淺談京包客專呼包段200km/h 區(qū)段接觸網(wǎng)吊弦存在問題與整治方案研究

亢佳增

（中國鐵路呼和浩特局集團有限公司供電部、內(nèi)蒙古 呼和浩特010050）

電氣化鐵路接觸網(wǎng)是保障動客車安全運行的關(guān)鍵設(shè)備，整體吊弦是接觸網(wǎng)的重要組成部件，其作用是通過懸吊接觸導(dǎo)線保證每處導(dǎo)線高度、坡度均滿足設(shè)計要求，并起到一定承載力和載流作用。客專線路行車密度大，多型號、單雙編動車組高速運行，隨著列車在接觸網(wǎng)導(dǎo)線下高速通過，接觸線持續(xù)抬高、振動，整體吊弦也隨著抬高、彎曲。因此加強接觸網(wǎng)吊弦的運行維護，掌握設(shè)備的變化趨勢，跟進分析評估、隱患整治就顯得尤為重要。

1 京包客專吊弦存在問題

京包客專臺閣牧至包頭東鐵路（原集包第二雙線呼包段）設(shè)計為客貨共線鐵路、有砟軌道，設(shè)計速度160km/h、預(yù)留200km/h，2012 年11 月30 日開通運營，2015 年1 月8 日提速開行200km/h 時速動車組，接觸網(wǎng)導(dǎo)高為6450mm，正線接觸線選用CTAH-120 銅銀合金線，承力索選用JTM-95 銅鎂合金絞線，張力15kN+15kN，采用可調(diào)式整體吊弦，吊弦線為JTMH10 mm2銅合金絞線。

1.1 吊弦缺陷問題

2018 年以來，京包客專臺閣牧至包頭東間200km/h 區(qū)段連續(xù)出現(xiàn)吊弦疲勞斷裂問題，通過6C 數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)圍欄外步行巡視、天窗內(nèi)上網(wǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)吊弦缺陷問題主要為吊弦線夾心型環(huán)壓接管上部吊弦絞線斷裂、吊弦調(diào)節(jié)螺栓內(nèi)線索斷絲斷股、吊弦承力索載流環(huán)連接處斷裂、吊弦接觸線載流環(huán)連接線夾處斷裂、載流環(huán)散股等。

1.2 吊弦開蓋檢查

對京包客專呼包段接觸網(wǎng)吊弦缺陷集中區(qū)段（京包客專三卜素至薩拉齊區(qū)間上行4#錨段、下行3#錨段），按照1%比例抽樣檢查274 根吊弦運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)存在缺陷問題吊弦85 根，占檢查吊弦31%，上行問題吊弦51 根，占缺陷問題總數(shù)60%，下行問題吊弦34 根，占缺陷問題40%，發(fā)現(xiàn)吊弦調(diào)節(jié)螺栓內(nèi)線索斷絲、載流環(huán)散股、吊弦接觸線載流環(huán)連接線夾處開裂等重點缺陷問題。

1.3 吊弦送檢試驗

1.3.1 吊弦抽樣統(tǒng)計

對京包客專臺閣牧至包頭東間4 個站場和5 個區(qū)間接觸網(wǎng)，按照0.1%的比例（缺陷問題集中區(qū)段抽樣15%，其他區(qū)段抽樣10%方式）現(xiàn)場抽取40 根吊弦拆卸后，送符合資質(zhì)檢測機構(gòu)試驗。

1.3.2 試驗項目及結(jié)果

依據(jù)《電氣化鐵路接觸網(wǎng)零部件技術(shù)條件》（TB/T 2073-2010）、《電氣化鐵路接觸網(wǎng)零部件試驗方法》（TB/T 2074-2010）等相關(guān)標準，結(jié)合設(shè)備實際情況，將40 根送檢試驗吊弦中的30 根開展整體破環(huán)試驗，選取部分吊弦做滑動荷重、反復(fù)彎折、整繩破壞試驗；選取10 根吊弦開展振動疲勞試驗及振動疲勞后整體破壞試驗，選取部分吊弦做化學(xué)成分分析試驗。經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)19 根吊弦檢測數(shù)據(jù)超標，占抽樣吊弦總數(shù)量47.5%，其中30 根整體破環(huán)試驗中10 根出現(xiàn)超標問題（占比33%），10 根振動疲勞試驗及振動疲勞后整體破壞試驗中9 根出現(xiàn)超標問題（占比90%），具體情況如下：

京包客專呼包間吊弦送檢試驗結(jié)果統(tǒng)計

根據(jù)TB/T 2075.7-2010 中整體吊弦及吊弦線夾性能要求“吊弦整體破壞荷重不小于3.9kN”，30 根吊弦整體破壞試驗中10 根破壞荷重小于3.9kN（占比33%），2 根滑動荷重、反復(fù)彎折、整繩破壞試驗滿足試驗標準要求。10 根振動疲勞試驗及振動疲勞后整體破壞試驗，3 根吊弦振動試驗中載流環(huán)處和調(diào)節(jié)螺栓處線索斷裂（占比30%），6 根吊弦在振動疲勞試驗后心形護環(huán)斷裂和裂紋（占比60%），3 根吊弦在振動疲勞試驗后的破壞試驗破壞荷重小于3.7kN（占比30%），2 根化學(xué)成分分析試驗滿足試驗標準要求。

