張國棟

大風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)單腕臂道岔柱裝配缺陷例析

張國棟

針對接觸網(wǎng)道岔柱單腕臂雙限位定位器裝配時存在的安全隱患，分析其裝配的不合理性，并進行實地調(diào)查及定位器偏移測量，通過實施風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)道岔柱由單腕臂更換為排架雙腕臂裝配的變更措施，消除了設(shè)備缺陷和安全隱患，避免了極限偏移情況下發(fā)生弓網(wǎng)事故的可能，實現(xiàn)了設(shè)備的安全可靠運行。

接觸網(wǎng)；道岔柱；單腕臂裝配；缺陷

0 前言

敦煌鐵路柳敦段電氣化改造工程施工中，水庫北、小宛、龍口壩、瓜州、四工農(nóng)場等車站接觸網(wǎng)道岔柱采用整體鋼腕臂結(jié)構(gòu)單腕臂裝配形式，在極限環(huán)境溫度條件下，部分線岔處定位器偏移量過大，無法滿足定位器運行要求，給供電設(shè)備穩(wěn)定運行帶來安全隱患。

1 接觸網(wǎng)線岔

在電氣化鐵路上，車站2股道軌道相交處形成道岔，2股道接觸網(wǎng)在道岔上方交叉形成線岔。線岔的作用是保證電力機車受電弓安全平滑地由一條接觸線過渡至另一條接觸線，達到轉(zhuǎn)換電力機車受電弓運行路徑的目的。

如同道岔的形式多種多樣，線岔的結(jié)構(gòu)形式也分多種。依據(jù)道岔處正線與側(cè)線或側(cè)線與側(cè)線2組接觸網(wǎng)懸掛是否有相交點，線岔可分為無交叉線岔和交叉線岔2種。線岔也可以理解為電力機車受電弓在車站鋼軌上方2組接觸懸掛間實現(xiàn)過渡的特殊設(shè)備。

交叉線岔是電氣化鐵路創(chuàng)建之初就廣泛采用的結(jié)構(gòu)形式，在我國，交叉線岔設(shè)計、施工、運行已有近40年的歷史。40年的運行實踐證明，接觸網(wǎng)交叉線岔結(jié)構(gòu)形式簡單可靠、便于施工安裝和運營維修，適于低速、中速運行，目前在我國運行速度120 km/h及以下的鐵路線路接觸網(wǎng)中普遍采用。

交叉線岔由2支相交接觸線、1根限制管和固定限制管的線夾、螺栓等組成。限制管兩端用定位線夾固定在下方的接觸線上，通過限制管將2支相交接觸線互相貼近，當上方接觸線升高時，可利用限制管帶動下方接觸線同時升高，以消除始觸區(qū)2根導(dǎo)線的高差，實現(xiàn)受電弓在接觸線間安全、可靠轉(zhuǎn)換。

2 敦煌鐵路交叉線岔裝配分析

敦煌鐵路柳敦段K101+000—K160+297為非風(fēng)區(qū)設(shè)計，接觸網(wǎng)采用德系裝配，道岔柱設(shè)計為單腕臂，即在同一腕臂上裝配組成線岔的正線與側(cè)線2組接觸懸掛。由于定位器與定位管以鉤、環(huán)方式連接，在溫度恒定時定位器垂直于線路，在極限溫度時，定位器在水平方向可180°偏轉(zhuǎn)。理論上，定位器的長度應(yīng)滿足在極限溫差時的最大偏移量，該接觸網(wǎng)交叉線岔裝配形式滿足安全運行需求。

敦煌鐵路柳敦段K000+000—K101+000為風(fēng)區(qū)設(shè)計，為保證大風(fēng)區(qū)段支撐、定位裝置的穩(wěn)定性，接觸網(wǎng)采用日系整體鋼腕臂結(jié)構(gòu)和斷線防脫落功能的彈性限位定位器。道岔柱亦設(shè)計為單腕臂。彈性限位定位器與定位管通過定位支座連接，定位器的銅質(zhì)彈簧拉桿及定位環(huán)安裝于60 mm寬的定位支座夾板中，當長度為1 200 mm的彈性限位定位器縱向偏移450 mm以上時，定位環(huán)在定位支座夾板中左右偏轉(zhuǎn)受限（如圖1、圖2所示）。該接觸網(wǎng)交叉線岔裝配形式不能滿足極限溫度下的安全運行需求。

