我國高速鐵路接觸網(wǎng)整體吊弦折原斷因和措施研究

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（中鐵建電氣化局集團軌道交通器材有限公司，江蘇常州 213179）

通過對高速鐵路接觸網(wǎng)進行研究，發(fā)現(xiàn)其在保障機車安全運行等方面非常的關(guān)鍵。其中吊弦又是接觸網(wǎng)系統(tǒng)當中最重要的組成部分，將其安裝在了承力索和接觸線中間，主要的作用是增加接觸懸掛點，將接觸線的尺度以及彈性均衡度進行有效的改善，合理并科學(xué)做好高度的調(diào)整，讓起可以起到截流、承載之用。文章以其折斷原因為研究入手點，對其原因開展分析，并以此為基礎(chǔ)提出了一系列具有可行性的措施。

1.發(fā)展高速鐵路的重要性

眾所周知，我國地大物博、幅員遼闊，各個地區(qū)之間有著很大的不同與差異，而且眾多的資源分布情況也具有復(fù)雜性的特點。原來的路網(wǎng)設(shè)置時，主要是將客與貨物放在同條線上，我們國家有85%的木材、原油、煤炭等都是需要通過鐵路來完成運輸?shù)?。所以中國鐵路運輸效率的高低與運輸?shù)拿芏取⒙每偷闹苻D(zhuǎn)量之間都有著緊密的聯(lián)系和關(guān)系。伴隨著時間的不斷推移，我國的高速鐵路呈現(xiàn)出了高速的發(fā)展態(tài)勢，我國煤炭、石油等貨物鐵路運輸發(fā)貨量也在不斷攀升當中。

2.存在的問題

通過對我國各條高速鐵路接觸網(wǎng)專業(yè)設(shè)備當中的整體吊弦使用情況進行認真的分析和研究，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)過多次的整體弦斷裂問題，成為了影響行車安全最重要的因素，對現(xiàn)場的實際情況進行排查，將問題發(fā)生的實際位置、比例、性能、運行的環(huán)境等各方面作為入手點展開深入的分析，再應(yīng)用專業(yè)的工具進行相關(guān)的排查，找到發(fā)生問題的主要原因，最后制定出完善的方法，將問題妥善的解決[1]。

2.1 問題現(xiàn)象分析

研究整體吊弦斷股、斷絲的問題，發(fā)現(xiàn)以下幾個情況：

（1）吊弦線鉗壓管接處，其斷股、斷絲的問題突出，說明了其問題缺陷和壓接方式間，有著非常緊密的聯(lián)系。（2）吊弦部分的新型環(huán)在運行的過程當中，出現(xiàn)裂紋，伴隨著時間的不斷推移，斷裂情況在不斷增大。（3）新型環(huán)和吊弦線不斷摩擦，發(fā)現(xiàn)了斷股、斷絲或者全斷等問題。（4）從中間位置斷股、斷絲，如圖1所示。

圖1 吊弦線磨損斷絲、斷股情況圖

2.2 問題發(fā)生的具體位置

（1）以線路條件為基礎(chǔ)，開始各項問題的分析工作。通過分析發(fā)現(xiàn)了路基區(qū)段整體吊弦發(fā)生故障，占到所有問題的18%左右，橋梁區(qū)段整體吊弦出現(xiàn)問題的占到所有問題的82%左右。從這里可以看出，和路基區(qū)段相比，出現(xiàn)吊弦問題的區(qū)域以橋梁為主，且這個比例要高出很多。認真研究、分析不同平面、不同線路情況的區(qū)間比，發(fā)現(xiàn)橋梁段的不同平面布置缺陷與路基段相比，極為相像，由此可以說明吊弦發(fā)生的問題與平面布置之間沒有任何的關(guān)系。

