接觸網(wǎng)內(nèi)置式補(bǔ)償裝置性能及檢測(cè)

徐 磊

(上海軌道交通維護(hù)保障中心供電公司 上海 201103)

1 內(nèi)置式補(bǔ)償裝置

1.1 工作原理

內(nèi)置式補(bǔ)償裝置通過(guò)在等徑圓管支柱內(nèi)的上方固定一個(gè)導(dǎo)向輪，將新型鉛合金墜陀放置在圓管的C型錨柱內(nèi)，并用鋼絲繩提吊，經(jīng)導(dǎo)向輪懸掛于支柱上端腕臂結(jié)構(gòu)中的棘輪上。同時(shí)，在等徑圓管支柱側(cè)邊上開有安裝檢修槽，以方便日常維修。該裝置使傳統(tǒng)外露的墜陀串隱蔽在錨柱內(nèi)，取消了接觸網(wǎng)在補(bǔ)償系統(tǒng)部分龐雜繁瑣的外在設(shè)置，形成視覺上的整齊統(tǒng)一，解決了因墜陀外置影響城市美觀的問(wèn)題。

1.2 組成結(jié)構(gòu)

圖1 內(nèi)置式補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)

圖1所示的是內(nèi)置式補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)，包括支柱、導(dǎo)向輪、補(bǔ)償墜陀、補(bǔ)償繩、棘輪、制動(dòng)卡塊和連接零件等。a和b是反映補(bǔ)償裝置性能的重要參數(shù)，a為導(dǎo)滑輪下緣至墜陀上平面的距離，b為墜陀下底面至錨柱底板的距離。支柱為等徑圓管支柱，且側(cè)邊開有安裝檢修槽(見圖2(a));導(dǎo)向輪裝在支柱內(nèi)的上方，除改變受力方向外，還可省力和移動(dòng)位置(見圖2(b));補(bǔ)償墜陀采用鉛合金制成，每塊約重16 kg，呈中間開口的圓餅狀;棘輪本體的大輪直徑為566 mm，小輪直徑為170 mm，傳動(dòng)比為1∶3，且在斷線時(shí)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)(見圖2(c));補(bǔ)償墜陀采用鉛合金制成，每塊約重16 kg，呈中間開口的圓餅狀(見圖2(d))。

圖2 內(nèi)置式補(bǔ)償裝置

1.3 使用特點(diǎn)

內(nèi)置式補(bǔ)償裝置適用于長(zhǎng)度在750～1500 m的戶外錨段，具有快速制動(dòng)的功能，可防止在斷線時(shí)墜陀串落地而造成事故擴(kuò)大，恢復(fù)困難的戶外錨段;棘輪“補(bǔ)償裝置+轉(zhuǎn)向輪”的動(dòng)作靈活，滿足傳動(dòng)效率不小于97%的要求;強(qiáng)度大，占用空間小，耐腐蝕。雖然該裝置因增加導(dǎo)向輪而產(chǎn)生一定的滯后現(xiàn)象，但線索張力完全滿足鐵道部標(biāo)準(zhǔn)TB 10009—2005《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。

2 分析測(cè)試結(jié)果

從2010年2月起，上海軌道交通供電公司接觸網(wǎng)檢修車間對(duì)所管轄范圍內(nèi)的內(nèi)置式補(bǔ)償裝置的線路進(jìn)行了為期半年的跟蹤測(cè)試，并由專人負(fù)責(zé)做好數(shù)據(jù)采集和比對(duì)工作。選取7號(hào)線北延伸段美蘭湖站—潘廣站區(qū)間的1～2個(gè)大跨距錨段進(jìn)行了實(shí)際弛度、b值及偏移量的測(cè)量工作，以評(píng)價(jià)裝置性能，見圖3。

圖3 錨段的平面布置

2.1 a、b 值的測(cè)量與分析

測(cè)量值可由以下關(guān)系式得出:

