速度350 km/h 高速鐵路接觸網(wǎng)設(shè)備服役性能試驗(yàn)研究

孔龍飛

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所，北京 100081）

接觸網(wǎng)設(shè)施是高速鐵路的重要組成部分，既是高速動(dòng)車(chē)所需電能的供電線路，又是受電弓的滑行通道［1］。為全面掌握速度350 km/h 運(yùn)營(yíng)后接觸網(wǎng)設(shè)施服役性能隨運(yùn)營(yíng)時(shí)間增加的變化規(guī)律，指導(dǎo)運(yùn)營(yíng)組織及完善養(yǎng)護(hù)維修，為高鐵安全、運(yùn)營(yíng)品質(zhì)提高及可持續(xù)發(fā)展提供支撐，進(jìn)一步明確更高速度條件下需要解決的重點(diǎn)技術(shù)難題。有必要對(duì)速度350 km/h 運(yùn)營(yíng)條件下接觸網(wǎng)設(shè)備服役性能進(jìn)行研究。

高速鐵路接觸網(wǎng)設(shè)備可靠性主要由弓網(wǎng)受流性能和接觸網(wǎng)系統(tǒng)零部件的可靠性和耐久性決定，因此，接觸網(wǎng)幾何參數(shù)改變（如線岔、錨段關(guān)節(jié)和分相處工作支接觸線與非接觸支接觸線相互位置改變）［2］，弓網(wǎng)受流性能改變和任何弓網(wǎng)系統(tǒng)中的零部件失效均可能產(chǎn)生弓網(wǎng)故障。

接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)、弓網(wǎng)燃弧性能、接觸線動(dòng)態(tài)抬升量及受電弓靜態(tài)壓力是接觸網(wǎng)和受電弓相互作用的重要參數(shù)。動(dòng)車(chē)組長(zhǎng)期以350 km/h 運(yùn)營(yíng)，為了解接觸網(wǎng)設(shè)備的服役性能，需要跟蹤這些參數(shù)隨運(yùn)營(yíng)時(shí)間增加后的變化規(guī)律。

隨著運(yùn)營(yíng)速度提高到350 km/h，為掌握受電弓設(shè)置的靜態(tài)壓力、弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸力、弓網(wǎng)燃弧、接觸網(wǎng)零部件所承受的載荷如何變化，以及對(duì)接觸網(wǎng)磨耗、滑板磨耗和接觸網(wǎng)零部件的使用壽命造成的影響，有必要系統(tǒng)研究列車(chē)提速對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備服役性能的影響，采取有效措施確保高鐵接觸網(wǎng)的可靠運(yùn)行。

1 被測(cè)受電弓及接觸線

跟蹤測(cè)試某型號(hào)長(zhǎng)編動(dòng)車(chē)組4 臺(tái)受電弓靜態(tài)壓力和雙弓受流時(shí)后弓的動(dòng)態(tài)壓力、弓網(wǎng)燃弧數(shù)據(jù)。

長(zhǎng)編動(dòng)車(chē)組運(yùn)營(yíng)時(shí)，Ⅰ、Ⅲ位與Ⅱ、Ⅳ位各為一組工作受電弓，如圖1 所示。在試驗(yàn)運(yùn)營(yíng)期間，相鄰兩天內(nèi)，動(dòng)車(chē)組Ⅰ、Ⅲ位組合與Ⅱ、Ⅳ位組合交替使用，因此兩組受電弓服役里程同步增加。

此動(dòng)車(chē)組安裝CX 型受電弓，如圖2 所示，其是一種單滑板高速受電弓，減輕弓頭質(zhì)量，提高其跟隨性和受流質(zhì)量，并且利用列車(chē)運(yùn)行速度、接觸網(wǎng)類(lèi)型、受電弓運(yùn)行方向等信息實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制升弓氣囊氣壓，從而減少燃弧的發(fā)生。

圖2 CX 型高速受電弓

跟蹤測(cè)試接觸網(wǎng)為某350 km/h 速度等級(jí)接觸網(wǎng)系統(tǒng)，其重要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 線路參數(shù)表

