本实用新型涉及碳纤维发热电缆辐射加热融雪条技术领域，特别涉及铁路道岔远红外线辐射电加热融雪装置技术领域，具体是指一种碳纤维远红外线辐射加热电缆融雪条。
背景技术：
铁路站场道岔是车站运输设备的重要组成部分，对道岔的技术状态要求很严格，当尖轨尖端与基本轨有4mm以上的间隙时，不能锁闭进路和开放信号。在寒冷地区冬季降雪天气里，如果铁路道岔除雪不及时，道岔内积雪或结冰，导致道岔尖轨尖端与基本轨无法可靠密贴，直接影响车站列车接发作业和调车作业的正常进行，严重时可造成铁路运输中断。随着国内客运专线和高速铁路的快速发展，严寒地区冬季道岔融雪问题成为影响高速列车安全正常运行的关键。
根据严寒地区的气候特点和高速铁路的实际要求，道岔融雪设备不仅要实现道岔的快速融雪，达到良好的融雪效果，在抗震性、设备安装的牢固性以及综合布线方面也要满足相关技术标准。
国外道岔融雪方式主要有电热式、燃气加热式、压缩空气式、喷灯式、温水喷射式等加热方式。总体而言，可实现全自动遥控的，利用安装在道岔基本轨轨腰或轨底上部、或安装在滑床板上的加热条（棒）或加热管的加热道岔化雪方式，已成为铁路道岔融雪设备的主流。
道岔加热融雪系统的加热元件可以承受极端恶劣的铁路工作环境，如连续、剧烈的铁轨震动，冰水、积雪、除草剂、柴油、润滑油、草酸和融雪剂等的侵蚀，同时，系统还配以自动控制系统，通过采集铁轨温度、空气温度及湿度和积雪3个传感器的信号，控制道岔加热系统的工作，并可通过光缆实现远程集中监控，动态监测环境温度及湿度、铁轨温度、降雪状态和加热融雪系统的工作状态等参数。适应现代铁路高速、安全、高度自动化等要求，但引进价格相对较高。
国内在铁路道岔融雪设备的开发和应用起步较晚，到20世纪90年代，冬季道岔除雪基本是靠人工清扫方式，在人员投入和管理成本上消耗巨大。1996年开始，国内一些企业就开始考虑利用融雪设备进行除雪，并开始了融雪设备的研制。国内融雪系统主要有2种安装方式：一种是产品预装在滑床板内，另一种是加热元件固定在基本轨上。加热元件装在滑床板内不能在道岔尖轨整个长度上实现有效加热融雪，特别是枕木间尖轨的积雪会残留较长时间。滑床板结构加热元件若损坏，更换困难，费时费力。加热元件固定在基本轨上的加热方式安装、更换方便，能提高融雪效率，为国家节省电力能源。但是加热元件全部由国外进口。这样会导致加工周期长，成本高。
电热式元件的出现使融雪效率得到了很大提高，它利用安装在道岔基本轨轨腰或轨底上部或安装在滑床板上的加热条（棒）或加热管，加热道岔化雪，可实现全自动遥控。人员不必到达现场，设备通过感应外界温度、湿度等信息就可以自动控制加热与否。从人力和管理上大大节约了成本，因此它成为目前广泛认可的加热方式。
目前道岔电加热融雪存在的问题：
1、加热条容易损坏，使用年限5-10年。分析原因其一是加热条在生产过程中间充绝缘导热材质氧化镁过程中，装嵌不实有空隙存在，当加热条密封加热后，由于内部空气膨胀导致加热条出现爆裂；其二是电加热元件外层导热材料为镍铬合金钢，电加热元件中心电热材料为镍铬合金或铜镍合金，电热材料和外层导热材料间为高压氧化镁绝缘层。其镍合金丝材质，在于引线端连接时采用压接方式，当压接不紧密时容易出现接触电阻过大或闪络现象导致加热条把手局部发热而烧坏；其三有的厂家的加热条内部的加热丝没有采用螺旋状加热丝，而采用直丝当加热条处在热态或冷态低温条件下时，加热丝因为热胀冷缩等原因容易出现断裂或绝缘性能失效；其四部分厂家的绝缘材料没有采用镁粉灌装，而采用成型的镁管段导致加热条内部热阻过大，热量不能及时传导出去，而导致加热丝烧断。其五是加热条尾缆材质高低温性能不好，在低温天气下容易出现龟裂或爆裂，其六是加热条升温速度慢，通电后需30-60分钟加热条温度才能达到300度左右。
