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        棘輪補(bǔ)償連接架卡滯對(duì)補(bǔ)償繩偏移的分析研究

        2014-05-28 12:36:14潘南紅張翔鷗
        電氣化鐵道 2014年6期
        關(guān)鍵詞:小輪棘輪輪齒

        潘南紅,張翔鷗

        0 引言

        接觸網(wǎng)棘輪補(bǔ)償裝置由于具有傳動(dòng)效率高,快速斷線制動(dòng)功能等優(yōu)點(diǎn),已越來越廣泛地應(yīng)用在接觸網(wǎng)上,但同時(shí)棘輪補(bǔ)償裝置對(duì)安裝精度和施工質(zhì)量要求較高,往往由于一些細(xì)節(jié)上的疏忽,會(huì)造成棘輪補(bǔ)償裝置投運(yùn)后產(chǎn)生一系列缺陷。在對(duì)新建、改建六盤水至沾益復(fù)線電氣化鐵路梅花山至鳳凰山段接觸網(wǎng)的驗(yàn)收中,發(fā)現(xiàn)其使用的棘輪補(bǔ)償裝置普遍存在連接架卡滯,使棘輪本體不能正對(duì)接觸網(wǎng)下錨支而形成夾角,給運(yùn)行帶來安全隱患,本文據(jù)此展開分析研究。

        1 棘輪補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)及安裝概況

        棘輪補(bǔ)償裝置是張力自動(dòng)補(bǔ)償裝置中的一種,安裝在錨段的兩端,并且串接在接觸線和承力索內(nèi),其作用是補(bǔ)償線索內(nèi)的張力變化,使張力保持恒定[1]。棘輪補(bǔ)償裝置通過調(diào)節(jié)墜砣組重量實(shí)現(xiàn)接觸線(或承力索)張力恒定,其機(jī)械傳動(dòng)變比一般為1∶3。棘輪補(bǔ)償裝置主要由棘輪本體、楔子、棘輪連接架、制動(dòng)卡塊、補(bǔ)償繩、雙耳楔形線夾及平衡輪等組成,在六沾鐵路接觸網(wǎng)使用的棘輪補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)見圖1。

        圖1 棘輪補(bǔ)償裝置示意圖

        安裝棘輪補(bǔ)償裝置的錨柱同時(shí)兼作中間柱且垂直于線路,其棘輪底座框架平行于線路,由于棘輪連接架卡滯,使棘輪在橫線路方向不能自由轉(zhuǎn)動(dòng),在接觸網(wǎng)下錨支改變方向時(shí),平衡輪及其與小輪間的工作補(bǔ)償繩也跟著發(fā)生偏移,如圖2所示,棘輪連接架如圖3所示。

        在圖2所示的工作狀態(tài)下,田野側(cè)小輪與平衡輪間的補(bǔ)償繩向大輪輪齒偏移靠近,在線索伸長小輪收縮補(bǔ)償繩的過程中容易造成補(bǔ)償繩與大輪輪齒的安全距離不足而摩擦,形成安全隱患。

        圖2 平衡輪與小輪補(bǔ)償繩工作圖

        圖3 棘輪連接架示意圖

        2 接觸網(wǎng)下錨支偏角對(duì)補(bǔ)償繩偏移量分析

        2.1 偏移量關(guān)系式的確定

        為了便于分析計(jì)算,以連接架卡滯使棘輪處于平行于線路的狀態(tài)進(jìn)行推導(dǎo),其棘輪在接觸網(wǎng)下錨支偏角的作用下幾何平面位置可簡化為圖4。

        圖4 平衡輪及補(bǔ)償繩在下錨支偏角作用下平面位置圖

        在圖4所示的三角形ACD 中CD 的長度d 即補(bǔ)償繩偏向大輪的偏移量,由三角函數(shù)可得:

        由棘輪補(bǔ)償?shù)膫鲃?dòng)變比為1∶3 可得AB= 2/3R + h。則:

        2.2 下錨支偏角θ 與補(bǔ)償繩偏角α 關(guān)系式的確定

        在圖2所示的接觸網(wǎng)下錨支改變方向后,平衡輪在D 點(diǎn)位置發(fā)生變化,其D 的變化軌跡為一個(gè)橢圓,其中A,B 為2 個(gè)焦點(diǎn),AD + DB 為長軸長度,AB 為焦距長度,其數(shù)學(xué)模型如圖5所示。

        圖5 平衡輪偏移的數(shù)學(xué)模型圖

        在圖5中,由平面幾何關(guān)系可知θ 即為接觸網(wǎng)下錨支向下錨方向的偏角,長半軸為a,短半軸為b,半焦距為c,則橢圓方程可以表示為

        則其參數(shù)方程可以表述為

        式中,t 為參數(shù)(為方便,t 為與y 軸順時(shí)針方向夾角)。

        當(dāng)小輪與平衡輪兩側(cè)補(bǔ)償繩平衡時(shí),平衡輪在D(b,0)處,當(dāng)接觸網(wǎng)下錨支改變方向產(chǎn)生夾角時(shí),平衡輪在D′(X,Y)處,此時(shí)D 點(diǎn)與D′點(diǎn)出現(xiàn)一個(gè)偏角∠DAD′,即為田野側(cè)小輪補(bǔ)償繩向大輪輪齒偏移的角度,設(shè)其為a,在t= θ 時(shí),代入式(3),有D′(X,Y)點(diǎn)的坐標(biāo)為

        由平面幾何關(guān)系并將式(4)代入,有:

        由式(5),得到:

