刍议高速铁路接触网整体吊弦折断原因分析及对策

刍议高速铁路接触网整体吊弦折断原因分析及对策

孙家兴

中铁三局集团电务工程有限公司

摘要：高速铁路触网设备中，整体吊弦是非常重要的构件，其可有效控制接触线的高度，从而确保弓网关系的安全性，但是我国多条高铁接触网运行的过程中均出现了整体吊弦断股的问题，对行车安全产生了极大的影响，因此要仔细分析其原因，并提出有效的解决对策。

关键词：高速铁路；接触网；整体吊弦断股；解决对策

吊弦主要借助吊弦夹将接触线悬挂在承力索上。我国高速铁路主要采用载流整体吊弦的方式。现如今，多条高铁接触网在日常运行的过程中均出现了整体吊弦断股以及折断故障，对高速铁路的安全行驶构成了较大威胁，故而要对此予以高度重视。

1我国高速接触网技术概述

1.1标准体系建设

我国高速铁路有国家、行业和企业三个标准，其内容涵盖了诸多方面，具有较强的实用性，具有明确规定且可操作性较强。

1.2供变电技术参数

牵引供电方式通常采用25kV、50Hz的AT供电方式，外压在220kV以上，且牵引变电器接线主要为三相接线，变压器主要采用100%固定备用方式，馈线上下互为备用。

1.3弓网模拟技术

1.3.1弓网模拟

弓网模拟主要分为接触网静态、动态特性参数计算以及弓网动态模拟两个环节，弓网动态模拟主要利用仿真软件来完成。

1.3.2受电弓型式

受电弓弓头长度通常为1950mm，宽度为1520mm，使用碳滑板。相同列车受电弓间距为200-215m，最大间距不得超过400m，受电静态抬升力为70N。

1.4接触网技术参数

1.4.1悬挂类型

接触网悬挂类型有两种，分别为全补偿简单链形悬挂和全补偿弹性链形悬挂，双弓或多弓取流时一般采用全补偿弹性链形悬挂。

1.4.2接触线张力配置

若设计时速为250km。则铜合金150mm2接触线的额定张力应在25kN以上，铜合金120mm2接触线的额定工作张力应在15kN以上。时速为350km时，铜合金150mm2接触线的额定工作张力应在28.5kN以上。

1.4.3跨距设置

简单链形悬挂时，不同设计时速的标准跨距均应为50m，最大跨距均为55m，若采用弹性链形悬挂，则标准款局为60、60、55m，而最大跨距为65m、65m、60m。

1.5接触网零部件特点

1.5.1腕臂装置

腕臂结构具有多样性，如水平钢腕臂、铝合金腕臂、拉杆钢腕臂以及整体钢腕臂等，其中铝合金腕臂在高铁中应用较为广泛。

1.5.2定位装置

定位器类型较多，如矩形定位器、弓形非限位定位器等。弯刀型非限位定位器主要应用于特殊区段当中，定位器与定位底座主要有两种连接形式，分别为钩环连接和铰接。

1.5.3其他零部件

补偿装置主要有3种，分别为棘轮、滑轮和弹簧，吊弦主要有两种，分别为载流吊弦与非载流吊弦，从结构上来看，主要有柔性绞线和实心棒材。柔性吊弦通常采用10mm2的铜镁合金绞线，终端采用双耳楔形、不锈钢锥套和铝合金锥套等终端锚固线夹。

2高速铁路接触网整体吊弦折断问题

当前，高铁整体吊弦断裂故障较为常见，这也影响了铁路的运行安全。因此需对高铁接触网整体吊弦断裂的原因进行分析，并采取有效措施对产品加以完善。

2.1整体吊弦断裂概况

整体吊弦主要由承力索吊弦线夹、吊弦线和接触线吊弦线夹构成，在分析整体吊弦时，先要仔细检查吊弦的外观，明确其缺陷，然后用十倍的放大镜做进一步检查，从而确定其细微部分的缺陷。承力索吊弦线夹以及接触线吊弦线夹均无明显缺陷，缺陷主要为吊弦线压接处断裂、心形护环断裂、吊弦线磨损断丝以及散股或全断、吊弦线中间断裂和压接端子断裂等问题。

2.2断裂原因

1）吊弦丝磨损。检查中发现很多吊弦丝在磨损后均出现了断丝、断股或全断的问题。对其进行更加深入地检查发现接触网阻尼振动较为明显，整体吊弦振动幅度最大，机车通过时，接触网上不同点的振幅存在一定的差异，但是整体吊弦承受的振动总量较大，因此出现了较为严重的磨损问题。