接觸網(wǎng)交叉線岔處整體鋼腕臂結(jié)構(gòu)與單腕臂套用的方式，可以解決風(fēng)區(qū)支撐、定位裝置不穩(wěn)定的問題，但會由此產(chǎn)生極限溫度下接觸線偏移受限的問題。

圖1 定位器實物安裝圖

圖2 定位器縱向偏移示意圖

3 敦煌鐵路交叉線岔實地測量數(shù)據(jù)分析

敦煌鐵路柳敦段水庫北、小宛、龍口壩、瓜州、四工農(nóng)場車站共有24組線岔，其中6組接觸網(wǎng)線岔因組成線岔的2接觸懸掛中心錨結(jié)分別位于線岔岔心兩側(cè)，為整體鋼腕臂結(jié)構(gòu)用于道岔柱單腕臂裝配的最不利局面，當溫度變化時線索偏移方向不同，造成彈性限位定位器偏移量超出最大允許偏移量450 mm，不能滿足運行要求。

3.1 水庫北車站

1號線岔岔心位于057#支柱處，由Ⅱ道與3道線索相交組成。Ⅱ道中心錨結(jié)在061#支柱，位于敦煌方向距岔心165 m處，3道中心錨結(jié)在031#支柱，位于柳溝方向距岔心540 m處（圖3）。

圖3 水庫北車站線岔布置示意圖

3.2 小宛車站

1號線岔岔心位于052#支柱處，由Ⅱ道與3道線索相交組成。Ⅱ道中心錨結(jié)在056#支柱，位于敦煌方向距岔心210 m處，3道中心錨結(jié)在031#支柱，位于柳溝方向距岔心495.4 m處；3號線岔岔心位于050#支柱處，由Ⅱ道與1道線索相交組成。Ⅱ道中心錨結(jié)在056#支柱，位于敦煌方向距岔心265 m處，1道中心錨結(jié)在030#支柱，位于柳溝方向距岔心500 m處（圖4）。

圖4 小宛車站線岔布置示意圖

3.3 瓜州車站

17號線岔岔心位于020#支柱處，由Ⅱ道與1道線索相交組成。Ⅱ道中心錨結(jié)在010#支柱，位于柳溝方向距岔心310 m處，1道中心錨結(jié)在038#支柱，位于柳溝方向距岔心465 m處（圖5）。

圖5 瓜州車站線岔布置示意圖

3.4 四工農(nóng)場車站

4號線岔岔心位于019#支柱處，由Ⅱ道與3道線索相交組成。Ⅱ道中心錨結(jié)在014#支柱，位于柳溝方向距岔心210 m處，3道中心錨結(jié)在041#支柱，位于敦煌方向距岔心530 m處；2號線岔岔心位于017#支柱處，由Ⅱ道與1道線索相交組成。Ⅱ道中心錨結(jié)在014#支柱，位于柳溝方向距岔心160 m處，1道中心錨結(jié)在038#支柱，位于敦煌方向距岔心525 m處（圖6）。

圖6 四工農(nóng)場車站線岔布置示意圖

4 大風(fēng)區(qū)單腕臂道岔柱裝配隱患分析

以敦煌鐵路柳敦段大風(fēng)區(qū)小宛車站1號線岔為例對定位器偏移情況進行分析。

4.1 道岔柱距中心錨結(jié)的距離

小宛車站1號線岔道岔柱為052#支柱，線岔由懸掛側(cè)線3道與正線Ⅱ道線索相交組成。3道中心錨接在031#支柱處，道岔柱距中心錨結(jié)的距離為495.4 m。Ⅱ道中心錨接在056#支柱處，道岔柱距中心錨結(jié)的距離為210 m，3道和Ⅱ道中心錨結(jié)分布在道岔柱的兩側(cè)。

