高速鐵路接觸網(wǎng)整體吊弦斷裂原因分析及處理措施探討

陳兵楊

摘 要 中國高鐵運(yùn)營里程達(dá)3.5萬公里，高鐵牽引供電系統(tǒng)運(yùn)營維護(hù)安全備受矚目，整體吊弦斷裂是引發(fā)弓網(wǎng)故障的重要因素，給安全生產(chǎn)帶來極大的壓力。為此，我們要認(rèn)真分析整體吊弦斷裂的原因，并采取相應(yīng)的處理措施，確保高鐵運(yùn)行安全，助力中國高鐵“走出去”。

關(guān)鍵詞 高鐵;整體吊弦;斷裂原因;處理措施

前言

截止2019年底，中國高鐵運(yùn)營里程已達(dá)3.5萬公里，運(yùn)營里程及速度均居世界第一，高鐵出行便利性深受大眾喜愛，高鐵成為中國對外展示科技實(shí)力最亮麗的名片，為國人驕傲，也是國家一帶一路重要服務(wù)產(chǎn)品。但正是因?yàn)楦哞F運(yùn)行速度快，發(fā)生故障或者事故后其后果也極為嚴(yán)重，如何確保高鐵運(yùn)行安全一直是整個行業(yè)的研究課題。

“高鐵動車跑得快，全靠電來帶”。而高鐵動車獲得的持續(xù)穩(wěn)定的電能均來自于受電弓與接觸網(wǎng)之間的高速滑動接觸取流;要獲得源源不斷的電能，需要接觸線與受電弓良好接觸，而接觸線是通過整體吊弦懸掛于承力索之上的，吊弦8-12米分布一根，由此可知中國高鐵線路上密布著近900萬根吊弦。高鐵運(yùn)營速度時速高達(dá)250公里或350公里，整個系統(tǒng)處于露天，弓網(wǎng)之間很容易受惡劣氣象、外部環(huán)境等因素影響出現(xiàn)故障，弓網(wǎng)故障高發(fā)可以說是世界高鐵的軟肋。而整體吊弦斷裂是引發(fā)弓網(wǎng)故障的重要原因之一，對運(yùn)輸秩序暢通帶來極大影響。為此我們有必要認(rèn)真分析整體吊弦斷裂的原因，并采取相應(yīng)的處理措施，確保高鐵運(yùn)營安全。

1高鐵接觸網(wǎng)整體吊弦斷裂原因分析

（1）接觸網(wǎng)的平順性（吊弦點(diǎn)的高差、定位點(diǎn)的高差）對吊弦是否能全壽運(yùn)行影響最大。檢測數(shù)據(jù)表明參數(shù)調(diào)整不達(dá)標(biāo)尤其是接觸線高度超標(biāo)對吊弦疲勞影響最大。吊弦不受力最容易斷裂，不受力意味著高頻劇烈振動，耐疲勞能力急劇下降。

（2）弓架次是否在設(shè)計使用次數(shù)內(nèi)，這也是影響吊弦全壽命的關(guān)鍵。弓架次不等于振動次數(shù)，有試驗(yàn)表明，通過一個弓接觸網(wǎng)要振動十幾次。

（3）電流（吊弦載流情況）對吊弦材料的金屬晶體的排列有影響，電腐蝕會影響吊弦的壽命，一般由設(shè)計進(jìn)行校驗(yàn)。高鐵運(yùn)行下電流高達(dá)400A以上，吊弦線可以承受的持續(xù)載流量為72A，頻繁的短時電流會破壞吊弦線的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)生疲勞。

（4）材質(zhì)對吊弦壽命的影響。目前從實(shí)驗(yàn)角度來看，材質(zhì)的不同或者材料的工藝（淬火、保溫）等是可以提高吊弦的基本壽命時間的。

（5）壓接（制作）工藝原因。實(shí)驗(yàn)表明環(huán)壓（橢圓壓）對吊弦線的損傷遠(yuǎn)小于犬牙狀壓接。其中環(huán)壓方式損傷為4%，犬牙壓接方式損傷為17%，吊弦線在壓接處的金屬應(yīng)力沒有犬牙壓接的大。由廠家零件圖可知早期高鐵吊弦壓接工藝均為犬牙狀壓接。

