谈电气化铁路接触线磨耗计算方法

吴 旭 峰

(呼准鄂铁路有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010050)

谈电气化铁路接触线磨耗计算方法

吴 旭 峰

(呼准鄂铁路有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010050)

介绍了各类铜(合金)接触线及内包式钢铝复合接触线的结构及其尺寸,通过磨耗计算得出了磨耗剩余高度与磨耗面积对应的关系,即磨耗换算表,通过磨耗测量，及时补强或更换接触线，以确保电气化铁路安全运行。

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0 引言

电力牵引用接触线是牵引供电系统的重要元件之一，它直接与电力机车受电弓接触，供给电力机车电流，由于长时间与受电弓直接接触，随着铁路不断的提速，磨损巨大。为减少运行及维护的盲目性,及时发现和处理磨耗超标情况，消除接触网断线故障，加强接触线磨耗管理，细化明确接触线磨耗测量工作，是防止发生接触线磨耗超标、断线故障和决策其补强或更新的重要依据。

1 接触线磨耗

接触线的磨耗从性质上讲可分为机械磨耗和电气磨耗两方面。机械磨耗是受电弓在接触线上滑动时由于二者之间发生摩擦或冲击而引起，有正常磨耗和非正常磨耗的区别。正常的机械磨耗能使接触线的磨耗均匀且接触线的使用寿命符合规范；不正常的机械磨耗，一是加快全磨耗速度，二是使局部磨耗程度严重。另外，非正常的机械磨耗往往伴随着受电弓对接触线的机械损伤。电气磨耗是由于运行中受电弓与接触线接触不良或受电弓离线等情况引起的电火花或电弧而造成的接触线蚀耗。电气磨耗与机械磨耗一样，是一个渐进的过程，当使接触线局部磨耗达到一定程度以后，就会造成其他的后果，例如拉断或者引起弓网故障等。

为了确保列车安全稳定的运行,就需要对接触线进行更换或补强。在国内铜(合金)接触线断面形状较简单，计算磨耗较统一，而钢铝接触线的断面形状复杂,磨耗程度不好计算,给铁路维护检修带来了不稳定、不安全的影响。

2 接触线型号及结构参数

接触线是接触网中重要的组成部分，其作用是保证质量良好的向电力机车供电。由于它与受电弓直接接触，经常处于摩擦状态，因此接触线既要有良好的导电性能，还应具备足够的机械强度及耐磨性。接触线上部带沟槽，便于安装线夹，下部呈圆弧状，便于受电弓滑行取流。我国目前采用的接触线有铜(合金)接触线和钢铝接触线两大类。

1)铜(合金)接触线主要为：铜接触线(CT85，CT110，CT120，CT150)、铜银合金接触线(CTAH85，CTAH110，CTAH120，CTAH150)、铜镁合金接触线(CTMH110，CTMH120，CTMH150)、铜锡合金接触线(CTS110，CTS120，CTS150)。采用无氧铜生产，具有高导电率、高强度的特性。

其结构参数见表1。

表1 铜(合金)接触线型号及有关参数

2)钢铝接触线主要为：内包式钢铝复合接触线(GLCN195,GLCN250)，其结构是钢呈倒梯形被包覆于铝层中间,机械强度高、不易拉断、导线的风稳定性好、耐磨性好。但内包式钢铝复合接触线比铜(合金)接触线硬，架设困难，弯扭后不易校直，易形成硬点。

其结构参数见表2。

表2 内包式钢铝复合接触线型号及有关参数

3 磨耗计算

3.1 图例说明

如图1所示：阴影部分即为所求的磨耗面积。图中以CTAH120铜银接触线为例，线材直径为D=12.9 mm。

注：CTAH85/CTS85线材直径11 mm，CTAH120/CTS120线材直径12.9 mm，CTAH150线材直径14.4 mm，GCLN195线材直径16.2 mm，GCLN250线材直径18.5 mm。

3.2 测量方法

利用测微仪、量规、指示式仪表、游标卡尺或其他测量误差在0.1 mm的仪器测量接触线残余直径a(或A)即可，对照对应线材的磨耗换算表，即可换算出接触线损失截面面积及百分比。