4.2 線岔處定位器在極限溫度下的偏移量

（1）最低氣溫時側(cè)線定位器的偏移量可由下式計算得到：

X=α×L×(Tp-Tmin)

=17×10-6×495.4×103×[12.5-(-30)]

=357.9 mm

（2）最低氣溫時正線定位器的偏移量由下式計算得到：

X=α×L×(Tp-Tmin)

=17×10-6×210×103×[12.5-(-30)]

=151.7 mm

式中，X為定位器偏移量；α為銅接觸線線脹系數(shù)；L為線岔岔心距中心錨結(jié)的距離；Tp為敦煌鐵路設(shè)計的定位器無偏移溫度；Tmin為最低溫度。

（3）正線定位器相對于定位管的偏移量。

在定位器無偏移溫度時，線岔處整體鋼腕臂結(jié)構(gòu)、正線和側(cè)線彈性限位定位器在同一鉛垂面內(nèi)，均垂直于線路中心線。由上述計算可知，當溫度降低時，側(cè)線定位器隨腕臂、定位管一同向3道中錨側(cè)偏轉(zhuǎn)，在最低氣溫時，偏移量為357.9 mm；正線定位器向Ⅱ道中錨側(cè)偏轉(zhuǎn)，在最低氣溫時，偏移量為151.7 mm。因此，正線定位器相對于定位管的偏移量為2定位器偏移量之和，即509.6 mm。定位器相對定位管偏移示意如圖7所示。

圖7 定位器相對定位管偏移示意圖

4.3 定位器偏移情況分析

漢和飛輪（北京）電氣化器材有限公司提供的定位器說明：“線路所采用的帶彈簧的彈性限位定位裝置，1200型定位器從線夾處的安裝位置開始，設(shè)計最大抬高量為200 mm，95型定位器設(shè)計最大抬高量為180 mm；彈性限位定位裝置從標準位置可以左右轉(zhuǎn)動450 mm，安裝前首先檢查定位管與導(dǎo)線之間的距離，必須保證導(dǎo)線到定位管距離為500±20 mm”。從小宛車站1號線岔的計算結(jié)果看，當達到最低溫度時，正線定位器相對于定位管的偏移量為509.6 mm，偏移量已大于該類定位器的最大允許偏移量（450 mm）。

《普速鐵路接觸網(wǎng)運行維修規(guī)則》（鐵總運[2017]9號）第135條規(guī)定：“極限溫度時定位器偏移值不得大于定位器管長度的1/3”。該種定位器長度為1 200 mm，實際偏移量也已大于定位器長度的1/3，即400 mm?！惰F路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗收標準》5.14.2條規(guī)定“定位器偏角最大不得大于18°”，根據(jù)偏移量計算，正線定位器與定位管的偏轉(zhuǎn)角度已遠大于18°（實際偏移角度為α =arctg 509.6/1 200=23.03°）。

以相同方法計算，最低溫度時水庫北車站1號線岔正線定位器相對于定位管的偏移量為509.36 mm，小宛車站3號線岔正線定位器相對于定位管的偏移量為552.71 mm，瓜州車站17號線岔正線定位器相對于定位管的偏移量為559.94 mm，四工農(nóng)場車站4號、2號線岔正線定位器相對于定位管的偏移量分別為534.65、494.91 mm。由此可見，定位器在設(shè)計規(guī)定的最低溫度情況下，實際偏移量都超出其允許偏移量（450 mm）。在大風(fēng)區(qū)段，當整體鋼腕臂結(jié)構(gòu)用于道岔柱單腕臂裝配時，相交組成線岔的2根導(dǎo)線會因偏移方向不同，存在定位線夾拉脫或參數(shù)超標引發(fā)弓網(wǎng)故障的風(fēng)險。

