四跨錨段關節中心柱定位器異常磨損分析

張廠育，閆軍芳

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四跨錨段關節中心柱定位器異常磨損分析

張廠育，閆軍芳

在已開通運營的高鐵接觸網維修檢查過程中，發現四跨錨段關節中心柱定位器的定位鉤與定位支座環口出現磨損現象。結合安裝位置進行理論原因分析及實際運行工況試驗模擬，確定可行的改進技術方案。采用調整拉出值的布置或優化改進定位鉤開口方向的中心柱專用定位器，并在表面增加耐磨性好的微弧氧化耐磨層，進行實際工況耐磨性能模擬及型式試驗驗證，解決了定位鉤與定位支座環口磨損問題。

高鐵；接觸網；定位鉤與定位支座；環口磨損；優化改進

0 引言

高速鐵路接觸網定位支持結構多采用鋁合金矩形定位器，定位鉤及定位銷釘套筒采用鋁合金鍛造，定位支座采用鋁合金重力鑄造。二者之間的連接為鉤環連接，結構簡單，安裝方便，對受電弓異常抬升具有限位功能。

錨段關節是兩錨段的銜接過渡段，也是接觸懸掛的薄弱環節，在受電弓通過時，弓網振動較大，零部件的受力較大，故障較其他區域多，是運營維護的重點。在日常運行檢查過程中發現，四跨錨段關節中心柱的定位器定位鉤與定位支座連接位置有異常磨耗，需對其進行分析研究，獲取對策，以確保運營安全可靠。

1 磨損問題的分析

1.1 定位鉤與定位支座環口的磨損

現場發現凡采用四跨錨段關節的中心柱定位器與定位支座均有非正常的損傷，磨耗主要在定位器和定位支座受頂部位。通過分析，發現定位器在中心柱處拉力過小，甚至個別定位器出現受壓情況，在受電弓通過或風載的作用下，定位器出現較大振幅，定位鉤發生竄動，頻繁撞擊定位支座環口，造成局部嚴重磨損，如圖1所示。

圖1 錨段關節中心柱定位器鉤環磨損例圖

1.2 鉤環連接磨損分析

四跨錨段關節的平面布置如圖2所示，2支懸掛在ZF1至ZF2是平行的，ZF1、ZF2定位器的拉力方向相反，且工作支拉出值均為200 mm，非工作支拉出值均為700 mm，2支懸掛間距500 mm。ZF3拉出值為250 mm，其之和為500 mm，ZF3在ZF1和ZF2中間，如中心柱距兩側轉換柱距離相同，中心柱的定位器既不受拉也不受壓，只有在中心柱兩側距離不等時，定位器受力才發生變化，所以中心柱ZF3的定位器基本不受拉力，在受電弓通過或垂直線路方向風載的作用下，引起定位器較大幅度的振動，加劇了鉤環連接處的磨損。

圖2 四跨錨段關節平面布置圖

2 鉤環連接磨損模擬試驗

對正常安裝條件（定位器受拉）下的定位器已進行過多次振動疲勞試驗，從未出現四跨錨段關節中心柱定位器類似的外側損傷問題，鉤、環內側相互磨損也很小。本次研究基于模擬四跨中心柱定位器在受力工況下進行的振動試驗，驗證以上原因分析是否正確合理。

試驗條件選擇正、反定位各裝1支定位器，定位器按設計圖安裝，振幅為±35 mm，頻率為3 Hz。試驗安裝工況見圖3。

圖3 磨損模擬試驗反定位安裝例圖

觀察試驗過程發現，定位鉤在定位支座掛環中竄動較大，定位器的定位鉤不斷撞擊、摩擦定位支座掛環外側。該磨損試驗進行至28萬次時，正定位裝置的定位支座掛環外側損傷面積9×3.5 mm2，深度約2.8 mm，定位鉤口內側磨損1.2 mm；反定位裝置的定位支座掛環外側損傷面積11×5mm2，深度約3 mm，定位鉤口內側磨損1.2 mm。在出現該程度磨耗時，已經證明四跨錨段關節中心定位鉤及定位支座鉤環之間的磨損是由于定位器承受的水平拉力過小，在受電弓通過接觸線抬升及風載作用下造成的定位鉤與定位支座掛環磨耗加大。

