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)專線是我國最早開工建設(shè)的高速客運(yùn)專線,也是第一條開通運(yùn)營的山區(qū)高速客運(yùn)專線,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)計主要借鑒了法國技術(shù),其中車站兩側(cè)咽喉區(qū)、隧道預(yù)留偏差處、無交叉線岔等下錨,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)償器通過一個擁有不變半徑滑輪與另一個擁有可變半徑的滑輪安裝在同一個軸上,與接觸懸掛相連。根據(jù)彈簧的總伸展長度在拉伸到1/2時預(yù)加負(fù)荷,彈簧預(yù)先加載了相當(dāng)于彈簧行程總長1/2的力,這不斷變化的彈力在其行程以內(nèi),由連接在線索上的可變半徑滑輪來補(bǔ)償,在滑輪系統(tǒng)中這2個力矩是相等的。線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)償彈簧伸展時張力的變化,滑輪系統(tǒng)上的2個轉(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實(shí)際保持不變。

2 TENSOREX彈簧補(bǔ)償器設(shè)計安裝方案

石太客運(yùn)專線設(shè)計中在無柱雨棚內(nèi)接觸網(wǎng)下錨、高速車站兩側(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交叉線岔布置引起的接觸網(wǎng)對向下錨處,下錨補(bǔ)償采用TENSOREX彈簧補(bǔ)償器,石太客運(yùn)專線共計設(shè)置26組,彈簧補(bǔ)償器型號為TR1100/1500+TR1100/1250,并且給出了具體安裝位置(表1),其他處所全部采用無油潤滑鋁合金大滑輪補(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)行過程中存在的問題及原因分析

3.1 TENSOREX彈簧補(bǔ)償器運(yùn)行中存在的問題

TENSOREX彈簧補(bǔ)償器自投入運(yùn)行以來出現(xiàn)了以下問題。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)專線開通初期,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)計方案上可知為節(jié)省投資,整個錨段的設(shè)計一端為TENSOREX彈簧補(bǔ)償器，另一端為無油潤滑鋁合金大滑輪補(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,其柱頂會發(fā)生偏移。廠家提供的安裝使用說明上也明確指出補(bǔ)償器在雙端補(bǔ)償時應(yīng)成對使用,如采用防串、防斷中心錨結(jié)時,可允許線索兩端使用不同的補(bǔ)償裝置。也就是說當(dāng)采用了三腕臂的中心錨結(jié)形式時,是不能一端使用TENSOREX彈簧補(bǔ)償器另一端使用無油潤滑鋁合金大滑輪補(bǔ)償裝置的。

整個錨段的設(shè)計一端為TENSOREX彈簧補(bǔ)償器，另一端為無油潤滑鋁合金大滑輪補(bǔ)償裝置,由于無油潤滑鋁合金大滑輪補(bǔ)償裝置傳動效率很高,《電氣化鐵道零部件》(TB/T2075.37—2002)標(biāo)準(zhǔn)要求:補(bǔ)償墜砣上升時效率≥97%;補(bǔ)償墜砣下降時效率≥98%；補(bǔ)償滑輪組傳動效率試驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖2,從圖中數(shù)據(jù)可以看出,傳動效率很高。而彈簧補(bǔ)償?shù)膫鲃有瘦^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)償滑輪組傳動效率試驗(yàn)數(shù)據(jù)

(2)在低溫度時觀察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

廠家使用說明書規(guī)定：TENSOREX彈簧補(bǔ)償器必須在彈簧補(bǔ)償器凸輪刻度盤標(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標(biāo)刻的跨距(中心錨結(jié)與線索連接點(diǎn)的距離)與溫度交叉點(diǎn)重合；當(dāng)彈簧補(bǔ)償器凸輪刻度盤標(biāo)注的溫度范圍,僅為了施工、安裝使用,當(dāng)現(xiàn)場環(huán)境溫度超過彈簧補(bǔ)償凸輪刻度盤標(biāo)刻的溫度時,在確認(rèn)線索補(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曲縣歷史最低溫度為-35.6 ℃,說明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)廠家給出了彈簧補(bǔ)償器凸輪刻度盤標(biāo)注的溫度范圍,僅為了施工、安裝使用,當(dāng)現(xiàn)場環(huán)境溫度超過彈簧補(bǔ)償凸輪刻度盤標(biāo)刻的溫度時,在確認(rèn)線索補(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,一旦在凸輪刻度盤標(biāo)注的溫度范圍外發(fā)生設(shè)備故障時將無法進(jìn)行安裝調(diào)試。