式中，錨柱槽下緣至錨柱底板的距離為常數(shù)1175 mm。

式中，c為墜陀上平面至墜陀下底面的距離，通常取1150 mm;h為導(dǎo)向輪下緣至錨柱底板的距離常數(shù)，承力索下錨為5590 mm，接觸線下錨為4610 mm。

a即可通過(guò)式(2)得出，有

在式(2)～式(4)中，下標(biāo)“實(shí)”表示實(shí)際值，下標(biāo)“測(cè)”表示測(cè)量值。將式(1)換算出的b值與溫度單獨(dú)列出，建立表1，并根據(jù)其繪制出下錨b值隨溫度變化的曲線(見圖4)。

從圖4中可以清晰地看出其具有以下特點(diǎn):

1)b值隨溫度的升高而減小。承力索在溫度變化時(shí)，可具有一定的弛度，因此其b值隨溫度的變化不是很明顯;而接觸線在溫度變化時(shí)，其弛度要保持基本恒定(變化量較小)，因此其補(bǔ)償效果更明顯。從上述分析可知，補(bǔ)償器的實(shí)測(cè)b值滿足設(shè)計(jì)要求。

2)一般相鄰的b承比b觸值高。由于線索錨柱在線路中通常采取“承—觸—觸—承”的順序布置，從而造成相鄰承力索錨柱比接觸線錨柱長(zhǎng)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)跨距(35～50 m)以上，這就會(huì)使b承比b觸值高。雖然有其他多種因素影響，但從圖4中可以清晰地看出，實(shí)際情況下的下錨b值也符合這一點(diǎn)。

3)位于曲線段中的下錨b值會(huì)有明顯的減小。由于在曲線段，接觸線的定位器在溫度變化時(shí)會(huì)因接觸線伸長(zhǎng)(或縮短)而沿接觸線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而使接觸線產(chǎn)生張力增量;承力索也會(huì)因溫度變化，造成旋轉(zhuǎn)腕臂改變方向，產(chǎn)生張力增量。在通常情況下，b值具有隨張力增大而減小的特點(diǎn)，這就是為什么曲線段中b值會(huì)有明顯減小的原因。

2.2 弛度的測(cè)量與分析

圖4 下錨b值隨溫度變化的曲線

通過(guò)選取4次測(cè)量的8個(gè)接觸線下錨的導(dǎo)高值，并按照?qǐng)D5所示方法，采用下式計(jì)算得出一個(gè)錨段內(nèi)隨溫度變化的弛度，有

圖5 弛度的測(cè)量

式中，f為跨中弛度，mm;a、c為兩懸掛點(diǎn)的導(dǎo)高，mm;b為跨中點(diǎn)的導(dǎo)高，mm。

從表2中可見，新線的跨中弛度大多數(shù)都處于負(fù)弛度狀態(tài)，且弛度幅度平均只有7.5 mm左右，所以對(duì)線路的影響不大，符合設(shè)計(jì)要求。

表1 b值對(duì)比

表2 弛度隨溫度變化 mm

1)為了進(jìn)一步研究，可從表2中選取2月22日一欄建立反映這天弛度變化的表3，并繪制出不同區(qū)段下錨支柱的導(dǎo)高和弛度隨錨段長(zhǎng)度變化情況(見圖6)。從圖中可以清晰地看到利用式(5)中A、C點(diǎn)導(dǎo)高均值與實(shí)測(cè)跨中導(dǎo)高之差得出的跨中弛度，用橙色立柱表示。在直線段處，隨錨段長(zhǎng)度增大，跨中弛度變大;而在曲線段處，跨中弛度明顯比直線段要大。所以，這就要求檢修人員在日常維護(hù)設(shè)備時(shí)，關(guān)注長(zhǎng)錨段和曲線段內(nèi)的跨中弛度變化，視情況對(duì)a、b值進(jìn)行調(diào)整，以確保弓網(wǎng)的安全。