3 對策及建議

為了解決或避免定位器定位鉤與定位支座之間的異常磨損，在空間位置足夠的條件下，除了調整原四跨錨段關節的平面布置以外，還可以從定位器定位鉤的結構方面進行優化完善，同時增加定位鉤及定位支座表面硬度，并且采用實際工況的模擬試驗進行耐磨性能驗證。

3.1 調整錨段關節平面布置

調整錨段關節的平面布置，主要是為了滿足中心柱定位器的受力要求，在支柱安裝空間滿足調整需要的前提下，將中心柱ZF3的2個支持和定位點向股道側調整適當的距離，同時將轉換柱ZF2的2個支持和定位點向田野側調整適當的距離，將轉換柱ZF2后面的支柱支持和定位點向股道側調整一定的距離，距離調整的大小取決于支柱空間和定位器受力的大小，定位器所受水平拉力應在80～ 2 500 N之內，同時調整定位支座位置。

3.2 定位器定位鉤的結構優化

原有鋁合金矩形定位器在正常受力狀態下，定位鉤內側最大截面處與定位支座內側圓弧面接觸（圖4），接觸面積較大。

圖4 定位鉤正常受力安裝圖

由于非正常受力狀況導致定位鉤外開口最薄弱處與定位支座掛環孔外側接觸磨損（圖5），基于增加磨損截面，改善接觸類型，避免磨耗出現的目的，將鋁合金定位器的定位鉤從水平開口接觸變為豎直開口接觸（圖6）。在不受力狀態下，加大定位鉤內側與定位支座掛環孔外側的磨耗面積（接觸面積增大80%），避免出現定位鉤口磨損支座外側的現象，從而在結構上解決磨損嚴重的問題。

圖5 定位鉤異常受力安裝例圖

圖6 改進優化前后定位器定位鉤例圖

3.3 表面耐磨微弧氧化陶瓷層處理

雖然從結構上改進為豎直開口接觸的方式，但是仍然存在鋁合金材料間的磨損。為了提高零件表面硬度，增強耐磨性能，減少該類微動磨耗，在豎直開口的定位鉤與定位支座掛環孔內、外側的表面進行厚度大于40 μm的微弧氧化陶瓷層處理。微弧氧化處理的特點之一就是微弧氧化膜層提高了鋁合金零部件的表面硬度，顯微硬度達到1 000～ 2 000 HV，具有良好的耐磨損性能，膜層致密均勻，不易脫落。故微弧氧化處理增強了定位鉤與定位支座掛環孔內、外側的抗磨能力。

4 結語

本文所述的改進優化零件已通過了國家鐵路局產品質量監督檢驗中心接觸網檢驗站的型式試驗，改進優化后的定位器及支座滿足設計使用要求。某條高速鐵路采用改進后的定位器，同時采納四跨關節平面布置改進建議，并對四跨關節拉出值進行調整，效果良好，有效地避免或減少了四跨錨段關節定位器定位鉤及定位支座在運行過程中出現的磨損問題，保證了高鐵運行過程中接觸網的安全性。

[1] Kie?ling, Puschmann, Schmieder．電氣化鐵道接觸網[M]．中鐵電氣化局集團譯．北京：中國電力出版社，2004．

[2] 馬強.關于高速鐵路接觸網定位裝置常見故障的分析及對策.鐵路供電運行安全與技術研究，2014.

In maintenance and inspection of overhead contact system for high speed railway which has been putting into operation, it is found that there is wear between hook clip and ring of drop bracket of the steady arm at pole for four-span overlap section. After theoretical analysis of causes for the installation location, test and simulation of practical operation status, a feasible renovation scheme is determined. The wear between hook clip and ring of drop bracket has been solved by arrangement of stagger value modification or adoption of a steady arm dedicated for the mid-point anchoring pole with its hook’s opening direction optimized and improved, assisted with adding of abrasion-resistant layer of micro-arc oxidation for which abrasion resistant property simulation and type test for verification under the practical operation status have been performed.

High speed railway; overhead contact system; hook clip and drop bracket; ring wearing; optimization and improvement

U225.4+2

B

1007-936X(2017)02-0052-03

張廠育.寶雞保德利電氣設備有限責任公司，工程師，電話：13609175308；閆軍芳.寶雞保德利電氣設備有限責任公司，工程師。

2016-09-27