高速鐵路接觸網腕臂系統管帽優化方案設計

陳可寧

（中鐵建電氣化局集團軌道交通器材有限公司，江蘇 常州 213000）

高速鐵路接觸網腕臂系統管帽優化方案設計

陳可寧

（中鐵建電氣化局集團軌道交通器材有限公司，江蘇 常州 213000）

隨著國內外高速鐵路平穩、快速地發展，以及電氣化鐵路運行速度的不斷提高，高速鐵路接觸網供電系統的穩定性也越來越受到人們的重視，管帽作為接觸網腕臂系統的重要組成部分，起著系統防水、防銹等關鍵作用。傳統G型鋼管帽及NA型尼龍管帽分別存在著長時間震動易脫落及熱脹冷縮易變形脫落等諸多問題，對線路運行列車造成較大的安全隱患，針對此問題，設計出一種新型防脫尼龍管帽。該管帽質量較輕，適用于各種環境，不受震動和熱脹冷縮等的影響，不易脫落，且拆裝方便，使日常檢修維護工作更加簡單易行。該產品設計已申請國家發明專利。

高速鐵路；接觸網；新型管帽；系統穩定性

接觸網系統是電氣化鐵路供電系統的關鍵，而弓網接觸的穩定性直接影響著高速鐵路列車運行的狀態與速度，伴隨著電氣化鐵路運行速度的不斷提高，必然對列車運行安全性能提出更高的要求。管帽作為安裝在鐵路上的接觸網零部件，起著防止腕臂系統進水、生銹等關鍵作用，但傳統類型管帽在實際應用過程中表現出或多或少的安全隱患問題，在“高鐵安全無小事”的今天，任何關系到高鐵運行安全的問題，都應該得到足夠的重視與關注，因此，對現有管帽等接觸網零部件產品進行優化設計不僅是對公司產品質量的保證，更是對廣大人民群眾的生命安全和國家財產安全的負責。所以，我們及時在生產過程中對傳統管帽出現的問題進行了分析研究，并通過新產品設計和工藝改造解決了此類問題。

1 傳統管帽的問題分析

圖1 接觸網腕臂系統

如圖1所示，管帽是指安裝于接觸網腕臂系統中平腕臂（鋁合金腕臂系統中包括斜腕臂）和定位管端口，防止雨水及蟲鳥排泄物滲入管腔中引起管壁銹腐、凍裂等問題的接觸網零部件。現行鐵路標準TB/T2075.1—2010中關于管帽的標準有兩種，一種為G型管帽示，如圖2（a），采用頂緊螺栓方式連接；另一種為NA型尼龍管帽，如圖2（b），采用活動連接。

G型管帽存在的問題。G型管帽是由一根頂緊螺栓將管帽固定在腕臂管一端，實際工程運用中，在大風及列車過行等因素造成的強烈震動下頂緊螺栓易松脫，造成管帽整體脫落，又由于其材質為碳素結構鋼，零件自身重量大，所以如果管帽在列車高速運行中脫落砸到列車上很有可能引起安全事故，存在較大的安全隱患。而且各線路也普遍反映G型管帽安裝完畢，線路運行后不久就會出現部分管帽脫落現象，不能很好保證其防腐防銹功能。

NA型尼龍管帽存在的問題。尼龍管帽裝配方式為活動連接，重量輕，本身就存在連接不緊密等問題，并且PVC材質熱脹率大，受溫度差影響，熱脹冷縮后極易脫落，造成管口外漏。針對以上兩種管帽存在的問題，對管帽缺陷進行了認真的分析總結，在此基礎上，通過大量的實驗驗證和數據分析，設計開發了一種新型的防脫型尼龍管帽。克服了以上技術缺陷，解決了長期困擾高速鐵路接觸網腕臂系統的一大問題，有望填補此方面的國內空白。