2、加热条发热效率低，功率损耗大。按照道岔融雪系统能满足暴雪天气下道岔转换系统融雪需要的要求，目前各地区道岔加热功率可参照以下原则配置：
2.1严寒地区
（1）道岔尖轨部分：尖端3~5m内单位平均加热功率不低于750w/m，其余不低于450w/m。
（2）心轨部分：单位平均加热功率不低于350w/m。
（3）外锁闭部分：
a）无砟道床：每个牵引点加热功率不低于2000w。
b）有碴道床：牵引点处为钢枕的道岔，每个牵引点加热功率不低于2000w；牵引点处为砼枕的道岔，每个牵引点加热功率不低于1000w。
2.2寒冷地区
（1）尖轨部分：尖端3~5m内单位平均加热功率不低于450w/m，其余不低于300w/m。
（2）心轨部分：单位平均加热功率不低于350w/m。
（3）外锁闭部分：
a）无砟道床：每个牵引点加热功率不低于1000w。
b）有碴道床：牵引点处为钢枕的道岔，每个牵引点加热功率不低于1000w；牵引点处为砼枕的道岔，每个牵引点加热功率不低于500w。
2.3其他地区
（1）尖轨部分：单位平均加热功率不低于300w/m。
（2）心轨部分：单位平均加热功率不低于350w/m。
（3）外锁闭部分：
a）无砟道床：每个牵引点加热功率不低于1000w。
b）有碴道床：牵引点处为钢枕的道岔，每个牵引点加热功率不低于1000w；牵引点处为砼枕的道岔，每个牵引点加热功率不低于500w。
技术实现要素：
本实用新型的目的是克服了上述现有道岔电加热融雪条，融雪棒等一系列融雪产品的技术中的缺点，提供一种碳纤维远红外线辐射加热电缆融雪条的技术工艺及其制造方法。
为此本实用新型采用的技术方案是：碳纤维电加热融雪条，包括碳纤维发热丝（1），在所述碳纤维发热丝（1）外包覆一护套层（2）形成碳纤维发热线。
所述护套层（2）为陶瓷化硅橡胶。
所述碳纤维发热丝（1）的端头连接有电源线。
所述碳纤维发热丝（1）上设置有和所述碳纤维发热丝（1）形成紧密接触的导线（4），所述碳纤维发热丝（1）和导线（4）通过钛合金锁扣紧密结合。
所述碳纤维发热线设置在不锈钢管（5）内，所述碳纤维发热线和不锈钢管（5）形成的空隙填充氧化镁绝缘层。
所述融雪条为扁带状直型、u型或l型。
采用辊压的方式对不锈钢管（5）进行辊压，其辊压形式采用分段式加压的方式，压力控制在5-10pa，辊压速度10-30m/h。
所述碳纤维长丝采用3~12k配置，功率：200~250w/m左右，发热温度250~300℃。
在所述碳纤维发热丝（1）和导线（4）露出的部分表面设置有和所述碳纤维发热丝（1）和导线（4）形成紧密接触的弹性体（6），所述弹性体（6）为导热体，所述弹性体（6）内表面和所述碳纤维发热丝（1）、导线（4）接触的部位设置有朝向一致的若干摩擦点一（61）；所述弹性体（6）外表面和所述护套层（2）内表面接触的部位设置有和所述摩擦点一（61）朝向相反的若干摩擦点二（62）；所述弹性体（6）形成中空结构，所述弹性体（6）中空结构形成的夹层之内设置有防止所述弹性体（6）产生扭转的倾斜设置的防转条（63），所述防转条（63）和所述弹性体（6）一体同质制作。