2 接觸網(wǎng)與受電弓長(zhǎng)期服役性能

接觸網(wǎng)與受電弓長(zhǎng)期服役性能跟蹤需要跟蹤觀測(cè)不同服役時(shí)期的接觸網(wǎng)和受電弓相互作用的關(guān)鍵參數(shù)的變化情況。

2.1 接觸網(wǎng)幾何參數(shù)動(dòng)態(tài)性能

依據(jù)某高鐵350 km/h 運(yùn)營(yíng)以來(lái)接觸網(wǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)（CDI）［3］分析接觸網(wǎng)幾何參數(shù)動(dòng)態(tài)性能隨服役時(shí)間增加的變化規(guī)律。

接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)中拉出值及接觸線高度分量變化曲線如圖3、圖4 所示。隨服役試驗(yàn)的增加，接觸線拉出值分量CDIS均穩(wěn)定在0.03 附近，接觸線高度分量CDIH值均穩(wěn)定在0.15 附近。

圖3 CDIS 變化曲線

圖4 CDIH 變化曲線

由以上接觸網(wǎng)長(zhǎng)周期檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，350 km/h 速度等級(jí)高速鐵路接觸線幾何參數(shù)動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良，且隨時(shí)間和季節(jié)變化保持穩(wěn)定。

2.2 弓網(wǎng)受流性能

（1）受電弓靜態(tài)壓力

受電弓在運(yùn)行過(guò)程中要保證狀態(tài)穩(wěn)定［4］，受電弓靜態(tài)壓力需要保持穩(wěn)定。動(dòng)車(chē)組靜止時(shí)，為確保受電弓安全取流，交流電氣化鐵路，受電弓靜態(tài)抬升力須保持在60～90 N 之間［5］。

跟蹤測(cè)量350 km/h 運(yùn)營(yíng)的長(zhǎng)編動(dòng)車(chē)組受電弓靜態(tài)壓力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)車(chē)組0～165 萬(wàn)km 服役里程的連續(xù)跟蹤測(cè)量。4 臺(tái)受電弓靜態(tài)壓力均值曲線如圖5 所示。

圖5 動(dòng)車(chē)組在0～165 萬(wàn)km 服役里程內(nèi)受電弓靜態(tài)壓力均值曲線

測(cè)量結(jié)果表明，隨動(dòng)車(chē)組服役里程增加，0～165 萬(wàn)km 內(nèi)被測(cè)動(dòng)車(chē)組4 臺(tái)受電弓靜態(tài)壓力均值保持在81.2～85.6 N 之間，保持穩(wěn)定。

（2）弓網(wǎng)燃弧

采用車(chē)載弓網(wǎng)監(jiān)控視頻連續(xù)跟蹤統(tǒng)計(jì)350 km/h運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)編動(dòng)車(chē)組弓網(wǎng)燃弧數(shù)據(jù)。測(cè)試時(shí)間覆蓋了1～12 月的每個(gè)月份，覆蓋了春夏秋冬4 個(gè)季節(jié)，按1～12 月排序后的弓網(wǎng)燃弧次數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同月份的弓網(wǎng)燃弧次數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

動(dòng)車(chē)組以350 km/h 運(yùn)營(yíng)時(shí)，隨著服役時(shí)間的變化，每公里燃弧次數(shù)保持在1.19～1.73 之間，連續(xù)12 個(gè)月跟蹤測(cè)量弓網(wǎng)燃弧次數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差為0.17，表明在不同運(yùn)營(yíng)時(shí)間，弓網(wǎng)燃弧保持穩(wěn)定。

3 速度影響分析

3.1 受電弓靜態(tài)壓力

在被測(cè)的350 km/h 速度等級(jí)高鐵線路，對(duì)300、350 km/h 速度運(yùn)營(yíng)的2 組長(zhǎng)編動(dòng)車(chē)組的各4 臺(tái)受電弓靜態(tài)壓力進(jìn)行跟蹤測(cè)試。14 個(gè)月分別測(cè)得每臺(tái)受電弓各14 次受電弓的靜態(tài)壓力，不同速度級(jí)下統(tǒng)計(jì)每臺(tái)受電弓靜態(tài)力的平均值，其最大均值、最小均值和4 臺(tái)弓的總平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同運(yùn)營(yíng)速度動(dòng)車(chē)組受電弓靜態(tài)壓力均值對(duì)比

