接觸網(wǎng)定位裝置冗余設(shè)計(jì)探索

闕 明

0 引言

冗余設(shè)計(jì)有熱備冗余、溫備冗余和冷備冗余等。該技術(shù)是提高產(chǎn)品可靠性水平的有效手段之一。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，就是對(duì)設(shè)計(jì)部分并聯(lián)相同（或不同）的單元、冗余單元和原單元實(shí)現(xiàn)相同的功能。

但是冗余設(shè)計(jì)并不是萬(wàn)能的，而且會(huì)增加較大的成本，導(dǎo)致性?xún)r(jià)比和效能比的降低，那么在什么情況下采用冗余設(shè)計(jì)技術(shù)，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的哪個(gè)層面采用冗余設(shè)計(jì)，才能以最小的代價(jià)最大限度地提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可靠性呢？筆者在下文中發(fā)表一些自己的看法。

1 局部冗余設(shè)計(jì)

從國(guó)內(nèi)外鐵路電氣化專(zhuān)業(yè)來(lái)看，變電所從外部電源、變壓器、開(kāi)關(guān)設(shè)備、控制設(shè)備等均采用了冗余設(shè)計(jì)的理念，實(shí)現(xiàn)了冗余設(shè)計(jì)；而接觸網(wǎng)懸掛，由于其特殊性及性?xún)r(jià)比問(wèn)題，整體的冗余設(shè)計(jì)是非常困難，也是沒(méi)有必要的，就目前世界范圍來(lái)看，可以稱(chēng)得上是整體冗余設(shè)計(jì)的懸掛方案應(yīng)該是前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)的自動(dòng)補(bǔ)償空間菱形懸掛接觸網(wǎng)，但是由于該懸掛造價(jià)等方面的原因，僅在外高加索地區(qū)局部應(yīng)用，未能推廣應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家提出了局部冗余設(shè)計(jì)的理念，并且通過(guò)理論計(jì)算證明局部冗余比整體冗余可靠性高，也就是說(shuō)冗余設(shè)計(jì)應(yīng)該從最基層單元做起，是給特定設(shè)計(jì)單元并聯(lián)一個(gè)完全相同的單元的設(shè)計(jì)方法。

2 局部冗余設(shè)計(jì)在定位裝置上的應(yīng)用

接觸網(wǎng)可以分成接觸網(wǎng)懸掛、附加導(dǎo)線(xiàn)和接地回流3大系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)又是由各種不同作用的單元組成。與行車(chē)密切相關(guān)，其可靠性直接關(guān)系到運(yùn)營(yíng)安全的是接觸網(wǎng)懸掛系統(tǒng)中的定位裝置單元。

2.1 接觸網(wǎng)定位裝置存在的問(wèn)題

目前廣泛采用的接觸網(wǎng)定位裝置是由定位環(huán)、定位管、定位器及定位管斜拉線(xiàn)組成（如圖 1所示），該安裝方式也是完整的德系系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是定位管可以自由抬升，在事故情況下，定位器抬升至極限限位后，可以通過(guò)定位管的抬升來(lái)防止弓網(wǎng)事故的進(jìn)一步惡化，起到避免弓網(wǎng)事故擴(kuò)大的效果；同時(shí)，平常運(yùn)行中，由于定位器與定位支座、定位管與定位環(huán)是鉤環(huán)連接，從接觸網(wǎng)上傳至懸掛結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，在定位器、定位管間衰減，對(duì)保護(hù)定位器連接有積極作用。但是該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是定位管上的定位鉤與定位環(huán)間存在電弧燒蝕及磨損，極端情況下還會(huì)造成定位環(huán)、定位鉤斷裂；定位管斜拉線(xiàn)反復(fù)受力，極易疲勞，定位管斜拉線(xiàn)斷裂、壓接處脫落的情況時(shí)有發(fā)生。上述情況引起定位裝置整體脫落，將導(dǎo)致非常嚴(yán)重的弓網(wǎng)事故，甚至整個(gè)錨段的塌陷。

如何充分發(fā)揮該定位裝置的優(yōu)勢(shì)，避免上述事故的發(fā)生，利用局部冗余設(shè)計(jì)的理念，采用單元備份或其他方式，避免事故發(fā)生或在事故狀態(tài)下導(dǎo)向安全。

圖1 接觸網(wǎng)懸掛支持系統(tǒng)圖

2.2 局部冗余設(shè)計(jì)方案

（1）定位管拉線(xiàn)冗余設(shè)計(jì)方案。定位管拉線(xiàn)由原來(lái)的Φ6不銹鋼絞線(xiàn)，改為Φ3.5不銹鋼絲，結(jié)構(gòu)改為如圖2所示，定位管抬升時(shí)，不銹鋼絲拉線(xiàn)在安裝孔內(nèi)自由抬升，該結(jié)構(gòu)采用了冗余設(shè)計(jì)，雙拉線(xiàn)配置，同時(shí)避免了絞線(xiàn)的壓接、疲勞等問(wèn)題。

圖2 定位管斜拉線(xiàn)冗余設(shè)計(jì)安裝及放大示意圖

（2）定位管與定位環(huán)安裝設(shè)計(jì)。在定位管與定位環(huán)間增設(shè)一個(gè)電連接，見(jiàn)圖3。該電連接有2種作用，一是導(dǎo)通腕臂與定位管之間的電流，這樣，加上定位器上的電連接，從承力索座—腕臂—定位管—定位器—接觸線(xiàn)間的電流通道被徹底打通，避免了該處由于鉤環(huán)連接造成電氣接觸不良，引起鉤環(huán)間電弧燒蝕的事故；二是該電連接線(xiàn)在考慮一定強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，可以作為鉤環(huán)連接處的冗余，雖然在鉤環(huán)破壞后，該電連接線(xiàn)不能作為鉤環(huán)備用，但是可以起到牽制作用，避免定位管坍陷引起的重大弓網(wǎng)事故，將事故導(dǎo)向安全。

圖3 定位管與定位環(huán)間增加電連接線(xiàn)示意圖

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)冗余設(shè)計(jì)的理解，采用局部冗余設(shè)計(jì)的理念，對(duì)接觸網(wǎng)定位裝置局部單元進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。從以上方案也可看出，在修改了定位管拉線(xiàn)結(jié)構(gòu)，定位管與定位環(huán)間增設(shè)電連接線(xiàn)后，不但彌補(bǔ)了接觸網(wǎng)定位裝置長(zhǎng)期以來(lái)的薄弱環(huán)節(jié)，而且對(duì)懸掛整體的可靠性也有較大提高。

[1]孫懷義.冗余設(shè)計(jì)技術(shù)與可靠性關(guān)系研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2007，28（11）.

[2]孫懷義，王瑞，劉琴，等.冗余設(shè)計(jì)技術(shù)的有效性研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2007，（6）.