古曉東

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 電化電信工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300308）

0 引言

接觸網(wǎng)定位器通過定位線夾夾持懸吊接觸線，是腕臂和定位裝置中至關(guān)重要的零件，定位器的性能直接影響弓網(wǎng)受流質(zhì)量和受電弓的安全性［1-3］，尤其是高速鐵路，當(dāng)動(dòng)車組高速通過時(shí)，受電弓的晃動(dòng)量較普速列車幅度更加明顯［4-5］。簡(jiǎn)統(tǒng)化接觸網(wǎng)采用弓形結(jié)構(gòu)新型定位器，與傳統(tǒng)直形定位器相比，其與受電弓動(dòng)態(tài)匹配性能更加良好［6-9］。利用京沈客運(yùn)專線試驗(yàn)段的檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)新型簡(jiǎn)統(tǒng)化定位器抬升特性進(jìn)行研究，并在定位裝置結(jié)構(gòu)形式、弓網(wǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)、理論分析等方面，開展試驗(yàn)段與非試驗(yàn)段定位器對(duì)弓網(wǎng)特性影響的對(duì)比分析。

1 定位裝置結(jié)構(gòu)形式

京沈客運(yùn)專線試驗(yàn)段采用簡(jiǎn)統(tǒng)化腕臂定位裝置，新型定位器采用與受電弓包絡(luò)線匹配性好、空間安全裕度大的弓形結(jié)構(gòu)，與定位底座連接采用非限位、銷軸鉸接方式，定位線夾雙夾板配套T形定位銷釘，電氣連接和耐磨性好。新型弓形定位器見圖1，傳統(tǒng)直形定位器見圖2。

圖1 新型弓形定位器

圖2 傳統(tǒng)直形定位器

一般而言，定位器跟隨性越好，越有利于改善弓網(wǎng)受流性能。因此在研發(fā)之初，為了追求更好的弓網(wǎng)受流性能，結(jié)合調(diào)研分析鉤環(huán)連接存在的易磨損等問題，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用鉸鏈?zhǔn)戒N軸連接改善了定位器可能出現(xiàn)的磨損情況。2種定位器參數(shù)對(duì)比見表1。

表1 新型定位器與傳統(tǒng)定位器參數(shù)對(duì)比

為保證定位器的安全性，在安裝設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)抬升量進(jìn)行了校驗(yàn)。受電弓動(dòng)態(tài)抬升量按照150 mm設(shè)計(jì)，新型定位器屬于非限位定位器，安全校驗(yàn)按照不小于2倍受電弓動(dòng)態(tài)抬升量（即≥300 mm）校驗(yàn)；傳統(tǒng)定位器屬于限位定位器，可按照不小于1.5倍受電弓動(dòng)態(tài)抬升量（即≥225 mm）校驗(yàn)。2種定位器的安裝方式見圖3、圖4，在滿足安全校驗(yàn)后，簡(jiǎn)統(tǒng)化定位器和定位管之間仍有70 mm安全裕量，傳統(tǒng)定位器和定位管之間安全裕量為60 mm，安全冗余均得到充分保證。

圖3 弓形定位器安全校驗(yàn)

圖4 直形定位器安全校驗(yàn)

2 弓網(wǎng)受流性能驗(yàn)證方法

為驗(yàn)證定位器性能是否滿足弓網(wǎng)受流性能標(biāo)準(zhǔn)要求，利用京沈客運(yùn)專線試驗(yàn)段開展試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)采用長(zhǎng)編組標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組，在動(dòng)車組的3車和11車受電弓加裝檢測(cè)設(shè)備，受電弓型號(hào)為法維萊單滑板受電弓，受電弓靜態(tài)抬升力70 N。在受電弓（包括前弓和后弓）上安裝弓網(wǎng)受流性能測(cè)試裝置，主要檢測(cè)參數(shù)及測(cè)量方法如下：