300 km/h 運(yùn)營(yíng)的動(dòng)車(chē)組，受電弓靜態(tài)壓力均值分別在82.7～86.9 N 之間，每臺(tái)受電弓的靜態(tài)壓力之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.7～3.9 N，表明跟蹤測(cè)量的動(dòng)車(chē)組多臺(tái)受電弓之間，受電弓靜態(tài)壓力差距很小。

350 km/h 運(yùn)營(yíng)的動(dòng)車(chē)組，受電弓靜態(tài)壓力均值在82.1～84.9 N 之間，每臺(tái)受電弓的靜態(tài)壓力之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.9～4.5 N，表明跟蹤測(cè)量的動(dòng)車(chē)組多臺(tái)受電弓之間，受電弓靜態(tài)壓力差距很小。

300 km/h 和350 km/h 運(yùn)營(yíng)的動(dòng)車(chē)組，受電弓靜態(tài)壓力均值分別為84.3、83.7 N，表明不同速度運(yùn)營(yíng)動(dòng)車(chē)組受電弓靜態(tài)工作壓力沒(méi)有明顯差距。

根據(jù)本次跟蹤試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，350 km/h 和300 km/h 速度運(yùn)營(yíng)的相同型號(hào)動(dòng)車(chē)組的受電弓靜態(tài)力平均值相比僅相差-0.6～3.3 N，因此在動(dòng)車(chē)組服役期間，不會(huì)根據(jù)運(yùn)營(yíng)速度不同，調(diào)節(jié)受電弓靜態(tài)壓力。

3.2 弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸力

弓網(wǎng)間動(dòng)態(tài)接觸力由受電弓靜態(tài)壓力、空氣抬升力、弓網(wǎng)相互作用力組成［6］。對(duì)于相同線路、相同型號(hào)、相同速度運(yùn)營(yíng)的動(dòng)車(chē)組，決定弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸力變化的主要因素是受電弓靜態(tài)力，如果能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，那么動(dòng)車(chē)組單次試驗(yàn)獲取的弓網(wǎng)平均動(dòng)態(tài)接觸力便可以作為服役過(guò)程中的弓網(wǎng)平均動(dòng)態(tài)接觸力使用，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 某型號(hào)長(zhǎng)編動(dòng)車(chē)組某次試驗(yàn)的弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸力

與被測(cè)動(dòng)車(chē)組相同型號(hào)的長(zhǎng)編動(dòng)車(chē)組，某次試驗(yàn)中，速度由300 km/h 提升至350 km/h，弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸壓力有30%左右的增幅，而且接觸力波動(dòng)加劇。

3.3 弓網(wǎng)燃弧性能

與被測(cè)動(dòng)車(chē)組相同型號(hào)長(zhǎng)編動(dòng)車(chē)組某次試驗(yàn)中，利用紫外光識(shí)別型燃弧傳感器采集和統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)編動(dòng)車(chē)組運(yùn)行方向后弓受流的弓網(wǎng)燃弧數(shù)據(jù)，動(dòng)車(chē)組分別以300、350 km/h 運(yùn)行的弓網(wǎng)燃弧次數(shù)對(duì)比如圖8 所示。

圖8 動(dòng)車(chē)組不同運(yùn)營(yíng)速度弓網(wǎng)燃弧次數(shù)對(duì)比

速度由300 km/h 提升至350 km/h，弓網(wǎng)燃弧次數(shù)由2.16 次/km 上升至3.54 次/km，增加了1.38 次/km，增幅為63.8%。

利用弓網(wǎng)監(jiān)控視頻長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)運(yùn)營(yíng)動(dòng)車(chē)組弓網(wǎng)燃弧，每月連續(xù)跟蹤的300、350 km/h 運(yùn)營(yíng)的動(dòng)車(chē)組后弓弓網(wǎng)燃弧數(shù)據(jù)。不同速度運(yùn)營(yíng)時(shí)弓網(wǎng)燃弧數(shù)據(jù)對(duì)比如圖9 所示。

