石太客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)接觸網(wǎng)TENSOREX彈簧補(bǔ)償器存在的問(wèn)題分析及解決方案

李繼榮,宋新江

(北京鐵路局石家莊供電段,石家莊 050000)

石太客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)是我國(guó)最早開(kāi)工建設(shè)的高速客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn),也是第一條開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的山區(qū)高速客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn),其牽引供電系統(tǒng)采用了大量的新設(shè)備、新技術(shù)。接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)主要借鑒了法國(guó)技術(shù),其中車(chē)站兩側(cè)咽喉區(qū)、隧道預(yù)留偏差處、無(wú)交叉線(xiàn)岔等下錨,采用了西班牙生產(chǎn)的彈簧補(bǔ)償裝置。該裝置在我國(guó)為首次應(yīng)用,其原理先進(jìn)、整體結(jié)構(gòu)小,安裝維護(hù)方便等特性充分顯示了其先進(jìn)性,但在接觸網(wǎng)整體配套使用以及使用環(huán)境等方面存在一些問(wèn)題,具體分析如下。

1 TENSOREX彈簧補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)及原理

TENSOREX彈簧補(bǔ)償器可以在因日夜或冬夏溫差引起的熱脹冷縮的情況下保接觸網(wǎng)的恒張力。TENSOREX彈簧補(bǔ)償器通過(guò)一個(gè)擁有不變半徑滑輪與另一個(gè)擁有可變半徑的滑輪安裝在同一個(gè)軸上,與接觸懸掛相連。根據(jù)彈簧的總伸展長(zhǎng)度在拉伸到1/2時(shí)預(yù)加負(fù)荷,彈簧預(yù)先加載了相當(dāng)于彈簧行程總長(zhǎng)1/2的力,這不斷變化的彈力在其行程以?xún)?nèi),由連接在線(xiàn)索上的可變半徑滑輪來(lái)補(bǔ)償,在滑輪系統(tǒng)中這2個(gè)力矩是相等的。線(xiàn)索張力在彈簧行程中保持不變。連接在接觸懸掛上的滑輪半徑變化補(bǔ)償彈簧伸展時(shí)張力的變化,滑輪系統(tǒng)上的2個(gè)轉(zhuǎn)矩保持平衡,從而實(shí)現(xiàn)接觸懸掛上的張力在彈簧伸展時(shí)實(shí)際保持不變。

2 TENSOREX彈簧補(bǔ)償器設(shè)計(jì)安裝方案

石太客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)設(shè)計(jì)中在無(wú)柱雨棚內(nèi)接觸網(wǎng)下錨、高速車(chē)站兩側(cè)咽喉區(qū)范圍內(nèi)、隧道預(yù)留偏差處或第三組輔助懸掛無(wú)交叉線(xiàn)岔布置引起的接觸網(wǎng)對(duì)向下錨處,下錨補(bǔ)償采用TENSOREX彈簧補(bǔ)償器,石太客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)共計(jì)設(shè)置26組,彈簧補(bǔ)償器型號(hào)為T(mén)R1100/1500+TR1100/1250,并且給出了具體安裝位置(表1),其他處所全部采用無(wú)油潤(rùn)滑鋁合金大滑輪補(bǔ)償裝置。

表1 TENSOREX彈簧補(bǔ)償器安裝位置

3 TENSOREX彈簧補(bǔ)償器運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題及原因分析

3.1 TENSOREX彈簧補(bǔ)償器運(yùn)行中存在的問(wèn)題

TENSOREX彈簧補(bǔ)償器自投入運(yùn)行以來(lái)出現(xiàn)了以下問(wèn)題。一是接觸懸掛整錨段向鋁合金大滑輪補(bǔ)償處嚴(yán)重偏移且中心錨結(jié)也跟隨偏移的現(xiàn)象；二是在低溫時(shí)觀察TENSOREX彈簧補(bǔ)償器面板上顯示溫度指針經(jīng)常超出刻度范圍；三是石太客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)開(kāi)通初期,發(fā)現(xiàn)所有TENSOREX彈簧補(bǔ)償器彈簧行程不足,溫度指針與環(huán)境溫度相差甚遠(yuǎn),造成整錨段接觸懸掛不能有效進(jìn)行張力補(bǔ)償。

