[发明专利]离心铸造杆及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中空结构件，特别是涉及拥有锥形外观和壁厚完全一致的中空电线杆。

背景技术

在电力行业常见的高应力、高横向力的环境中，锥形杆的几何形状一般都在其底部或接近底部的地方提供最大的横截面强度，因为这个地方的各种反作用力往往会结合或汇聚起来。

电力行业使用木杆产生的问题不胜枚举，并有详实的文件记载。这些问题包括地面线腐烂、在高横向力的作用下容易发生倾斜或弯曲(因此要求使用绷绳、锚和其它辅助性硬件)、鸟类和其它动物造成的磨损、附属硬件和装置的振动损坏、缺少合适的树木来生产大型木杆、以及自然力和人力导致的高破损率等。此外，根据行业的基本规范，木杆一般在使用约20-30年后必须更换。特别值得注意的是，更换和处理木杆对于各电力公司来说费用过高，特别是当依据法令的要求不能对它们进行焚烧时。而且，有些电力公司不得不用铁丝网将木杆包裹起来，以避免鸟类和其它动物对它们造成破坏。

另外一些电力公司采用的是中空的混凝土杆，特别是高压电力传输系统较多地采用混凝土杆，以克服木杆带来的各种问题。但是，混凝土电线杆制造成本高，重量大，并需要重型设备进行装载、运输、卸载和安装。而且，由于强度方面的要求，混凝土杆直径最小的顶部一般是实心的。除此以外，混凝土杆的实地改造一般非常耗时、费力和费钱。

目前市场上有钢质电线杆出售。钢质电线杆一般通过下列方法制造：对较薄的可锻钢板进行切割，然后采用金属弯板机和其它的热/冷金属成型方法将钢板制成两个多面体，最后将它们焊接起来。该电线杆制造成本相当高，而且，由于成型的需要使得钢板必须比较薄，导致电线杆必须拥有相对较大的底部直径，以保证在高应力、高横向力的情形下使用时具备必要的强度。此外，即使壁厚有所变化，也只能是局部变化。

市场上铝合金电线杆也有售。但是，这些电线杆一般仅适用于低应力的一次性应用，如公路照明。而且，铝合金杆目前不是通过离心铸造方法成型的，而一般是通过热/冷金属成型方法制造的。而且，铝合金杆不具备高横向力的环境中使用时所必须的质量或强度。

延性铁具备的特性使其非常适用于电线杆的使用环境。例如，延性铁拥有极高的强度/重量比，可以加工，有弹性(不易碎)，具备良好的阻尼性能，防锈，并且比铝和混凝土便宜。因此，用延性铁离心铸造而成的各种几何形状的电线杆都能够完全免维护，并拥有极长的使用寿命(许多100多年的旧延性铁供水干管仍然还在使用)和较低的成本，有效地克服了其它类型的电线杆产生的上述问题和困难。

离心铸造与金属成型等替代性生产技术相比还有其它优势。例如，离心铸造能够生产出无缝杆，其在高应力、高横向力的环境中拥有较高的总体强度。而且，离心铸造还能够通过机械化的流程以较少的人力廉价地生产大批量的杆。由于能够一次性铸造较长的无缝杆段，所以在制造或现场安装过程中可以减少或取消后续的连接步骤。此外，离心铸造生产的杆比金属成型生产的杆要精确得多，外径公差范围达到了+/-0.001毫米。总之，离心铸造生产的杆强度较大而需要的人力较少，更加容易批量生产，能够适合更大范围的应用。

在本发明之前，锥形金属电线杆(包括延性铁杆)的离心铸造受到了铸造技术的限制。已知的在先铸造方法(如申请人此前的美国专利No.5,784,851公开的铸造方法)仅实现了生产作业间旋转速度和浇注速率的变化，这种杆的壁厚是不定的。更加准确地说，在先铸造方法无法使注入的金属合理散布，因此，模具旋转和移动时无法使金属在其内侧均匀铺展以达到较高的外径公差范围(+/-0.001毫米)。这就意味着：尽管上文提到了离心铸造方法的各种优势，但目前锥形杆的离心铸造仅比金属轧制仅好一点点而已。本发明克服了这种限制，推出一种变速变注的铸造方法，该方法通过提高或降低金属的浇注速率和模具的旋转速度，在一个生产作业期间能准确控制金属的铺展。根据想要的规格，成型时杆壁可以下厚上薄，或在指定处发生厚度变化，或在长轴方向上拥有完全一致的厚度。

此外，本发明还使杆的生产能够满足特定的应用需求。例如，有些要求厚度有变化(顶端薄，地面线厚，以应对线路负载和腐蚀)，而其它可能要求厚度保持一致，以便将结构支持最大化。本发明还能够满足那些要求极限高度或可变高度的应用，在这种应用中，铸造的杆段拥有滑动接头，一个杆的锥形杆段可以牢固地连接在另一个杆的底端，从而获得指定的有效杆长。另外，某些特定的应用还可能要求在铸造期间或之后对杆进一步加固，包括但不局限于防风纹理、安装法兰、硬件和装置检修孔或检修板、以及顶盖。

发明内容

综上所述，本发明涉及一种离心铸造的中空杆，它在长轴方向上拥有完全一致的壁厚。