圖9 長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)動(dòng)車(chē)組不同運(yùn)營(yíng)速度弓網(wǎng)燃弧次數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

速度由300 km/h 提升至350 km/h，弓網(wǎng)燃弧次數(shù)由0.82 次/km 上升至1.40 次/km，增加了0.58次/km，增幅為70.7%。

根據(jù)某次試驗(yàn)和跟蹤試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，動(dòng)車(chē)組運(yùn)營(yíng)速度從300 km/h 增加到350 km/h，弓網(wǎng)燃弧明顯增多。

3.4 接觸線最大動(dòng)態(tài)抬升量

運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)關(guān)心接觸網(wǎng)的受電弓動(dòng)態(tài)包絡(luò)線能否滿足動(dòng)車(chē)組安全運(yùn)行，或者動(dòng)車(chē)組受電弓運(yùn)行軌跡能否與受電弓動(dòng)態(tài)包絡(luò)線設(shè)計(jì)值相適應(yīng)。測(cè)試動(dòng)車(chē)組在測(cè)試線路服役過(guò)程中，選擇固定測(cè)點(diǎn)連續(xù)1 年監(jiān)測(cè)接觸線動(dòng)態(tài)抬升量，統(tǒng)計(jì)出最大抬升量。

速度350 km/h 接觸網(wǎng)定位器最大抬升限值為225 mm，考慮1.5 倍安全裕量，動(dòng)車(chē)組運(yùn)行時(shí)定位器最大抬升量應(yīng)不超過(guò)150 mm，在接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)驗(yàn)收時(shí)應(yīng)控制不超過(guò)120 mm。根據(jù)TB/T 10621-2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》［7］要求，速度350 km/h 接觸線的受電弓動(dòng)態(tài)最大抬升量不應(yīng)小于150 mm。

根據(jù)跟蹤試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，動(dòng)車(chē)組300 km/h 運(yùn)行時(shí)的接觸線最大抬升量為104.6 mm，350 km/h運(yùn)行時(shí)的接觸線最大抬升量為117.9 mm，350 km/h較300 km/h 運(yùn)行時(shí)最大抬升量增加了13.3 mm，增加百分比為12.7%，但未超出受電弓動(dòng)態(tài)包絡(luò)線標(biāo)準(zhǔn)，如圖10 所示。

圖10 300、350 km/h 運(yùn)營(yíng)時(shí)接觸線最大抬升量對(duì)比

3.5 接觸網(wǎng)關(guān)鍵部件振動(dòng)特性

通過(guò)構(gòu)建的測(cè)試線路接觸網(wǎng)模型如圖11 所示，與長(zhǎng)編動(dòng)車(chē)組CX 型受電弓模型開(kāi)展運(yùn)行速度分別為300、350 km/h 時(shí)的接觸網(wǎng)零部件隨機(jī)載荷譜的仿真計(jì)算。通過(guò)接觸網(wǎng)零部件隨機(jī)載荷譜研究接觸網(wǎng)零部件的振動(dòng)特性變化情況，為疲勞振動(dòng)試驗(yàn)提供載荷數(shù)據(jù)。主要零部件包括吊弦、定位器和電連接。

圖11 測(cè)試線路接觸網(wǎng)模型分析區(qū)段

（1）吊弦載荷變化

受電弓滑過(guò)接觸線，產(chǎn)生抬升，吊弦會(huì)由繃緊變得松弛，又因接觸線重力作用，瞬間繃緊，再次繃緊時(shí)吊弦會(huì)承受較大的拉力。

