高速鐵路接觸網(wǎng)支撐裝置零部件研究

楊淋琪

（中鐵建電氣化局集團(tuán)軌道交通器材有限公司，江蘇 常州 213179）

寶成鐵路是中國(guó)第一條電氣化鐵路，橫跨陜西省、甘肅省、四川省三省，它成功使我國(guó)的西北地區(qū)與西南地區(qū)的聯(lián)通起來(lái)，寶成鐵路帶動(dòng)了西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使得西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)得到了巨大提升。電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)構(gòu)成的主要元素是接觸網(wǎng)，同時(shí)，接觸網(wǎng)也是唯一一個(gè)可以向電力機(jī)車提供電能的裝置。研究接觸網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性，主要是通過(guò)研究各個(gè)系子統(tǒng)，研究接觸網(wǎng)支撐裝置零部件的失效性和故障原因，利用科學(xué)技術(shù)做的零部件，可以消滅可發(fā)生故障，將突發(fā)性故障的范圍進(jìn)行限制，從而確保接觸網(wǎng)系統(tǒng)的有效性。接觸網(wǎng)系統(tǒng)的最小單元是接觸網(wǎng)支撐裝置零部件。

1 零部件的優(yōu)勢(shì)

接觸網(wǎng)裝置零部件都是經(jīng)過(guò)科學(xué)技術(shù)的測(cè)算，最大程度上避免發(fā)生故障，突發(fā)性故障被限制在極小的范圍內(nèi)，使用零部件提高接觸網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，接觸網(wǎng)的支撐裝置是接觸懸掛的受力部件，是接觸網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成成分，同時(shí)，世界各國(guó)都在發(fā)展鐵路，零部件的可靠性也是國(guó)家綜合國(guó)力的體現(xiàn)，所以世界各國(guó)都有一個(gè)共同的目標(biāo)，研究出更加可靠的零部件。制造接觸網(wǎng)零部件是對(duì)每個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)的考驗(yàn)，也是檢驗(yàn)國(guó)家科技實(shí)力的一種方式。

2 國(guó)內(nèi)外高速鐵路的歷史記錄

2.1 國(guó)外歷史記錄

英國(guó)是世界上最早修建鐵路的國(guó)家，開(kāi)創(chuàng)了鐵路的先河，目前，世界上大部分國(guó)家都在高速鐵路上有一定的建樹(shù)。例如，日本的高速鐵路接觸網(wǎng)，以前采用復(fù)鏈型懸掛，現(xiàn)在采用簡(jiǎn)鏈懸掛，速度最快達(dá)到了300km/h，銅質(zhì)零部件和鋼質(zhì)零部件一直被日本高速鐵路使用，因?yàn)殂~的導(dǎo)電性能和抗腐蝕能力均是比較良好的；法國(guó)高速鐵路接觸網(wǎng)先是采用彈鏈懸掛，后來(lái)升級(jí)為簡(jiǎn)鏈懸掛，銅質(zhì)零部件及其銅合金零件一直被法國(guó)高速鐵路接觸網(wǎng)采納，補(bǔ)償繩一直采用不銹鋼絲繩，滑輪裝置用作張力的補(bǔ)償裝置，這套組合就達(dá)到了接近零維修的局面；德國(guó)的高速鐵路接觸網(wǎng)一般采用彈鏈懸掛，可以分為Re200、Re250、Re330三種，鋁合金零部件一直被德國(guó)高速鐵路采用，張力補(bǔ)償裝置一直采用棘輪裝置；西班牙高速鐵路接觸網(wǎng)直接引用了德國(guó)的Re250，接觸網(wǎng)、零部件等等幾乎都與德國(guó)的相近；意大利高速鐵路接觸網(wǎng)雙式簡(jiǎn)鏈懸掛，并且意大利高速鐵路一直采用3kV直流供電。