表3 2月22日的弛度變化情況 mm

圖6 2月22日的弛度變化

2)再?gòu)谋?分別選取直線段中的同一區(qū)段(支柱27C3～支柱25J3)和曲線段中的同一區(qū)段(支柱19C5～支柱17J5)繪制圖7和圖8。通過(guò)分析可得出:雖然新線弛度變化小，在測(cè)量上存在一定誤差，但還是能看出在同一區(qū)段內(nèi)跨中存在隨溫度升高、弛度變大的特點(diǎn)。這就要求檢修人員隨時(shí)注意由于溫度驟變而產(chǎn)生跨中負(fù)弛度的情況，做好調(diào)整補(bǔ)償裝置的準(zhǔn)備。

圖7 支柱27C3～25J3的弛度變化(直線段)

圖8 支柱19C5～17J5的弛度變化(曲線段)

綜上所述，跨中弛度變化具有以下特點(diǎn):曲線段跨中弛度比直線段跨中弛度要大;跨中弛度隨半錨長(zhǎng)度變長(zhǎng)而變大，反之變小;跨中弛度隨溫度升高而變大，反之變小;新線中多存在跨中負(fù)弛度;當(dāng)溫度劇烈升高時(shí)，在跨距中往往形成負(fù)弛度，反之，當(dāng)溫度驟降時(shí)，會(huì)形成正弛度;在鏈形懸掛中，接觸線的正弛度一般不大于150 mm，負(fù)弛度一般不大于100 mm;線索質(zhì)量變化也會(huì)對(duì)跨中弛度產(chǎn)生一定的影響，這就要求檢修人員加強(qiáng)對(duì)磨耗嚴(yán)重區(qū)段弛度的檢測(cè)工作。

2.3 偏移測(cè)量與分析

選取2月22日、3月4日和3月8日的跨中位移、現(xiàn)場(chǎng)溫度及跨距的數(shù)據(jù)，見表4。

表4 跨中偏移與溫度變化

由于溫度、跨距、敞開段風(fēng)力等諸多因素都會(huì)影響跨中偏移，所以情況相對(duì)復(fù)雜。筆者針對(duì)溫度變化對(duì)跨中偏移的影響進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，可以看出溫度的變化會(huì)引起整個(gè)接觸線及腕臂的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生跨中偏移;向下錨位置方向偏移為正，向中錨方向偏移為負(fù)。

3 制定檢調(diào)規(guī)程

3.1 檢測(cè)方法

3.1.1 弛度、偏移的測(cè)量方法

4人為一組，其中1人負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)及記錄，1人負(fù)責(zé)測(cè)量導(dǎo)高、拉出值，2人負(fù)責(zé)測(cè)量跨距、偏移。首先，按照接觸網(wǎng)平面布置圖找到所要測(cè)量的錨柱，記錄支柱號(hào)、錨段號(hào)及現(xiàn)場(chǎng)溫度，測(cè)量導(dǎo)高的人員測(cè)量錨柱定位點(diǎn)A的導(dǎo)高及拉出值，并在鋼軌外側(cè)做出標(biāo)記，以便下次測(cè)量偏移使用;其次，順線路找到下個(gè)錨柱處，并按以上方法測(cè)量出下錨柱定位點(diǎn)C的導(dǎo)高及拉出值，測(cè)量實(shí)際跨距的人員使用鋼卷尺測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的跨距并記錄;再次，根據(jù)跨距長(zhǎng)度找到跨中B點(diǎn)，測(cè)量出其導(dǎo)高、拉出值;最后，回去再按照?qǐng)D5及式(5)填寫實(shí)際弛度。