圖2 管帽示意圖

2 防脫型尼龍管帽方案設計

2.1 方案的提出

對于管帽易脫落的問題，從對傳統管帽進行工藝改進的角度來說難以獲得實質性進展，故在方案設計中推翻了對原有產品工藝優化的提案，從產品創新的角度提出了采用一種新型防脫型尼龍管帽來解決問題的方案，防脫型尼龍管帽由套管和管帽本體組成，先將套管放入腕臂管內，然后通過管帽本體連接，通過螺紋旋轉扣緊管徑本體，防止了管帽在高強度震動下產生松動、脫落現象，雙面錐壓夾緊又可克服熱脹冷縮引起的變形脫落，完美的解決了傳統管帽的各種缺陷問題。

2.2 方案的可行性分析

（1）技術可行性。在產品質量上，本防脫型新型尼龍管帽采用高質量硬質尼龍材料，熱脹率遠低于傳統PVC管帽，通過多次實驗室及室外高低溫溫差檢測，產品完全滿足使用性能，且所采用硬質尼龍較PVC材質更不易風化碎裂；從防震動性能上，本防脫型新型尼龍管帽質量較鋼質管帽而言，本身重量輕，且采用錐壓抱緊方式，在抗震性能更為優越，并且可進行現場手動拆裝，以便于操作人員及時清理腕臂支撐內表面粉塵污染物，采用嚴重污染區段接觸網零部件的取樣檢測方法，從而提高腕臂支撐裝置的耐腐蝕性能。

（2）經濟可行性。經濟指標上，本防脫型新型尼龍管帽采用尼龍材質注塑成型，模具設計較為簡單，易于工廠批量生產，較鋼材質管帽而言，生產成本降低30%左右，生產效益更為突出，具有很大的成本推廣優勢，且符合鐵路總局公司相關技術要求，未來應用前景廣闊。

2.3 方案的設計思路

如圖3中（a)～(e)所示的防脫型新型尼龍管帽，管帽本體1材質采用抗氧化尼龍材質，本體1包括U型的管帽外緣1-1，管帽外緣1-1的內底壁的中間位置處設置有開口向上延伸且伸出于管帽外緣1-1外的U型的管帽內緣1-2，管帽內緣1-2的外側壁的下部設置有內螺紋1-2-1，管帽內緣1-2的外側壁的上部開設有內斜楔槽1-2-2；管帽還具有可斜楔夾緊在管帽外緣1-1和管帽內緣1-2之間間隙處的凸字型的尼龍材質的套管2，套管2的內側壁的下部設置有與內螺紋1-2-1相匹配的外螺紋2-1，套管2的內側壁的上部開設有與內斜楔槽1-2-2相匹配的外斜楔槽2-2。其中，內螺紋1-2-1與內斜楔槽1-2-2的過渡處位于管帽外緣1-1的內部，使得管帽本體1與套管2相互夾緊，不易脫落。內斜楔槽1-2-2和外斜楔槽2-2的直徑尺寸從下往上依次遞減，便于套管2嵌入到管帽本體1內。

圖3

管帽與腕臂支撐配套使用，通過將管帽本體1與套管2采用彈性夾緊的方式，同時增加螺紋固定鎖緊、R槽定位等裝配方式，使得管帽在高鐵接觸網中可十分方便的進行現場手動拆裝及清理污染物、取樣檢測，操作方便，且避免了管帽脫落現象，提高接觸網使用的安全性和可靠性。

3 結語

通過對新型尼龍管帽小批量生產供貨及現場安裝使用后的反饋情況看，新型防脫管帽的設計成功克服了當前腕臂系統PVC管帽受熱脹冷縮易脫落或G型管帽受高頻振動易脫落造成較大安全隱患的問題。

目前該管帽正在向大西北段、金溫、蘭渝等項目供貨。筆者認為，我國高速鐵路雖然發展迅速，相關技術標準也日趨完善，但仍有相當方面的問題亟需廣大高速鐵路建設者去攻克、去解決，這樣才能真正實現高速鐵路繁榮健康發展。

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U225.42

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1671-0711（2016）11（下）-0099-03