剛性懸掛彈性支持裝置研究

劉崗

摘 要：為增加剛性懸掛的系統(tǒng)彈性，改善弓網(wǎng)授流質(zhì)量，可考慮采用增加彈性措施的懸掛部件。為此，本文通過理論分析，結(jié)合目前所采用的兩種新型剛性懸掛彈性支持裝置產(chǎn)品特點(diǎn)，提出合理的架空剛性懸掛支持結(jié)構(gòu)選型，以及工程實(shí)施中需注意的問題，對(duì)同類型的架空接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)方案選擇具有一定的參考性。

關(guān)鍵詞：剛性懸掛 彈性絕緣組件 彈性線夾

中圖分類號(hào)：U212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（c）-0109-02

懸掛剛性一般采用垂直懸吊構(gòu)件作為匯流排安裝的支持裝置，如圖1所示，主要包括匯流排定位線夾、絕緣子、底座及相應(yīng)的安裝螺栓，通過以上裝置將匯流排及接觸線固定在車輛上方，從而達(dá)到可靠地向車輛授流的作用。

1 剛性懸掛懸吊結(jié)構(gòu)剛度對(duì)授流質(zhì)量的影響

從整體上說，剛性懸掛懸吊結(jié)構(gòu)剛度的變化對(duì)接觸力的影響很難用可規(guī)定或者可追尋的規(guī)律來分析，從受電弓運(yùn)行過程中抬升匯流排和接觸線的作用分析，可以說懸吊結(jié)構(gòu)剛度變小將導(dǎo)致剛性懸掛整體變?nèi)幔磩偠茸冃。茈姽宓淖畲笪灰茖?huì)隨剛性懸掛整體剛度的減小而變得平緩，這有利于保持受電弓具有更好的追隨性，從而獲得較高的受流效果。

應(yīng)用非線性和動(dòng)力有限元的基本原理，對(duì)受電弓、接觸網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行的弓網(wǎng)耦合仿真研究結(jié)果（見圖2）也表明，當(dāng)懸掛剛度keq（keq為當(dāng)前剛性懸掛懸掛點(diǎn)的剛度）降低三個(gè)數(shù)量級(jí)為（0.001 keq）時(shí)，受電弓抬升力的標(biāo)準(zhǔn)偏差最小，受流質(zhì)量最好，而如果再繼續(xù)降低懸掛機(jī)構(gòu)剛度的數(shù)量級(jí)受流質(zhì)量又明顯變差。說明懸掛機(jī)構(gòu)剛度的取值不是越大越好，也不是越小越好，而是要找到一個(gè)合適的值。彈性裝置的彈性性能的取值在理論上應(yīng)使懸掛點(diǎn)的剛度減少三個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)還應(yīng)滿足剛性懸掛力學(xué)性能的要求。

經(jīng)以上分析可以看出，可通過調(diào)整剛性懸掛機(jī)構(gòu)剛度，從而實(shí)現(xiàn)增加剛性懸掛的系統(tǒng)彈性，改善弓網(wǎng)授流質(zhì)量的目的。

剛性懸掛彈性支持裝置便是在此背景下進(jìn)行研發(fā)的。目前主要有彈性絕緣懸掛組件和彈性定位線夾兩種。

2 彈性絕緣懸掛組件

2.1 結(jié)構(gòu)組成

如圖3所示，彈性絕緣懸掛組件由匯流排線夾、固定連接螺栓、硅橡膠傘裙、承力彈性元件等組成。

2.2 彈性絕緣懸掛組件材質(zhì)

絕緣體為高分子聚合材料，其自潔性和憎水性良好；金屬連接件及各種附件、緊固件等均為優(yōu)質(zhì)不銹鋼耐腐蝕材料。彈性元件的材料為具有高強(qiáng)度、耐老化、小變形的合成橡膠。

2.3 工作原理

當(dāng)架空剛性接觸網(wǎng)的匯流排安裝在彈性絕緣懸掛組件上，在其自重的作用下，彈性絕緣組件的橡膠彈性元件產(chǎn)生變形，達(dá)到一種應(yīng)力應(yīng)變的平衡。運(yùn)行時(shí)弓網(wǎng)相互作用，橡膠彈性元件的變形恢復(fù)，從而避讓了受電弓可能對(duì)剛性接觸網(wǎng)的沖擊，使得剛性懸掛授流更趨平穩(wěn)，也減小了接觸線和受電弓自身的磨耗。