3.2 原因分析

(1)接觸懸掛整錨段向鋁合金大滑輪補(bǔ)償處嚴(yán)重偏移且中心錨結(jié)也跟隨偏移現(xiàn)象的原因分析

從設(shè)計(jì)方案上可知為節(jié)省投資,整個(gè)錨段的設(shè)計(jì)一端為T(mén)ENSOREX彈簧補(bǔ)償器，另一端為無(wú)油潤(rùn)滑鋁合金大滑輪補(bǔ)償裝置,中心錨結(jié)采用三腕臂安裝形式，如圖1所示。

圖1 三腕臂中心錨結(jié)安裝形式

從圖1中可知中錨處采用H形鋼柱,此鋼柱100%標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)彎矩下的撓度為柱頂40 mm、柱中為18 mm；100%扭矩下的偏移量柱頂為34 mm。由于鋼柱允許偏移量和撓度的存在,此鋼柱在受到兩側(cè)不等的作用力時(shí),其柱頂會(huì)發(fā)生偏移。廠(chǎng)家提供的安裝使用說(shuō)明上也明確指出補(bǔ)償器在雙端補(bǔ)償時(shí)應(yīng)成對(duì)使用,如采用防串、防斷中心錨結(jié)時(shí),可允許線(xiàn)索兩端使用不同的補(bǔ)償裝置。也就是說(shuō)當(dāng)采用了三腕臂的中心錨結(jié)形式時(shí),是不能一端使用TENSOREX彈簧補(bǔ)償器另一端使用無(wú)油潤(rùn)滑鋁合金大滑輪補(bǔ)償裝置的。

整個(gè)錨段的設(shè)計(jì)一端為T(mén)ENSOREX彈簧補(bǔ)償器，另一端為無(wú)油潤(rùn)滑鋁合金大滑輪補(bǔ)償裝置,由于無(wú)油潤(rùn)滑鋁合金大滑輪補(bǔ)償裝置傳動(dòng)效率很高,《電氣化鐵道零部件》(TB/T2075.37—2002)標(biāo)準(zhǔn)要求:補(bǔ)償墜砣上升時(shí)效率≥97%;補(bǔ)償墜砣下降時(shí)效率≥98%；補(bǔ)償滑輪組傳動(dòng)效率試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2,從圖中數(shù)據(jù)可以看出,傳動(dòng)效率很高。而彈簧補(bǔ)償?shù)膫鲃?dòng)效率較低,在溫度變化導(dǎo)致總是滑輪補(bǔ)償裝置先給補(bǔ)償力,長(zhǎng)期如此就造成了整錨段向滑輪補(bǔ)償裝置偏移。

圖2 補(bǔ)償滑輪組傳動(dòng)效率試驗(yàn)數(shù)據(jù)

(2)在低溫度時(shí)觀察TENSOREX彈簧補(bǔ)償器面板上顯示溫度指針經(jīng)常超出刻度范圍的原因分析

廠(chǎng)家使用說(shuō)明書(shū)規(guī)定：TENSOREX彈簧補(bǔ)償器必須在彈簧補(bǔ)償器凸輪刻度盤(pán)標(biāo)刻的環(huán)境溫度范圍內(nèi)進(jìn)行施工、安裝；連接接觸線(xiàn)和承力索后,必須進(jìn)行精調(diào),保證彈簧凸輪指針與凸輪刻度盤(pán)標(biāo)刻的跨距(中心錨結(jié)與線(xiàn)索連接點(diǎn)的距離)與溫度交叉點(diǎn)重合；當(dāng)彈簧補(bǔ)償器凸輪刻度盤(pán)標(biāo)注的溫度范圍,僅為了施工、安裝使用,當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度超過(guò)彈簧補(bǔ)償凸輪刻度盤(pán)標(biāo)刻的溫度時(shí),在確認(rèn)線(xiàn)索補(bǔ)償量和彈簧補(bǔ)償量相符的情況下,彈簧補(bǔ)償器均能正常工作。但TENSOREX彈簧補(bǔ)償器面板上顯示溫度范圍為-25～45 ℃,而實(shí)測(cè)東陵井站站區(qū)的實(shí)際最低溫度為-33 ℃,山西省氣象局公布的氣象資料顯示陽(yáng)曲縣歷史最低溫度為-35.6 ℃,說(shuō)明TENSOREX彈簧補(bǔ)償器已經(jīng)不適應(yīng)在此區(qū)段使用。雖然生產(chǎn)廠(chǎng)家給出了彈簧補(bǔ)償器凸輪刻度盤(pán)標(biāo)注的溫度范圍,僅為了施工、安裝使用,當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度超過(guò)彈簧補(bǔ)償凸輪刻度盤(pán)標(biāo)刻的溫度時(shí),在確認(rèn)線(xiàn)索補(bǔ)償量和彈簧補(bǔ)償量相符的情況下,彈簧補(bǔ)償器均能正常工作的說(shuō)明,但是接觸網(wǎng)故障大多數(shù)發(fā)生在惡劣天氣下,一旦在凸輪刻度盤(pán)標(biāo)注的溫度范圍外發(fā)生設(shè)備故障時(shí)將無(wú)法進(jìn)行安裝調(diào)試。

