陳可寧

（中鐵建電氣化局集團(tuán)軌道交通器材有限公司，江蘇 常州 213000）

高速鐵路接觸網(wǎng)腕臂系統(tǒng)管帽優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

陳可寧

（中鐵建電氣化局集團(tuán)軌道交通器材有限公司，江蘇 常州 213000）

隨著國(guó)內(nèi)外高速鐵路平穩(wěn)、快速地發(fā)展，以及電氣化鐵路運(yùn)行速度的不斷提高，高速鐵路接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性也越來(lái)越受到人們的重視，管帽作為接觸網(wǎng)腕臂系統(tǒng)的重要組成部分，起著系統(tǒng)防水、防銹等關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)G型鋼管帽及NA型尼龍管帽分別存在著長(zhǎng)時(shí)間震動(dòng)易脫落及熱脹冷縮易變形脫落等諸多問(wèn)題，對(duì)線路運(yùn)行列車造成較大的安全隱患，針對(duì)此問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一種新型防脫尼龍管帽。該管帽質(zhì)量較輕，適用于各種環(huán)境，不受震動(dòng)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(hù)工作更加簡(jiǎn)單易行。該產(chǎn)品設(shè)計(jì)已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利。

高速鐵路；接觸網(wǎng)；新型管帽；系統(tǒng)穩(wěn)定性

接觸網(wǎng)系統(tǒng)是電氣化鐵路供電系統(tǒng)的關(guān)鍵，而弓網(wǎng)接觸的穩(wěn)定性直接影響著高速鐵路列車運(yùn)行的狀態(tài)與速度，伴隨著電氣化鐵路運(yùn)行速度的不斷提高，必然對(duì)列車運(yùn)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(wǎng)零部件，起著防止腕臂系統(tǒng)進(jìn)水、生銹等關(guān)鍵作用，但傳統(tǒng)類型管帽在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中表現(xiàn)出或多或少的安全隱患問(wèn)題，在“高鐵安全無(wú)小事”的今天，任何關(guān)系到高鐵運(yùn)行安全的問(wèn)題，都應(yīng)該得到足夠的重視與關(guān)注，因此，對(duì)現(xiàn)有管帽等接觸網(wǎng)零部件產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅是對(duì)公司產(chǎn)品質(zhì)量的保證，更是對(duì)廣大人民群眾的生命安全和國(guó)家財(cái)產(chǎn)安全的負(fù)責(zé)。所以，我們及時(shí)在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)傳統(tǒng)管帽出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析研究，并通過(guò)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝改造解決了此類問(wèn)題。

1 傳統(tǒng)管帽的問(wèn)題分析

圖1 接觸網(wǎng)腕臂系統(tǒng)

如圖1所示，管帽是指安裝于接觸網(wǎng)腕臂系統(tǒng)中平腕臂（鋁合金腕臂系統(tǒng)中包括斜腕臂）和定位管端口，防止雨水及蟲(chóng)鳥(niǎo)排泄物滲入管腔中引起管壁銹腐、凍裂等問(wèn)題的接觸網(wǎng)零部件?，F(xiàn)行鐵路標(biāo)準(zhǔn)TB/T2075.1—2010中關(guān)于管帽的標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)連接。

G型管帽存在的問(wèn)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(shí)際工程運(yùn)用中，在大風(fēng)及列車過(guò)行等因素造成的強(qiáng)烈震動(dòng)下頂緊螺栓易松脫，造成管帽整體脫落，又由于其材質(zhì)為碳素結(jié)構(gòu)鋼，零件自身重量大，所以如果管帽在列車高速運(yùn)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(yùn)行后不久就會(huì)出現(xiàn)部分管帽脫落現(xiàn)象，不能很好保證其防腐防銹功能。

NA型尼龍管帽存在的問(wèn)題。尼龍管帽裝配方式為活動(dòng)連接，重量輕，本身就存在連接不緊密等問(wèn)題，并且PVC材質(zhì)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(duì)以上兩種管帽存在的問(wèn)題，對(duì)管帽缺陷進(jìn)行了認(rèn)真的分析總結(jié)，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)分析，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種新型的防脫型尼龍管帽?？朔艘陨霞夹g(shù)缺陷，解決了長(zhǎng)期困擾高速鐵路接觸網(wǎng)腕臂系統(tǒng)的一大問(wèn)題，有望填補(bǔ)此方面的國(guó)內(nèi)空白。

圖2 管帽示意圖

2 防脫型尼龍管帽方案設(shè)計(jì)

2.1 方案的提出

對(duì)于管帽易脫落的問(wèn)題，從對(duì)傳統(tǒng)管帽進(jìn)行工藝改進(jìn)的角度來(lái)說(shuō)難以獲得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，故在方案設(shè)計(jì)中推翻了對(duì)原有產(chǎn)品工藝優(yōu)化的提案，從產(chǎn)品創(chuàng)新的角度提出了采用一種新型防脫型尼龍管帽來(lái)解決問(wèn)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(nèi)，然后通過(guò)管帽本體連接，通過(guò)螺紋旋轉(zhuǎn)扣緊管徑本體，防止了管帽在高強(qiáng)度震動(dòng)下產(chǎn)生松動(dòng)、脫落現(xiàn)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(tǒng)管帽的各種缺陷問(wèn)題。

