談電氣化鐵路接觸線磨耗計算方法

吳 旭 峰

(呼準鄂鐵路有限責任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050)

談電氣化鐵路接觸線磨耗計算方法

吳 旭 峰

(呼準鄂鐵路有限責任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050)

介紹了各類銅(合金)接觸線及內(nèi)包式鋼鋁復(fù)合接觸線的結(jié)構(gòu)及其尺寸,通過磨耗計算得出了磨耗剩余高度與磨耗面積對應(yīng)的關(guān)系,即磨耗換算表,通過磨耗測量，及時補強或更換接觸線，以確保電氣化鐵路安全運行。

電氣化，磨耗，計算，方法

0 引言

電力牽引用接觸線是牽引供電系統(tǒng)的重要元件之一，它直接與電力機車受電弓接觸，供給電力機車電流，由于長時間與受電弓直接接觸，隨著鐵路不斷的提速，磨損巨大。為減少運行及維護的盲目性,及時發(fā)現(xiàn)和處理磨耗超標情況，消除接觸網(wǎng)斷線故障，加強接觸線磨耗管理，細化明確接觸線磨耗測量工作，是防止發(fā)生接觸線磨耗超標、斷線故障和決策其補強或更新的重要依據(jù)。

1 接觸線磨耗

接觸線的磨耗從性質(zhì)上講可分為機械磨耗和電氣磨耗兩方面。機械磨耗是受電弓在接觸線上滑動時由于二者之間發(fā)生摩擦或沖擊而引起，有正常磨耗和非正常磨耗的區(qū)別。正常的機械磨耗能使接觸線的磨耗均勻且接觸線的使用壽命符合規(guī)范；不正常的機械磨耗，一是加快全磨耗速度，二是使局部磨耗程度嚴重。另外，非正常的機械磨耗往往伴隨著受電弓對接觸線的機械損傷。電氣磨耗是由于運行中受電弓與接觸線接觸不良或受電弓離線等情況引起的電火花或電弧而造成的接觸線蝕耗。電氣磨耗與機械磨耗一樣，是一個漸進的過程，當使接觸線局部磨耗達到一定程度以后，就會造成其他的后果，例如拉斷或者引起弓網(wǎng)故障等。

為了確保列車安全穩(wěn)定的運行,就需要對接觸線進行更換或補強。在國內(nèi)銅(合金)接觸線斷面形狀較簡單，計算磨耗較統(tǒng)一，而鋼鋁接觸線的斷面形狀復(fù)雜,磨耗程度不好計算,給鐵路維護檢修帶來了不穩(wěn)定、不安全的影響。

2 接觸線型號及結(jié)構(gòu)參數(shù)

接觸線是接觸網(wǎng)中重要的組成部分，其作用是保證質(zhì)量良好的向電力機車供電。由于它與受電弓直接接觸，經(jīng)常處于摩擦狀態(tài)，因此接觸線既要有良好的導(dǎo)電性能，還應(yīng)具備足夠的機械強度及耐磨性。接觸線上部帶溝槽，便于安裝線夾，下部呈圓弧狀，便于受電弓滑行取流。我國目前采用的接觸線有銅(合金)接觸線和鋼鋁接觸線兩大類。

1)銅(合金)接觸線主要為：銅接觸線(CT85，CT110，CT120，CT150)、銅銀合金接觸線(CTAH85，CTAH110，CTAH120，CTAH150)、銅鎂合金接觸線(CTMH110，CTMH120，CTMH150)、銅錫合金接觸線(CTS110，CTS120，CTS150)。采用無氧銅生產(chǎn)，具有高導(dǎo)電率、高強度的特性。

其結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

表1 銅(合金)接觸線型號及有關(guān)參數(shù)

2)鋼鋁接觸線主要為：內(nèi)包式鋼鋁復(fù)合接觸線(GLCN195,GLCN250)，其結(jié)構(gòu)是鋼呈倒梯形被包覆于鋁層中間,機械強度高、不易拉斷、導(dǎo)線的風穩(wěn)定性好、耐磨性好。但內(nèi)包式鋼鋁復(fù)合接觸線比銅(合金)接觸線硬，架設(shè)困難，彎扭后不易校直，易形成硬點。

其結(jié)構(gòu)參數(shù)見表2。

表2 內(nèi)包式鋼鋁復(fù)合接觸線型號及有關(guān)參數(shù)

3 磨耗計算

3.1 圖例說明

如圖1所示：陰影部分即為所求的磨耗面積。圖中以CTAH120銅銀接觸線為例，線材直徑為D=12.9 mm。

注：CTAH85/CTS85線材直徑11 mm，CTAH120/CTS120線材直徑12.9 mm，CTAH150線材直徑14.4 mm，GCLN195線材直徑16.2 mm，GCLN250線材直徑18.5 mm。

3.2 測量方法

利用測微儀、量規(guī)、指示式儀表、游標卡尺或其他測量誤差在0.1 mm的儀器測量接觸線殘余直徑a(或A)即可，對照對應(yīng)線材的磨耗換算表，即可換算出接觸線損失截面面積及百分比。