（2）以京滬高鐵為實際研究路段。針對吊弦裝配在安裝時的主要方式、實際位置開展分析，發(fā)現(xiàn)斷股、斷絲的主要集中位置最多的在中間柱處，占總數(shù)的54%左右，其次是占46%的錨段關(guān)節(jié)處。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)這條線共有錨段2712個，長度超3000km，中間柱處整體吊弦缺陷8.5根每百條公里，錨段關(guān)節(jié)處整體吊弦缺陷36根每百條公里，由此可以看出二者相比較，錨段關(guān)節(jié)處整體吊弦缺陷與中間柱相比較，竟然低于4倍多[2-4]。對相關(guān)的數(shù)據(jù)進行仔細的統(tǒng)計之后發(fā)現(xiàn)，發(fā)生問題的主要位置中間柱與錨段關(guān)系處相比較，要多出許多，研究裝配安裝懸掛的數(shù)量錨段關(guān)節(jié)處吊弦概率大于中間柱，而高出很多。說明錨段關(guān)節(jié)內(nèi)部吊弦出現(xiàn)問題的概率更大。裝配形式的不同，吊弦折斷的方式也會有很大的不同與差異。

3.出現(xiàn)問題的主要原因分析

3.1 產(chǎn)品的主要結(jié)構(gòu)

通過將產(chǎn)品的主要結(jié)構(gòu)作為入手點展開深入研究，發(fā)現(xiàn)吊弦線與零部件之間有摩擦等問題，所以增加吊弦線斷絲或者是斷股問題出現(xiàn)的可能。

3.2 吊弦線的主要材料

如果吊弦線的韌性偏低，而且經(jīng)過了多次彎曲，再加上壓接應(yīng)力偏大，吊弦在長時間震動的過程當中，非常容易出現(xiàn)斷裂問題。車身通過電工，以極快的速度滑過接觸線，在吊弦作用下突然下落，可見拉緊狀態(tài)，且吊弦線水平方向會有震動情況，導(dǎo)致吊弦線在壓強管的根部有多次彎曲情況，而且這一過程會長時間存在[5]。

3.3 受外界影響

吊弦正常工作下會由于疲勞而發(fā)生失效，外界環(huán)境變化不同也會對整體吊弦失效的繼承帶來不同程度的影響，例如：具有腐蝕性特點的大氣環(huán)境，尤其是在一些沿海地帶、化工企業(yè)，通過對現(xiàn)場的實際情況進行研究，發(fā)現(xiàn)吊弦線的表面有氧化物的存在，對吊弦線會產(chǎn)生不同程度的腐蝕，影響吊弦線的使用時間以及壽命。

3.4 安裝工作與行車密度

經(jīng)過分析和了解之后發(fā)現(xiàn)，吊弦的安裝質(zhì)量與產(chǎn)品的使用時間、壽命之間有著緊密的聯(lián)系和關(guān)系，受電弓高速劃過接觸線的情況，處在松弛狀態(tài)的吊弦線以最快的速度的需要承受極大的沖擊，所以極有可能會出現(xiàn)被拉斷的情況。速度極快的行車也會造成接觸網(wǎng)震動頻率不斷提升，甚至已經(jīng)高于設(shè)計標準，再加上臺風(fēng)給予的影響，也會導(dǎo)致吊弦線出現(xiàn)彎曲疲勞問題，對實際的使用效果產(chǎn)生不同程度的影響。