3.3 计算方法

3.3.1 铜(合金)接触线计算方法

根据图1，已知线材半径R、磨耗高度h，求线材磨耗面积S(即图中的阴影部分)：

图中的角度θ可以通过R和h值求得，则：

其中，S为接触线磨耗面积，mm2；R为接触线下半圆截面半径，mm；h为实际磨耗高度。

利用计算机Excel工作表，输入所需要函数，可轻松计算S值。由于Excel的ACOS函数返回的数值及SIN函数所要计算的数值均为弧度而并不是角度，所以在Excel里插入函数时，要注意公式的变化。假设表格A1里为填写利用游标卡尺所测接触线残余高度数据，则B1里的公式为：

S=Acos((A1-R)/R)×R×R-(A1-R)×R×sin(Acos((A1-R)/R))。

3.3.2 内包式铝钢接触线计算方法

因为内包式钢铝接触线形状的不规则性,其磨耗计算十分繁杂，见图2。我们根据接触线型号结构,制定不同的磨耗级差，通过以下计算方法可以得出在不同的级差下，接触线剩余高度与磨耗面积的关系。

1)GLCN195计算方法。当接触线残余直径大于13.20时，磨耗计算为：

S=(4+3.75×(16.2-A1)/4.4)×(16.2-A1)+2×Acos(SQRT(4-33.422 5/77.44×(16.2-A1)×(16.2-A1))/2)×4-(SQRT(4-33.422 5/77.44×(16.2-A1)×(16.2-A1)))×4×sin(Acos(SQRT(4-33.422 5/77.44×(16.2-A1)×(16.2-A1))/2))。

当接触线残余直径小于13.20，大于11.75时，磨耗计算为：

S=29.529+(13.114+3.75/4.4×(13.2-A1))×(13.2-A1)。

当接触线残余直径小于11.75时，磨耗计算为：

S=49.559+16×(11.8-A1)。

2)GLCN250计算方法。GLCN250接触线因为其接触面较大，磨耗面积通过以下公式即可求得：

S=(9+4.5/5.4×(18.5-A3))×(18.5-A3)+2×Acos(SQRT(9-49.41/116.64×(18.5-A3)×(18.5-A3))/3)×3^2-2×(SQRT(9-49.41/116.64×(18.5-A3)×(18.5-A3)))×3×sin(Acos(SQRT(9-49.41/116.64×(18.5-A3)×(18.5-A3))/3))。

例如某线路所用接触线为CTAH150,原始高度为14.4 mm ,使用一段时间后,残余高度为12.2 mm ,则可通过磨耗换算表直接查得接触线磨耗面积为15.732 mm2，磨耗面积百分比为10.418(见表3)，从而可以判断该锚段接触线合格，但因其磨耗比例较大，应考虑对该锚段缩短巡视及检修周期。

表3 CTHA150接触线磨耗换算表

4 结语

通过磨耗计算得出了电力牵引用接触线在运行过程中磨耗剩余高度与磨耗面积的关系,并形成了不同型号接触线在不同的磨耗级差下的磨耗换算表。通过对接触线截面剩余高度的测量，对照磨耗换算表很容易查阅出接触线截面剩余高度所对应的磨耗面积,以此推断出该段接触线的平均磨耗，为接触线修程计划提供依据，并不断分析、总结经验，以保证电气化铁路的安全运行。

[1] 张道俊，陶维富.接触网运营检修与管理[M].北京：中国铁道出版社，2002.

[2] 薛艳红，刘方中.接触网运行与检修[M].北京：中国铁道出版社，2008.

[3] 《铁路计量技术与管理》编写组.铁路计量技术与管理[M].北京:中国铁道出版社，2010.

[4] 冯金柱.电气化铁路基本知识[M].北京：中国铁道出版社，2000.

[5] 张万里.接触网工技术问答850题[M].北京：中国铁道出版社,2008.

Discussion on abrasion calculation methods of electrification railway contact line

WU Xu-feng

(Hu-Zhun-ERailwayCo.,Ltd,Hohhot010050,China)

The thesis introduces structures and sizes of various copper (alloy) contact line and internal steel-alloy contact line, carries out abrasion calculation, and obtains the relationship of abrasion residual height and abrasion area including abrasion calculation chart, abrasion measurement, reinforcement and replacing contact line, with a view to ensure safe operation of electrification railway.

electrification, abrasion, calculation, method

1009-6825(2014)07-0156-03

2014-01-09

吴旭峰(1985- )，男，助理工程师

U225

A