芻議高速鐵路接觸網(wǎng)整體吊弦折斷原因分析及對策

芻議高速鐵路接觸網(wǎng)整體吊弦折斷原因分析及對策摘要：高速鐵路觸網(wǎng)設(shè)備中，整體吊弦是非常重要的構(gòu)件，其可有效控制接觸線的高度，從而確保弓網(wǎng)關(guān)系的安全性，但是我國多條高鐵接觸網(wǎng)運行的過程中均出現(xiàn)了整體吊弦斷股的問題，對行車安全產(chǎn)生了極大的影響，因此要仔細分析其原因，并提出有效的解決對策。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；接觸網(wǎng)；整體吊弦斷股；解決對策

吊弦主要借助吊弦夾將接觸線懸掛在承力索上。我國高速鐵路主要采用載流整體吊弦的方式。現(xiàn)如今，多條高鐵接觸網(wǎng)在日常運行的過程中均出現(xiàn)了整體吊弦斷股以及折斷故障，對高速鐵路的安全行駛構(gòu)成了較大威脅，故而要對此予以高度重視。

1我國高速接觸網(wǎng)技術(shù)概述

1.1標準體系建設(shè)

我國高速鐵路有國家、行業(yè)和企業(yè)三個標準，其內(nèi)容涵蓋了諸多方面，具有較強的實用性，具有明確規(guī)定且可操作性較強。

1.2供變電技術(shù)參數(shù)

牽引供電方式通常采用25kV、50Hz的AT供電方式，外壓在220kV以上，且牽引變電器接線主要為三相接線，變壓器主要采用100%固定備用方式，饋線上下互為備用。

1.3弓網(wǎng)模擬技術(shù)

1.3.1弓網(wǎng)模擬

弓網(wǎng)模擬主要分為接觸網(wǎng)靜態(tài)、動態(tài)特性參數(shù)計算以及弓網(wǎng)動態(tài)模擬兩個環(huán)節(jié)，弓網(wǎng)動態(tài)模擬主要利用仿真軟件來完成。

1.3.2受電弓型式

受電弓弓頭長度通常為1950mm，寬度為1520mm，使用碳滑板。相同列車受電弓間距為200-215m，最大間距不得超過400m，受電靜態(tài)抬升力為70N。

1.4接觸網(wǎng)技術(shù)參數(shù)

1.4.1懸掛類型

接觸網(wǎng)懸掛類型有兩種，分別為全補償簡單鏈形懸掛和全補償彈性鏈形懸掛，雙弓或多弓取流時一般采用全補償彈性鏈形懸掛。

1.4.2接觸線張力配置

若設(shè)計時速為250km。則銅合金150mm2接觸線的額定張力應(yīng)在25kN以上，銅合金120mm2接觸線的額定工作張力應(yīng)在15kN以上。時速為350km時，銅合金150mm2接觸線的額定工作張力應(yīng)在28.5kN以上。

1.4.3跨距設(shè)置

簡單鏈形懸掛時，不同設(shè)計時速的標準跨距均應(yīng)為50m，最大跨距均為55m，若采用彈性鏈形懸掛，則標準款局為60、60、55m，而最大跨距為65m、65m、60m。

1.5接觸網(wǎng)零部件特點

1.5.1腕臂裝置

腕臂結(jié)構(gòu)具有多樣性，如水平鋼腕臂、鋁合金腕臂、拉桿鋼腕臂以及整體鋼腕臂等，其中鋁合金腕臂在高鐵中應(yīng)用較為廣泛。

1.5.2定位裝置

定位器類型較多，如矩形定位器、弓形非限位定位器等。彎刀型非限位定位器主要應(yīng)用于特殊區(qū)段當中，定位器與定位底座主要有兩種連接形式，分別為鉤環(huán)連接和鉸接。

1.5.3其他零部件

補償裝置主要有3種，分別為棘輪、滑輪和彈簧，吊弦主要有兩種，分別為載流吊弦與非載流吊弦，從結(jié)構(gòu)上來看，主要有柔性絞線和實心棒材。柔性吊弦通常采用10mm2的銅鎂合金絞線，終端采用雙耳楔形、不銹鋼錐套和鋁合金錐套等終端錨固線夾。

2高速鐵路接觸網(wǎng)整體吊弦折斷問題

當前，高鐵整體吊弦斷裂故障較為常見，這也影響了鐵路的運行安全。因此需對高鐵接觸網(wǎng)整體吊弦斷裂的原因進行分析，并采取有效措施對產(chǎn)品加以完善。

2.1整體吊弦斷裂概況

整體吊弦主要由承力索吊弦線夾、吊弦線和接觸線吊弦線夾構(gòu)成，在分析整體吊弦時，先要仔細檢查吊弦的外觀，明確其缺陷，然后用十倍的放大鏡做進一步檢查，從而確定其細微部分的缺陷。承力索吊弦線夾以及接觸線吊弦線夾均無明顯缺陷，缺陷主要為吊弦線壓接處斷裂、心形護環(huán)斷裂、吊弦線磨損斷絲以及散股或全斷、吊弦線中間斷裂和壓接端子斷裂等問題。