所述辊压装置（7）包括对所述不锈钢管进行辊压的对称设置的上下辊压轮（71），以及设置在所述上下辊压轮（71）前侧及后侧的覆盖板，所述覆盖板包括处于上下辊压轮（71）前侧的覆盖板一（72），以及处于所述上下辊压轮（71）后侧的覆盖板二（73），所述覆盖板一（72）形成有圆形孔供所述不锈钢管（5）穿过，所述覆盖板二（73）形成有方形孔供所述不锈钢管（5）穿过。
碳纤维电加热融雪条的加工方法，按照以下方式进行：
1）将碳纤维发热丝（1）导线（4）采用钛合金锁扣链接材料将碳纤维丝与不锈钢丝编织捆绑包覆；
2）然后将1）得到的碳纤维发热丝（1）和导线（4）的表面设置弹性体（6），使弹性体（6）内表面和所述碳纤维发热丝（1）、导线（4）外表面形成紧密接触，形成对所述碳纤维发热丝（1）和导线（4）紧密接触的压制：
3）然后将2）的制得的发热丝外包覆一层护套层（2）形成碳纤维发热线；
4）进行穿管：将所述碳纤维发热线快速输送到圆形不锈钢管（5）内，在不锈钢管（5）内逐步添加氧化镁粉末，使碳纤维发热线和不锈钢管（5）内充满高压氧化镁绝缘层；
5）辊压：将圆形不锈钢管（5）采用分段辊压的方式辊压呈扁带直型不锈钢管（5），在压制滚成中，辊压轮（71）以5-10pa，辊压速度10-30m/h的方式实现对不锈钢管（5）的辊压，并通过和所述辊压轮（71）同步移动的覆盖板一（72）、覆盖板二（73）降低辊压轮（71）压制时将辊压区和非辊压区进行隔离，直至加工完毕成型
本实用新型的优点是：本实用新型解决目前道岔电加热融雪条产品存在的使用寿命短，能耗高等问题，也为了响应国家节能减排政策，应用碳纤维优越的导电性能，优越的电热转换性能，碳纤维远红外线辐射加热融雪技术具有三大优势，一是在加热节约能耗方面具有明显的优势，在同等加热温度时的功率比现有产品的功率降低了20%以上；二是产品使用寿命提高了2倍以上，使用年限在20年左右；三是升温速度快，通电后3-5分钟融雪条的温度可达200度左右；实现了道岔电加热融雪条产业第二次革命性跨越，它不但克服了目前使用的镍合金发热材料、钪铜丝发热材料在高温加热中使用寿命短、能耗高的致命缺陷。还在材料寿命、热面均衡、耐侯指标、加热效果和节能效率上全面超越了传统的发热电缆材料加热技术。
碳纤维发热电缆辐射加热融雪条，便以其经济节能、热效率高、使用寿命长等突出优势引人瞩目，倍受业内人士推崇和越来越多用户的青睐，具有功率稳定、升温速度快、电热辐射转换效率高、发热均匀性好、使用寿命长等技术特性。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为图1的侧视图。
图3为本实用新型辊压装置的结构示意图。
图4为图3的a向视图。
图5为图3的b向视图。
图中1为碳纤维发热丝、2为护套层、3为锁扣、4为导线、5为不锈钢管、6为弹性体、7为辊压装置；
61为摩擦点一、62为摩擦点二、63为防转条、71为上下辊压轮、72为覆盖板一、73为覆盖板二。
具体实施方式
包括碳纤维发热丝1，在所述碳纤维发热丝1外包覆一护套层2形成碳纤维发热线。
所述护套层2为陶瓷化硅橡胶。
所述碳纤维发热丝1的端头连接有电源线。
所述碳纤维发热丝1上设置有和所述碳纤维发热丝1形成紧密接触的导线4，所述碳纤维发热丝1和导线4通过钛合金锁扣3紧密结合。
所述碳纤维发热线设置在不锈钢管5内，所述碳纤维发热线和不锈钢管5形成的空隙填充氧化镁绝缘层。
所述融雪条为扁带状直型、u型或l型。
采用辊压的方式对不锈钢管5进行辊压，其辊压形式采用分段式加压的方式，压力控制在5-10pa，辊压速度10-30m/h。
所述碳纤维长丝采用3~12k配置，功率：200~250w/m左右，发热温度250~300℃。
