高速鐵路弓網(wǎng)受流質量優(yōu)化措施

■ 薛衛(wèi)星 劉賡然

高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)是架設在鐵路沿線上空的特殊電力線路，由接觸懸掛、支持裝置、定位裝置、支柱和基礎組成，承擔著為電力機車（動車組列車）供電的任務，是高速電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的主體和關鍵組成部分。它與受電弓直接相連，當列車高速運行時，接觸線和受電弓之間應該是一種動態(tài)穩(wěn)定的關系，受流質量既取決于受電弓的參數(shù)，同時也取決于接觸網(wǎng)的參數(shù)，兩者只有合理匹配才能實現(xiàn)高質量的取流，確保列車高速、安全、穩(wěn)定運行。為此，必須采用更加合理先進的技術手段提高接觸網(wǎng)運行品質和安全可靠性能。

1 高速鐵路弓網(wǎng)受流質量優(yōu)化措施

接觸懸掛主要由接觸線、吊弦、承力索及接連零件組成。接觸懸掛通過支持裝置架設在支柱上，作用是將從牽引變電所獲得的電能傳送給電力機車。接觸懸掛質量優(yōu)劣的主要指標是彈性的好壞。彈性是指接觸懸掛在受電弓抬升力作用下發(fā)生形變，除去抬升力后能恢復到原來狀態(tài)的性質。

接觸懸掛彈性好壞的衡量標準為：（1）彈性的大小，取決于接觸線的張力大小；（2）彈性的均勻度，取決于接觸懸掛的結構。為使接觸懸掛彈性優(yōu)良，保證受電弓高質量受流和列車的高速運行，必須對其相關結構設備進行研究和改良。

改善接觸懸掛彈性和取流的條件包括兩個方面：一是盡量使受電弓對接觸線的壓力不隨受電弓的起伏波動而變化，需要研究改進受電弓的結構；二是使受電弓沿接觸線滑行時接觸點的軌跡盡可能接近水平直線，需要研究改進接觸懸掛的彈性質量。要達到上述任一條件都需要盡量減小接觸線馳度，改善懸掛的彈性性能。改善措施的重點在于提高定位點、電分段（相）、絕緣器及線岔等特殊位置的懸掛彈性，并盡量使全線接觸懸掛的彈性均勻一致。

1.1 采用全補償彈性鏈形懸掛

簡單鏈形懸掛在定位點處易產(chǎn)生硬點，受電弓在跨距中間和定位點處的導線抬高量差異較大，整個跨距內的接觸網(wǎng)彈性不均勻，這將導致高速行車時受電弓的離線和拉弧現(xiàn)象。資料顯示，靜態(tài)情況下，簡單鏈形懸掛的彈性不均勻度約為2 5％，動態(tài)情況下則約為2 8％，遠大于高速鐵路追求的接觸網(wǎng)彈性不均勻度小于1 0％的目標值，不適合于高速行車。

全補償彈性鏈形懸掛相比簡單鏈形懸掛，在懸掛點處加裝了彈性輔助索，使得該區(qū)域的彈性升高，從而令沿跨距的彈性基本上是均勻的。均勻的彈性使得靜態(tài)接觸壓力抬升恒定，受電弓的運行軌跡高度變化減小，因此可顯著減小弓網(wǎng)振動，降低了離線率和燃弧率。國內外運營成熟的高速鐵路均采用該懸掛方式。

合蚌高鐵正線亦全部采用全補償彈性鏈形懸掛方式。計算表明，采用該懸掛方式后，支柱定位點處的彈性可達跨中彈性的9 5％，從而使接觸懸掛彈性不均勻度約為6.2 3％，小于1 0％，滿足高速行車要求。

1.2 增加接觸線張力

增加接觸線張力可減小接觸網(wǎng)彈性，保證列車提速后弓網(wǎng)能夠良好受流。數(shù)據(jù)表明，當接觸線和承力索的張力分別增加到1 5 k N和2 0 k N時，接觸網(wǎng)彈性可減少3 3％，能夠更好地滿足高速行車的要求。增加接觸線張力還可限制高速運行時受電弓的動態(tài)抬升量，降低接觸網(wǎng)彈性不均勻度，使彈性在整個跨距內趨于一致，改善受流性能。

合蚌高鐵正線接觸網(wǎng)采用銅鎂合金線材T M H 1 5 0+J T M H 1 2 0，額定工作張力為3 0 k N+2 1 k N。檢測結果表明，該方式有效減小了接觸網(wǎng)彈性，降低了彈性不均勻度，滿足高速行車相關標準要求。

張力補償采用棘輪配鐵墜陀的方式，接觸線和承力索分別連接至補償器，棘輪中間有一個起斷線制動作用的齒輪。該補償器的優(yōu)點是具有斷線快速制動功能，而且在發(fā)生事故后更易于恢復，影響面較小。

1.3 研究新型定位零件

在接觸網(wǎng)長期運行過程中，因腕臂定位環(huán)斷裂后定位器（管）脫落低于接觸線，以及定位環(huán)斷裂后接觸線失去定位，使拉出值發(fā)生變化，從而導致弓網(wǎng)事故。此類事故一般發(fā)生在定位偏移量較大、偏轉活動頻繁的部位，例如錨段關節(jié)、曲內反定位處，以及距離錨段關節(jié)較近的反定位腕臂定位環(huán)處等。