(3)石太客運(yùn)專線開通初期,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)專線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)專線的接觸線、承力索架設(shè)應(yīng)采用恒張力架線,架線張力應(yīng)根據(jù)線材的材質(zhì)、額定張力等因素選取,且不應(yīng)小于線盤繞線張力,架線張力偏差不大于8%,但銀銅導(dǎo)線最小架線張力不宜小于8 kN,鎂銅、錫銅導(dǎo)線最小架線張力不宜小于工作張力的70%。放線速度宜為3～5 km/h并應(yīng)保持勻速恒定。客運(yùn)專線采用墜砣超拉法時,應(yīng)在起、下錨兩端同時分級加墜砣,每次增加墜砣的重力為總重力的20%。卸載時兩側(cè)起落錨應(yīng)同時進(jìn)行。

以上規(guī)定是根據(jù)日本、法國、德國的經(jīng)驗(yàn),結(jié)合京鄭線、廣深線的施工經(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、時間與線材的性能,超拉環(huán)境等因素有關(guān),并應(yīng)考慮對線索相連的金具、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)專線因工期較緊大部分線索沒有采用恒張力放線,也沒有做線索的超拉,導(dǎo)致線索的初伸長沒有克服。設(shè)備運(yùn)行后由于線索初伸長的存在,造成TENSOREX彈簧補(bǔ)償器行程相對不足,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 針對上述問題一的改進(jìn)方案

整個錨段的設(shè)計一端為TENSOREX彈簧補(bǔ)償器另一端為無油潤滑鋁合金大滑輪補(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。

針對中心錨結(jié)為三腕臂的安裝形式,由于現(xiàn)場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>

針對中心錨結(jié)為三腕臂的安裝形式,現(xiàn)場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，其柱頂也不會發(fā)生偏移現(xiàn)象。解決了中錨鋼柱在受到兩側(cè)不等的作用力時發(fā)生偏移的現(xiàn)象。

4.2 針對上述問題二的改進(jìn)方案

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

針對現(xiàn)場環(huán)境溫度超過TENSOREX彈簧補(bǔ)償器凸輪刻度盤標(biāo)注的溫度范圍的區(qū)段,一旦在凸輪刻度盤標(biāo)注的溫度范圍外發(fā)生設(shè)備故障時將無法進(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,更換為無油潤滑鋁合金大滑輪補(bǔ)償裝置的處理方案。

4.3 針對上述問題三的改進(jìn)方案

石太客運(yùn)專線開通初期,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)專線的線索全部為新設(shè)備,存在線索蠕變初伸長問題,而TENSOREX彈簧補(bǔ)償器安裝時無法考慮這種因素,造成補(bǔ)償張力和補(bǔ)償范圍不足。針對這種情況,對使用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索均采用掐線法重新做落錨的方法進(jìn)行精調(diào)。首先確認(rèn)彈簧補(bǔ)償器型號規(guī)格是否正確,保證彈簧凸輪指針與凸輪刻度盤標(biāo)刻的跨距(中心錨結(jié)與線索連接點(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)過對改造后的錨段的監(jiān)測,沒有發(fā)現(xiàn)整錨段偏移現(xiàn)象,也沒有發(fā)現(xiàn)中心錨結(jié)偏移現(xiàn)象,通過接觸網(wǎng)動態(tài)檢測車的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,改造后的錨段弓網(wǎng)受流情況良好。當(dāng)溫度變化幅度過大時,沒有出現(xiàn)因彈簧張力變化不及時,造成彈簧補(bǔ)償不動作的現(xiàn)象。沒有出現(xiàn)因TENSOREX彈簧補(bǔ)償器變化不及時造成接觸線出現(xiàn)負(fù)弛度,影響受電弓正常取流的情況。

[1]于萬聚.交流電氣化鐵道接觸網(wǎng)設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：中國鐵道出版社,1980.

[2]電氣化勘測設(shè)計院.高速鐵路牽引供電技術(shù)研究[M].北京：中國鐵道出版社,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：中國電力出版社,2004.

[4]于萬聚.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)專線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,2006(3)：88-92.