2.2 國(guó)內(nèi)歷史記錄

我國(guó)高速鐵路接觸網(wǎng)零部件的成長(zhǎng)經(jīng)歷了三個(gè)階段。我國(guó)接觸網(wǎng)第一階段，研習(xí)了前蘇聯(lián)對(duì)接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念，零部件的模型大部分與前蘇聯(lián)相似，我國(guó)當(dāng)時(shí)采用可鍛鑄鐵鍛造零部件，鐵質(zhì)零部件極其不穩(wěn)定，存在一定程度的隱患。我國(guó)接觸網(wǎng)的第二階段可鍛鑄鐵被碳素鑄鋼替代，但是很快我國(guó)引進(jìn)了銅合金和鋁合金零部件，開(kāi)始向發(fā)達(dá)國(guó)家學(xué)習(xí)使用有色金屬，生產(chǎn)零部件的流程也變得不再單一。第二階段我國(guó)的高速鐵路接觸網(wǎng)得到了全面的發(fā)展，學(xué)習(xí)在零部件上使用有色金屬，并且鍛造的過(guò)程不再像以前一樣單一，但是仍然有需要改進(jìn)的地方?，F(xiàn)在我國(guó)處于高速鐵路接觸網(wǎng)的第三階段，大量的高速鐵路被鋪設(shè)，實(shí)現(xiàn)了全國(guó)的覆蓋，高速鐵路縱橫交錯(cuò)，讓我國(guó)的大江南北聯(lián)系更加緊密。

3 接觸網(wǎng)零部件的制造

3.1 零部件的鑄造

鑄造金屬接觸網(wǎng)零部件就是將熔煉完成的金屬溶液澆入鑄型中，凝固后，可以獲取一個(gè)一定形狀的金屬零部件毛坯。這種制作金屬零部件的方式叫作鑄件，鑄件的作用范圍廣大，優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）作用范圍廣，例如，鑄鐵、鑄鋼、鑄有色金屬（鋁合金、銅合金等）非常適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件。

（2）成本低廉，原材料豐富，科技設(shè)備投資較少，失敗率比較低。

（3）目前，鑄件的工藝已經(jīng)可以和鍛件比肩。鑄造分為砂型鑄造和特種鑄造，砂型鑄造可以生產(chǎn)出大量的鑄件，特種鑄造是按工藝進(jìn)行劃分，有熔模鑄造、壓力鑄造、金屬性鑄造、離心鑄造、陶瓷型鑄造、擠壓鑄造等，其中接觸網(wǎng)零部件的鑄造方式主要包括熔模鑄造、壓力鑄造和金屬型鑄造，每種鑄造方法都有自己適用的范圍，可以彌補(bǔ)砂型鑄造的不足。

（4）熔模鑄造。熔模鑄造別名失蠟鑄造，模型是由一種易熔化的原材料制做而成，在模型的表面涂上若干曾耐高溫涂料，做成型殼，熔成的模型結(jié)果高溫澆注即可。熔模鑄造的特點(diǎn)：①鑄造出來(lái)的零部件精度高，并且表面非常光滑。②精密的零部件都可有熔模鑄造方式制作。③鑄造原材料不唯一，鐵、鋼、有色金屬均可鑄造。④生產(chǎn)的流成復(fù)雜，時(shí)間比較久。⑤原材料的價(jià)格昂貴、成本較高。⑥不可以鑄造大的零部件，模型容易發(fā)生變形。

（5）壓力鑄造。壓力鑄造是熔化的金屬在高壓下迅速充型，并在壓力下凝固的鑄造方法。壓力鑄造時(shí)使用的壓力范圍在30～70MPa，其中充型的速度在5～100m/s，充型的時(shí)間可以達(dá)到0.05s。一般在壓鑄機(jī)上進(jìn)行壓力鑄造，與其他鑄造方式最明顯的區(qū)別是壓力鑄造的最大特點(diǎn)是高壓和高速。壓力鑄造特點(diǎn)如下：①壓力鑄造生產(chǎn)效率高效，每小時(shí)可以鑄造50～100次，最快可以鑄件1小時(shí)500次，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。②壓力鑄造生產(chǎn)的零部件精度高，表面光滑。③冷卻速度快，生產(chǎn)的零部件整體緊實(shí)，硬度較高。④設(shè)備費(fèi)用高，模具成本高。⑤可使用的原材料有限（如鋁合金不可以使用）。

