接觸網棘輪補償裝置的使用問題分析及對策

王紹普

（鄭州鐵路局 洛陽供電段，河南洛陽471002）

接觸網棘輪補償裝置的使用問題分析及對策

王紹普

（鄭州鐵路局 洛陽供電段，河南洛陽471002）

接觸網棘輪補償裝置由于其補償效率高、斷線止動性能好的特點，在高速鐵路上得到了全面的應用，同時在普速鐵路也得到越來越廣泛的應用。在運營使用中，由于產品工藝不完善、施工安裝不到位、運營維護經驗不足方面的問題，造成了接觸網運行的安全風險。通過對鄭西（鄭州—西安）高鐵及普速鐵路棘輪補償使用問題的系統分析，提出針對性的解決方案。

棘輪補償；分析；對策

接觸網自動張力補償裝置是接觸網的一個重要組成部分，補償效率和效果直接關系到接觸網張力的大小和波動傳播速度，從而影響接觸網的弓網性能和運行安全性。棘輪補償裝置除滿足接觸網張力補償的要求以外，其良好的斷線止動性能（斷線時，墜砣下落距離不大于200 mm），在故障（事故）情況下能夠有效縮小設備影響范圍，降低事故等級。在接觸網新建和更改設計中對安裝防竄不防斷形式中心錨結錨段的補償裝置也普遍采用棘輪補償彌補防竄中心錨結在斷線故障情況下的不足。下面對鄭西高鐵和普速接觸網運營過程中棘輪補償裝置出現的各種問題進行分析，并提出針對性的對應措施，指導接觸網棘輪補償裝置維護，提高安全運營能力。

棘輪補償裝置出現的主要問題是棘輪補償裝置的補償繩與棘輪本體、卡線槽的偏磨問題和限制架卡滯、松脫的問題。棘輪的偏磨在造成設備損傷、損壞的同時，都會嚴重降低補償效率甚至造成斷線事故。補償裝置的卡滯、松脫將直接導致接觸網張力惡化，嚴重時直接造成行車事故。

1 隧道外棘輪的補償繩纏繞疊壓交錯

1.1 設備問題

隧道外棘輪補償繩纏繞出現疊壓、交錯，補償繩嚴重變形或偏磨斷股。如果補償繩疊壓情況嚴重，極有可能造成補償繩脫槽，補償直接卡死。

1.2 原因分析

隧道外棘輪補償裝置的技術標準要求：補償繩的纏繞應正確入槽，防止繩股之間交錯、重疊，大輪最多纏繞三圈半。而根據棘輪補償裝置安裝曲線計算，長度為700 m的半錨段，在溫度達到－20℃時，棘輪大輪的纏繞圈數達到3.3圈。

實際棘輪產品的大輪允許纏繞最寬處為38 mm，在安裝楔塊處的最窄處寬度為27 mm。補償繩線徑為9.5 mm，補償繩纏繞到3圈，纏繞寬度就需要28.5 mm。實際上，當大輪圈數達到2.8圈后，在楔塊處的補償繩纏繞將出現擠壓、重疊現象，不能滿足棘輪安裝技術要求，如圖1。

1.3 解決措施

（1）廠家對棘輪裝置的結構進行調整：增大棘輪大輪內允許纏繞的有效寬度，滿足極限低溫時，大輪補償繩平整有序纏繞的寬度。

（2）接觸網設備維護單位，在氣溫低于－10℃低溫時，加強對大輪內補償繩狀態的檢查，檢查是否有嚴重的斷股并及時調整纏繞情況，避免補償繩脫槽。

2 小輪補償繩磨棘輪外緣

2.1 設備問題

小輪一側的補償繩偏磨棘輪本體的外緣，易造成小輪補償繩斷絲、斷股，嚴重時造成卡滯。

2.2 原因分析

這種情況是由于棘輪本體沿下錨方向不平順，向垂直線路方向偏斜，造成一側的補償繩磨棘輪外緣。棘輪的安裝標準要求：兩側小輪補償繩與棘輪本體兩側的距離對稱，最大水平差值應不大于5 mm。現場造成棘輪偏斜的原因有以下兩方面。