吊弦的最大壓縮量、最大動(dòng)態(tài)力及振動(dòng)頻率是開(kāi)展吊弦載荷評(píng)估與疲勞壽命試驗(yàn)的3 個(gè)重要參數(shù)。最大壓縮量是指受電弓運(yùn)行通過(guò)時(shí)整體吊弦的最大彎折量，即整體吊弦承力索端與接觸線端的位移差最大值；最大動(dòng)態(tài)力指受電弓經(jīng)過(guò)后吊弦由彎折狀態(tài)恢復(fù)拉伸狀態(tài)下落時(shí)的最大動(dòng)態(tài)受力；振動(dòng)頻率為受電弓經(jīng)過(guò)后單位時(shí)間內(nèi)整體吊弦上下運(yùn)動(dòng)的次數(shù)。

統(tǒng)計(jì)速度為300、350 km/h 運(yùn)行時(shí)接觸網(wǎng)模型分析區(qū)段的吊弦載荷仿真結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 300、350 km/h 運(yùn)行時(shí)吊弦載荷統(tǒng)計(jì)

運(yùn)行速度由300 km/h 增加至350 km/h 時(shí)，吊弦最大壓縮量和吊弦最大動(dòng)態(tài)力明顯提升，最大壓縮量增加了77.4%；最大受力增加了55.7%。

（2）定位器載荷變化

定位器由定位鉤、定位線夾、鋁合金管、U 形環(huán)等組成，定位器的定位鉤鉤在定位環(huán)上，因此定位器可以在垂直方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)受電弓滑過(guò)定位點(diǎn)，定位器抬升，引起定位鉤和定位環(huán)之間反復(fù)摩擦直至靜止。摩擦引起的定位器磨損，嚴(yán)重時(shí)造成零部件失效。定位點(diǎn)的最大抬升量、定位器承受的水平拉力和振動(dòng)頻率越大，造成磨損越嚴(yán)重。

統(tǒng)計(jì)速度為300、350 km/h 運(yùn)行時(shí)，接觸網(wǎng)模型分析區(qū)段的定位器動(dòng)態(tài)力仿真結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 300、350 km/h 運(yùn)行時(shí)定位器載荷統(tǒng)計(jì)

運(yùn)行速度由300 km/h 增加至350 km/h 時(shí)，定位器水平力增量隨速度增加而增加，增加了51.8%。

（3）電連接

受電弓高速通過(guò)接觸網(wǎng)電連接線時(shí)，同樣引起電連接劇烈振動(dòng)，電連接的壓縮量和動(dòng)態(tài)受力直接關(guān)系到其可靠性，對(duì)接觸網(wǎng)系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行有著非常重要的意義。

統(tǒng)計(jì)速度分別為300、350 km/h 運(yùn)行時(shí)，被測(cè)接觸網(wǎng)模型分析區(qū)段的錨段關(guān)節(jié)處受電弓運(yùn)行通過(guò)時(shí)電連接壓縮量與動(dòng)態(tài)力仿真結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 300、350 km/h 運(yùn)行時(shí)電連接載荷統(tǒng)計(jì)

運(yùn)行速度由300 km/h 提升至350 km/h 后，電連接壓縮量與動(dòng)態(tài)力均呈增加趨勢(shì)。第1 錨段電連接壓縮量增加了15.1%，第2 錨段電連接壓縮量增加了32.8%；第1 錨段電連接動(dòng)態(tài)力增加了101.2%，第2 錨段電連接動(dòng)態(tài)力增加了47.3%。

3.6 關(guān)鍵零部件疲勞壽命

隨著高速鐵路服役時(shí)間增加和運(yùn)營(yíng)速度提升，接觸網(wǎng)零部件疲勞劣化問(wèn)題突出，威脅運(yùn)營(yíng)安全。因此有必要對(duì)高速鐵路接觸網(wǎng)零部件在服役狀態(tài)下的疲勞壽命進(jìn)行試驗(yàn)。

（1）弦疲勞試驗(yàn)