（6）金屬型鑄造。世界萬(wàn)物都受到重力影響，金屬型鑄造就是在重力的作用下，將提前熔化的金屬注入金屬型中，這樣的鑄件方式叫金屬型鑄造，金屬型是由金屬打造，可以重復(fù)使用。金屬型鑄造的特點(diǎn)：①金屬型鑄造生產(chǎn)效率一般，金屬型可以重復(fù)使用，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并且不需要太大的生產(chǎn)場(chǎng)地。②金屬型鑄造的產(chǎn)品精度高，表面光滑。③金屬型的力學(xué)性能好，可以是原材料鑄造出來(lái)的鑄件提升抗拉強(qiáng)度。④金屬型不透氣，冷卻速度快。

3.2 零部件的鍛造

鍛造是指在加壓設(shè)備和模具的作用下，使原材料局部或者全部塑性變形，獲取指定形狀、尺寸的加工方法。鍛造可以分為自由鍛造、金屬模鍛造、回轉(zhuǎn)鍛造、液態(tài)模鍛造等。

（1）自由鍛造。使用比較簡(jiǎn)單的工具，對(duì)坯料進(jìn)行變形的方法是自由鍛造。自由鍛造可以分為手工自由鍛造和機(jī)器自由鍛造。手工自由鍛造只能生產(chǎn)小的鍛件，效率比較低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，機(jī)器自由鍛造可以生產(chǎn)大的鍛件，在自由鍛造中占據(jù)主導(dǎo)地位。所以無(wú)論是手工鍛造還是機(jī)器鍛造，對(duì)鍛工的水平要求極高。

（2）金屬模鍛造。通過(guò)模具使金屬材料成型的方法叫作金屬模鍛造。金屬模鍛造優(yōu)點(diǎn)：①比自由鍛造的產(chǎn)品質(zhì)量更好，表面更加光滑。②復(fù)雜的鍛件也可以鍛造。③可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)效率比較高。④模具價(jià)格昂貴，并且一次只可以生產(chǎn)一個(gè)鍛件。

3.3 接觸網(wǎng)零部件的防腐

腐蝕問(wèn)題是隨處可見(jiàn)的，遍布生活的每個(gè)角落，特別是金屬的腐蝕。金屬腐蝕主要有化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、大氣腐蝕、水腐蝕等，于是防腐變成了當(dāng)前重要問(wèn)題，金屬零部件的防腐蝕，可以加強(qiáng)金屬零部件自身的抗腐蝕能力；也可以采用相應(yīng)的保護(hù)措施，使化學(xué)腐蝕和空氣腐蝕的危害降到最低。金屬零部件的防腐措施：（1）根據(jù)金屬零部件使用的環(huán)境，選取恰當(dāng)?shù)慕饘俨牧?。?）在金屬零部件的鑄造和鍛造過(guò)程中，加強(qiáng)原材料本身的抗腐蝕性。（3）在金屬零部件的表面涂上若干層防腐涂層。（4）使用化學(xué)方法保護(hù)金屬零部件，如陰極保護(hù)、陽(yáng)極保護(hù)等措施。接觸網(wǎng)零部件目前常用的防腐蝕方法有熱浸鍍鋅、熱噴鋅、熱噴鋁、涂若干層防腐涂層等。

4 結(jié)語(yǔ)

高速鐵路接觸網(wǎng)支撐裝置零部件研究，接觸網(wǎng)零部件的制造是一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力和綜合國(guó)力的體現(xiàn)，高速鐵路已經(jīng)成為現(xiàn)在主要的交通工具，同時(shí)，接觸網(wǎng)零部件可以提高接觸網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，接觸網(wǎng)零部件的制造主要通過(guò)鑄造、鍛造的方式，自然界中腐蝕無(wú)處不在，所以我們要盡力降低腐蝕的效果，并且通過(guò)防腐措施使接觸網(wǎng)零部件的壽命更加長(zhǎng)久。我們要加大科研力度，研究出更好的零部件，抗腐蝕能力強(qiáng)，可以通過(guò)工廠量產(chǎn)，加強(qiáng)我國(guó)的高速鐵路支撐零部件的研究水平，吸引更多的人才加入。