（1）主要原因是小輪兩側的補償繩張力F1、F2大小不等（見圖2），使棘輪本體兩側同方向受力不勻發生偏斜，造成補償繩偏磨棘輪的外緣。

造成補償繩張力F1、F2大小不等的原因是棘輪平衡輪與其軸承間是滑動摩擦，傳動效率低。當|F1－F2|小于平衡輪的靜摩擦力時，平衡輪不能轉動，不能起到平衡兩側力的作用。如果施工時沒有調整好兩側小繩的張力，受補償張力后很容易造成棘輪兩側的小輪補償繩張力不等，拉偏棘輪。鄭西高鐵開通以來，已發現處理多處此類設備缺陷。

（2）另外的情況是固定棘輪兩側的擺動桿長度不一致或本體軸承安裝不對稱造成棘輪本體在擺動桿內的結構安裝偏斜。

2.3 解決措施

首先通過現場測量，確定如果是因為產品零配件的問題造成棘輪偏斜，更換相應零部件即可解決。

如果是小輪兩側補償繩受力不平衡造成的，則將平衡輪的受力卸載，利用小輪補償繩人工轉動平衡輪調整兩側的補償繩張力，觀察小輪兩側補償繩距棘輪本體中心距離相同時，再恢復補償張力，即可調平小輪兩側補償繩張力，消除隱患。

3 隧道內棘輪補償繩磨制動卡塊

3.1 設備問題

隧道內棘輪補償的制動卡塊侵入補償繩運動路徑，補償繩與制動卡塊摩擦，降低補償效率，造成補償繩斷絲或斷股。

3.2 原因分析

在施工過程中，由于安裝棘輪底座的槽道偏離垂向較多，造成棘輪支架下固定點后縮，制動卡塊也隨之后移（如圖3），而補償繩垂直向下的受力方向、運動路徑不變，從而使制動卡塊侵入補償繩受力運動路徑并產生碰觸摩擦。

3.3 解決措施

（1）當槽道傾斜度小于3°時，可在棘輪連接架與制動卡塊之間加裝16 mm厚的調整墊塊，使制動卡塊前移，滿足制動塊與補償繩的間隙。

（2）當槽道傾斜度大于3°時，增加墊塊無法解決問題，只能重新按要求安裝棘輪槽道，從根本上解決問題。

4 隧道內棘輪補償繩磨制動卡板槽側壁

4.1 設備問題

隨著溫度的變化，在最高或最低的極限溫度附近，出現墜砣補償繩磨制動卡板槽的側壁，會降低補償效率，造成補償繩斷絲或斷股。

4.2 原因分析

墜砣補償繩在棘輪旋轉過程中，在大輪輪槽內沿水平方向排列纏繞變化。垂直補償繩的位置隨著纏繞的位置發生水平方向的位置移動。在極限溫度時，垂直補償繩在水平方向上達到最大偏移值。棘輪安裝技術要求在張力狀態下，棘輪本體應處于鉛垂狀態無偏倒，最大水平差值應不大于5 mm。

施工安裝時，未按要求對棘輪本體的鉛垂度進行測量、調整，導致棘輪安裝時偏倒參數超標。施工當時保證了補償繩不磨制動卡板槽側壁，沒有考慮補償繩隨纏繞位置變化后與制動卡板槽側壁接觸摩擦的情況。而設備運行在接近極限溫度時，垂直補償繩在棘輪倒向側的水平偏移位置超過產品設計范圍，與制動卡板槽的側壁嚴重摩擦。

4.3 解決措施

（1）對棘輪本體的鉛垂度進行檢查、測量，檢查技術參數是否符合要求。

（2）若棘輪本體的鉛垂度不符合技術要求，則將棘輪本體拆卸，松開棘輪調節板的螺栓（施工未安裝調節板時，補裝調節板），通過調節板調整棘輪本體的鉛垂狀態，至偏倒值a≤5 mm。

（3）如果調節板的極限位置仍不能調整棘輪本體鉛垂。則需要拆卸棘輪本體后，通過加裝滑槽底座墊塊的形式改變滑槽位置來調整滑槽上棘輪裝置的水平位置，滿足棘輪本體的鉛垂度調整要求。