2.2斷裂原因

1）吊弦絲磨損。檢查中發(fā)現(xiàn)很多吊弦絲在磨損后均出現(xiàn)了斷絲、斷股或全斷的問題。對其進行更加深入地檢查發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)阻尼振動較為明顯，整體吊弦振動幅度最大，機車通過時，接觸網(wǎng)上不同點的振幅存在一定的差異，但是整體吊弦承受的振動總量較大，因此出現(xiàn)了較為嚴重的磨損問題。

2）吊弦線壓接工藝和壓接端子設(shè)計缺乏合理性。吊弦線主要采用10mm2的銅合金絞線，采用鉗壓管壓接。吊弦線與鉗壓管壓接后，壓痕較為明顯，吊弦線與鉗壓管處于點觸模式，這種接觸模式會傷害吊弦線，同時應(yīng)力相對集中。而手動壓接方式不能很好地控制壓接力，吊弦線可能會在壓接中發(fā)生變形，進而導(dǎo)致吊弦線斷裂。同時吊弦線的壓接端子從圓變?yōu)閳A弧，且彎折處出現(xiàn)明顯的壓痕，容易發(fā)生斷裂問題。

3）整體吊弦受力電弧通過時，吊弦線出現(xiàn)振動現(xiàn)象。對雙弓通過時的整體吊弦振動曲線進行分析后發(fā)現(xiàn)，該處的振動為阻尼振動與錨段接觸網(wǎng)波動的綜合，且介質(zhì)中傳播的波在相遇時，質(zhì)元移位為各列波單獨傳播過程中的位移矢量和，整體吊弦每一次的振動都會受到動態(tài)力的作用。吊弦線升高時，承力索環(huán)與吊弦線會受到水平力的作用，吊環(huán)有一高度，吊弦線在鉗壓管根部的位置會出現(xiàn)多次彎曲，只要出現(xiàn)振動就會造成彎曲。吊弦線不能很好地承受反復(fù)彎曲的作用。

另外，吊弦線與鉗壓管主要采用三點式壓接的方式，壓接的位置主要采用點觸的方式。所以會產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力。鉗壓管位置的吊弦線韌性較差，且其需承受較大的壓接應(yīng)力，同時還需要承受反復(fù)彎曲作用力，并與其他構(gòu)件之間產(chǎn)生摩擦力，因此極易出現(xiàn)斷絲和斷股的問題。若已經(jīng)發(fā)生斷股問題，則吊弦線的截面有所縮減，單位截面的拉應(yīng)力明顯加大，故而當拉應(yīng)力達到承受極限時，吊弦線就會出現(xiàn)斷裂。又由于心形護環(huán)不能承受反復(fù)的彎曲，所以在長時間振動的影響下可能會出現(xiàn)斷裂問題。

3整體吊弦改進設(shè)計

在設(shè)計中應(yīng)結(jié)合當前整體吊弦存在的不足對其加以改進和優(yōu)化。首先要完善材料的性能，選擇具有較強抗彎折性能的吊弦線。其次優(yōu)化壓接工藝，讓吊弦線與鉗壓管之間由以往的點接觸升級為面接觸，從而減少壓接時產(chǎn)生的應(yīng)力，減少對吊弦線產(chǎn)生的不利影響。最后在吊弦線的壓接端子彎折處應(yīng)適度增加過渡圓弧，從而有效控制壓痕。

4新舊整體吊弦性能比較

4.1吊弦線反復(fù)彎曲試驗和拉伸破壞試驗

選擇運行時間為5年的吊弦線、新吊弦線和改進后的耐疲勞吊弦線試樣按照相關(guān)標準和規(guī)定對其進行反復(fù)的彎曲試驗，同時選取5個試樣的平均值。采用相同的方法開展拉斷力試驗，取5個試樣的平均值。結(jié)果顯示耐疲勞吊弦線反復(fù)彎曲次數(shù)為普通吊弦線的2倍，且耐疲勞吊弦線的抗拉伸破壞能力要明顯高于運行5年的吊弦線以及普通的新吊弦線。

4.2整體吊弦疲勞性能試驗

按照有關(guān)規(guī)定和要求對耐疲勞整體吊弦與普通整體吊弦進行了疲勞試驗，試驗時，靜態(tài)荷載為1.3kN，動態(tài)荷載為±0.39kN，試驗頻率1.5Hz-2.0Hz，試驗次數(shù)應(yīng)在50萬次以上，且試驗需在整體吊弦斷裂后結(jié)束。試驗結(jié)果顯示，2套普通整體吊弦中，有一套沒有達到50萬次，耐疲勞整體吊弦的試驗次數(shù)均高于50萬次。其為普通吊弦的2倍左右。

4.3吊弦線持續(xù)載流量及短時過載試驗

根據(jù)相關(guān)規(guī)定的要求，對兩種吊弦線進行了持續(xù)載流量與短時過載試驗，持續(xù)載流量吊弦表面的溫度為150攝氏度，將其環(huán)境溫度換算為40攝氏度。結(jié)果顯示耐疲勞吊弦線的持續(xù)載流量和20分鐘過載量均明顯高于普通吊弦線，所以說耐疲勞吊弦線的載流量明顯優(yōu)于普通吊弦線。

5結(jié)語

接觸網(wǎng)整體吊弦的材料和工藝大致相同，且吊弦運行中存在著明顯的缺陷，應(yīng)對其缺陷進行仔細的分析和研究，以此為基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)，另外選擇具有較強抗彎折性能的吊弦線，積