寶蘭客專棘輪補償裝置繩索及配重設計

趙曉琴

摘 要：根據客專接觸網設計張力、支柱預留安裝孔位要求，對補償裝置進行了設計計算，精確計算出補償繩纏繞圈數及長度，確定墜砣數量，校核墜砣行程，并以此繪制了施工安裝曲線，解決了施工現場物資提報材料時缺乏參數依據，出現設備不能滿足行程要求或繩索需要現場裁剪的問題，尤其是用于施工安裝指導的安裝曲線，為現場不同溫度下施工提供了便捷明了的安裝指導，同時為其他線路的設計提供了參考。

關鍵詞：張力補償;補償裝置;棘輪繩長設計;配重計算

中圖分類號：U225 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0051-02

1 引言及線路基本設計狀況

1.1 引言

電氣化鐵路通過接觸網為電力機車輸送電能，接觸網是露天裝置，大氣溫度變化對其產生較大的影響，為保證線索不受室外溫度影響而保持恒定張力，目前高速及客專線路中普遍采用具有斷線制動功能的棘輪補償裝置[1]。補償裝置中補償繩的規格及配重墜砣的選取是一項十分重要的一部分，配重墜砣及繩索選取不當會導致大氣溫度最高時墜砣已落地而線索失去張力，導致受電弓取流失敗以致機車失去動力;或者溫度最低時墜砣上升太高，超出了限制導管的頂端，甚至出現卡滯，不能自由上下滑動，線索不能自由伸縮，導致斷線事故發生。

1.2 線路基本設計條件

寶蘭客專線路設計條件：接觸線張力：25kN;承力索張力：20kN;錨段長度L=2×700mm;線索溫度：tmax+80℃;tmax-30℃。

2 補償繩規格確定及墜砣配重計算

2.1 補償繩規格確定

補償繩規格確定：線索最大張力為25kN，取3倍安全系數，則繩索破斷力不小于：25kN×3=75kN，經查選用Φ9.5浸瀝青不銹鋼絲繩《GB/T8706-2006》[2]，破斷力≥75.4kN。

2.2 墜砣配重計算

接觸線張力為25kN，承力索張力20kN;棘輪補償裝置變比1：3。故得接觸線墜砣配重量為25/3=8.33kN（850kG），承力索墜砣配重量為20/3=6.667kN（680kG）;選用每塊25kG）/35mm厚的標準鐵墜砣[3]，則：接觸線需要墜砣為：850/25=34（塊）;接觸線需要墜砣為：680/25=27.2（塊），取27塊。

3 補償距離及追砣行程計算

3.1 補償距離計算

補償距離d=Lα（tmax-min）=0.700×103×1.7×10-5×（80+30）=1.309（m）

3.2 墜砣行程計算

h=3d=1309×3=3927mm。

4 接觸線棘輪大小輪繞繩長度計算

4.1 技術要求

（1）輪體上最小繞繩圈數為0.625圈;（2）棘輪中心到平衡輪中心的距離L最短為1.5m;（3）墜砣最低位置距離基礎面大于等于300mm。

4.2 接觸線棘輪繩長理論計算

寶蘭客專棘輪補償下錨采用接觸線正制動、承力索正制動的結構形式根據支柱預留開孔圖，則安裝尺寸要求為：

（1）接觸線棘輪安裝位置距地面高度：mj=6500mm（見圖1）;（2）承力索棘輪安裝位置距離地面高度：mc=7670mm（見圖1）;（3）接觸線墜砣高度：fj=34（塊）×35mm/塊=1190mm;（4）承力索墜砣高度：fc=27×35=945mm。

輪體尺寸參數如：大輪輪槽直徑Φ511mm，小輪輪槽直徑Φ164mm。小輪一圈繞繩長l=π·d=（164+9.5）×π=545mm。大輪一圈繞繩長L=π·D=（511+9.5）×π=1634.37mm。