(3)石太客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)開(kāi)通初期,發(fā)現(xiàn)所有TENSOREX彈簧補(bǔ)償器彈簧行程不足,溫度指針與環(huán)境溫度相差甚遠(yuǎn),造成整錨段接觸懸掛不能有效進(jìn)行張力補(bǔ)償?shù)脑蚍治?/p>

《客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路電力牽引供電工程施工技術(shù)指南》(TZ208—2007)規(guī)定客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的接觸線(xiàn)、承力索架設(shè)應(yīng)采用恒張力架線(xiàn),架線(xiàn)張力應(yīng)根據(jù)線(xiàn)材的材質(zhì)、額定張力等因素選取,且不應(yīng)小于線(xiàn)盤(pán)繞線(xiàn)張力,架線(xiàn)張力偏差不大于8%,但銀銅導(dǎo)線(xiàn)最小架線(xiàn)張力不宜小于8 kN,鎂銅、錫銅導(dǎo)線(xiàn)最小架線(xiàn)張力不宜小于工作張力的70%。放線(xiàn)速度宜為3～5 km/h并應(yīng)保持勻速恒定。客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)采用墜砣超拉法時(shí),應(yīng)在起、下錨兩端同時(shí)分級(jí)加墜砣,每次增加墜砣的重力為總重力的20%。卸載時(shí)兩側(cè)起落錨應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。

以上規(guī)定是根據(jù)日本、法國(guó)、德國(guó)的經(jīng)驗(yàn),結(jié)合京鄭線(xiàn)、廣深線(xiàn)的施工經(jīng)驗(yàn),為保證施工中懸掛架設(shè)、一次調(diào)整到位和提高運(yùn)營(yíng)中接觸懸掛的穩(wěn)定性、減少維修的目的制定的,超拉張力的大小、時(shí)間與線(xiàn)材的性能,超拉環(huán)境等因素有關(guān),并應(yīng)考慮對(duì)線(xiàn)索相連的金具、支持結(jié)構(gòu)、支柱、基礎(chǔ)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性的影響。

石太客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)因工期較緊大部分線(xiàn)索沒(méi)有采用恒張力放線(xiàn),也沒(méi)有做線(xiàn)索的超拉,導(dǎo)致線(xiàn)索的初伸長(zhǎng)沒(méi)有克服。設(shè)備運(yùn)行后由于線(xiàn)索初伸長(zhǎng)的存在,造成TENSOREX彈簧補(bǔ)償器行程相對(duì)不足,溫度指針與環(huán)境溫度相差甚遠(yuǎn),整錨段接觸懸掛不能有效進(jìn)行張力補(bǔ)償。

4 TENSOREX彈簧補(bǔ)償器設(shè)置改進(jìn)方案

4.1 針對(duì)上述問(wèn)題一的改進(jìn)方案

整個(gè)錨段的設(shè)計(jì)一端為T(mén)ENSOREX彈簧補(bǔ)償器另一端為無(wú)油潤(rùn)滑鋁合金大滑輪補(bǔ)償裝置,出現(xiàn)的接觸懸掛整錨段向鋁合金大滑輪補(bǔ)償處嚴(yán)重偏移且中心錨結(jié)也跟隨偏移的整改方案如下。

針對(duì)中心錨結(jié)為三腕臂的安裝形式,由于現(xiàn)場(chǎng)限界條件受限又不能改造為即防斷又防串的兩跨式中心錨結(jié)的錨段,處理方案是將一端的鋁合金大滑輪補(bǔ)償更換為與另一端同型號(hào)的TENSOREX彈簧補(bǔ)償器,或?qū)⒁欢说腡ENSOREX彈簧補(bǔ)償器更換為與另一端同型號(hào)鋁合金大滑輪補(bǔ)償裝置,保證兩端補(bǔ)償?shù)囊恢滦浴?/p>