在所述碳纤维发热丝1和导线4露出的部分表面设置有和所述碳纤维发热丝1和导线4形成紧密接触的弹性体6，所述弹性体6为导热体，所述弹性体6内表面和所述碳纤维发热丝1、导线4接触的部位设置有朝向一致的若干摩擦点一61；所述弹性体6外表面和所述护套层2内表面接触的部位设置有和所述摩擦点一61朝向相反的若干摩擦点二62；所述弹性体6形成中空结构，所述弹性体6中空结构形成的夹层之内设置有防止所述弹性体6产生扭转的倾斜设置的防转条63，所述防转条63和所述弹性体6一体同质制作。
所述辊压装置7包括对所述不锈钢管进行辊压的对称设置的上下辊压轮71，以及设置在所述上下辊压轮71前侧及后侧的覆盖板，所述覆盖板包括处于上下辊压轮71前侧的覆盖板一72，以及处于所述上下辊压轮71后侧的覆盖板二73，所述覆盖板一72形成有圆形孔供所述不锈钢管5穿过，所述覆盖板二73形成有方形孔供所述不锈钢管5穿过。
碳纤维电加热融雪条的加工方法，按照以下方式进行：
1）将碳纤维发热丝1导线4采用钛合金锁扣链接材料将碳纤维丝与不锈钢丝编织捆绑包覆；
2）然后将1）得到的碳纤维发热丝1和导线4的表面设置弹性体6，使弹性体6内表面和所述碳纤维发热丝1、导线4外表面形成紧密接触，形成对所述碳纤维发热丝1和导线4紧密接触的压制：
3）然后将2）的制得的发热丝外包覆一层护套层2形成碳纤维发热线；
4）进行穿管：将所述碳纤维发热线快速输送到圆形不锈钢管5内，在不锈钢管5内逐步添加氧化镁粉末，使碳纤维发热线和不锈钢管5内充满高压氧化镁绝缘层；
5）辊压：将圆形不锈钢管5采用分段辊压的方式辊压呈扁带直型不锈钢管5，在压制滚成中，辊压轮71以5-10pa，辊压速度10-30m/h的方式实现对不锈钢管5的辊压，并通过和所述辊压轮71同步移动的覆盖板一72、覆盖板二73降低辊压轮71压制时将辊压区和非辊压区进行隔离，直至加工完毕成型
下面对本实用新型做出进一步说明，以更好了解本实用新型：
高速道岔是高速铁路轨道结构的重要组成部分，其机构与状态对列车运行的安全性、平稳性、旅客的舒适性具有重要的影响。电加热元件是道岔融雪系统的关键部件，直接关系到融雪效果和能源消耗，加热元件设计中最重要的就是如何提高加热效率和速率，在岔尖和钩锁部位加热时，如何提高辐射效率是加热元件设计的关键。
道岔电加热融雪方式是将电加热元件安装在道岔需要加热融雪的部位或其附近，通过电加热元件将电能转化成热能，传递给道岔需要融雪的部位，使之温度提高以融化积雪。另外，岔尖和基本轨的间隙也是融雪的关键部位。由于加热元件和道岔钢轨均由金属构成，因此，热量传递过程中的热传导方式起了主要作用，但是，在融化岔尖和基本轨间隙中的积雪时，辐射起主要作用，提高热辐射效率是目前研究的主要内容。
碳纤维远红外线辐射加热电缆融雪条工作原理：碳纤维发热电缆是大量的碳纤维晶体在电场作用下，能够相互摩擦、振荡，晶体在电场作用下作“布朗运动”，并产生大量的热量。从而实现“电能→热能”的转换。大量的实验数据证实，碳纤维晶体的电→热转换效率达到了99%以上，比常用的镍铬合金等电热丝高出20%以上。
该碳纤维远红外线辐射加热电缆融雪条设计巧妙、安全、环保、节能、使用寿命长、超越了各类金属发热电缆的各项功能。