3.1.2 a、b 值的測(cè)量方法

由于上海地處溫帶地區(qū)，溫度對(duì)b值的要求較高，所以測(cè)量b值對(duì)檢測(cè)下錨裝置的性能十分重要。由于內(nèi)置式下錨圓管支柱側(cè)邊開有安裝檢修槽，所以為方便起見，在實(shí)際測(cè)量b值時(shí)，可測(cè)量墜陀下底面至錨柱槽下緣的長(zhǎng)度b測(cè)(通常墜陀下底面在錨柱槽下緣之上時(shí)取正值，在之下時(shí)取負(fù)值)。回去再按照?qǐng)D5所示及式(1)、式(5)，得出實(shí)際的 a、b值。

3.2 b值調(diào)整規(guī)程

3.2.1 作業(yè)準(zhǔn)備

作業(yè)人員有6人，1人負(fù)責(zé)指導(dǎo)及安全，2人操作，1人傳遞物品，2人扶持。工器具有緊線器、卸夾、伸縮梯、旗桿繩、鋼絲繩套、手板葫蘆、常用五金工具、對(duì)講機(jī)、工具包、油桶、棉布等，測(cè)量器具有溫度計(jì)、鋼卷尺、軌距尺、激光測(cè)距儀，安全用具有安全帶、安全帽、反光背心、柔性驗(yàn)電器、柔性驗(yàn)電棒。另外，準(zhǔn)備好接觸線或承力索下錨安裝圖、接觸網(wǎng)平面布置圖。

3.2.2 作業(yè)程序

1)向行調(diào)申請(qǐng)?jiān)试S作業(yè)命令，行調(diào)下達(dá)準(zhǔn)許作業(yè)命令后，方可進(jìn)入?yún)^(qū)間施工。

2)在作業(yè)區(qū)段最前方，對(duì)上下行線路進(jìn)行驗(yàn)電，驗(yàn)明無(wú)電后接地線掛設(shè)，不要將接地棒掛設(shè)在回流軌上。

3)調(diào)整過(guò)程如下:兩人將伸縮梯靠穩(wěn)在下錨瓷瓶絕緣子前方的三聯(lián)板上，一人上去在線索的合適位置安裝一個(gè)楔形緊線器，而將2 m的鋼絲繩套牢在三聯(lián)板內(nèi)，鋼絲繩的另一頭裝上一個(gè)卸夾，再將3 t手板葫蘆掛在卸夾內(nèi);一人爬上下錨支柱，將6 m的鋼絲套套牢在下錨角鋼上方處，再將1.5 t手板葫蘆掛在鋼絲套內(nèi)，而主吊鉤從下錨開槽內(nèi)順勢(shì)放入，用兩個(gè)小型卸夾與單環(huán)桿本體相連;將3 t手板葫蘆的主吊鉤與6 m的鋼絲繩連接，并略微收緊;根據(jù)實(shí)測(cè)溫度和接觸線或承力索下錨安裝圖(見圖9)，計(jì)算得出墜陀串需要調(diào)整的長(zhǎng)度(實(shí)際調(diào)整的長(zhǎng)度要比計(jì)算值增加10%以上);搖動(dòng)1.5 t手板葫蘆，緩慢提升(下放)，使墜陀串調(diào)整到位;拆卸雙耳楔型線夾的連接銷釘，取出內(nèi)部舌頭，抽出墜陀串鋼絲繩至所需調(diào)整的位置，并做補(bǔ)償繩回頭;按原樣裝好雙耳楔型線夾，緩慢卸載兩個(gè)手板葫蘆，直至不受力，最后拆卸掉所有器具;觀察調(diào)整后的補(bǔ)償裝置是否到位(復(fù)查b值)，墜陀串不碰撞錨柱內(nèi)壁，且偏移錨柱中心線偏差控制在2 mm;最后綁扎回頭，并給導(dǎo)向滑輪上油。

