四跨锚段关节中心柱定位器异常磨损分析

张厂育，闫军芳



四跨锚段关节中心柱定位器异常磨损分析

张厂育，闫军芳

在已开通运营的高铁接触网维修检查过程中，发现四跨锚段关节中心柱定位器的定位钩与定位支座环口出现磨损现象。结合安装位置进行理论原因分析及实际运行工况试验模拟，确定可行的改进技术方案。采用调整拉出值的布置或优化改进定位钩开口方向的中心柱专用定位器，并在表面增加耐磨性好的微弧氧化耐磨层，进行实际工况耐磨性能模拟及型式试验验证，解决了定位钩与定位支座环口磨损问题。

高铁；接触网；定位钩与定位支座；环口磨损；优化改进

0 引言

高速铁路接触网定位支持结构多采用铝合金矩形定位器，定位钩及定位销钉套筒采用铝合金锻造，定位支座采用铝合金重力铸造。二者之间的连接为钩环连接，结构简单，安装方便，对受电弓异常抬升具有限位功能。

锚段关节是两锚段的衔接过渡段，也是接触悬挂的薄弱环节，在受电弓通过时，弓网振动较大，零部件的受力较大，故障较其他区域多，是运营维护的重点。在日常运行检查过程中发现，四跨锚段关节中心柱的定位器定位钩与定位支座连接位置有异常磨耗，需对其进行分析研究，获取对策，以确保运营安全可靠。

1 磨损问题的分析

1.1 定位钩与定位支座环口的磨损

现场发现凡采用四跨锚段关节的中心柱定位器与定位支座均有非正常的损伤，磨耗主要在定位器和定位支座受顶部位。通过分析，发现定位器在中心柱处拉力过小，甚至个别定位器出现受压情况，在受电弓通过或风载的作用下，定位器出现较大振幅，定位钩发生窜动，频繁撞击定位支座环口，造成局部严重磨损，如图1所示。

图1 锚段关节中心柱定位器钩环磨损例图

1.2 钩环连接磨损分析

四跨锚段关节的平面布置如图2所示，2支悬挂在ZF1至ZF2是平行的，ZF1、ZF2定位器的拉力方向相反，且工作支拉出值均为200 mm，非工作支拉出值均为700 mm，2支悬挂间距500 mm。ZF3拉出值为250 mm，其之和为500 mm，ZF3在ZF1和ZF2中间，如中心柱距两侧转换柱距离相同，中心柱的定位器既不受拉也不受压，只有在中心柱两侧距离不等时，定位器受力才发生变化，所以中心柱ZF3的定位器基本不受拉力，在受电弓通过或垂直线路方向风载的作用下，引起定位器较大幅度的振动，加剧了钩环连接处的磨损。

图2 四跨锚段关节平面布置图

2 钩环连接磨损模拟试验

对正常安装条件（定位器受拉）下的定位器已进行过多次振动疲劳试验，从未出现四跨锚段关节中心柱定位器类似的外侧损伤问题，钩、环内侧相互磨损也很小。本次研究基于模拟四跨中心柱定位器在受力工况下进行的振动试验，验证以上原因分析是否正确合理。

试验条件选择正、反定位各装1支定位器，定位器按设计图安装，振幅为±35 mm，频率为3 Hz。试验安装工况见图3。

图3 磨损模拟试验反定位安装例图

观察试验过程发现，定位钩在定位支座挂环中窜动较大，定位器的定位钩不断撞击、摩擦定位支座挂环外侧。该磨损试验进行至28万次时，正定位装置的定位支座挂环外侧损伤面积9×3.5 mm2，深度约2.8 mm，定位钩口内侧磨损1.2 mm；反定位装置的定位支座挂环外侧损伤面积11×5mm2，深度约3 mm，定位钩口内侧磨损1.2 mm。在出现该程度磨耗时，已经证明四跨锚段关节中心定位钩及定位支座钩环之间的磨损是由于定位器承受的水平拉力过小，在受电弓通过接触线抬升及风载作用下造成的定位钩与定位支座挂环磨耗加大。