吊弦通過(guò)線夾固定安裝在吊弦試驗(yàn)機(jī)上，實(shí)現(xiàn)吊弦壓縮量與吊弦動(dòng)態(tài)力的準(zhǔn)確加載［8］。分別對(duì)廣泛使用的抱箍式吊弦和三點(diǎn)壓接式吊弦做疲勞壽命對(duì)比試驗(yàn)，根據(jù)測(cè)試線路接觸網(wǎng)布置情況與仿真計(jì)算的吊弦隨機(jī)載荷譜，吊弦試驗(yàn)的載荷參數(shù)設(shè)置和吊弦疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表6。350 km/h 運(yùn)行時(shí)，三點(diǎn)壓接式吊弦試驗(yàn)樣品平均疲勞壽命為74.3 萬(wàn)弓架次；300 km/h 或350 km/h 運(yùn)行時(shí)，抱箍式吊弦試驗(yàn)疲勞壽命均超過(guò)200 萬(wàn)弓架次。

表6 吊弦疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬吊懸載荷試驗(yàn)結(jié)果表明：

①動(dòng)車(chē)組受電弓以300 km/h 或350 km/h 運(yùn)行時(shí)，三點(diǎn)壓接吊弦樣品疲勞壽命不滿足標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2073-2010 要求 的200 萬(wàn)次試驗(yàn)［9］，采用三點(diǎn)壓接工藝對(duì)吊弦產(chǎn)生的隨機(jī)損傷使疲勞壽命具有很大離散性。

②動(dòng)車(chē)組受電弓以300 km/h 或350 km/h 運(yùn)行時(shí)，抱箍式壓接吊弦樣品各批次樣品均通過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2073-2010 要求的200 萬(wàn)次試驗(yàn)，未發(fā)生疲勞斷裂。

（2）定位器疲勞試驗(yàn)

將整套定位裝置（定位支座、定位器）安裝在實(shí)驗(yàn)室的腕臂裝置上，對(duì)定位器靜態(tài)水平拉力和定位點(diǎn)抬升狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確加載，試驗(yàn)控制參數(shù)為定位點(diǎn)抬升量及靜態(tài)水平拉力。

根據(jù)測(cè)試線路接觸網(wǎng)布置情況與仿真計(jì)算的定位器隨機(jī)載荷譜，定位器試驗(yàn)的載荷參數(shù)設(shè)置和定位器磨損試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表7。300、350 km/h運(yùn)行時(shí)，定位器均滿足200 萬(wàn)次試驗(yàn)。

表7 定位器磨損試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

（3）電連接疲勞壽命試驗(yàn)

電連接通過(guò)線夾固定在電連接振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)電連接壓縮量與電連接動(dòng)態(tài)力的準(zhǔn)確加載。

根據(jù)測(cè)試線路接觸網(wǎng)布置情況與仿真計(jì)算的電連接隨機(jī)載荷譜，電連接試驗(yàn)的載荷參數(shù)設(shè)置和接觸網(wǎng)電連接試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表8。動(dòng)車(chē)組受電弓300、350 km/h 運(yùn)行時(shí)電連接均滿足200 萬(wàn)次試驗(yàn)。

表8 電連接試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3.7 接觸線及滑板磨耗

（1）接觸線磨耗

測(cè)試線路接觸線磨耗檢測(cè)區(qū)間檢測(cè)到的最大磨耗為1.44 mm，占接觸線面積的5.61%，最大磨耗位置剩余接觸線高度12.96 mm。接觸線磨耗高度分布如圖12 所示，接觸線磨耗高度主要分布在0.4～0.8 mm 區(qū)間，其中，分布在0.4～0.6 mm 區(qū)間內(nèi)的接觸線磨耗高度數(shù)據(jù)占檢測(cè)區(qū)間接觸線磨耗高度數(shù)據(jù)的61.84%。此高速鐵路至今開(kāi)通運(yùn)行了10 年，檢測(cè)區(qū)間年平均最大磨耗高度為0.144 mm?！陡咚勹F路接觸網(wǎng)運(yùn)行維修規(guī)則》［10］中對(duì)設(shè)計(jì)速度300～350 km/h、接觸 線型號(hào)CTMH-150 且工作 張力為30 kN 時(shí)，接觸線磨耗警示值為14%，限界值為19%。按最大值進(jìn)行年平均估計(jì)（1.44 mm/10年），13 年后達(dá)到限值（面積限值19%，高度限值3.35 mm）；按95%統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行年估計(jì)（0.89 mm/10年），27 年后達(dá)到限值（面積限值19%，高度限值3.35 mm）。

