高速鐵路接觸網定位坡度問題的分析與對策

張國棟 上海鐵路局合肥供電段

高速鐵路接觸網定位坡度問題的分析與對策

張國棟 上海鐵路局合肥供電段

2016年下半年高速弓網檢測車連續檢測出管內高鐵接觸網定位坡度超標問題。針對檢測發現問題，認真進行分析研究，組織進行理論和現場驗證，提出調整意見和整治措施。

高速鐵路；定位坡度；分析；意見

高速鐵路接觸網定位裝置是弓網受流關鍵裝置，定位坡度不達標，直接影響到定位器、接觸線與受電弓的動靜態空間位置關系、相互作用力，嚴重影響運營安全。因此確保定位坡度在標準安全范圍內，是保障高速鐵路安全的重要保證。

1 問題概述

2016年高速弓網檢測車連續檢測車合蚌、合福、杭深、滬寧等高鐵線路接觸網定位坡度超標問題，檢測出定位坡度不達標主要為定位坡度過小（0°～1°）。

2 問題分析

2.1 復測結果分析

現場組織對管內合蚌、合福高鐵34處定位坡度超標位置進行逐一復測，發現34處定位坡度過小位置全部位于曲線區段，且外軌超高基本在125 mm以上。復測利用坡度儀測量，測量角度為定位器相對于水平面夾角，定位坡度全部合格；利用激光測量儀測量，測量角度為定位器相對于軌平面夾角，定位坡度全部不合格。

2.2 定位坡度不達標原因分析

2.2.1 定位坡度定義及檢測標準

按照《中國鐵路總公司關于印發〈高速鐵路接觸網運行維修規則〉的通知》(鐵總運〔2015〕362號）第一百一十九條定義：“定位坡度為定位器與軌面連線之間的夾角”,老版檢規未有明確規定。而合蚌、合福、杭深、滬寧等高鐵接觸網定位坡度按照鐵四院和上海設計院的設計標準為“定位器與水平面之間夾角”。

高速弓網檢測車檢測裝置接觸網定位坡度測量標準執行362號關于定位坡度定義，定位坡度測量角度為定位器與受電弓之間夾角，受電弓平面等同于軌平面角度。

2.2.2 定位坡度不達標原理分析

由此可見，由于管內高鐵定位坡度設計標準與動檢車弓網檢測標準不一致，動檢定位坡度=設計定位坡度（相對于水平面）-軌平面（即受電弓平面）相對水平面夾角。受外軌超高影響，動檢車在曲線區段檢測的定位坡度普遍較小，是造成曲線區段檢測出的定位坡度偏低的直接原因。動檢車定位坡度檢測參照物為受電弓平面，而受電弓平面角度近似軌平面，即在外軌超高在199 mm～323 mm時，定位器與受電弓角度檢測角度為0°。原理圖分析如圖1所示。

圖1 動檢車接觸網定位坡度檢測原理圖

2.3 定位坡度檢測誤差分析

在高鐵定位坡度設計在8°～13°條件下，理論上只有對應外軌超高199 mm≤h≤323 mm時，即軌平面相對于水平面夾角為8°～13°，此時定位坡度與軌平面相對于水平面夾角一致，定位器相對于軌平面處于平行狀態，相對角度為0°，如圖2所示。

圖2 定位坡度誤差分析示意圖

以合蚌、合福高鐵為例，現場合蚌線外軌超高最大為175 mm,合福線外軌超高最大為165 mm,在外軌超高在175 mm、165 mm時，軌平面相對于水平面的夾角分別為7°、6.55°，即定位坡度檢測最大誤差△a=8°-6.55°=1.45°(或為受電弓抖動誤差）。

2.4 定位坡度弓網檢測不達標情況分析

按照高鐵接觸網設計標準：定位坡度根據不同曲線半徑，定位坡度控制在8°～13°。

（1）按定位坡度（相對水平角度）上限13°測算時，當在軌平面角度（相對于水平面，下同）a〉5°時，定位器角度（相對于軌平面，下同）夾角b〈8°，即當外軌超高〉125 mm時，定位器角度b〈8°，按照設計標準定位坡度不達標，如圖3所示。