5 隧道外棘輪補償繩磨棘輪槽內壁

隧道外大輪補償繩偏磨輪槽內壁情況較為普遍，影響補償效率，同時造成墜砣補償繩的斷絲、斷股，嚴重時棘輪的輪齒擠壓、剪切補償繩，造成補償繩的嚴重損傷。

這種情況的原因還是棘輪本體偏倒參數超標較多。造成棘輪本體偏倒的原因與4.2相同，主要是棘輪鉛垂度超標嚴重，造成摩擦溫升的變化，補償繩纏繞到垂直補償繩貼近棘輪偏倒側邊緣時，造成垂直補償繩與棘輪槽內壁互磨嚴重。問題的解決措施與4.3相同，能夠保障設備正常運行。

6 墜砣抱箍與限制架導管卡滯

6.1 設備問題

現場接觸網中心錨節嚴重變形，輔助繩一側繃緊抬升導管，另一側嚴重松弛，貼近或低于接觸線，補償b值明顯失常，易直接造成弓網故障，嚴重威脅行車安全。

6.2 原因分析

施工安裝時如果導管不鉛垂，墜砣垂直向下的力會使導管變形，造成墜砣抱箍與導管之間在某一位置別勁、咬死、墜砣卡滯，接觸懸掛補償張力改變，失去平衡。

6.3 解決措施

卸開固定導管的鉤螺栓，使墜砣串自然下垂，根據墜砣串位置，重新固定導管位置并調整其鉛垂，調整完畢后拖動檢查墜砣升降是否靈活，墜砣升降期間導管是否還會變形。

7 限制架導管上端脫開

7.1 設備問題

墜砣限制架的導管上部從鉤螺栓中脫出，墜砣串失去限制。惡劣情況下，墜砣串帶著導管共同大幅擺動，造成墜砣串侵限或導管脫落，侵入線路，引發惡性事故。

7.2 原因分析

墜砣限制架是為了防止墜砣串向線路側擺動侵入行車限界。限制架導管兩端通過鉤螺栓垂直部分內嵌羈絆固定。在受到動車通過的風力及振動的影響時，或者在惡劣天氣情況下，當墜砣串擺動時，帶動導管偏移，導管則帶動鉤螺栓偏轉，由于鉤螺栓伸入導管長度僅有100 mm，并且產品的制造誤差和導管受重力下落的情況會使上部鉤螺栓垂直部分實際深入長度更短，造成鉤螺栓垂直部分向水平方向偏轉后從導管中脫出，導致導管上部脫開，失去限制功能。

7.3 解決措施

由于鉤螺栓固定導管的安裝方式不能避免導管帶動鉤螺栓偏轉的情況。要保證導管上部不從鉤螺栓處脫出，則必須加長上部鉤螺栓的垂直部分，使其深入導管長度不小于200 mm。可以解決在導管帶動鉤螺栓發生水平偏轉的情況下，導管上部不會從鉤螺栓處脫出，避免墜砣限位作用失效。

8 結束語

棘輪補償裝置是隨著高速鐵路發展而大量使用的，其功能特點和運行狀態的變化主要與溫度相關聯。在日常運行工作中以溫度變化為主線，特別是臨近環境極限溫度時，加強對補償裝置狀態的監控、檢查，及時發現處理安全問題，不僅確保接觸網的運行安全，更為加快消化吸收、擴展應用引進的新技術、新裝備積累寶貴的運行經驗。

［1］ TB/T 2075.13－2012.電氣化鐵道接觸網零部件第13部分：定位線夾［S］.

［2］ TB 10621－2009.高速鐵路設計規范（試行）［S］.

［3］ 鄭西客運專線接觸網產品安裝使用手冊［R］.寶雞：寶雞保德利電氣設備有限公司.2010.

Fault Analysis and Countermeasures of Catenary Ratchet Compensation Device

WANG Shaopu
（Luoyang Power Supply Section，Zhengzhou Railway Bureau，Luoyang 471002 Henan，China）

Catenary ratchet compensation device has been comprehensively used on the high－speed railway due to its high compensation efficiency and good break line stop performance，and has also achieved more and more application in normal-speed railway.In the operation use，the catenary is caused running safety risk because the product technology is imperfect，the installation does not reach the designated position and the operation＆maintenance experience is insufficient.By systematic analysis of the faults of catenary ratchet compensation which happened at Zheng-xi high-speed railway and normal-speed railway，this paper puts forward the corresponding countermeasures.

ratchet compensation；analysis；countermeasure

U255.8＋3

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.05.29

1008－7842（2014）05－0107－03

6—）男，高級工程師（

2014－03－25）