力索及其制备方法，制得的承力索整体强度高，导电性能好，并将输电承力索和通信光缆相结合，能够同时实现传输电能和光纤通信。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电气化铁路用光纤复合承力索的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：

采用连续纵包摸具将铜带卷曲成管状，同时使用双层针管将光纤和纤膏导入铜管中，并用固体激光器产生的激光脉冲对卷曲铜带的两对接边进行焊接，且经拉拔后形成具有光纤余长的铜管光单元；

步骤2：

步骤2-1：采用铜、镁的质量百分比分别为85％和15％的铜镁中间合金作为原材料，并将铜镁合金原材料投入上引连铸炉中融化、保温搅拌制得直径为20mm-30mm且镁的质量百分比为0.15％-0.5％的铸杆坯料；

步骤2-2：通过挤压设备将制得的铸杆坯料挤压成直径为35mm-40mm的铸杆半成品，并在温度为20±0.5℃的冷却水中冷却；

步骤2-3：使用冷轧设备将挤压后的铸杆半成品加工成直径为8mm的冷轧杆，并用温度小于50℃的乳化液进行润滑冷却；

步骤2-4：采用拉丝设备对制得的冷轧杆进行多次拉拔，拉制成直径为2.1mm-3.15mm的铜镁合金线；

步骤3：

将步骤1与步骤2制得的铜管光单元与铜镁合金线绞合为光纤复合承力索。

在本发明的一个实施例中，所述固体激光器产生的激光脉冲波长为500nm，激光功率为3000瓦。

在本发明的一个实施例中，所述光纤通过打环、着色进行颜色标识。

在本发明的一个实施例中，所述纤膏的填充率为85％-93％。

在本发明的一个实施例中，所述光纤余长为0.2％-0.3％，且所述光纤为单模光纤或多模光纤。

在本发明的一个实施例中，所述单模光纤衰减系数为1310nm≤0.35dB/km、1550nm≤0.21dB/km；所述多模光纤衰减系数为1300nm≤1.5dB/km、850nm≤3.5dB/km。

一种电气化铁路用光纤复合承力索，包括上述铜管光单元与铜镁合金线，其特征在于：承力索包括一根中心股及包覆于所述中心股外侧的多层外包股层；

当所述中心股为铜管光单元时，所述外包股层设有一层或多层，多根所述铜镁合金线绞合形成所述外包股层；

当所述中心股为铜镁合金线时，所述外包股层设有两层或三层，所述铜管光单元设置于除最外层之外的其他外包股层，并与多根铜镁合金线绞合形成所述外包股层。

在本发明的一个实施例中，当所述外包股层为一层时，节径比为10-13；当所述外包股层为两层时，内层节径比为11-15，外层节径比为10-12；当所述外包股层为三层时，内层节径比为12-16，次外层节径比为11-15，外层节径比为10-12，且任一外包股层的节径比小于相邻内层的节径比。

在本发明的一个实施例中，多层所述外包股层各相邻层的绞合方向相反，且最外层的绞合方向为右向。

在本发明的一个实施例中，与所述铜管光单元绞合的同层铜镁合金线的直径≥铜管光单元的直径。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的一种电气化铁路用光纤复合承力索及其制备方法，以此制备方法制得的承力索强度更高，导电性能更好，并且将光单元复合在承力索中，既可以输送电能，也可作为铁路调度、6C监控信号等的信息传输通道，实现传输电能和光纤通信双重功能的结合，解决了常规下输电承力索和通信光缆分开架设的问题，降低了材料成本和施工成本，同时可配合分布式光纤传感监测系统，利用光纤复合承力索中光纤对承力索温度、断股、振动、张力等运行状态参数进行监控和预警，实现接触网智能化监控。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明的步骤流程图；

图2是本发明的整体构成的示意图；

图3本发明的整体结构的示意图；

图4本发明的铜管光单元的示意图。

说明书附图标记说明：1、铜管光单元；11、光纤；12、纤膏；13、铜管；2、铜镁合金线；3、中心股；4、外包股层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

参照图1所示，本发明的一种电气化铁路用光纤复合承力索的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：

采用连续纵包摸具将铜带卷曲成管状，同时使用双层针管将光纤11和纤膏12导入铜管13中，并用固体激光器产生的激光脉冲对卷曲铜带的两对接边进行焊接，且经拉拔后形成具有光纤余长的铜管光单元1；

步骤2：

步骤2-1：采用铜、镁的质量百分比分别为85％和15％的铜镁中间合金作为原材料，并将铜镁合金原材料投入上引连铸炉中融化、保温搅拌制得直径为20mm-30mm且镁的质量百分比为0.15％-0.5％的铸杆坯料；

步骤2-2：通过挤压设备将制得的铸杆坯料挤压成直径为35mm-40mm的铸杆半成品，并在温度为20±0.5℃的冷却水中冷却；通过挤压方法处理，使铜镁合金的晶粒细化，提高整体的强度和导电性能，并且增大铜镁合金铸杆的直径，增大冷轧截面压缩率；

步骤2-3：使用冷轧设备将挤压后的铸杆半成品加工成直径为8mm的冷轧杆，并用温度小于50℃的乳化液进行润滑冷却，冷轧总变形量超过90％，冷轧后的铜镁合金杆强度得到进一步提升；

步骤2-4：采用拉丝设备对制得的冷轧杆进行多次拉拔，拉制成直径为2.1mm-3.15mm的铜镁合金线2，拉拔总变形量达到85％-95％，通过加工变形进一步提高铜镁合金线2的强度，单线强度可超过655MPa,20℃导电率大于80％IACS；

步骤3：

将步骤1与步骤2制得的铜管光单元1与铜镁合金线2绞合为光纤复合承力索。

进一步的，固体激光器产生的激光脉冲波长为500nm，激光功率为3000瓦，保证铜带焊接牢固。

进一步的，光纤11通过打环、着色进行颜色标识，以便于区分。

进一步的，纤膏12的填充率为85％-93％，能够有效保护光纤11免受雨水侵入，同时能够起到一定的支撑作用，保证光纤11稳定。

进一步的，光纤余长为0.2％-0.3％，且光纤11为单模光纤或多模光纤。

进一步的，单模光纤衰减系数为1310nm≤0.35dB/km、1550nm≤0.21dB/km；多模光纤衰减系数为1300nm≤1.5dB/km、850nm≤3.5dB/km。

实施例2

参照图2-图4所示，一种电气化铁路用光纤复合承力索，包括上述的铜管光单元1与铜镁合金线2，承力索包括一根中心股3及包覆于中心股3外侧的多层外包股层4；

当中心股3为铜管光单元1时，外包股层4设有一层或多层，多根铜镁合金线2绞合形成所述外包股层4；

当中心股3为铜镁合金线2时，外包股层4设有两层或三层，铜管光单元1设置于除最外层之外的其他外包股层4，并与多根铜镁合金线2绞合形成外包股层4。

进一步的，当外包股层4为一层时，节径比为10-13；当外包股层4为两层时，内层节径比为11-15，外层节径比为10-12；当外包股层4为三层时，内层节径比为12-16，次外层节径比为11-15，外层节径比为10-12，且任一外包股层4的节径比小于相邻内层的节径比。

进一步的，多层外包股层4各相邻层的绞合方向相反，且最外层的绞合方向为右向，在受到外力，特别是扭力时，各层不易松开。

进一步的，与铜管光单元1绞合的同层铜镁合金线2的直径≥铜管光单元1的直径，以保护铜管光单元1不被压伤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。