胡志華

0 引言

隨著國內(nèi)高速客運(yùn)專線的大規(guī)模興建，以往接觸網(wǎng)普遍采用的滑輪補(bǔ)償裝置已難以滿足高傳動(dòng)比要求，棘輪補(bǔ)償裝置因其傳動(dòng)效率高，具備斷線制動(dòng)功能，可縮小事故范圍等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。

但是棘輪補(bǔ)償安裝精度要求很高，很容易出現(xiàn)補(bǔ)償繩偏磨、平衡輪偏斜、墜砣卡滯等問題。如何正確判斷棘輪補(bǔ)償是否滿足極限溫度要求、迅速處理補(bǔ)償繩偏磨、平衡輪偏斜等問題一直是施工安裝的難題。

1 棘輪補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)

棘輪補(bǔ)償裝置是接觸網(wǎng)系統(tǒng)補(bǔ)償裝置的一部分，安裝在錨段的末端，通過預(yù)先確定重量的墜砣數(shù)量來實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)恒定張力，棘輪的作用是調(diào)節(jié)墜砣組重量與接觸線（或承力索）張力之間的機(jī)械變比，傳動(dòng)比一般為1∶3。

棘輪裝置主要由棘輪本體、楔子、棘輪制動(dòng)架、制動(dòng)卡塊、補(bǔ)償繩、雙耳楔形線夾及平衡輪等組成，末端利用球頭掛環(huán)或U 形旋轉(zhuǎn)雙耳與絕緣子相連。具體結(jié)構(gòu)見圖1、圖2。

圖1 棘輪補(bǔ)償下錨安裝示意圖

圖2 棘輪補(bǔ)償結(jié)構(gòu)圖

2 棘輪補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)計(jì)算

2.1 補(bǔ)償裝置a、b 值的計(jì)算

補(bǔ)償裝置的墜砣頂端至滑輪的距離（α 值）、墜砣底端至地面的距離（b 值）是補(bǔ)償能否滿足溫度變化的關(guān)鍵數(shù)值，α、b 值的計(jì)算公式如下：

式中，αmin為墜砣頂端至滑輪的最小允許距離，mm；bmin為墜砣底端至地面的最小允許距離，mm；tmin為最低氣溫（設(shè)計(jì)），℃；tx為安裝或調(diào)整作業(yè)時(shí)的溫度，℃；tmax為最高氣溫（設(shè)計(jì)），℃；n 為補(bǔ)償傳動(dòng)系數(shù)，即傳動(dòng)比的倒數(shù)；L 為安裝或調(diào)整作業(yè)時(shí)中心錨結(jié)至補(bǔ)償裝置間的距離，mm；α為線索的膨脹系數(shù)，℃-1。

2.2 棘輪補(bǔ)償繩長度計(jì)算

（1）以哈大客運(yùn)專線補(bǔ)償溫度-40℃～+80℃，中心錨結(jié)至補(bǔ)償間的距離即半錨段長度700 m，補(bǔ)償傳動(dòng)比1∶3 的接觸線為例。

線路補(bǔ)償距離：L = L半·α(tmax- tmin) =700×1.7× 10-5×（80 + 40）=1.428 m

墜砣移動(dòng)最大值：h = 3L = 3×1.428 = 4.284 m

（2）輪體最少纏繞圈數(shù)0.625 圈才安全，最大繞繩圈數(shù)可達(dá)4 圈，大輪和小輪繞繩圈數(shù)之和為4.25 圈，假設(shè)該棘輪裝置設(shè)定使用溫度為80℃時(shí)，小輪上繞繩3.625 圈，大輪上繞繩0.625 圈。

小輪槽直徑+補(bǔ)償繩直徑=164+9.5=173.5 mm；大輪槽直徑+補(bǔ)償繩直徑=511+9.5=520.5 mm；平衡輪部分上纏繞繩長=π·（輪槽半徑+繩半徑）=3.14×（70+4.75）≈237 mm。

