高速铁路接触网腕臂系统管帽优化方案设计

陈可宁

（中铁建电气化局集团轨道交通器材有限公司，江苏 常州 213000）

高速铁路接触网腕臂系统管帽优化方案设计

陈可宁

（中铁建电气化局集团轨道交通器材有限公司，江苏 常州 213000）

随着国内外高速铁路平稳、快速地发展，以及电气化铁路运行速度的不断提高，高速铁路接触网供电系统的稳定性也越来越受到人们的重视，管帽作为接触网腕臂系统的重要组成部分，起着系统防水、防锈等关键作用。传统G型钢管帽及NA型尼龙管帽分别存在着长时间震动易脱落及热胀冷缩易变形脱落等诸多问题，对线路运行列车造成较大的安全隐患，针对此问题，设计出一种新型防脱尼龙管帽。该管帽质量较轻，适用于各种环境，不受震动和热胀冷缩等的影响，不易脱落，且拆装方便，使日常检修维护工作更加简单易行。该产品设计已申请国家发明专利。

高速铁路；接触网；新型管帽；系统稳定性

接触网系统是电气化铁路供电系统的关键，而弓网接触的稳定性直接影响着高速铁路列车运行的状态与速度，伴随着电气化铁路运行速度的不断提高，必然对列车运行安全性能提出更高的要求。管帽作为安装在铁路上的接触网零部件，起着防止腕臂系统进水、生锈等关键作用，但传统类型管帽在实际应用过程中表现出或多或少的安全隐患问题，在“高铁安全无小事”的今天，任何关系到高铁运行安全的问题，都应该得到足够的重视与关注，因此，对现有管帽等接触网零部件产品进行优化设计不仅是对公司产品质量的保证，更是对广大人民群众的生命安全和国家财产安全的负责。所以，我们及时在生产过程中对传统管帽出现的问题进行了分析研究，并通过新产品设计和工艺改造解决了此类问题。

1 传统管帽的问题分析

图1 接触网腕臂系统

如图1所示，管帽是指安装于接触网腕臂系统中平腕臂（铝合金腕臂系统中包括斜腕臂）和定位管端口，防止雨水及虫鸟排泄物渗入管腔中引起管壁锈腐、冻裂等问题的接触网零部件。现行铁路标准TB/T2075.1—2010中关于管帽的标准有两种，一种为G型管帽示，如图2（a），采用顶紧螺栓方式连接；另一种为NA型尼龙管帽，如图2（b），采用活动连接。

G型管帽存在的问题。G型管帽是由一根顶紧螺栓将管帽固定在腕臂管一端，实际工程运用中，在大风及列车过行等因素造成的强烈震动下顶紧螺栓易松脱，造成管帽整体脱落，又由于其材质为碳素结构钢，零件自身重量大，所以如果管帽在列车高速运行中脱落砸到列车上很有可能引起安全事故，存在较大的安全隐患。而且各线路也普遍反映G型管帽安装完毕，线路运行后不久就会出现部分管帽脱落现象，不能很好保证其防腐防锈功能。

NA型尼龙管帽存在的问题。尼龙管帽装配方式为活动连接，重量轻，本身就存在连接不紧密等问题，并且PVC材质热胀率大，受温度差影响，热胀冷缩后极易脱落，造成管口外漏。针对以上两种管帽存在的问题，对管帽缺陷进行了认真的分析总结，在此基础上，通过大量的实验验证和数据分析，设计开发了一种新型的防脱型尼龙管帽。克服了以上技术缺陷，解决了长期困扰高速铁路接触网腕臂系统的一大问题，有望填补此方面的国内空白。

图2 管帽示意图

2 防脱型尼龙管帽方案设计

2.1 方案的提出

对于管帽易脱落的问题，从对传统管帽进行工艺改进的角度来说难以获得实质性进展，故在方案设计中推翻了对原有产品工艺优化的提案，从产品创新的角度提出了采用一种新型防脱型尼龙管帽来解决问题的方案，防脱型尼龙管帽由套管和管帽本体组成，先将套管放入腕臂管内，然后通过管帽本体连接，通过螺纹旋转扣紧管径本体，防止了管帽在高强度震动下产生松动、脱落现象，双面锥压夹紧又可克服热胀冷缩引起的变形脱落，完美的解决了传统管帽的各种缺陷问题。

2.2 方案的可行性分析

（1）技术可行性。在产品质量上，本防脱型新型尼龙管帽采用高质量硬质尼龙材料，热胀率远低于传统PVC管帽，通过多次实验室及室外高低温温差检测，产品完全满足使用性能，且所采用硬质尼龙较PVC材质更不易风化碎裂；从防震动性能上，本防脱型新型尼龙管帽质量较钢质管帽而言，本身重量轻，且采用锥压抱紧方式，在抗震性能更为优越，并且可进行现场手动拆装，以便于操作人员及时清理腕臂支撑内表面粉尘污染物，采用严重污染区段接触网零部件的取样检测方法，从而提高腕臂支撑装置的耐腐蚀性能。

（2）经济可行性。经济指标上，本防脱型新型尼龙管帽采用尼龙材质注塑成型，模具设计较为简单，易于工厂批量生产，较钢材质管帽而言，生产成本降低30%左右，生产效益更为突出，具有很大的成本推广优势，且符合铁路总局公司相关技术要求，未来应用前景广阔。

2.3 方案的设计思路

如图3中（a)～(e)所示的防脱型新型尼龙管帽，管帽本体1材质采用抗氧化尼龙材质，本体1包括U型的管帽外缘1-1，管帽外缘1-1的内底壁的中间位置处设置有开口向上延伸且伸出于管帽外缘1-1外的U型的管帽內缘1-2，管帽內缘1-2的外侧壁的下部设置有内螺纹1-2-1，管帽内缘1-2的外侧壁的上部开设有内斜楔槽1-2-2；管帽还具有可斜楔夹紧在管帽外缘1-1和管帽内缘1-2之间间隙处的凸字型的尼龙材质的套管2，套管2的内侧壁的下部设置有与内螺纹1-2-1相匹配的外螺纹2-1，套管2的内侧壁的上部开设有与内斜楔槽1-2-2相匹配的外斜楔槽2-2。其中，内螺纹1-2-1与内斜楔槽1-2-2的过渡处位于管帽外缘1-1的内部，使得管帽本体1与套管2相互夹紧，不易脱落。内斜楔槽1-2-2和外斜楔槽2-2的直径尺寸从下往上依次递减，便于套管2嵌入到管帽本体1内。

图3

管帽与腕臂支撑配套使用，通过将管帽本体1与套管2采用弹性夹紧的方式，同时增加螺纹固定锁紧、R槽定位等装配方式，使得管帽在高铁接触网中可十分方便的进行现场手动拆装及清理污染物、取样检测，操作方便，且避免了管帽脱落现象，提高接触网使用的安全性和可靠性。

3 结语

通过对新型尼龙管帽小批量生产供货及现场安装使用后的反馈情况看，新型防脱管帽的设计成功克服了当前腕臂系统PVC管帽受热胀冷缩易脱落或G型管帽受高频振动易脱落造成较大安全隐患的问题。

目前该管帽正在向大西北段、金温、兰渝等项目供货。笔者认为，我国高速铁路虽然发展迅速，相关技术标准也日趋完善，但仍有相当方面的问题亟需广大高速铁路建设者去攻克、去解决，这样才能真正实现高速铁路繁荣健康发展。

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1671-0711（2016）11（下）-0099-03