摘要：定位器是电气化铁道接触网的一项关键设备，其运行的正常与否直接关系到电力机车和动车组的安全运营。本文通过对武广高速隧道内定位器尾钩与底座相磨的原因分析，提出了相应的防治对策，对设备管理单位具有一定的参考借鉴意义。
关键词：接触网；定位器；隧道；相磨；对策
0引言
2016年5月，在武广高铁开通运营7年之后，我段在武广高铁广东段进行全面平推检查作业期间，相继发现部分区间定位器尾钩和定位器底座之间存在磨损严重的情况。截至2016年6月，已发现磨损的定位器共23处，给武广高铁的正常运输带来严重的安全隐患。
定位器是一种为了使电力机车或动车组受电弓滑板在运行中与接触线始终良好地接触取流，通过定位线夹把接触线按受电弓的运行要求进行定位的部件，是电气化铁道接触网上的关键零部件。在电力机车或动车组的运行过程中，一旦定位器由于磨损严重发生断裂，则必将会侵入电力机车或动车组受电弓的动态包络线范围内，轻则造成打弓，重则将引起塌网、断线等严重的弓网事故。因此，对发生该现象的原因进行分析，并找出相应的对策，及时整治或提前预防，是非常有必要的。
1原因分析
1.1外观及数据分析
根据现场全面检查发现的情况，定位器主要的磨损部位在尾钩与定位器底座的铰接处，严重处甚至已发生相互嵌入的情况，如图1、2。
图1 定位器尾钩与底座磨损现场图
图2 磨损处定位器拆解图
同时，对23处出现定位器尾钩与定位器底座相磨的地点进行统计分析，结果如图3、4。
从图3的显示情况可得本次发现的定位器磨损情况，正定位共20处，占比87%，反定位3处，占比13%。从图4磨损区段分析，发现隧道内18处，占比78.3%，隧道外5处，占比21.7%。
因此，综合上述可以得出，此次定位器磨定位器底座的主要发生地点为隧道内直线正定位。
1.2受力分析
下面我们根据用力学分析计算的方法[1]，以定位器为受力单元，以其受力平衡为前提，对上述隧道区段直线正定位处定位器所受各力进行分析，以寻找磨损原因。
1.2.1武广高铁接触网悬挂设计参数
接触线高度为5300mm，正定位及相邻两根支柱的拉出值均为300mm，跨距L1=50m、L2=50m，接触线所受张力Tj=30000N。
1.2.2受力计算
定位器受力状态分析图及定位器所受的“之”字力分别见图5和图6。
图3磨损定位方式统计
图4磨损区段统计
图5 定位器受力状态分析 图6 直线上接触网定位器受力示意图
如图6所示，B点拉力P为
P=Tj*sinθ1+Tj*sinθ2 （1）
又应为θ1及θ2一般都比较小，所有近似有sinθ1≈tanθ1，sinθ2≈tanθ2，故有
P=Tj*(sinθ1+sinθ2)
=Tj*[(a-a1)/(L1*1000)+(a-a2)/(L2*1000) （2）
从而可得P=720N
而定位处的垂直分力均一致，因此仅比较水平拉力即可。在出现问题的10处隧道直线正定位中，仅有3处超标（见表1），由此可见，拉力过大不是导致此次磨损的主要原因。
表1 隧道直线正定位磨损处定位器受力计算结果
1.3隧道因素分析
1.3.1隧道风影响
定位器在接触网上除受到恒定载荷以外，还受到交变载荷的影响。定位器在接触网上2方面的交变载荷影响，一是受电弓抬升接触网引起的振动，二是接触网受风的作用引起的振动。高速铁路在隧道内列车风速大，行车密度高，在列车风载荷的作用下，接触网系统会随之产生频繁往复的振动，主要表现为以沿着隧道纵向的前后摆动为主，左右摆动和扭转为辅的振动效应[2]。
随着速度的增加，受电弓通过定位点处时的接触压力显著提高。350km/h时接触压力变化频率增大，接触压力增大时也使得接触线抬升量增加[3]。
综上，在动车组受电弓通过定位点时会引起幅度较大的振动，而在接触网活动的部分，长期的振动会导致结构疲劳和磨损等现象，这在与接触线相连的定位器和相应的定位器底座上，则表现的尤为明显。
1.3.2隧道潮湿影响