3 对策及建议

为了解决或避免定位器定位钩与定位支座之间的异常磨损，在空间位置足够的条件下，除了调整原四跨锚段关节的平面布置以外，还可以从定位器定位钩的结构方面进行优化完善，同时增加定位钩及定位支座表面硬度，并且采用实际工况的模拟试验进行耐磨性能验证。

3.1 调整锚段关节平面布置

调整锚段关节的平面布置，主要是为了满足中心柱定位器的受力要求，在支柱安装空间满足调整需要的前提下，将中心柱ZF3的2个支持和定位点向股道侧调整适当的距离，同时将转换柱ZF2的2个支持和定位点向田野侧调整适当的距离，将转换柱ZF2后面的支柱支持和定位点向股道侧调整一定的距离，距离调整的大小取决于支柱空间和定位器受力的大小，定位器所受水平拉力应在80～ 2 500 N之内，同时调整定位支座位置。

3.2 定位器定位钩的结构优化

原有铝合金矩形定位器在正常受力状态下，定位钩内侧最大截面处与定位支座内侧圆弧面接触（图4），接触面积较大。

图4 定位钩正常受力安装图

由于非正常受力状况导致定位钩外开口最薄弱处与定位支座挂环孔外侧接触磨损（图5），基于增加磨损截面，改善接触类型，避免磨耗出现的目的，将铝合金定位器的定位钩从水平开口接触变为竖直开口接触（图6）。在不受力状态下，加大定位钩内侧与定位支座挂环孔外侧的磨耗面积（接触面积增大80%），避免出现定位钩口磨损支座外侧的现象，从而在结构上解决磨损严重的问题。

图5 定位钩异常受力安装例图

图6 改进优化前后定位器定位钩例图

3.3 表面耐磨微弧氧化陶瓷层处理

虽然从结构上改进为竖直开口接触的方式，但是仍然存在铝合金材料间的磨损。为了提高零件表面硬度，增强耐磨性能，减少该类微动磨耗，在竖直开口的定位钩与定位支座挂环孔内、外侧的表面进行厚度大于40 μm的微弧氧化陶瓷层处理。微弧氧化处理的特点之一就是微弧氧化膜层提高了铝合金零部件的表面硬度，显微硬度达到1 000～ 2 000 HV，具有良好的耐磨损性能，膜层致密均匀，不易脱落。故微弧氧化处理增强了定位钩与定位支座挂环孔内、外侧的抗磨能力。

4 结语

本文所述的改进优化零件已通过了国家铁路局产品质量监督检验中心接触网检验站的型式试验，改进优化后的定位器及支座满足设计使用要求。某条高速铁路采用改进后的定位器，同时采纳四跨关节平面布置改进建议，并对四跨关节拉出值进行调整，效果良好，有效地避免或减少了四跨锚段关节定位器定位钩及定位支座在运行过程中出现的磨损问题，保证了高铁运行过程中接触网的安全性。

[1] Kießling, Puschmann, Schmieder．电气化铁道接触网[M]．中铁电气化局集团译．北京：中国电力出版社，2004．

[2] 马强.关于高速铁路接触网定位装置常见故障的分析及对策.铁路供电运行安全与技术研究，2014.

In maintenance and inspection of overhead contact system for high speed railway which has been putting into operation, it is found that there is wear between hook clip and ring of drop bracket of the steady arm at pole for four-span overlap section. After theoretical analysis of causes for the installation location, test and simulation of practical operation status, a feasible renovation scheme is determined. The wear between hook clip and ring of drop bracket has been solved by arrangement of stagger value modification or adoption of a steady arm dedicated for the mid-point anchoring pole with its hook’s opening direction optimized and improved, assisted with adding of abrasion-resistant layer of micro-arc oxidation for which abrasion resistant property simulation and type test for verification under the practical operation status have been performed.

High speed railway; overhead contact system; hook clip and drop bracket; ring wearing; optimization and improvement

U225.4+2

B

1007-936X(2017)02-0052-03

张厂育.宝鸡保德利电气设备有限责任公司，工程师，电话：13609175308；闫军芳.宝鸡保德利电气设备有限责任公司，工程师。

2016-09-27