3.5 規(guī)范標準的影響

TB/ T2073等標準對整體吊弦的吊弦線都給出了明確的規(guī)定，要求采用TB/T3111當中所規(guī)定的JTMH10銅和金絞線，據(jù)了解，此項標準與德國所制定的標準相符合、相一致。震動實驗在實際展開的過程當中，主要應(yīng)用的是振幅為±35mm的正弦波進行振頻是3～5赫茲的200萬次常規(guī)試驗。經(jīng)過認真分析和研究之后發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品在其設(shè)計過程當中，所依照的標準模擬工況與高速鐵路接觸網(wǎng)實際運營型工況之間存在著偏差，需要補充具有完善性特點而且符合高速鐵路接觸網(wǎng)的零件試驗技術(shù)條件以及相關(guān)的方法，保證研究結(jié)構(gòu)更具科學(xué)性與合理性，有效延長吊弦用絞線使用的時間以及壽命。由此可以看出，高鐵專用整體吊弦的斷絲、斷股或者是其他的斷裂問題，之所以非常容易出現(xiàn)，不僅是因為壓接方式以及壓接損傷等各種原因所造成的，而且還與產(chǎn)品的具體結(jié)構(gòu)、運行過程當中的實際情況、吊弦線的主要性能、試驗過程當中的具體標準、試驗專設(shè)備等各方面原因都有著緊密的聯(lián)系和關(guān)系。所以相關(guān)工作人員在分析問題的過程當中，一定要站在全方位的角度進行考慮和分析[6]。不僅如此，吊弦出現(xiàn)折斷的問題與高速鐵路弓網(wǎng)關(guān)系特點之間有的緊密的聯(lián)系和關(guān)系，在時間較長、頻次較高、強度較大的弓網(wǎng)影響之下，豎直抬升力造成吊弦被不斷的拉扯，之后薄弱點出現(xiàn)，甚至出現(xiàn)疲勞損傷問題，而之所以會形成薄弱點吊弦和吊弦薄弱點與下面幾項因素都有著緊密的關(guān)系：

（1）與線路種類有直接聯(lián)系。眾所周知，正線車流密度非常的大，而且車輛在行駛過程當中速度較快，震動極大，增加吊弦被上下來回拉扯強度，正線掉線與測線吊弦相比較出現(xiàn)折斷的概率會更大一些[7]。（2）與軌道基礎(chǔ)之間有關(guān)系。車輛在高速行駛的過程當中，尤其是在通過橋梁段時，是因為車橋耦合關(guān)系和作用，導(dǎo)致吊弦被上下來回拉扯的強度不斷的加大，橋梁區(qū)吊弦比路基區(qū)域吊弦更容易出現(xiàn)折斷問題。（3）和線路曲直有關(guān)系。將其與直線區(qū)域段進行比較，發(fā)現(xiàn)二者之間有著很大的不同與差異，電弓在曲線區(qū)段會伴隨著外軌超高而出現(xiàn)傾斜，數(shù)值臺升力全部都是由公網(wǎng)接觸壓力減弱為弓網(wǎng)接觸壓力數(shù)值分量，導(dǎo)致吊弦被上下來回拉扯，強度不斷的下降，直線區(qū)段吊弦比曲線區(qū)域進行更容易折斷問題。（4）與懸掛結(jié)構(gòu)之間有關(guān)系。伴隨著接觸懸掛震動而出現(xiàn)震動的承力索和接觸線，彈性差別與數(shù)值臺升力、作用程度之間有著很大的不同與差異，無法真正地實現(xiàn)步調(diào)一致的晃動，上下兩段彈性較大的吊弦被上下來回拉扯的強度也非常大，更容易出現(xiàn)折斷等各種問題。

4.解決問題的方法與策略

相關(guān)工作人員一定要真正的認識到吊弦折斷問題的重要性以及所產(chǎn)生的嚴重后果，對于已經(jīng)受到嚴重損傷的吊弦，需要應(yīng)用更換的方法，將問題妥善地解決，在進行更換之前還需要及時發(fā)現(xiàn)問題所在。

4.1 對結(jié)構(gòu)進行改進

通過運用心型環(huán)不斷對具有傳統(tǒng)特點的結(jié)構(gòu)尺寸進行優(yōu)化與革新，讓心型環(huán)與線夾本體之間配合更加科學(xué)、設(shè)置更加合理。

4.2 運用新型耐疲勞吊弦線

通過對具有傳統(tǒng)特點的吊弦線進行分析，發(fā)現(xiàn)其主要是用鑄造、拉拔、絞合工藝，再加上材料結(jié)構(gòu)不均、本身存在應(yīng)力問題等，就會造成吊弦線韌性、強度均較差，且耐疲勞性下降，在使用的過程當中，增加了斷裂問題發(fā)生的可能。對比傳統(tǒng)和耐疲勞的吊弦線，發(fā)現(xiàn)兩者之間有著很大的不同與差異，因為耐疲勞型的吊弦線運用了現(xiàn)如今發(fā)展最為迅速、最先進的并且具有針對性的制造工藝，將具有傳統(tǒng)特點的吊弦線當中的問題進行妥善的解決以及克服，并大幅度提高其強度和耐疲勞特點。工作者通過大量測試，發(fā)現(xiàn)其疲勞壽命明顯提高，但吊弦恒通基本可保障，對線材表面行防腐處理，廣泛運用至工業(yè)企業(yè)和隧道工程中[8]。