3 彈性線夾

3.1 結(jié)構(gòu)組成

如圖4所示，彈性線夾上部通過絕緣子螺栓與其及支持結(jié)構(gòu)相連接，下部兩導(dǎo)電滑塊固定匯流排。

3.2 材質(zhì)

彈性線夾由鋁型材加工制造，與匯流排本體一致，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。導(dǎo)電滑塊采用耐磨的合成材料，彈性元件由不銹鋼彈簧構(gòu)成，連接軸材質(zhì)為1Cr18Ni9。

3.3 工作原理

彈性線夾通過具有彈性功能的懸掛部件，利用匯流排的自重，使線夾內(nèi)的彈簧和橡膠保持一定的壓縮，在車輛受電弓通過懸掛點(diǎn)，彈簧回彈，讓彈性線夾變形得到一定的恢復(fù)，降低了受電弓對(duì)剛性接觸網(wǎng)的沖擊，使剛性懸掛與受電弓的追隨性形成最佳的配合，并且提高架空剛性懸掛的受流質(zhì)量和減少接觸線的磨耗。

4 兩種彈性支持裝置的比較

4.1 彈性絕緣懸掛組件

從結(jié)構(gòu)上來說，定位線夾、支持絕緣子組合為一體，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此，制造工藝也略為復(fù)雜，整體式彈性絕緣懸掛組件不能旋轉(zhuǎn)，所以對(duì)安裝要求較高，如果安裝過程中沒有調(diào)整好間隙，容易造成匯流排卡滯，一旦結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)問題不易發(fā)現(xiàn)，局部出現(xiàn)問題需整體更換，工程造價(jià)比彈性線夾與絕緣子組合件高。

4.2 彈性線夾

彈性線夾與支持絕緣子分離，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝簡(jiǎn)單，線夾整體可以旋轉(zhuǎn)，同時(shí)耐磨導(dǎo)電滑塊也可相對(duì)動(dòng)作，避免匯流排卡滯。彈性剛度值可以依據(jù)不同工況任意調(diào)整，安裝方便；如果需要檢修或者更換彈性線夾，只需要用工具敲擊黑色耐磨墊，在兩邊耐磨墊敲出后，拆下線夾的螺栓就能取出線夾，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要進(jìn)行更換。

5 工程實(shí)施中應(yīng)注意的一些問題

（1）若采用復(fù)合材料絕緣子，復(fù)合材料絕緣子基本可以做到免維護(hù)，但若長時(shí)間不對(duì)表面污穢進(jìn)行清理，難免對(duì)絕緣子污耐及使用壽命產(chǎn)生影響。目前國內(nèi)剛性懸掛采用瓷絕緣子時(shí)，運(yùn)營部門會(huì)對(duì)絕緣子表面進(jìn)行擦拭或清洗，而合成絕緣子擦洗較困難，需要購置專門的清潔設(shè)備。

（2）弓網(wǎng)受流作為一個(gè)系統(tǒng)，要想取得良好的弓網(wǎng)受流質(zhì)量，不但要求接觸網(wǎng)應(yīng)具有優(yōu)越的性能，而且還應(yīng)要求與之匹配的受電弓也應(yīng)具有優(yōu)越的性能。根據(jù)本工程設(shè)計(jì)條件，建議采用重量輕、防震性能、弓網(wǎng)追隨性、集電穩(wěn)定性和單弓取流能力更好的氣囊式受電弓，受電弓需滿足運(yùn)行速度80 km/h要求；受電弓靜態(tài)抬升力100 N～120 N，弓頭質(zhì)量不大于25 kg。

6 結(jié)語

無論是采用彈性絕緣組件還是彈性線夾，都可以達(dá)到增加剛性懸掛的系統(tǒng)彈性，改善弓網(wǎng)授流質(zhì)量的目的，但通過以上比較可以看出，在結(jié)構(gòu)、制造工藝、安裝、維護(hù)的便利性以及價(jià)格等各方面，彈性線夾與彈性絕緣懸掛組件相比具有一定的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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