2）吊弦线压接工艺和压接端子设计缺乏合理性。吊弦线主要采用10mm2的铜合金绞线，采用钳压管压接。吊弦线与钳压管压接后，压痕较为明显，吊弦线与钳压管处于点触模式，这种接触模式会伤害吊弦线，同时应力相对集中。而手动压接方式不能很好地控制压接力，吊弦线可能会在压接中发生变形，进而导致吊弦线断裂。同时吊弦线的压接端子从圆变为圆弧，且弯折处出现明显的压痕，容易发生断裂问题。

3）整体吊弦受力电弧通过时，吊弦线出现振动现象。对双弓通过时的整体吊弦振动曲线进行分析后发现，该处的振动为阻尼振动与锚段接触网波动的综合，且介质中传播的波在相遇时，质元移位为各列波单独传播过程中的位移矢量和，整体吊弦每一次的振动都会受到动态力的作用。吊弦线升高时，承力索环与吊弦线会受到水平力的作用，吊环有一高度，吊弦线在钳压管根部的位置会出现多次弯曲，只要出现振动就会造成弯曲。吊弦线不能很好地承受反复弯曲的作用。

另外，吊弦线与钳压管主要采用三点式压接的方式，压接的位置主要采用点触的方式。所以会产生较大的接触应力。钳压管位置的吊弦线韧性较差，且其需承受较大的压接应力，同时还需要承受反复弯曲作用力，并与其他构件之间产生摩擦力，因此极易出现断丝和断股的问题。若已经发生断股问题，则吊弦线的截面有所缩减，单位截面的拉应力明显加大，故而当拉应力达到承受极限时，吊弦线就会出现断裂。又由于心形护环不能承受反复的弯曲，所以在长时间振动的影响下可能会出现断裂问题。

3整体吊弦改进设计

在设计中应结合当前整体吊弦存在的不足对其加以改进和优化。首先要完善材料的性能，选择具有较强抗弯折性能的吊弦线。其次优化压接工艺，让吊弦线与钳压管之间由以往的点接触升级为面接触，从而减少压接时产生的应力，减少对吊弦线产生的不利影响。最后在吊弦线的压接端子弯折处应适度增加过渡圆弧，从而有效控制压痕。

4新旧整体吊弦性能比较

4.1吊弦线反复弯曲试验和拉伸破坏试验

选择运行时间为5年的吊弦线、新吊弦线和改进后的耐疲劳吊弦线试样按照相关标准和规定对其进行反复的弯曲试验，同时选取5个试样的平均值。采用相同的方法开展拉断力试验，取5个试样的平均值。结果显示耐疲劳吊弦线反复弯曲次数为普通吊弦线的2倍，且耐疲劳吊弦线的抗拉伸破坏能力要明显高于运行5年的吊弦线以及普通的新吊弦线。

4.2整体吊弦疲劳性能试验

按照有关规定和要求对耐疲劳整体吊弦与普通整体吊弦进行了疲劳试验，试验时，静态荷载为1.3kN，动态荷载为±0.39kN，试验频率1.5Hz-2.0Hz，试验次数应在50万次以上，且试验需在整体吊弦断裂后结束。试验结果显示，2套普通整体吊弦中，有一套没有达到50万次，耐疲劳整体吊弦的试验次数均高于50万次。其为普通吊弦的2倍左右。

4.3吊弦线持续载流量及短时过载试验

根据相关规定的要求，对两种吊弦线进行了持续载流量与短时过载试验，持续载流量吊弦表面的温度为150摄氏度，将其环境温度换算为40摄氏度。结果显示耐疲劳吊弦线的持续载流量和20分钟过载量均明显高于普通吊弦线，所以说耐疲劳吊弦线的载流量明显优于普通吊弦线。

5结语

接触网整体吊弦的材料和工艺大致相同，且吊弦运行中存在着明显的缺陷，应对其缺陷进行仔细的分析和研究，以此为基础优化设计和结构，另外选择具有较强抗弯折性能的吊弦线，积极完善压接工艺，从而研发出耐疲劳整体吊弦，让其性能优势更为明显，有效保证高铁的安全运行。

参考文献

[1]张宝奇.我国高速铁路接触网整体吊弦折断原因分析及对策[J].郑铁科技,2016(4)

[2]鲁敏,韩兰贵.高速铁路接触网耐疲劳载流整体吊弦的研发与比较[J].铁路工程造价管理,2017,32(3)