5 大風(fēng)區(qū)單腕臂道岔柱裝配整改措施

敦煌鐵路風(fēng)區(qū)線岔存在安全隱患的根本原因是整體鋼腕臂結(jié)構(gòu)用于道岔柱單腕臂裝配，采用具有斷線防脫落功能的彈性限位定位器對組成線岔的2支接觸線定位，當2接觸線中心錨結(jié)分別在線岔岔心兩側(cè)時，其中必有一套定位器的偏移量是組成線岔的2支接觸線偏移量的疊加，造成定位器偏移超限。

綜上所述，解決敦煌鐵路大風(fēng)區(qū)段接觸網(wǎng)線岔安全隱患的最佳方案是將整體鋼腕臂結(jié)構(gòu)單腕臂雙限位定位器裝配變更為采用排架雙腕臂結(jié)構(gòu)，如圖8、圖9所示。

接觸網(wǎng)道岔柱采用排架雙腕臂結(jié)構(gòu)，即采用2套整體鋼腕臂分別對組成線岔的2支接觸線定位，即使2接觸線中心錨結(jié)不在線岔岔心的同側(cè)，由于定位器僅受所定位接觸線偏移量的影響，從計算結(jié)果分析，彈性限位定位器偏移量可控制在允許范圍內(nèi)，同時不改變設(shè)計初衷，保留整體鋼腕臂結(jié)構(gòu)和彈性限位定位器裝配形式，保證大風(fēng)區(qū)段支撐、定位裝置的穩(wěn)定性。

圖8 排架雙腕臂結(jié)構(gòu)

圖9 單腕臂雙定位器裝配

6 結(jié)語

在進行裝配比對、現(xiàn)場調(diào)查和數(shù)據(jù)計算原因分析的基礎(chǔ)上，經(jīng)與設(shè)計、施工方對敦煌鐵路風(fēng)區(qū)單腕臂雙限位定位器裝配的線岔進行研討，認為在大風(fēng)區(qū)段當整體鋼腕臂結(jié)構(gòu)用于道岔柱單腕臂裝配時，若相交組成線岔的2接觸線中心錨結(jié)在岔心兩側(cè)，因偏移方向不同，存在定位線夾拉脫或參數(shù)超標引發(fā)弓網(wǎng)故障的風(fēng)險?；谏鲜龇治?，制定了相關(guān)整改措施，優(yōu)選將整體鋼腕臂結(jié)構(gòu)單腕臂雙限位定位器裝配變更為排架雙腕臂結(jié)構(gòu)為最終方案。整治后敦煌鐵路柳敦段水庫北車站1號線岔、小宛車站1號、3號線岔、瓜州車站17號線岔、四工農(nóng)場車站2號、4號線岔的運行狀態(tài)和最低溫度下的測量數(shù)據(jù)顯示，整改措施有效，方案結(jié)論正確。

[1]吉鵬霄，張桂林，等.電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[2]李偉.接觸網(wǎng)基礎(chǔ)知識[M].北京：中國鐵道出版社，2011.

[3]吳積欽.受電弓與接觸網(wǎng)系統(tǒng)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2010.

[4]于小四.電氣化鐵道接觸網(wǎng)實用技術(shù)指南[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

With regard to the potential safety hazards existed during assembling of dual limited steady arm on single cantilever on OCS point mast,the paper analyzes the irrationalities of the assembling,introduces the elimination of equipment defects and potential safety hazards on the basis of site investigation and measurement of steady arm offset,by implementing the modification measures for changing the single cantilever to the rack type dual cantilever on the OCSpoint mast at strong wind area.These will avoid the possibilities of occurrence of pantograph-catenary accidents under maximum offset of steady arm and realizethesafety and reliableoperation of theequipment.

OCS;point mast;singlecantilever assembling;defects

U225.4+2

B

1007-936X(2017)06-0040-04

10.19587/j.cnki.1007-936x.2017.06.011

張國棟.蘭州鐵路局嘉峪關(guān)供電段，工程師。

2017-02-16