3.3 計算方法

3.3.1 銅(合金)接觸線計算方法

根據(jù)圖1，已知線材半徑R、磨耗高度h，求線材磨耗面積S(即圖中的陰影部分)：

圖中的角度θ可以通過R和h值求得，則：

其中，S為接觸線磨耗面積，mm2；R為接觸線下半圓截面半徑，mm；h為實際磨耗高度。

利用計算機Excel工作表，輸入所需要函數(shù)，可輕松計算S值。由于Excel的ACOS函數(shù)返回的數(shù)值及SIN函數(shù)所要計算的數(shù)值均為弧度而并不是角度，所以在Excel里插入函數(shù)時，要注意公式的變化。假設(shè)表格A1里為填寫利用游標卡尺所測接觸線殘余高度數(shù)據(jù)，則B1里的公式為：

S=Acos((A1-R)/R)×R×R-(A1-R)×R×sin(Acos((A1-R)/R))。

3.3.2 內(nèi)包式鋁鋼接觸線計算方法

因為內(nèi)包式鋼鋁接觸線形狀的不規(guī)則性,其磨耗計算十分繁雜，見圖2。我們根據(jù)接觸線型號結(jié)構(gòu),制定不同的磨耗級差，通過以下計算方法可以得出在不同的級差下，接觸線剩余高度與磨耗面積的關(guān)系。

1)GLCN195計算方法。當接觸線殘余直徑大于13.20時，磨耗計算為：

S=(4+3.75×(16.2-A1)/4.4)×(16.2-A1)+2×Acos(SQRT(4-33.422 5/77.44×(16.2-A1)×(16.2-A1))/2)×4-(SQRT(4-33.422 5/77.44×(16.2-A1)×(16.2-A1)))×4×sin(Acos(SQRT(4-33.422 5/77.44×(16.2-A1)×(16.2-A1))/2))。

當接觸線殘余直徑小于13.20，大于11.75時，磨耗計算為：

S=29.529+(13.114+3.75/4.4×(13.2-A1))×(13.2-A1)。

當接觸線殘余直徑小于11.75時，磨耗計算為：

S=49.559+16×(11.8-A1)。

2)GLCN250計算方法。GLCN250接觸線因為其接觸面較大，磨耗面積通過以下公式即可求得：

S=(9+4.5/5.4×(18.5-A3))×(18.5-A3)+2×Acos(SQRT(9-49.41/116.64×(18.5-A3)×(18.5-A3))/3)×3^2-2×(SQRT(9-49.41/116.64×(18.5-A3)×(18.5-A3)))×3×sin(Acos(SQRT(9-49.41/116.64×(18.5-A3)×(18.5-A3))/3))。

例如某線路所用接觸線為CTAH150,原始高度為14.4 mm ,使用一段時間后,殘余高度為12.2 mm ,則可通過磨耗換算表直接查得接觸線磨耗面積為15.732 mm2，磨耗面積百分比為10.418(見表3)，從而可以判斷該錨段接觸線合格，但因其磨耗比例較大，應(yīng)考慮對該錨段縮短巡視及檢修周期。

表3 CTHA150接觸線磨耗換算表

4 結(jié)語

通過磨耗計算得出了電力牽引用接觸線在運行過程中磨耗剩余高度與磨耗面積的關(guān)系,并形成了不同型號接觸線在不同的磨耗級差下的磨耗換算表。通過對接觸線截面剩余高度的測量，對照磨耗換算表很容易查閱出接觸線截面剩余高度所對應(yīng)的磨耗面積,以此推斷出該段接觸線的平均磨耗，為接觸線修程計劃提供依據(jù)，并不斷分析、總結(jié)經(jīng)驗，以保證電氣化鐵路的安全運行。

[1] 張道俊，陶維富.接觸網(wǎng)運營檢修與管理[M].北京：中國鐵道出版社，2002.

[2] 薛艷紅，劉方中.接觸網(wǎng)運行與檢修[M].北京：中國鐵道出版社，2008.

[3] 《鐵路計量技術(shù)與管理》編寫組.鐵路計量技術(shù)與管理[M].北京:中國鐵道出版社，2010.

[4] 馮金柱.電氣化鐵路基本知識[M].北京：中國鐵道出版社，2000.

[5] 張萬里.接觸網(wǎng)工技術(shù)問答850題[M].北京：中國鐵道出版社,2008.

Discussion on abrasion calculation methods of electrification railway contact line

WU Xu-feng

(Hu-Zhun-ERailwayCo.,Ltd,Hohhot010050,China)

The thesis introduces structures and sizes of various copper (alloy) contact line and internal steel-alloy contact line, carries out abrasion calculation, and obtains the relationship of abrasion residual height and abrasion area including abrasion calculation chart, abrasion measurement, reinforcement and replacing contact line, with a view to ensure safe operation of electrification railway.

electrification, abrasion, calculation, method

1009-6825(2014)07-0156-03

2014-01-09

吳旭峰(1985- )，男，助理工程師

U225

A