造成上述部位定位環(huán)斷裂、定位環(huán)鉤脫離的原因除零件材質問題外，9 5％以上是由于定位環(huán)與定位鉤之間一直處于非正常受壓狀態(tài)。當定位管受力偏轉時，壓力作用使定位環(huán)根部對定位鉤頂部產(chǎn)生一個摩擦阻力，此時定位環(huán)頂部將同時受到定位環(huán)根部側緣給它的推力作用，在定位環(huán)頂部產(chǎn)生一個以定位環(huán)根部為軸心的轉動扭矩，該轉動扭矩令定位環(huán)發(fā)生一定程度的彎曲，其彎曲程度與定位環(huán)所受壓力大小及定位管偏轉角度有關。當定位管偏轉角度較大時，定位環(huán)就很容易從定位鉤的開口處擠出或是因疲勞而斷裂。

為防止此類事故發(fā)生，建議研究采用新型的定位環(huán)零件取代反定位腕臂定位環(huán)，該零件應能在受壓狀態(tài)下靈活偏轉，可抵消或克服抗扭力的不足，消除不利的剪力影響，并且各零部件的連接沒有開口，從根本上增強定位裝置性能，提高結構支點處的剛性，抗擊接觸網(wǎng)在受電弓及風力、振動等外部因素作用下所引起的定位環(huán)斷裂或定位環(huán)從定位鉤內脫出。

2 合蚌高鐵工程實際效果

2.1 接觸網(wǎng)性能測試

接觸網(wǎng)性能包括接觸線平順性、接觸網(wǎng)靜態(tài)彈性及動態(tài)抬升量。性能優(yōu)良的接觸網(wǎng)應具備接觸線硬點少、一跨內高差小、接觸網(wǎng)靜態(tài)彈性小和動態(tài)抬升量低的特點。合蚌高鐵采用全補償彈性鏈形懸掛。C R H 3 8 0 A-0 0 1綜合檢測車和C R H 2-0 6 1 C+C R H 2-0 6 5 C重聯(lián)動車組列車分別以時速3 8 5 k m和3 5 0 k m運行于合蚌高鐵正線時，所檢測的接觸線硬點及一跨內高差的數(shù)據(jù)見表1。合蚌高鐵正線接觸線硬點數(shù)值均小于6 8 6 m/s2，接觸線一跨內高差均小于1 5 0 mm，符合相關標準要求。

表2和圖1分別為相同檢測工況下測得的靜態(tài)彈性系數(shù)和動態(tài)抬升量結果。合蚌高鐵正線接觸線靜態(tài)彈性差異系數(shù)小于1 0％，滿足相關標準要求。時速為3 8 5 k m和3 5 0 k m條件下，接觸線動態(tài)抬升量最大值分別為6 0 m m和5 2 mm，亦滿足要求。

2.2 弓網(wǎng)受流性能測試

評價弓網(wǎng)受流性能的檢測內容主要包括：弓網(wǎng)動態(tài)接觸力指標和弓網(wǎng)燃弧指標。

2.2.1 弓網(wǎng)動態(tài)接觸力指標測試

綜合檢測車時速為3 8 5 k m，重聯(lián)動車組時速為3 5 0 k m時的弓網(wǎng)動態(tài)接觸力指標檢測結果見圖2。

表1 接觸線平順性檢測結果速度/（k m·h-1） 硬點≥6 8 6 m/s2的跨數(shù)/個 一跨內高差≥1 5 0 mm的跨數(shù)/個3 8 5（綜合檢測車） 0 0 3 5 0（重聯(lián)動車組） 0 0表2 接觸網(wǎng)靜態(tài)彈性檢測結果壓力/N 1 5 6 1 4 6 1 4 8 1 4 0 1 3 8 1 4 2 1 4 6 1 5 1位移/mm 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0靜態(tài)彈性/（mm·N -1） 0.2 5 6 0.2 7 4 0.2 7 0 0.2 8 6 0.2 9 0 0.2 9 0 0.2 8 2 0.2 6 5彈性差異系數(shù)/％ 6.2 3

2.2.2 弓網(wǎng)燃弧指標測試

在相同檢測工況下的弓網(wǎng)燃弧指標檢測結果見圖3、圖4。

2.2.3 受流性能檢測綜合數(shù)據(jù)

表3為合蚌高鐵弓網(wǎng)受流性能檢測的綜合數(shù)據(jù)。可以看出，綜合檢測車以最高時速3 8 5 k m，重聯(lián)動車組列車以最高時速3 5 0 k m運行在合蚌高鐵正線時，弓網(wǎng)動態(tài)接觸力指標符合相關標準要求，燃弧次數(shù)小于1次/1 6 0 m，燃弧率小于5％，最大燃弧時間小于1 0 0 m s，滿足相關標準要求。

3 結論

從提高高速鐵路接觸網(wǎng)運行品質和安全可靠性的角度入手，提出提升接觸網(wǎng)性能的措施，目的在于改善弓網(wǎng)關系，優(yōu)化弓網(wǎng)受流質量，保證動車組列車高速、安全、穩(wěn)定運行。在此提出的部分改進措施已實際應用于合蚌高鐵接觸網(wǎng)設計與架設，并經(jīng)試驗車熱滑檢測。結果表明，在綜合檢測車時速3 8 5 k m和重聯(lián)動車組時速3 5 0 k m的檢測工況下，合蚌高鐵接觸網(wǎng)性能優(yōu)良，弓網(wǎng)受流質量好，各項指標均滿足相關標準要求。

表3 弓網(wǎng)受流性能檢測綜合數(shù)據(jù)速度/最大接 平均接 最小接 接觸力 燃弧率/％ 燃弧次數(shù)/最大燃?。╧ m·h-1） 觸力/N觸力/N觸力/N 標準差/N （次·（1 6 0 m）-1） 時間/m s 3 8 5 1 9 0~2 4 5 1 4 5~1 8 5 9 5~1 4 0 3 8 1.7 2 0.2 9 8 6 3 5 0 1 6 5~2 2 0 1 1 5~1 4 0 5 0~1 0 0 3 5 0.3 1 0.4 6 8 5

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