隧道内长期阴暗潮湿，在这种环境下，由于往往有杂质存在于金属构件中，或者构成组分存在着较大差，因此在隧道内的设备金属表面容易形成不同类型的腐蚀电池[4]。因此，在隧道内容易发生金属的化学腐蚀，进而金属的性能和强度降低，使得隧道内的定位器及定位器底座机械性能下降，导致磨损加剧。
1.4结构分析
通过前述分析，磨损较多处所为隧道内直线正定位，下面我们通过隧道内直线正定位状图对该处结构进行分析，见图7。通过该安装图，我们可以得出如下结论：
1）与隧道外相比，隧道内侧面限界为2800mm，小于隧道外的3100mm；
2）正定位时，因侧面限界限制，导致定位器底座与定位管旋转双耳较近。
因此，考虑到动车组高速通过时弓网接触产生的振动以及活塞风导致的接触网系统振动，由于定位器底座与定位管旋转双耳距离较近，导致活动余量不足，无法通过活动来减弱接触网带来的振动影响，因为导致定位器尾钩与定位器底座产生较严重的磨损。
综上所述，定位器尾钩与底座磨损的主要原因为：
1）隧道内高速列车通过时，由于列车带来的活塞风效应，使得与列车较近的定位装置发生剧烈振动，引起隧道内接触网系统振动。这种振动在列车通过定位点前和通过定位点后都将持续一段时间，直至列车驶出隧道或进入下一个锚段才开始急剧衰减至静态。因此，相比于隧道外而言，隧道内定位装置振动更频繁，故损坏较多。
2）相比于其他线路，武广高铁线索张力较大，接触线为30kN，这使得即使在拉出值很小的情况下，定位器所受拉力也较大，这是发生磨损的前提。
3）隧道内正定位相比于反定位，其上下活动范围小，反定位可以随着定位装置的整体上下振动释放部分力，但正定位因其尾部固定在定位管旋转双耳侧，无法随着定位管上下摆动以减弱接触网波动带来的局部相对位移，造成定位器尾钩频繁绕着底座旋转，从而磨损较多。
4）目前的定位器尾钩与底座为十字交叉方式安装，在受力情况下发生转动时，相当于相互切割，伤害较大。
图7隧内直线正定位安装图
2防治对策
2.1加强检修及检测
根据上述分析，可知隧道内直线正定位是较为容易磨损的设备，因此应当加强该区段、该设备的检修力度，设备管理部门应当结合各管内设备的特点，合理地调整检修的周期和检修的手段，加强设备的检修力度。同时，利用好6C检测手段，加大对该区段设备的检测、分析力度。做到提前预防、防患于未然。
2.2合理调整拉出值
根据（2）式可知，在跨距及线索张力不变的情况下，当拉出值减少时，定位器所受到的张力也会减少，故在
同样的振动下，相应的磨损也会减少。因此，在条件允许的前提下，可以适当地调小拉出值，减少此处定位器所受到的拉力。
2.3加强隧道内设备的防腐
加强隧道内定位器及底座的防腐措施，使定位器尾钩与底座之间因腐蚀而降低机械性能的可能性降低，提高设备性能。
2.4底座处加装衬垫
在底座处增加衬垫，减弱定位器尾钩对底座的正压力和刚性摩擦，提高连接处柔性过渡，间接减小摩擦力，并根据衬垫磨损情况进行定期更换。
3结束语
定位器对于电气化铁道正常运营的重要性不言而喻，而隧道内的定位器由于受到隧道特殊的结构及环境影响，更加应当受到供电设备管理单位的重视，并通过相应的手段及方法维护好其内的设备，从而更加有力地保障电气化铁路的良好运营。
参考文献
[1]许建国.以力学分析计算方法确定接触网定位器状态方式的探讨[J].铁道技术监督,2003年第4期.
[2]杨伟超.隧道结构内列车风荷载下接触网系统的风致振动响应[J].铁道科学与工程学报,2018年2月第2期.
[3]吴燕,吴俊勇,郑积浩.高速弓网系统动态振动性能的仿真研究[J].铁道学报,2009年10月第5期.
[4]徐庆达.浅谈潮湿环境下金属腐蚀防护技术[J].化工管理,2016年10月.
论文作者:白晓明
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
标签：定位器论文; 隧道论文; 磨损论文; 底座论文; 拉出论文; 车组论文; 受力论文; 《电力设备》2018年第16期论文;