2.2 方案的可行性分析

（1）技術(shù)可行性。在產(chǎn)品質(zhì)量上，本防脫型新型尼龍管帽采用高質(zhì)量硬質(zhì)尼龍材料，熱脹率遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)PVC管帽，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)室及室外高低溫溫差檢測(cè)，產(chǎn)品完全滿足使用性能，且所采用硬質(zhì)尼龍較PVC材質(zhì)更不易風(fēng)化碎裂；從防震動(dòng)性能上，本防脫型新型尼龍管帽質(zhì)量較鋼質(zhì)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(yōu)越，并且可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)拆裝，以便于操作人員及時(shí)清理腕臂支撐內(nèi)表面粉塵污染物，采用嚴(yán)重污染區(qū)段接觸網(wǎng)零部件的取樣檢測(cè)方法，從而提高腕臂支撐裝置的耐腐蝕性能。

（2）經(jīng)濟(jì)可行性。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上，本防脫型新型尼龍管帽采用尼龍材質(zhì)注塑成型，模具設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，易于工廠批量生產(chǎn)，較鋼材質(zhì)管帽而言，生產(chǎn)成本降低30%左右，生產(chǎn)效益更為突出，具有很大的成本推廣優(yōu)勢(shì)，且符合鐵路總局公司相關(guān)技術(shù)要求，未來(lái)應(yīng)用前景廣闊。

2.3 方案的設(shè)計(jì)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(zhì)采用抗氧化尼龍材質(zhì)，本體1包括U型的管帽外緣1-1，管帽外緣1-1的內(nèi)底壁的中間位置處設(shè)置有開(kāi)口向上延伸且伸出于管帽外緣1-1外的U型的管帽內(nèi)緣1-2，管帽內(nèi)緣1-2的外側(cè)壁的下部設(shè)置有內(nèi)螺紋1-2-1，管帽內(nèi)緣1-2的外側(cè)壁的上部開(kāi)設(shè)有內(nèi)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(nèi)緣1-2之間間隙處的凸字型的尼龍材質(zhì)的套管2，套管2的內(nèi)側(cè)壁的下部設(shè)置有與內(nèi)螺紋1-2-1相匹配的外螺紋2-1，套管2的內(nèi)側(cè)壁的上部開(kāi)設(shè)有與內(nèi)斜楔槽1-2-2相匹配的外斜楔槽2-2。其中，內(nèi)螺紋1-2-1與內(nèi)斜楔槽1-2-2的過(guò)渡處位于管帽外緣1-1的內(nèi)部，使得管帽本體1與套管2相互夾緊，不易脫落。內(nèi)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(nèi)。

圖3

管帽與腕臂支撐配套使用，通過(guò)將管帽本體1與套管2采用彈性?shī)A緊的方式，同時(shí)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(wǎng)中可十分方便的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)拆裝及清理污染物、取樣檢測(cè)，操作方便，且避免了管帽脫落現(xiàn)象，提高接觸網(wǎng)使用的安全性和可靠性。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)新型尼龍管帽小批量生產(chǎn)供貨及現(xiàn)場(chǎng)安裝使用后的反饋情況看，新型防脫管帽的設(shè)計(jì)成功克服了當(dāng)前腕臂系統(tǒng)PVC管帽受熱脹冷縮易脫落或G型管帽受高頻振動(dòng)易脫落造成較大安全隱患的問(wèn)題。

目前該管帽正在向大西北段、金溫、蘭渝等項(xiàng)目供貨。筆者認(rèn)為，我國(guó)高速鐵路雖然發(fā)展迅速，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也日趨完善，但仍有相當(dāng)方面的問(wèn)題亟需廣大高速鐵路建設(shè)者去攻克、去解決，這樣才能真正實(shí)現(xiàn)高速鐵路繁榮健康發(fā)展。

[1]屈華昌.塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

[2]賈潤(rùn)禮，程志遠(yuǎn).實(shí)用注塑模設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].中國(guó)輕工業(yè)出版社，北京，2000.

[3]于萬(wàn)聚.高速電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2002．

[4]廖念釗.互換性與技術(shù)測(cè)量[M].中國(guó)計(jì)量出版社，1991.

[5]鄭吉.接觸網(wǎng)系統(tǒng)可靠性分析淺談[J].鐵道勘測(cè)與設(shè)計(jì)，2011,05.

[6]羅松松.接觸網(wǎng)系統(tǒng)可靠性與維修性研究[D].西南交通大學(xué)，2009.

[7]蔡錚，易國(guó)斌，陳旭東.尼龍老化機(jī)理研究進(jìn)展[J].合成材料老化與應(yīng)用，2013,04.

U225.42

A

1671-0711（2016）11（下）-0099-03