宝兰客专棘轮补偿装置绳索及配重设计

赵晓琴

摘 要：根据客专接触网设计张力、支柱预留安装孔位要求，对补偿装置进行了设计计算，精确计算出补偿绳缠绕圈数及长度，确定坠砣数量，校核坠砣行程，并以此绘制了施工安装曲线，解决了施工现场物资提报材料时缺乏参数依据，出现设备不能满足行程要求或绳索需要现场裁剪的问题，尤其是用于施工安装指导的安装曲线，为现场不同温度下施工提供了便捷明了的安装指导，同时为其他线路的设计提供了参考。

关键词：张力补偿;补偿装置;棘轮绳长设计;配重计算

中图分类号：U225 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）12-0051-02

1 引言及线路基本设计状况

1.1 引言

电气化铁路通过接触网为电力机车输送电能，接触网是露天装置，大气温度变化对其产生较大的影响，为保证线索不受室外温度影响而保持恒定张力，目前高速及客专线路中普遍采用具有断线制动功能的棘轮补偿装置[1]。补偿装置中补偿绳的规格及配重坠砣的选取是一项十分重要的一部分，配重坠砣及绳索选取不当会导致大气温度最高时坠砣已落地而线索失去张力，导致受电弓取流失败以致机车失去动力;或者温度最低时坠砣上升太高，超出了限制导管的顶端，甚至出现卡滞，不能自由上下滑动，线索不能自由伸缩，导致断线事故发生。

1.2 线路基本设计条件

宝兰客专线路设计条件：接触线张力：25kN;承力索张力：20kN;锚段长度L=2×700mm;线索温度：tmax+80℃;tmax-30℃。

2 补偿绳规格确定及坠砣配重计算

2.1 补偿绳规格确定

补偿绳规格确定：线索最大张力为25kN，取3倍安全系数，则绳索破断力不小于：25kN×3=75kN，经查选用Φ9.5浸沥青不锈钢丝绳《GB/T8706-2006》[2]，破断力≥75.4kN。

2.2 坠砣配重计算

接触线张力为25kN，承力索张力20kN;棘轮补偿装置变比1：3。故得接触线坠砣配重量为25/3=8.33kN（850kG），承力索坠砣配重量为20/3=6.667kN（680kG）;选用每块25kG）/35mm厚的标准铁坠砣[3]，则：接触线需要坠砣为：850/25=34（块）;接触线需要坠砣为：680/25=27.2（块），取27块。

3 补偿距离及追砣行程计算

3.1 补偿距离计算

补偿距离d=Lα（tmax-min）=0.700×103×1.7×10-5×（80+30）=1.309（m）

3.2 坠砣行程计算

h=3d=1309×3=3927mm。

4 接触线棘轮大小轮绕绳长度计算

4.1 技术要求

（1）轮体上最小绕绳圈数为0.625圈;（2）棘轮中心到平衡轮中心的距离L最短为1.5m;（3）坠砣最低位置距离基础面大于等于300mm。

4.2 接触线棘轮绳长理论计算

宝兰客专棘轮补偿下锚采用接触线正制动、承力索正制动的结构形式根据支柱预留开孔图，则安装尺寸要求为：

（1）接触线棘轮安装位置距地面高度：mj=6500mm（见图1）;（2）承力索棘轮安装位置距离地面高度：mc=7670mm（见图1）;（3）接触线坠砣高度：fj=34（块）×35mm/块=1190mm;（4）承力索坠砣高度：fc=27×35=945mm。

轮体尺寸参数如：大轮轮槽直径Φ511mm，小轮轮槽直径Φ164mm。小轮一圈绕绳长l=π·d=（164+9.5）×π=545mm。大轮一圈绕绳长L=π·D=（511+9.5）×π=1634.37mm。

则：线路补偿距离要求轮体转动圈数n==1309/545 =2.402圈。

假设：本棘轮装置设定使用温度为+80℃时，坠砣下降至最低位置，坠砣距离地面300mm。假设此时大轮上钢丝绳缠绕圈数为最小值0.625圈，根据大轮与小轮的几何关系，此时小轮上的缠绕圈数为0.625+N（N为自然数）。

当温度为-30℃时，坠砣上升至最高处，轮体转动2.402圈，此时大轮钢丝绳缠绕圈数=0.625+2.402=3.027圈，满足设计要求。同时，小轮钢丝绳缠绕圈数=0.625+N-2.402≥0.625，求得N的最小自然数为3。（温度最高时大轮轮体上剩余绳长不得少于0.625圈，温度最低时小轮轮体上剩余绳长也不得少于0.625圈）。

则：宝兰线可取+80℃时，坠砣下降至最低点，此时大轮钢丝绳缠绕1.625圈（考虑一圈的安全余量），小轮钢丝绳缠绕3.625圈。

接触线大轮钢丝绳长度Fj大=300mm（绳头）+1.625×1634mm（轮体缠绕绳长）+（6500（mj）-1190（fj）-300（b）-87.5（n）-130）+300mm（绳头）+500（预留）=8247.75mm，取8.3米。

接触线小轮钢丝绳长度Fj小=（3.625×545（轮体缠绕绳长）+300（绳头））×2+237（平衡轮包线部分）+2L=4789mm+ 2Bmm=7789mm，取7.8米。

5 承力索棘轮大小轮绕绳长度计算

承力索大小轮绳长与接触线大小轮绳长计算方法相同，只是承力索与接触线下锚高度不同，配重坠砣的高度不同。则：

承力索大轮钢丝绳长度Fc大=300mm（绳头）+1.625×1634mm（轮体缠绕绳长）+（7670（mc）-980（fc）-300（b）-87.5（n）-130）+300mm（绳头）+500（预留）=9927.75mm，取10米。

承力索小轮钢丝绳長度Fc小=（3.625×545（轮体缠绕绳长）+300（绳头））×2+237（平衡轮包线部分）+2L+2*600（承力索轮体中心与接触线轮体中心在水平面上投影的间距）=4789+2L+2*600=8989mm，取9.0米。

6 施工安装温度曲线的绘制

大轮温度最高为+80℃时，轮体绕绳1.625圈，小轮绕绳3.625圈，坠砣安装高度b（底部距离地面的距离）为300mm;当温度由+80℃变化为-30℃时，轮体转动2.402圈，则：

-30℃时：大轮绕绳为：1.625+2.402=4.027（圈），小轮绕绳为：3.625-2.402=1.223（圈），坠砣安装高度b（底部距离地面的距离）为：b+h=300+3927=4227（mm），据此绘制安装曲线如下图2所示：

7 结语

宝兰线用棘轮补偿装置补偿绳选用φ9.5的浸沥青不锈钢丝绳，接触线及承力索大小轮绕绳长度及坠砣配重选用如表1所示，配重选用每块25kG）/35mm厚的标准铁坠砣。

温度最高为80℃时，大轮轮体绕绳1.625圈，小轮绕绳3.625圈，坠砣安装高度b（底部距离地面的距离）为300mm;当温度由+80℃变为-30℃时，轮体转动2.402圈，大轮绕绳4.027（圈），小轮绕绳1.223（圈），坠砣安装高度b（底部距离地面的距离）为：4227mm，其他温度时参数如图2所示。

参考文献

[1] 于万聚.高速电气化铁路接触网[M].西南交通大学出版社，2013.

[2] GB/T8706-2006/ISO 17893：2004.钢丝绳术语、标记和分类[S].

[3] TB/T2075-2010.电气化铁路接触网零部件[S].