（1）弓網(wǎng)接觸力。在被測(cè)受電弓上安裝傳感器用于測(cè)試接觸力。傳感器安裝在盡可能與力接觸平面近的位置，測(cè)試系統(tǒng)將測(cè)量垂向力。傳感器的形狀和安裝個(gè)數(shù)應(yīng)根據(jù)受電弓弓頭的具體情況確定。每個(gè)滑板條下安裝2個(gè)傳感器。

（2）燃弧。在動(dòng)車組車頂安裝電弧測(cè)量?jī)x，測(cè)定電弧發(fā)生的地點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)電弧時(shí)間和次數(shù)，并檢出最大燃弧時(shí)間。記錄不同車速運(yùn)行狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，計(jì)算該區(qū)間的燃弧率，考核弓網(wǎng)受流質(zhì)量。

（3）垂向加速度（硬點(diǎn)）。在受電弓滑板底面安裝加速度傳感器，測(cè)量受電弓運(yùn)行垂直方向的加速度。

測(cè)試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)方法是以接觸網(wǎng)的跨距作為基本統(tǒng)計(jì)單位，在每一跨內(nèi)，統(tǒng)計(jì)分析弓網(wǎng)接觸力的最大值、平均值和最小值；硬點(diǎn)（受電弓垂向加速度）的最大值；統(tǒng)計(jì)1個(gè)速度級(jí)單程下弓網(wǎng)燃弧次數(shù)、最大燃弧時(shí)間及燃弧率。

同時(shí)，為評(píng)估新型接觸網(wǎng)定位器動(dòng)態(tài)抬升性能，在2處接觸線定位點(diǎn)處設(shè)置動(dòng)態(tài)抬升量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，連續(xù)記錄試驗(yàn)期間列車通過引起的定位點(diǎn)處接觸線振動(dòng)波形，并得到最大抬升量。監(jiān)測(cè)設(shè)備（見圖5）采用高速攝像機(jī)以200幀/s的速率拍攝接觸線振動(dòng)圖像，通過圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸線振動(dòng)波形的非接觸測(cè)量，誤差不超過5 mm。監(jiān)測(cè)設(shè)備通過移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

圖5 監(jiān)測(cè)設(shè)備

3 弓網(wǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

（1）弓網(wǎng)受流檢測(cè)數(shù)據(jù)。時(shí)速350 km情況下，傳統(tǒng)接觸網(wǎng)與簡(jiǎn)統(tǒng)化接觸網(wǎng)的前弓、后弓試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表2、表3。

表2 3車受電弓在2種接觸網(wǎng)區(qū)段弓網(wǎng)受流性能試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

表3 11車受電弓在2種接觸網(wǎng)區(qū)段弓網(wǎng)受流性能試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

以區(qū)段里程為橫軸、接觸力和速度為縱軸，弓網(wǎng)接觸力速度曲線見圖6、圖7。

圖6 3車受電弓接觸力速度曲線（上行反向，前弓數(shù)據(jù)）

圖7 11車受電弓接觸力速度曲線（上行反向，后弓數(shù)據(jù)）

（2）對(duì)比分析。由檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，傳統(tǒng)接觸網(wǎng)與簡(jiǎn)統(tǒng)化接觸網(wǎng)的弓網(wǎng)受流性能指標(biāo)均滿足要求。

對(duì)比前弓接觸力數(shù)據(jù)，動(dòng)車組350 km/h速度級(jí)運(yùn)行時(shí)，簡(jiǎn)統(tǒng)化接觸網(wǎng)區(qū)段與傳統(tǒng)接觸網(wǎng)區(qū)段比較，每跨內(nèi)的接觸力沒有明顯不同。對(duì)比后弓接觸力數(shù)據(jù)，動(dòng)車組350 km/h速度級(jí)運(yùn)行時(shí)，簡(jiǎn)統(tǒng)化接觸網(wǎng)區(qū)段與傳統(tǒng)接觸網(wǎng)區(qū)段比較，每跨內(nèi)的接觸力較為平穩(wěn)。