2 吊弦斷裂問題原因分析

2.1 高速工況下振動頻率、振幅造成機械疲勞

根據(jù)TB/T 2073-2010 文件規(guī)定，接觸網(wǎng)零部件振動試驗中振幅規(guī)定為±35mm，振動次數(shù)為200 萬次，運營客專線路受路基沉降、雙弓運行、機車風(fēng)載等因素影響，接觸網(wǎng)振幅遠大于標準規(guī)定，按照CRH5 型動車組85N 升弓壓力，動車組受電弓通過吊弦的正抬升量約為60mm，負抬升量約為20mm，而且線索會持續(xù)15 至20 次的振動周期才會逐漸衰減，大振幅使吊弦線反復(fù)彎曲，造成吊弦線彎曲疲勞，吊弦實際壽命比標準條件下壽命短很多，吊弦線夾心型環(huán)壓接管根部、調(diào)節(jié)螺栓內(nèi)線索處、載流環(huán)處形成反復(fù)彎折，導(dǎo)致吊弦機械疲勞斷裂。

2.2 行車密度增加的影響

京包客專臺閣牧至包頭東間200km/h 區(qū)段為蒙西地區(qū)呼和浩特至包頭間客運主通道，列車運行圖日列車對數(shù)52 對，平均列車追蹤間隔7 分鐘，運行CRH5 型動車、400BF 復(fù)興號動車和HXD3D、HXD3C 電力機車，以京包客專呼包間日運行52 對列車、受電弓每次通過后接觸網(wǎng)振動18 次，吊弦年振擺量達到34.16 萬次，京包客專呼包間經(jīng)過6 年左右時間就能達到200 萬次振動的設(shè)計年限。

2.3 吊弦壓接方式結(jié)構(gòu)性缺陷

既有京包客專呼包間可調(diào)式整體吊弦壓接管采用縮口六方形全壓接方式，貫通式全壓接方式在壓接管與吊弦主線連接處形成應(yīng)力集中，吊弦在閉口壓接管處易被棱角分明、硬力點集中的壓接管磨損受傷，在高速受電弓通過后高頻振動，反復(fù)揉折出現(xiàn)吊弦線機械疲勞折斷。目前高鐵改進吊弦采用敞口橢圓形部分壓接方式，壓接管與吊弦線索接觸面大、應(yīng)力分散。

六方形全壓接吊弦

橢圓形部分壓接吊弦

2.4 吊弦調(diào)節(jié)螺栓開孔結(jié)構(gòu)易傷線

既有京包客專呼包間可調(diào)式整體吊弦采用調(diào)節(jié)螺栓零部件，該開孔調(diào)節(jié)螺栓兩側(cè)和壓塊較鋒利，斷線位置就在吊弦主線穿過螺栓開孔處，柔性吊弦絞線在剛性螺栓開孔處的反復(fù)揉折磨損受力下易發(fā)生傷線斷線問題。目前高鐵吊弦采用不可調(diào)式整體吊弦，能夠從結(jié)構(gòu)上解決調(diào)節(jié)螺栓開孔結(jié)構(gòu)傷線問題。

3 吊弦整治方案

京包客專呼包間200km/h 區(qū)段吊弦已接近預(yù)期壽命，為解決吊弦疲勞折損、斷裂問題，2019 年開展接觸網(wǎng)整體吊弦大修。

3.1 優(yōu)化壓接工藝

改縮口六方形全壓接為橢圓環(huán)狀壓接，壓接管與模具均為橢圓形，橢圓環(huán)狀壓接為一次壓接、寬度適中、收縮量小的對稱截面壓接形式，壓接后的吊弦線整股壓縮密實，壓接有效接觸面積增大，摩擦力提高，應(yīng)力分散。

3.2 改變吊弦結(jié)構(gòu)

京包客專呼包間200km/h 區(qū)段運行多年，路基沉降已趨于穩(wěn)定，線路條件穩(wěn)定良好，按照《200～250km/h 電氣化鐵路接觸網(wǎng)裝備暫行技術(shù)條件（OCS-2）》“整體吊弦的外形結(jié)構(gòu)一般為不可調(diào)結(jié)構(gòu)”規(guī)定，該線路接觸網(wǎng)吊弦大修采用不可調(diào)整體吊弦，從結(jié)構(gòu)方面解決吊弦調(diào)節(jié)螺栓開孔結(jié)構(gòu)易傷線問題，從運維方面規(guī)避可調(diào)吊弦調(diào)整時參數(shù)變化、反復(fù)緊固線索疲勞問題。

3.3 強化施工質(zhì)量

天窗內(nèi)精測現(xiàn)場接觸網(wǎng)參數(shù)，在吊弦預(yù)制車間完成吊弦預(yù)配加工，建立吊弦外觀檢查、尺寸復(fù)核、送檢試驗制度，按照0.2%比例對預(yù)制吊弦送符合資質(zhì)檢測機構(gòu)試驗。明確吊弦安裝工藝，全面復(fù)核吊弦修后數(shù)據(jù)，利用1C、4C 檢測數(shù)據(jù)綜合評價吊弦修后質(zhì)量。

4 結(jié)論

吊弦疲勞折損、斷裂問題已成為京包客專呼包間200km/h區(qū)段接觸網(wǎng)高發(fā)問題，既有可調(diào)吊弦縮口貫通式壓接管和開孔調(diào)節(jié)螺栓的結(jié)構(gòu)性缺陷，在高速受電弓通過后高頻振動、反復(fù)揉折下，易出現(xiàn)吊弦絞線機械疲勞折斷，斷落吊弦易纏繞、拉壞受電弓造成行車事故。通過優(yōu)化壓接工藝、改變吊弦結(jié)構(gòu)、強化施工驗收確保吊弦大修質(zhì)量，消除設(shè)備隱患。