4.3 不斷對壓接工藝進行優(yōu)化與革新

應(yīng)用科技創(chuàng)新幫助吊弦使用時間不斷延長。通過進一步的提高和延長吊弦使用時間，一方面可以通過科技創(chuàng)新研究制造出更多耐疲勞材料，并且將其作為吊弦的主體，將抗疲勞性能差等問題突然的解決。另一方面，需要對極易造成吊弦損傷的制作工藝進行不斷優(yōu)化與革新，防止吊弦薄弱點的再次出現(xiàn)，降低吊弦使用的時間與壽命。橢圓環(huán)狀壓接運用的主要是一次壓接，寬度適中等形式和方法，將有效接觸面積增加，可提高摩擦力，讓應(yīng)力得到分散，由于模具、接管是橢圓形狀，受外力壓力的影響，同個位置壓接管與向心部在收縮，壓接處形成橢圓形縮頸，因此這個位置的壓接管會不斷減小，讓吊弦線和其緊緊相連在一起。此時，線與壓接管內(nèi)壁、線線間的摩擦力不斷增加，吊弦線軸向位移受到一定影響，為了有效避免脫落的問題產(chǎn)生，把原犬牙式壓接對線索壓接損失情況有效改善。經(jīng)過這個處理之后，線索的總體壓實嚴密，減少并有效降低了由于壓接對吊弦線的傷害[9]。

5.我國高速鐵路面臨的機遇和挑戰(zhàn)

我國的地域非常廣闊，建設(shè)環(huán)境也具有復(fù)雜性的特點，各個地區(qū)的地質(zhì)條件、氣候差異有著很大的不同與差異，例如：北方地區(qū)四季溫度變化非常的明顯，而海南地區(qū)溫?zé)帷⒊睗瘢鞑康貐^(qū)分布的風(fēng)沙等，中國高鐵技術(shù)對具有復(fù)雜性特點的地形、地貌等都有著非常強的適應(yīng)能力，高速鐵路運營管理經(jīng)驗豐富，人才儲備方面，也可以滿足當前高速鐵路輸出過程中所提出的各類要求。說到面臨的挑戰(zhàn)，最重要的就是原始創(chuàng)新能力還需要不斷地提升，我國在高速鐵路建設(shè)的過程當中，吸取了日本、德國等發(fā)達國家的建設(shè)經(jīng)驗，高鐵裝備專利數(shù)量在不斷的增加當中，但是都將關(guān)注的重點圍繞在了產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用過程當中，對基礎(chǔ)性的研發(fā)投入情況顯得非常不足，基礎(chǔ)理論、仿真計算等各方面的創(chuàng)新能力還需要不斷提高。

6.結(jié)語

高速鐵路接觸網(wǎng)整體吊弦折斷問題具有復(fù)雜性的特點，其中包括許多內(nèi)容需要工作人員真正認識到吊弦折斷的主要原因，然后找到出現(xiàn)問題的主要原因。現(xiàn)如今各個城市的高速鐵路正在如火如荼地建設(shè)和施工過程當中，接觸網(wǎng)吊弦在具體使用過程當中非常關(guān)鍵和重要，它對工程最終的質(zhì)量之間都有著緊密的聯(lián)系和關(guān)系，所以工作人員的具體工作的過程中，一定要不斷進行經(jīng)驗的總結(jié)以及認真學(xué)習(xí)，大幅度提高自己的綜合素養(yǎng)與工作能力，對相關(guān)數(shù)據(jù)進行準確計算，并且嚴把質(zhì)量關(guān)。