（6）單根吊弦所受負(fù)荷大小也影響吊弦的壽命，也就是一跨布幾根吊弦，接觸線的單位重量不同，吊弦的壽命也不同。試驗(yàn)表明，同一跨內(nèi)靠近跨中點(diǎn)的吊弦耐疲勞性比靠近定位點(diǎn)的整體吊弦要差。因此在同等制作安裝條件下、同等運(yùn)行工況下，接觸網(wǎng)的日常維護(hù)和更換工作中，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對跨中位置的整體吊弦的維護(hù)保養(yǎng)。

（7）速度等級（弓網(wǎng)作用情況）對吊弦壽命的影響。時速200km、250km、350km速度等級下，接觸網(wǎng)的振幅、有效振動次數(shù)，隨著速度等級的增加而加劇，也會縮短吊弦的壽命。試驗(yàn)表明，在低速情況下，靠近定位點(diǎn)的整體吊弦耐疲勞性比跨中整體吊弦要好，但是隨著車速的逐漸增大，靠近定位器的吊弦的疲勞壽命值急劇下降，但仍然比跨中整體吊弦耐疲勞性好;因此在低速度下，定位點(diǎn)整體吊弦耐疲勞性高于跨中整體吊弦，但在高速度下，定位點(diǎn)處整體吊弦耐疲勞性與跨中整體吊弦耐疲勞性已趨同。

（8）環(huán)境污染。吊弦固有壽命是由材質(zhì)決定的，吊弦實(shí)際壽命是由工況決定的。在具有腐蝕性的大氣環(huán)境中，整體吊弦使用壽命遠(yuǎn)比空氣潔凈大氣環(huán)境下壽命長。

2高鐵接觸網(wǎng)整體吊弦防斷應(yīng)對策略

（1）更換強(qiáng)度更高耐疲勞性更好的吊弦，提高吊弦的固有壽命。早期上線運(yùn)行的吊弦線線材鎂含量低，致使吊弦線強(qiáng)度低、韌性差，耐疲勞次數(shù)較低，在使用時易發(fā)生斷裂，應(yīng)該說以前的吊弦的材質(zhì)是沒法實(shí)現(xiàn)在300km速度等級下運(yùn)行20～25年的壽命，應(yīng)更換為含鎂量更高的耐疲勞性更高的吊弦線。

（2）把接觸網(wǎng)參數(shù)調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，這是實(shí)現(xiàn)全壽命管理的基礎(chǔ)，也是研究吊弦的材料能否滿足一個大修周期的基礎(chǔ)。通過廣鐵集團(tuán)每月上線的6C檢測裝置檢測數(shù)據(jù)表明：接觸網(wǎng)各項(xiàng)設(shè)備參數(shù)調(diào)整在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)，整個弓網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量較好，大大降低了整體吊弦疲勞程度。

（3）改變壓接的方式，采用環(huán)壓方式整體吊弦替代犬牙狀壓接方式整體吊弦。使吊弦線與鉗壓管之間由三個正反交替點(diǎn)鉗壓的接觸變?yōu)槊娼佑|，大大降低了壓接應(yīng)力;更換壓接模具，使鉗壓管端部呈開口喇叭狀，吊弦在受電弓抬升不受力時吊弦線不會碰觸到鉗壓管端部，減少吊弦線受傷概率。同時，采用橢圓環(huán)狀壓接，因壓接原理是在壓接時鉗壓管向心部同時收縮，將絞線包緊，軸向受力均勻，所以吊弦線在壓接后無過大的應(yīng)力集中點(diǎn)，滑動荷載較高且穩(wěn)定（見圖1）。

（4）吊弦布置時，可以讓設(shè)計一個標(biāo)準(zhǔn)跨內(nèi)多布置吊弦，減輕單根吊弦的工作荷載。布置數(shù)量最好是偶數(shù)根。

（5）適當(dāng)增加電連接減少對整體吊弦的電腐蝕。

3結(jié)束語

目前吊弦折斷是個綜合性問題，是各種影響因素結(jié)合在一起的結(jié)果。由整體吊弦的運(yùn)行工況、材料屬性等因素決定它的壽命[1]。要徹底解決這個問題，需要接觸網(wǎng)設(shè)計部門應(yīng)提供吊弦的工況（振幅、受力與頻率）;零部件檢驗(yàn)部門按工況檢驗(yàn)吊弦的抗載荷能力;施工單位應(yīng)確保接觸懸掛的施工精度;設(shè)備管理部門應(yīng)確保接觸懸掛性能處于設(shè)計（或標(biāo)準(zhǔn)）狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙戈紅.淺談高鐵接觸網(wǎng)整體吊弦存在問題及解決措施[J].電氣化鐵道，2017，（4）：14-18.