圖12 測(cè)試線路接觸線磨耗高度分布

考慮到運(yùn)行速度提升，線路運(yùn)行可能愈加繁忙，導(dǎo)致接觸磨耗速度增加，可以定期檢測(cè)接觸線磨耗，做好統(tǒng)計(jì)分析，掌握線路最大磨耗及最大磨耗位置。

（2）滑板磨耗

跟蹤動(dòng)車(chē)組滑板磨耗一年半時(shí)間，動(dòng)車(chē)組以350 km/h 運(yùn)營(yíng)時(shí)，動(dòng)車(chē)組的平均滑板磨耗壽命為6.49 萬(wàn)km，磨耗速率為1.54 mm/萬(wàn)km，磨耗壽命波動(dòng)范圍即最小壽命和最大壽命的區(qū)間為3.7 萬(wàn)～11.8 萬(wàn)km；動(dòng)車(chē)組以300 km/h 運(yùn)營(yíng)時(shí)，動(dòng)車(chē)組的平均滑板磨耗壽命為8.20 萬(wàn)km，磨耗速率為1.22 mm/萬(wàn)km，磨耗壽命波動(dòng)范圍即最小壽命和最大壽命的區(qū)間為5.0 萬(wàn)～12.6 萬(wàn)km，如圖13所示。

圖13 不同速度條件下的滑板磨耗對(duì)比

運(yùn)營(yíng)速度350 km/h 相對(duì)300 km/h 的條件下，滑板使用壽命平均值降低約20%。

4 接觸網(wǎng)零部件病害分析

通過(guò)接觸網(wǎng)零部件振動(dòng)試驗(yàn)，隨著動(dòng)車(chē)組運(yùn)營(yíng)速度提高到350 km/h，僅僅是接觸網(wǎng)零部件載荷增加不會(huì)引起抱箍式吊弦、定位器和電連接線標(biāo)準(zhǔn)要求的服役壽命提前。但是運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，隨著服役時(shí)間增長(zhǎng)，速度350 km/h 的接觸網(wǎng)零部件仍存在一些耐久性相關(guān)病害。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，統(tǒng)計(jì)被測(cè)高鐵350 km/h 運(yùn)營(yíng)后接觸網(wǎng)零部件病害問(wèn)題，對(duì)接觸網(wǎng)零部件病害原因進(jìn)行分析。

4.1 吊弦斷裂

測(cè)試線路350 km/h 運(yùn)營(yíng)前后，接觸線斷裂吊弦均為三點(diǎn)壓接式吊弦。主要原因包括：

（1）壓接原因

三點(diǎn)壓接方式對(duì)吊弦本體造成損傷，壓痕越深越容易損傷吊弦［11］，導(dǎo)致在壓接管處斷裂。

（2）氧化腐蝕原因

吊弦長(zhǎng)時(shí)間暴露在露天環(huán)境中，吊弦容易受到氧化、腐蝕，縮短了吊弦服役壽命。

（3）電氣原因

動(dòng)車(chē)組加速階段，受電弓取流增加，經(jīng)過(guò)吊弦的電流增加，會(huì)使吊弦溫度升高，改變線材的晶體結(jié)構(gòu)，降低抗拉能力，造成疲勞損傷。

（4）提速原因

經(jīng)過(guò)仿真和觀測(cè)，速度350 km/h 運(yùn)行時(shí)，吊弦承受載荷增大，因此吊弦缺陷與運(yùn)營(yíng)速度提高到350 km/h 后的振動(dòng)頻次、壓縮量和吊弦受力增加有關(guān)，加速了吊弦折斷。

（5）檢修原因

吊弦線本體在壓接管處斷絲不容易發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有有效的檢查手段。難免存在吊弦壓接力量過(guò)大，壓接鉗壓接不正，吊弦安裝不正等現(xiàn)象，引起長(zhǎng)期服役過(guò)程中，吊弦斷裂。