为了实现上述目的，在本实用新型的第一方面，本专利产品提供了一种碳纤维远红外线辐射加热电缆融雪条的材料，其特点一是：碳纤维发热电缆辐射加热融雪条的核心发热体是将碳纤维发热电缆用于导热源，碳纤维长丝具有非常优越的电学性能，其实质是晶体原子在晶格电之间的热运动，声频晶格振动波是热传递的最大能量者。碳纤维发热电缆辐射加热融雪条的热量传递主要以热辐射为主，在电能的作用线产生线状高温，温度可达300度以上。因此，碳纤维远红外线辐射加热电缆融雪条的热传导和热辐射性相当好，电热转换效率在99%以上，热辐射效率相当高，比传统发热材料节能20%以上，在使用中能避免蓄热和过热现象发生，节能效果十分显著。碳纤维发热电缆的使用寿命可达50年以上，碳纤维发热电缆辐射加热融雪条的使用寿命可达20年以上。
其特点二是：碳纤维发热电缆辐射加热融雪条具有释放远红外线的功能，该融雪条所辐射的电磁波谱在5-15um，正是远红外线的电磁波谱的标准范围；远红外线具有显著的热效应，远红外技术在其他领域已表现出其明显的热辐射效果。经实验，远红外技术应用于加热线，也极大地提高了加热线的热辐射效果。热辐射效率的提高，使得岔尖与基本轨的间隙处的积雪融化时间减少，从而达到节能的目的。在热传导方式中，热阻决定了热传导过程中热量传递的速率，减小热阻可以缩短对钢轨加热的时间。提高热传导效果的主要因素有以下方面。
道岔融雪主要作用是融掉岔尖与基本轨间隙的积雪，防止滑床板结冰。采用碳纤维发热远红外技术，使加热线上的热量除了传导到钢轨上以外，还能够最大限度地辐射到岔尖和钢轨的缝隙处，使得尖轨和基本轨之间的夹雪迅速融化，以解决尖轨和基本轨间不能可靠锁闭的问题。
较佳地，所述碳纤维发热电缆辐射加热融雪条规格符合原有的融雪条所有规格尺寸及各种形状，扁带状直型，u型，l型。其中扁带直型的规格有11种：13.5±0.5×5.5±0.25×750/900/1100/1680/2000/2880/3400/3720/4000/4700/5200mm；
较佳地，所述碳纤维发热电缆辐射加热融雪条的端头有连接电源线，电线为耐高温硅橡胶包覆材料，长期工作温度-60~ 250度，硅橡胶绝缘线具有优越的绝缘性能，耐酸、耐碱、耐腐蚀、耐油污、防水、抗紫外线、抗冲击、柔韧性强，弹性强等在户外使用年限20年以上。
更佳地，所述碳纤维发热电缆辐射加热融雪条内采用原装进口碳纤维长丝作为发热材料，碳纤维长丝采用3~12k配置，功率：200~250w/m左右，发热温度250~300℃；碳纤维是一种新型的高性能纤维增强材料，具有高强度，高模量，耐高温，耐磨，抗疲劳，耐腐蚀，抗蠕变，导电和导热等诸多优异性能。它可减轻构件重量，从而提高了构件技术性能。因此用碳纤维作为电热体有着金属、ptc等电热体所不可比拟的诸多的优异性能；折叠升温迅速。能产生辐射传导热的远红外线5-15μm。碳纤维是一种纤维状碳材料，它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。
更佳地，所述碳纤维发热电缆辐射加热融雪条内的碳纤维长丝，在温度设计，功率设计，长度设计是融雪条的关键技术。根据碳纤维长丝的导电率，不同k数的碳纤维丝其电能转化热能的温度不同，在同等碳纤维k数时，其不同的长度发热温度也不同，长度越长温度越低，长度越短温度越高。目前加热融雪条扁带状直型就有十几种长度，需要根据不同的长度设计碳纤维丝的温度，其设计计算方式采用排列组合优先发，设计出符合各种规格尺寸的融雪条技术规范的温度和功率。碳纤维长丝采用3~12k配置，功率：200~250w/m左右，发热温度250~300℃；