4)工作結(jié)束，負(fù)責(zé)人對(duì)人員、工器具及材料進(jìn)行清點(diǎn)，拆除接地線后撤離現(xiàn)場(chǎng)。

5)消令登記。

3.3 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

圖9 雙接觸線內(nèi)置式補(bǔ)償下錨安裝

補(bǔ)償裝置的a、b值應(yīng)符合安裝曲線，在極限溫度范圍內(nèi)不小于200 mm，誤差不得超過(guò)±100 mm;大小輪鋼絲繩圈數(shù)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，不得重疊，棘輪、導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)靈活;制動(dòng)裝置應(yīng)可靠，其制動(dòng)塊與棘輪齒間的距離為7～15 mm。適當(dāng)調(diào)整墜陀限制架活動(dòng)孔中的螺栓位置，使限制導(dǎo)管處于垂直狀態(tài)，從而保證固定墜陀串的抱箍在限制導(dǎo)管中上下能自由移動(dòng)且不卡滯;墜陀串在支柱中心線上，偏差2 mm，墜陀應(yīng)完整，墜串排列應(yīng)整齊、升降自如，其缺口應(yīng)互相錯(cuò)開180°;補(bǔ)償繩不得有接頭、松股、斷股、銹蝕等缺陷;所有連接螺栓必須按要求緊固;小輪鋼絲繩長(zhǎng)約12 m，大輪鋼絲繩的長(zhǎng)度為小輪鋼絲繩長(zhǎng)度的2/3;導(dǎo)向輪與補(bǔ)償繩、支柱開口中心面三者重合，偏差5 mm。

4 實(shí)際案例分析

4.1 檢調(diào)設(shè)備參數(shù)

在上海軌道交通7號(hào)線戶外段羅南新村—美蘭湖區(qū)間，接觸線和承力索下錨均采用內(nèi)置式補(bǔ)償裝置。其中，鉛墜陀串采用50塊鉛墜陀交替疊放，其參數(shù)可參見本文2.1節(jié)中a、b值測(cè)量與分析的數(shù)值。

4.2 檢調(diào)全過(guò)程

在7號(hào)線美蘭湖存車線上行96J2D2(半錨長(zhǎng)度約為730 m)的下錨處，當(dāng)戶外實(shí)測(cè)溫度33℃時(shí)，測(cè)得墜陀上底面至錨柱槽下緣高度為25.3 cm(16 kg墜陀約11片)，通過(guò)推算可知此時(shí)墜陀下底面至錨柱底板的距離(b值)為30 cm左右。然而通過(guò)查閱圖9可知，溫度每升高1℃，墜陀串將下降4 cm左右，所以如果不及時(shí)調(diào)整，一旦溫度再升高，就會(huì)超過(guò)b值不得大于20 cm的規(guī)定。因此，此次決定將b值上調(diào)40～50 cm。

理論規(guī)定(查閱圖9):在35℃時(shí)，墜陀上面至錨柱底板高度為225 cm，通過(guò)計(jì)算可知b≈110 cm，也就是說(shuō)，墜陀串應(yīng)上提75 cm左右(33片);在40℃時(shí)，b≈95 cm;如果中午錨柱內(nèi)的溫度達(dá)到45℃，b≈75 cm。

總之，此次調(diào)整在極限溫度45℃時(shí)安全可靠，但與理論值還有差距，尚需探討。

5 結(jié)語(yǔ)

筆者分析了上海軌道交通內(nèi)置式補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。結(jié)合接觸網(wǎng)a、b值理論，對(duì)上海地鐵戶外新線段內(nèi)置式補(bǔ)償裝置的性能進(jìn)行研究。結(jié)合在7號(hào)線中對(duì)裝置的檢測(cè)和調(diào)整，制定出相應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和b值檢調(diào)規(guī)程。通過(guò)以上分析，指導(dǎo)檢修人員科學(xué)、合理地針對(duì)內(nèi)置式補(bǔ)償裝置進(jìn)行檢調(diào)，做到在溫度變化劇烈時(shí)加強(qiáng)步行巡視力度，確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

［1］中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.高架橋接觸網(wǎng)支持結(jié)構(gòu)中補(bǔ)償墜陀內(nèi)置錨柱［G］.天津，2006.

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