圖3 定位坡度角度分析（按設計上限13°）

（2）理論上存在外軌超高時，按定位坡度（相對水平角度）下限8°測算時，按照弓網檢測標準定位坡度不達標。在實際施工中，定位坡度一般是按9°進行調整（曲外13°），在定位坡度為9°時，在a〉1°時，b〈8°，即當外軌超高〉25 mm時，定位器角度b〈8°，按照設計標準定位坡度不達標，如圖4所示。

圖4 定位坡度角度分析（按設計下限8°）

3 弓網關系分析

通過現場對管內高鐵接觸網定位坡度復測及網上檢查確認，動檢車檢測出定位器相對于受電弓角度坡度過小（0°～1°）時，未侵入動態包絡線，不影響弓網受流關系。具體分析如下：

3.1 止釘間隙滿足設計要求

現場檢查動檢車檢測出定位坡度偏低處所定位器止釘間隙均符合設計要求，滿足受電弓最大動態抬升量150 mm的1.5倍即225 mm限位要求。

3.2 定位器本體狀態良好

現場組織對34處定位坡度不達標處所逐一進行上網檢查，未發現定位器與受電弓有刮碰痕跡，尤其是合蚌高鐵在五年運行中弓網受流平穩正常，未出現定位器打弓現象。

3.3 定位器與受電弓受力及相對位置在安全范圍內

通過觀察受電弓過定位器狀態，因曲線區段拉出值較大，一般為250 mm～350 mm，當受電弓過定位器時，定位器侵入受電弓工作區域限界部分較短，且垂直方向受定位線夾（約7cm）限制，止釘間隙滿足定位器抬升空間需求，即使與受電弓處于同一水平面，也不會侵入動態包絡線，不會出現定位器打弓現象。如圖5所示。

圖5 受電弓通過定位器現場圖（定位坡度為0°）

3.4 設計定位坡度滿足現場實際安全運行要求

現場合蚌線外軌超高最大175 mm，合福線外軌超高最大165 mm，測算出軌平面相對水平面夾角a1=7°（合蚌），a2= 6.55°（合福）。合蚌、合福高鐵接觸網定位坡度設計標準為8°～13°，此時定位器與受電弓平面有正向夾角，且存在1°以上安全余量，滿足安全運行要求。如圖6所示。

圖6 合蚌、合福高鐵在最大外軌超高時定位坡度

4 定位坡度調整意見

4.1 定位器作用解析

接觸線安裝完成后，定位點與其他吊弦點處于等高位置，定位點處接觸線承受定位器作用于接觸線的垂直拉力和水平拉力，使接觸線達到力學平衡。定位器、接觸線與受電弓的動靜態空間位置關系、相互作用力是確保弓網平穩受流的關鍵。

4.2 定位坡度調整影響

定位器坡度由接觸網系統參數決定，安裝后處于受力平衡狀態，不可隨意調整，否則定位點會產生人為的抬升或降低，形成硬點。定位坡度過小，則可能發生受電弓與定位器碰撞，需要減少拉出值或加大第一吊弦距定位點的距離，定位管也要做適當抬高處理，增大開口距離。減小拉出值會加速受電弓的不均勻磨耗，增大第一根吊弦距定位點的距離會影響弓網受流質量。

4.3 定位坡度調整意見

通過研究，管內合蚌、合福高鐵定位坡度設計標準能夠滿足現場安全運行要求。如冒然進行調整一是違反設計標準，無論證支持；二是必然引起拉出值技術參數變化，造成整個弓網關系變化，易造成硬點問題，影響弓網受流質量；三是調整難度大，原施工中在材料預配及安裝已考慮受電弓輪廓線與定位裝置相對安全位置，不易調整。因此不建議對檢測出相對于軌平面定位坡度偏低處所進行調整。

5 結束語

通過理論驗證及現場確認，只要保證定位器坡度滿足設計規范8°～13°要求，且拉出值、止釘間隙技術參數滿足規范要求，即可滿足高鐵線路運行安全。經過近半年來管內高鐵現場運營驗證，在定位坡度未調整情況下高鐵線路運行安全穩定，節省了大量人力、物力，產生了可觀經濟和社會效益。

[1]《中國鐵路總公司關于印發〈高速鐵路接觸網運行維修規則〉的通知》（鐵總運〔2015〕362號）.

責任編輯：宋 飛

來稿時間：2017-02-17