更佳地，所述碳纤维发热电缆辐射加热融雪条内的碳纤维长丝外包覆陶瓷化硅橡胶，陶瓷化硅橡胶具有极佳的防火、阻燃、低烟、无毒等特性，挤出成型工艺简单，其燃烧后残余物为坚硬的陶瓷化壳体，硬壳在火灾环境中不熔且不滴落，可通过gb/t19216.21-2003中规定在950℃-1000℃温度下，受火90min，冷却15min线路完整性实验，适用于任何需要防火的场所，在保证火灾情况下电力传输通畅中起到了坚固的保护作。
较佳地，所述碳纤维发热电缆辐射加热融雪条内的碳纤维发热长丝与不锈钢丝导线的连接是关键技术，碳纤维属于半导体导电材料，不锈钢丝是金属导电材料，需将碳纤维长丝与不锈钢丝牢固的连接达到良好的导电性能，采用钛合金锁扣链接材料将碳纤维丝与不锈钢丝编织捆绑包覆，固定压紧使二种材料紧密的结合，实现稳定的电力输送。
较佳地，所述碳纤维发热电缆辐射加热融雪条在加工制造过程中，碳纤维发热线的穿管制作工艺与原有的有较大的区别，制作过程是将碳纤维发热线快速输送到圆形不锈钢管内，采用304不锈钢管，规格：φ12mm，壁厚1mm；在不锈钢管内逐步添加氧化镁粉末，电热材料和外层导热材料间为高压氧化镁绝缘层；在将不锈钢管压制成扁带直型，压制过程为分段挤压式，由于碳纤维发热丝没有延展性，不可以拉伸，所以压制过程不可选用固定式氧化镁套管进行挤压；该不锈钢管的压制采用定制辊压设备，其辊压工艺，压力5-10pa，辊压速度10-30m/h。
1.碳纤维电加热融雪条，其特征在于，包括碳纤维发热丝（1），在所述碳纤维发热丝（1）外包覆一护套层（2）形成碳纤维发热线；
所述碳纤维发热丝（1）上设置有和所述碳纤维发热丝（1）形成紧密接触的导线（4），所述碳纤维发热丝（1）和导线（4）通过钛合金锁扣紧（3）密结合。
2.根据权利要求1所述的碳纤维电加热融雪条，其特征在于，所述护套层（2）为陶瓷化硅橡胶。
3.根据权利要求1所述的碳纤维电加热融雪条，其特征在于，所述碳纤维发热丝（1）的端头连接有电源线。
4.根据权利要求1所述的碳纤维电加热融雪条，其特征在于，所述碳纤维发热线设置在不锈钢管（5）内，所述碳纤维发热线和不锈钢管（5）形成的空隙填充氧化镁绝缘层。
5.根据权利要求1所述的碳纤维电加热融雪条，其特征在于，所述融雪条为扁带状直型、u型或l型。
6.根据权利要求4所述的碳纤维电加热融雪条，其特征在于，采用辊压装置（7）的方式对不锈钢管（5）进行辊压，其辊压形式采用分段式加压的方式，压力控制在5-10pa，辊压速度10-30m/h。
7.根据权利要求1所述的碳纤维电加热融雪条，其特征在于，在所述碳纤维发热丝（1）和导线（4）露出的部分表面设置有和所述碳纤维发热丝（1）和导线（4）形成紧密接触的弹性体（6），所述弹性体（6）为导热体，所述弹性体（6）内表面和所述碳纤维发热丝（1）、导线（4）接触的部位设置有朝向一致的若干摩擦点一（61）；所述弹性体（6）外表面和所述护套层（2）内表面接触的部位设置有和所述摩擦点一（61）朝向相反的若干摩擦点二（62）；所述弹性体（6）形成中空结构，所述弹性体（6）中空结构形成的夹层之内设置有防止所述弹性体（6）产生扭转的倾斜设置的防转条（63），所述防转条（63）和所述弹性体（6）一体同质制作。
8.根据权利要求6所述的碳纤维电加热融雪条，其特征在于，所述辊压装置（7）包括对所述不锈钢管（5）进行辊压的对称设置的上下辊压轮（71），以及设置在所述上下辊压轮（71）前侧及后侧的覆盖板，所述覆盖板包括处于上下辊压轮（71）前侧的覆盖板一（72），以及处于所述上下辊压轮（71）后侧的覆盖板二（73），所述覆盖板一（72）形成有圆形孔供所述不锈钢管（5）穿过，所述覆盖板二（73）形成有方形孔供所述不锈钢管（5）穿过。
技术总结