简统化接触网定位器性能研究

古晓东

（中国铁路设计集团有限公司 电化电信工程设计研究院，天津 300308）

0 引言

接触网定位器通过定位线夹夹持悬吊接触线，是腕臂和定位装置中至关重要的零件，定位器的性能直接影响弓网受流质量和受电弓的安全性［1-3］，尤其是高速铁路，当动车组高速通过时，受电弓的晃动量较普速列车幅度更加明显［4-5］。简统化接触网采用弓形结构新型定位器，与传统直形定位器相比，其与受电弓动态匹配性能更加良好［6-9］。利用京沈客运专线试验段的检测数据对新型简统化定位器抬升特性进行研究，并在定位装置结构形式、弓网检测数据、理论分析等方面，开展试验段与非试验段定位器对弓网特性影响的对比分析。

1 定位装置结构形式

京沈客运专线试验段采用简统化腕臂定位装置，新型定位器采用与受电弓包络线匹配性好、空间安全裕度大的弓形结构，与定位底座连接采用非限位、销轴铰接方式，定位线夹双夹板配套T形定位销钉，电气连接和耐磨性好。新型弓形定位器见图1，传统直形定位器见图2。

图1 新型弓形定位器

图2 传统直形定位器

一般而言，定位器跟随性越好，越有利于改善弓网受流性能。因此在研发之初，为了追求更好的弓网受流性能，结合调研分析钩环连接存在的易磨损等问题，通过优化设计，采用铰链式销轴连接改善了定位器可能出现的磨损情况。2种定位器参数对比见表1。

表1 新型定位器与传统定位器参数对比

为保证定位器的安全性，在安装设计时对抬升量进行了校验。受电弓动态抬升量按照150 mm设计，新型定位器属于非限位定位器，安全校验按照不小于2倍受电弓动态抬升量（即≥300 mm）校验；传统定位器属于限位定位器，可按照不小于1.5倍受电弓动态抬升量（即≥225 mm）校验。2种定位器的安装方式见图3、图4，在满足安全校验后，简统化定位器和定位管之间仍有70 mm安全裕量，传统定位器和定位管之间安全裕量为60 mm，安全冗余均得到充分保证。

图3 弓形定位器安全校验

图4 直形定位器安全校验

2 弓网受流性能验证方法

为验证定位器性能是否满足弓网受流性能标准要求，利用京沈客运专线试验段开展试验验证。试验采用长编组标准动车组，在动车组的3车和11车受电弓加装检测设备，受电弓型号为法维莱单滑板受电弓，受电弓静态抬升力70 N。在受电弓（包括前弓和后弓）上安装弓网受流性能测试装置，主要检测参数及测量方法如下：

（1）弓网接触力。在被测受电弓上安装传感器用于测试接触力。传感器安装在尽可能与力接触平面近的位置，测试系统将测量垂向力。传感器的形状和安装个数应根据受电弓弓头的具体情况确定。每个滑板条下安装2个传感器。

（2）燃弧。在动车组车顶安装电弧测量仪，测定电弧发生的地点，统计电弧时间和次数，并检出最大燃弧时间。记录不同车速运行状态下的数据，计算该区间的燃弧率，考核弓网受流质量。

（3）垂向加速度（硬点）。在受电弓滑板底面安装加速度传感器，测量受电弓运行垂直方向的加速度。

测试数据的统计方法是以接触网的跨距作为基本统计单位，在每一跨内，统计分析弓网接触力的最大值、平均值和最小值；硬点（受电弓垂向加速度）的最大值；统计1个速度级单程下弓网燃弧次数、最大燃弧时间及燃弧率。

同时，为评估新型接触网定位器动态抬升性能，在2处接触线定位点处设置动态抬升量监测点，连续记录试验期间列车通过引起的定位点处接触线振动波形，并得到最大抬升量。监测设备（见图5）采用高速摄像机以200帧/s的速率拍摄接触线振动图像，通过图像处理技术实现对接触线振动波形的非接触测量，误差不超过5 mm。监测设备通过移动4G网络接入互联网，从而实现远程获取监测数据。

图5 监测设备

3 弓网检测数据对比分析

（1）弓网受流检测数据。时速350 km情况下，传统接触网与简统化接触网的前弓、后弓试验数据统计见表2、表3。

表2 3车受电弓在2种接触网区段弓网受流性能试验结果对比

表3 11车受电弓在2种接触网区段弓网受流性能试验结果对比

以区段里程为横轴、接触力和速度为纵轴，弓网接触力速度曲线见图6、图7。

图6 3车受电弓接触力速度曲线（上行反向，前弓数据）

图7 11车受电弓接触力速度曲线（上行反向，后弓数据）

（2）对比分析。由检测数据可知，传统接触网与简统化接触网的弓网受流性能指标均满足要求。

对比前弓接触力数据，动车组350 km/h速度级运行时，简统化接触网区段与传统接触网区段比较，每跨内的接触力没有明显不同。对比后弓接触力数据，动车组350 km/h速度级运行时，简统化接触网区段与传统接触网区段比较，每跨内的接触力较为平稳。

对比前弓燃弧数据，动车组350 km/h速度级运行时，简统化接触网区段与传统接触网区段比较，燃弧时间和燃弧次数均略有减少。对比后弓燃弧数据，动车组350 km/h速度级运行时，简统化接触网区段与传统接触网区段比较，燃弧时间和燃弧次数均略有减少。

对比前弓硬点数据，动车组350 km/h速度级运行时，简统化接触网区段与传统接触网区段比较，硬点无明显区别。对比后弓硬点数据，动车组350 km/h速度级运行时，简统化接触网区段与传统接触网区段比较，硬点略小。

（3）抬升量。选取试验列车对应运行时间区段的定位器处接触线振动波形进行分析，并得到最大抬升量，抬升量监测数据见表4、表5。

表4 试验段监测点定位器处接触线抬升量

表5 非试验段监测点定位器处接触线抬升量

通过监测数据可知，同一定位点在相同速度下，抬升量的离散性较大，这与环境风速、受电弓姿态等均有一定关系。为进一步对比分析，对数据进行整理分析（见表6）。

表6 抬升量数据对比

总体而言，新型简统化定位器在试验段的最大抬升量、平均抬升量及抬升量中位数等检测数据，验证了其与受电弓动态包络线具有良好的匹配性。定位器的最大抬升量未超过150 mm的标准限值，满足高速运行要求。

4 结论

根据现场测试数据，在同样系统参数情况下，试验段简统化接触网定位器的动态接触力等弓网特性参数与非试验段传统定位器的性能相当并略优，且均能满足标准要求，抬升量虽略大于非试验段传统定位器但均未超过限值。弓网检测数据表明，简统化接触网定位器的弓网受流性能良好，定位器与受电弓动态包络线匹配良好且满足设计安全冗余要求，达到了预期的设计目标。简统化接触网定位器采用铰链销轴结构替代传统钩环连接，有效解决了传统定位器钩环磨损的问题，同时还具备良好的弓网受流性能，为简统化接触网的进一步推广应用提供了有力支撑。