針對(duì)中心錨結(jié)為三腕臂的安裝形式,現(xiàn)場(chǎng)限界條件不受限的錨段,處理方案是：首先將一端的鋁合金大滑輪補(bǔ)償更換為與另一端同型號(hào)的TENSOREX彈簧補(bǔ)償器,或?qū)⒁欢说腡ENSOREX彈簧補(bǔ)償器更換為與另一端同型號(hào)鋁合金大滑輪補(bǔ)償裝置,保證兩端補(bǔ)償?shù)囊恢滦浴Ｆ浯胃淖兤渲绣^安裝方式,將三腕臂中心錨結(jié)改變成兩跨式防斷、防串安裝方式如圖3所示。

圖3 兩跨式中心錨結(jié)安裝

從圖3中可知兩跨式中錨在中錨支柱相鄰的兩棵支柱上分別增加了輔助繩,即使在兩端補(bǔ)償力存在一定的差異時(shí)，其柱頂也不會(huì)發(fā)生偏移現(xiàn)象。解決了中錨鋼柱在受到兩側(cè)不等的作用力時(shí)發(fā)生偏移的現(xiàn)象。

4.2 針對(duì)上述問(wèn)題二的改進(jìn)方案

一旦在凸輪刻度盤(pán)標(biāo)注的溫度范圍外發(fā)生設(shè)備故障時(shí)TENSOREX彈簧補(bǔ)償器將無(wú)法進(jìn)行安裝調(diào)試的改進(jìn)方案如下。

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度超過(guò)TENSOREX彈簧補(bǔ)償器凸輪刻度盤(pán)標(biāo)注的溫度范圍的區(qū)段,一旦在凸輪刻度盤(pán)標(biāo)注的溫度范圍外發(fā)生設(shè)備故障時(shí)將無(wú)法進(jìn)行安裝調(diào)試的實(shí)際情況,采取直接拆除不適用區(qū)段的TENSOREX彈簧補(bǔ)償器,更換為無(wú)油潤(rùn)滑鋁合金大滑輪補(bǔ)償裝置的處理方案。

4.3 針對(duì)上述問(wèn)題三的改進(jìn)方案

石太客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)開(kāi)通初期,所有TENSOREX彈簧補(bǔ)償器彈簧行程不足,溫度指針與環(huán)境溫度相差甚遠(yuǎn),造成整錨段接觸懸掛不能有效進(jìn)行張力補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)方案如下。

由于石太客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的線(xiàn)索全部為新設(shè)備,存在線(xiàn)索蠕變初伸長(zhǎng)問(wèn)題,而TENSOREX彈簧補(bǔ)償器安裝時(shí)無(wú)法考慮這種因素,造成補(bǔ)償張力和補(bǔ)償范圍不足。針對(duì)這種情況,對(duì)使用TENSOREX彈簧補(bǔ)償器發(fā)生偏移和TENSOREX彈簧補(bǔ)償器補(bǔ)償繩余量不足的錨段線(xiàn)索均采用掐線(xiàn)法重新做落錨的方法進(jìn)行精調(diào)。首先確認(rèn)彈簧補(bǔ)償器型號(hào)規(guī)格是否正確,保證彈簧凸輪指針與凸輪刻度盤(pán)標(biāo)刻的跨距(中心錨結(jié)與線(xiàn)索連接點(diǎn)的距離)與溫度交叉點(diǎn)重合。其次是必須在彈簧補(bǔ)償器凸輪刻度盤(pán)標(biāo)刻的環(huán)境溫度范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整、安裝。

5 改進(jìn)后的效果

經(jīng)過(guò)對(duì)改造后的錨段的監(jiān)測(cè),沒(méi)有發(fā)現(xiàn)整錨段偏移現(xiàn)象,也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)中心錨結(jié)偏移現(xiàn)象,通過(guò)接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)車(chē)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,改造后的錨段弓網(wǎng)受流情況良好。當(dāng)溫度變化幅度過(guò)大時(shí),沒(méi)有出現(xiàn)因彈簧張力變化不及時(shí),造成彈簧補(bǔ)償不動(dòng)作的現(xiàn)象。沒(méi)有出現(xiàn)因TENSOREX彈簧補(bǔ)償器變化不及時(shí)造成接觸線(xiàn)出現(xiàn)負(fù)弛度,影響受電弓正常取流的情況。

[1]于萬(wàn)聚.交流電氣化鐵道接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,1980.

[2]電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)院.高速鐵路牽引供電技術(shù)研究[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,1995.

[3]Kiebling,Puschmann,Schmieder.電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M].中鐵電氣化局集團(tuán)，譯.北京：中國(guó)電力出版社,2004.

[4]于萬(wàn)聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社,1992.

[5]朱飛雄.《客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》(接觸網(wǎng)部分)宣貫要點(diǎn)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2006(3)：88-92.