4.2 定位器

隨著服役時(shí)間增加，被測(cè)線路接觸網(wǎng)定位器磨損數(shù)量不斷增加。其主要原因是定位器不受力導(dǎo)致的定位支座與定位器鉤磨損的問(wèn)題。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，直線區(qū)段以關(guān)節(jié)內(nèi)中心柱定位器磨損為主，曲線區(qū)段以中間柱磨損為主，曲外多是反定位，曲內(nèi)多是正定位。

4.3 電連接

隨著服役時(shí)間增加，被測(cè)線路接觸網(wǎng)電連接線和線夾處斷絲、斷股現(xiàn)象不斷增加。

（1）承力索電連接線夾側(cè)斷絲斷股缺陷：一是從馳度方面分析，電連接斷絲、斷股與馳度較小根部受力較大有一定的關(guān)系；二是電連接氧化、老化材質(zhì)較脆；三是電連接為多股細(xì)絲鉸接而成，經(jīng)線夾壓接擠壓造成線夾旁電連接有鼓包松散現(xiàn)象，經(jīng)長(zhǎng)期氧化、振動(dòng)等影響在線夾根部斷股。

（2）接觸線電連接線夾側(cè)斷絲斷股缺陷：一是電連接都用壓接型線夾，在壓接時(shí)線夾邊沿產(chǎn)生橫切力對(duì)電連接線也可能造成損傷，經(jīng)長(zhǎng)期氧化、振動(dòng)等影響在線夾根部斷股；二是350 km/h 運(yùn)營(yíng)，車(chē)流密度增加，接觸線振動(dòng)頻率較大，經(jīng)長(zhǎng)期振動(dòng)等影響電連接線在線夾根部斷股。

（3）電連接線本身斷絲缺陷：主要體現(xiàn)在工作支承力索和非工作支承力索之間的電連接弧垂處，原因?yàn)檫\(yùn)輸過(guò)程中電連接線未保護(hù)好，造成磨損斷絲。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)速度為350 km/h 的接觸網(wǎng)服役性能研究，可以得到如下結(jié)論：

（1）在長(zhǎng)期服役過(guò)程中，350 km/h 高鐵接觸線幾何參數(shù)動(dòng)態(tài)性能無(wú)顯著變化。

（2）隨著里程增加動(dòng)車(chē)組受電弓靜態(tài)壓力保持穩(wěn)定，在不同運(yùn)營(yíng)時(shí)間，弓網(wǎng)燃弧性能保持穩(wěn)定。

（3）隨著運(yùn)營(yíng)速度的提升，燃弧性能變差，弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸力，接觸線最大動(dòng)態(tài)抬升量增加明顯。接觸網(wǎng)零部件承受的載荷均大幅增加。弓網(wǎng)相互作用參數(shù)的增加導(dǎo)致350 km/h 運(yùn)營(yíng)比300 km/h 運(yùn)營(yíng)滑板平均磨耗壽命降低20%。在接觸網(wǎng)零部件載荷增加條件下，疲勞振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明抱箍式壓接吊弦、定位器和電連接線能滿足350 km/h 運(yùn)行時(shí)的安全使用壽命要求。三點(diǎn)壓接吊弦發(fā)生斷裂，與現(xiàn)實(shí)運(yùn)營(yíng)情況一致，因此在日常運(yùn)營(yíng)中要重點(diǎn)關(guān)注三點(diǎn)壓接式吊弦。

運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)表明，接觸網(wǎng)零部件發(fā)生病害除了因?yàn)楣W(wǎng)運(yùn)行速度提升，接觸網(wǎng)零部件載荷增加這一原因外，還有加工工藝、安裝、溫升和抗氧化能力等方面原因。因此根據(jù)對(duì)發(fā)現(xiàn)病害的表現(xiàn)、成因以及整治措施效果，建議制定專(zhuān)項(xiàng)劣化整治規(guī)程，同時(shí)積極開(kāi)展接觸網(wǎng)病害快速檢查技術(shù)和裝備、施工自動(dòng)化信息化技術(shù)和裝備、接觸網(wǎng)零部件新型材料、新工藝等相關(guān)領(lǐng)域的課題研究和成果轉(zhuǎn)化。