新型小曲线半径区段定位装置探索研究

李东伟，李晓军，张旭峰，孙庆维，张鹏飞，朱珺娥

0 引言

截至2022年底，全国铁路营业里程达15.5万公里，其中高铁4.2万公里，居世界第一。接触网在电气化铁路中扮演着重要角色，接触网零部件质量的优劣对列车保持高速运行起着至关重要的作用。在普速铁路及城市轨道交通隧外小曲线区段，都要用到软定位方式[1]。

1 对接触网软定位的要求

接触网小曲线处使用软定位器，设置于中间柱或转换柱的曲外侧，起定位作用，主要用于站线及速度不大于160 km/h的正线小曲线段（R= 300～1 000 m）。该装置特点是只能承受拉力，而不能承受压力，由于每个安装点的曲线半径不等，而软定位器为定型零件，长度为固定尺寸（980 mm），与斜腕臂之间的距离不统一，因此连接方式应具备可调性。

随着列车的运行，受电弓抬升接触线，软定位器也随之摆动，要求其连接方式具备一定的强度和抗磨损性能，同时还需具备良好的导电性能，以免发生过热变形、烧损进而导致弓网事故，因此软定位器的施工安装应力求简单，并应减少维修。

2 常用软定位方式及其不足

目前线路通常采用以下3种软定位方式：

（1）软钛不锈钢丝连接。由软定位器定位环连接双股Φ3.5软钛不锈钢丝，一端做拉线，码于软定位器Φ34定位环的铰环内，双股缠绕3圈后截断回头线，另一端根据拉出值调整长度后做“8”字环连接到腕臂Φ60定位环处。该方式需要高空操作，施工不便，安全稳定性较差[2]。

（2）采用CC型调整螺栓连接。CC型调整螺栓一端的钢钩套于软定位器Φ34定位环的铰环内，另一端的钢钩套于软定位器Φ60定位环的铰环内，由于是钩环连接，该结构容易脱钩。

（3）采用尾支线连接方式。目前线路上运用的尾支线主要有以下两种：一种一端带钩头，另一端通过π型护线环绕绳后，通过并线线夹调节长度，该结构存在盲孔压接不到底、钩环连接不牢靠等缺点，正在逐渐淘汰。另一种是一端为钢丝绳穿过钳压管，绕心形护环后回穿钳压管后并线压接，以固定钢丝绳，另一端为钢丝绳穿过并沟线夹的绳槽，绕过π型护线环后回穿钳压管后再卡入并沟线夹的绳槽，用螺栓固定，可调节长度。虽然目前线路运用较多，但其毕竟为软连接方式，只能承受拉力，不能承受压力。

综合分析：软定位连接安全采用Φ3.5不锈钢丝容易断裂、施工随意性大；连接CC型调整螺栓由于振动过大容易造成钩环连接发生脱钩；尾支线相对较安全，安装方便，但是由于Φ3.5不锈钢丝、CC型调整螺栓、尾支线受流面积小，因而这3种软连接的导电性能不佳。

如果将软定位器和接触线视为一个整体连接，当受到高速列车受电弓的瞬间抬升力，以及在大风天气下，这种软连接会在空中出现摆动现象。苏联专家对接触网摆动现象作了较为深入的研究，给出了接触网摆动计算式[3]：

式中：A为振幅，m；v为风速，m/s；l为跨距，m；αmax决定于导线截面的空气动力学特性的最大冲角；M为接触线、承力索每延米质量，kg/m；Z为接触线、承力索总张力，kN。

由式（1）得出，风速加大，振幅加大，即摆动加剧。在正定位时，由于软定位器的长度为定值980 mm，斜腕臂上连接的Φ48定位环位置靠近绝缘子，当定位距离较远时，需要的尾支线钢丝绳较长，甚至达到1 m及以上，此时长时间的振动及垂直线路、顺线路方向舞动势必会造成钢丝绳散股[4]。

由于小曲线段外轨超高，导致受电弓倾斜，接触线会受到垂直于倾斜受电弓的推力，进而软定位器的坡度会变大，容易造成定位线夹倾斜，出现打弓事故[5]。

此外，由于外轨超高、临时提速等原因，会造成接触线过高抬升，因此定位装置应具备限位功能。

3 新型小曲线定位装置

3.1 定位器

通过上述情况的分析，需要选择一种具有定位弯曲状态的定位器，同时具备限位功能，只有铝合金折角定位器满足该要求，其具体结构如图1所示。

图1 折角定位器结构示意图

为了证明折角定位器能够代替软定位器，在以下几个方面对其进行比较。

（1）自身倾斜角度比较。在曲线段上，由于线路外轨超高，机车受电弓随之向曲线内侧倾斜，为避免定位器碰撞受电弓，要求定位器具有一定的倾斜度，其倾斜度规定在1∶5～1∶10范围。折角定位器的倾斜度为14°，软定位器（图2）的倾斜度为7.8°，14°＞7.8°，故折角定位器完全满足在小曲线（半径300～1 000 m）区段使用。

图2 软定位器结构示意图

（2）是否具有限位功能。如图3所示，折角定位器可在抬升角大于10°的情况下被限位，可以防止定位器抬升过大，从而避免事故发生。软定位器则没有限位功能。

图3 折角定位器抬升示意图

（3）折角定位器与软定位器工作性能比较如表1所示。

表1 折角定位器、软定位器性能比较 kN

通过上述几方面的比较，折角定位器带限位支座，可以满足定位、抬高和限位3个功能，经试验验证，折角定位器性能明显优于软定位器性能。

3.2 新型小曲线定位装置

如图4（a）所示，小曲线半径正定位装置由定位支座、折角定位器、电气连接线、定位线夹组成，其用于曲线半径300～1 000 m的接触网线路中间柱或转换柱处，安装在Φ60斜腕臂上连接折角定位器用于接触线抬升限位。

图4 小曲线半径定位装置结构示意图

如图4（b）所示，小曲线半径反定位装置由定位支座、折角定位器、电气连接线、定位线夹组成，其用于接触网线路曲线半径300～800 m的中间柱或转换柱处，安装在Φ48水平定位管上连接折角定位器用于接触线抬升限位。

由于装置中折角定位器自带一定角度，与定位立柱上的定位环通过软铜绞电连接线导流。无论是在曲线区段的曲内或是在曲外安装，均比直定位器能更好地控制与受电弓的关系，列车经过时可以更好的防止振动产生的疲劳磨损。根据欧姆定律，由于受流面积变大，电阻变小，在电压不变的情况下电流增大，加之安装电气连接方便，因此电气连接方面相比软定位器导电性能更优。

经过试验验证，小曲线半径定位装置性能满足要求，如表2所示。

表2 小曲线半径定位装置性能 kN

本装置已经在时速160 km的线路上安装试运行，定位、抬升时能够很好地满足曲线半径300～1 000 m接触网线路中间柱、转换柱处接触线固定，并且具有限位功能，其定位支座上下高度调节也使折角定位器的规格更加简单、标准化。现场安装效果如图5所示。

图5 小曲线半径定位装置

4 结语

通过分析目前常用的3种软定位方式在提速工况下存在的问题，设计新型小曲线可调限位定位支座与折角定位器组合定位装置，满足小曲线区段的坡度要求和受拉要求，并且可调、安装方便，具有稳定的机械性能和限位功能，适应铁路提速后小曲线半径区段定位处安装规范化要求，使定位装置运行更加安全稳定。