則：線路補償距離要求輪體轉動圈數n==1309/545 =2.402圈。

假設：本棘輪裝置設定使用溫度為+80℃時，墜砣下降至最低位置，墜砣距離地面300mm。假設此時大輪上鋼絲繩纏繞圈數為最小值0.625圈，根據大輪與小輪的幾何關系，此時小輪上的纏繞圈數為0.625+N（N為自然數）。

當溫度為-30℃時，墜砣上升至最高處，輪體轉動2.402圈，此時大輪鋼絲繩纏繞圈數=0.625+2.402=3.027圈，滿足設計要求。同時，小輪鋼絲繩纏繞圈數=0.625+N-2.402≥0.625，求得N的最小自然數為3。（溫度最高時大輪輪體上剩余繩長不得少于0.625圈，溫度最低時小輪輪體上剩余繩長也不得少于0.625圈）。

則：寶蘭線可取+80℃時，墜砣下降至最低點，此時大輪鋼絲繩纏繞1.625圈（考慮一圈的安全余量），小輪鋼絲繩纏繞3.625圈。

接觸線大輪鋼絲繩長度Fj大=300mm（繩頭）+1.625×1634mm（輪體纏繞繩長）+（6500（mj）-1190（fj）-300（b）-87.5（n）-130）+300mm（繩頭）+500（預留）=8247.75mm，取8.3米。

接觸線小輪鋼絲繩長度Fj小=（3.625×545（輪體纏繞繩長）+300（繩頭））×2+237（平衡輪包線部分）+2L=4789mm+ 2Bmm=7789mm，取7.8米。

5 承力索棘輪大小輪繞繩長度計算

承力索大小輪繩長與接觸線大小輪繩長計算方法相同，只是承力索與接觸線下錨高度不同，配重墜砣的高度不同。則：

承力索大輪鋼絲繩長度Fc大=300mm（繩頭）+1.625×1634mm（輪體纏繞繩長）+（7670（mc）-980（fc）-300（b）-87.5（n）-130）+300mm（繩頭）+500（預留）=9927.75mm，取10米。

承力索小輪鋼絲繩長度Fc小=（3.625×545（輪體纏繞繩長）+300（繩頭））×2+237（平衡輪包線部分）+2L+2*600（承力索輪體中心與接觸線輪體中心在水平面上投影的間距）=4789+2L+2*600=8989mm，取9.0米。

6 施工安裝溫度曲線的繪制

大輪溫度最高為+80℃時，輪體繞繩1.625圈，小輪繞繩3.625圈，墜砣安裝高度b（底部距離地面的距離）為300mm;當溫度由+80℃變化為-30℃時，輪體轉動2.402圈，則：

-30℃時：大輪繞繩為：1.625+2.402=4.027（圈），小輪繞繩為：3.625-2.402=1.223（圈），墜砣安裝高度b（底部距離地面的距離）為：b+h=300+3927=4227（mm），據此繪制安裝曲線如下圖2所示：

7 結語

寶蘭線用棘輪補償裝置補償繩選用φ9.5的浸瀝青不銹鋼絲繩，接觸線及承力索大小輪繞繩長度及墜砣配重選用如表1所示，配重選用每塊25kG）/35mm厚的標準鐵墜砣。

溫度最高為80℃時，大輪輪體繞繩1.625圈，小輪繞繩3.625圈，墜砣安裝高度b（底部距離地面的距離）為300mm;當溫度由+80℃變為-30℃時，輪體轉動2.402圈，大輪繞繩4.027（圈），小輪繞繩1.223（圈），墜砣安裝高度b（底部距離地面的距離）為：4227mm，其他溫度時參數如圖2所示。

參考文獻

[1] 于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網[M].西南交通大學出版社，2013.

[2] GB/T8706-2006/ISO 17893：2004.鋼絲繩術語、標記和分類[S].

[3] TB/T2075-2010.電氣化鐵路接觸網零部件[S].