對(duì)比前弓燃弧數(shù)據(jù)，動(dòng)車組350 km/h速度級(jí)運(yùn)行時(shí)，簡(jiǎn)統(tǒng)化接觸網(wǎng)區(qū)段與傳統(tǒng)接觸網(wǎng)區(qū)段比較，燃弧時(shí)間和燃弧次數(shù)均略有減少。對(duì)比后弓燃弧數(shù)據(jù)，動(dòng)車組350 km/h速度級(jí)運(yùn)行時(shí)，簡(jiǎn)統(tǒng)化接觸網(wǎng)區(qū)段與傳統(tǒng)接觸網(wǎng)區(qū)段比較，燃弧時(shí)間和燃弧次數(shù)均略有減少。

對(duì)比前弓硬點(diǎn)數(shù)據(jù)，動(dòng)車組350 km/h速度級(jí)運(yùn)行時(shí)，簡(jiǎn)統(tǒng)化接觸網(wǎng)區(qū)段與傳統(tǒng)接觸網(wǎng)區(qū)段比較，硬點(diǎn)無明顯區(qū)別。對(duì)比后弓硬點(diǎn)數(shù)據(jù)，動(dòng)車組350 km/h速度級(jí)運(yùn)行時(shí)，簡(jiǎn)統(tǒng)化接觸網(wǎng)區(qū)段與傳統(tǒng)接觸網(wǎng)區(qū)段比較，硬點(diǎn)略小。

（3）抬升量。選取試驗(yàn)列車對(duì)應(yīng)運(yùn)行時(shí)間區(qū)段的定位器處接觸線振動(dòng)波形進(jìn)行分析，并得到最大抬升量，抬升量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表4、表5。

表4 試驗(yàn)段監(jiān)測(cè)點(diǎn)定位器處接觸線抬升量

表5 非試驗(yàn)段監(jiān)測(cè)點(diǎn)定位器處接觸線抬升量

通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，同一定位點(diǎn)在相同速度下，抬升量的離散性較大，這與環(huán)境風(fēng)速、受電弓姿態(tài)等均有一定關(guān)系。為進(jìn)一步對(duì)比分析，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析（見表6）。

表6 抬升量數(shù)據(jù)對(duì)比

總體而言，新型簡(jiǎn)統(tǒng)化定位器在試驗(yàn)段的最大抬升量、平均抬升量及抬升量中位數(shù)等檢測(cè)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了其與受電弓動(dòng)態(tài)包絡(luò)線具有良好的匹配性。定位器的最大抬升量未超過150 mm的標(biāo)準(zhǔn)限值，滿足高速運(yùn)行要求。

4 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)，在同樣系統(tǒng)參數(shù)情況下，試驗(yàn)段簡(jiǎn)統(tǒng)化接觸網(wǎng)定位器的動(dòng)態(tài)接觸力等弓網(wǎng)特性參數(shù)與非試驗(yàn)段傳統(tǒng)定位器的性能相當(dāng)并略優(yōu)，且均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，抬升量雖略大于非試驗(yàn)段傳統(tǒng)定位器但均未超過限值。弓網(wǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，簡(jiǎn)統(tǒng)化接觸網(wǎng)定位器的弓網(wǎng)受流性能良好，定位器與受電弓動(dòng)態(tài)包絡(luò)線匹配良好且滿足設(shè)計(jì)安全冗余要求，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。簡(jiǎn)統(tǒng)化接觸網(wǎng)定位器采用鉸鏈銷軸結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)鉤環(huán)連接，有效解決了傳統(tǒng)定位器鉤環(huán)磨損的問題，同時(shí)還具備良好的弓網(wǎng)受流性能，為簡(jiǎn)統(tǒng)化接觸網(wǎng)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供了有力支撐。