        在圖2中,小棘輪與平衡輪間補(bǔ)償繩的單邊工作范圍為390~2 000 mm[2],經(jīng)測量對(duì)應(yīng)的AB 距離分別為280、400 mm,則由橢圓方程式(2)中的參數(shù)關(guān)系得到:

        對(duì)于時(shí)速v≤160 km 的線路,接觸網(wǎng)下錨支水平面內(nèi)改變方向的偏角其安全值≤12°[3],因此以0≤θ≤20°的范圍來確定a 與θ 的關(guān)系,以ζ= θ - a表征兩角度的關(guān)系,將上述參數(shù)代入式(6)進(jìn)行計(jì)算,得出如圖6所示的θ 與ζ 的關(guān)系曲線。

        圖6 θ 與ζ關(guān)系曲線圖

        從圖6可知,在2 條曲線之間的區(qū)域?yàn)樾≥喤c平衡輪間補(bǔ)償繩工作范圍內(nèi)θ 與ζ 的曲線分布,其ζ 較小,近似的認(rèn)為θ= α。

        2.3 田野側(cè)補(bǔ)償繩偏移量計(jì)算式的確定

        由θ= α 并代入式(1),得出線路側(cè)小輪補(bǔ)償繩偏向大輪輪齒的關(guān)系計(jì)算式:

        棘輪連接架卡滯,使得棘輪本體在橫線路方向不能擺動(dòng)或者擺動(dòng)不完全,其田野側(cè)補(bǔ)償繩向大輪輪齒的偏移角度應(yīng)減去棘輪本體自身偏轉(zhuǎn)的角度τ,則式(7)修正為

        3 工程實(shí)例

        在六沾鐵路背開柱車站78#柱,大輪的半徑R= 240 mm,大輪至輪齒的高度h= 30 mm,側(cè)面限界C= 3 300 mm,YGT70-350/12.5 獨(dú)立鋼錨柱的寬度k= 600 mm,轉(zhuǎn)換柱至棘輪中心的距離 L=50 000 mm,棘輪本體偏轉(zhuǎn)τ= 0°,其小輪田野側(cè)補(bǔ)償繩偏移d 的計(jì)算式如下:

        θ= arctan[(C + k / 2)/L]= 4.12°

        由圖4及橢圓方程式(2)中的參數(shù)關(guān)系計(jì)算可得tanβ≤0.25、tan(θ-τ)≤0.21,為了在工程上計(jì)算方便,近似認(rèn)為:

        則小輪田野側(cè)補(bǔ)償繩向大輪偏移的距離:

        d=(2 / 3R + h)×tan(θ - τ)= 13.7 mm

        參見圖4、圖5,在棘輪與平衡輪的中心線重合的狀態(tài)下,2 小輪補(bǔ)償繩沿中心線對(duì)稱,平衡輪的直徑r= 100 mm,小棘輪與平衡輪間補(bǔ)償繩的單邊工作范圍為390~2 000 mm,其補(bǔ)償繩在對(duì)稱的狀態(tài)下偏向大輪的偏移距離d′可由式(9)計(jì)算:

        將對(duì)應(yīng)的參數(shù)(b= 364 mm,c= 140 mm)、(b= 1 990 mm,c= 200 mm)、r= 100 mm 代入式(9)可得d′的范圍為47~14.3 mm。經(jīng)測量大輪半寬 83 mm,補(bǔ)償繩直徑φ= 10 mm,則兩小輪補(bǔ)償繩在正常對(duì)稱運(yùn)行狀況下與大輪輪齒的凈間距為5~97.7 mm。

        由計(jì)算結(jié)果可知,棘輪連接架卡滯使兩側(cè)小輪補(bǔ)償繩在平面內(nèi)對(duì)大輪的間距不均衡,在線索伸長小輪收縮補(bǔ)償繩的過程中,容易造成田野側(cè)小輪補(bǔ)償與大輪輪齒的安全間距不足甚至發(fā)生摩擦,產(chǎn)生安全隱患,特別是在下錨支偏角相對(duì)較大的困難地段危害更加嚴(yán)重。

        4 結(jié)語

        綜上所述,棘輪連接架卡滯使得兩側(cè)小輪補(bǔ)償繩在平面內(nèi)對(duì)大輪的間距不均衡,其田野側(cè)小輪補(bǔ)償繩向大輪輪齒方向偏移,偏移量的大小受棘輪連接架卡滯程度和接觸網(wǎng)下錨支偏角大小的影響。田野側(cè)小輪補(bǔ)償繩向大輪輪齒方向偏移,在運(yùn)行中造成補(bǔ)償繩與大輪輪齒的安全距離不足,容易產(chǎn)生摩擦而形成安全隱患。 因此,在棘輪補(bǔ)償裝置的安裝中,要對(duì)連接架的卡滯高度重視,其措施是在安裝過程中嚴(yán)格執(zhí)行工藝標(biāo)準(zhǔn),對(duì)長螺栓銷的螺帽不能擰得過緊,并確認(rèn)框架角鋼不壓迫連接架自由轉(zhuǎn)動(dòng)后,再進(jìn)行下一步安裝工序,以確保棘輪補(bǔ)償裝置投運(yùn)后安全運(yùn)行。

        [1]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,2003.

        [2]保定朝雄電氣化電力器材有限公司.棘輪補(bǔ)償安裝說明書[Z].

        [3]鐵運(yùn)[2007]69號(hào).接觸網(wǎng)運(yùn)行檢修規(guī)程[S].北京:中國鐵道出版社,2007.

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