（3）小輪每圈占繩長l = π·d = 173.5 π =545 mm。

此時(shí)小輪剩余圈數(shù)=3.625 - 2.62 = 1.005 圈＞0.625 圈，滿足要求。

（4）參見圖3 所示，按設(shè)計(jì)要求，當(dāng)小輪上纏滿3.625 圈時(shí)，絕緣子距棘輪外緣的距離最短為1.5 m，此時(shí)對(duì)應(yīng)滑輪活動(dòng)距離（C 值）為1.39 m。所需小輪補(bǔ)償繩長度：

圖3 補(bǔ)償繩長計(jì)算示意圖

取C = 1.4 m（也可以選擇大于1.39 m，滿足絕緣和性能要求的其他值），L小輪接觸線= 5.5 m+2×1.4 m =8.3 m。

（5）大輪每圈占繩長l = π·d = 520.5π =1 634.37 mm。

此時(shí)大輪剩余圈數(shù)=3.45 - 1.28 = 2.17 圈＞0.625 圈。

大輪補(bǔ)償繩長度：L大輪接觸線=300 mm(繩頭)×2+3.625×1 634.37mm（輪體纏繞繩長）+255 mm（α值）=6 779.59 mm ≈ 6.8 m。

（注：為滿足最低氣溫條件下使用要求，α=αmin+0=大輪槽半徑+0= 255 mm）

3 棘輪補(bǔ)償裝置安裝基本要求

安裝前應(yīng)檢查確認(rèn)棘輪輔助架具、棘輪本體能夠無阻滯自由轉(zhuǎn)動(dòng)，補(bǔ)償繩一端從大輪孔向楔形外殼穿入，并保證每圈補(bǔ)償繩均纏繞在相應(yīng)的線槽中。安裝棘輪底座時(shí)必須確?？蚣芩剑鬃B接角鋼相對(duì)支柱中性面左右對(duì)稱；棘輪輪體達(dá)到豎直，上下連接孔中心鉛垂；保證上下底座連接角鋼內(nèi)側(cè)之間的距離達(dá)到設(shè)計(jì)或廠家要求。

根據(jù)小輪上補(bǔ)償繩從輪心至平衡輪端部及絕緣子和連接件、終錨線夾等的長度，定出承力索或接觸線端部位置，再安裝終錨線夾。

4 典型問題分析及解決方法

4.1 棘輪底座及輪體不垂直

棘輪不垂直將導(dǎo)致補(bǔ)償繩偏磨，造成補(bǔ)償效率低甚至補(bǔ)償失效，主要原因：（1）棘輪輪體在安裝時(shí)沒有調(diào)整豎直，尤其是沒考慮到放線后棘輪與框架的角度關(guān)系。（2）大輪固定螺栓及螺帽的緊固力矩不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致架線受力后出現(xiàn)松動(dòng)。

解決方法：首先檢查旋轉(zhuǎn)底座處調(diào)節(jié)板上的2個(gè)固定螺栓是否緊固到位，如果是松動(dòng)的，則用鐵錘墊木板敲擊棘輪旋轉(zhuǎn)支架，然后用水平尺靠在棘輪小輪的端面，檢查垂直度，棘輪垂直后，將螺栓緊固到位。如果是緊固的，用水平尺靠在棘輪小輪端面檢查傾斜度，然后松開旋轉(zhuǎn)底座調(diào)節(jié)板上的固定螺栓，用鐵錘墊木板敲擊棘輪旋轉(zhuǎn)支架，待棘輪垂直后，將松開的螺母緊固。

4.2 棘輪平衡輪不水平

承力索的平衡輪基本都能調(diào)水平，而導(dǎo)線完全受力后，接觸線平衡輪容易出現(xiàn)偏斜角度過大甚至扭絞的情況，主要原因：（1）安裝終端線夾時(shí)導(dǎo)線的線面不正，懸掛調(diào)整時(shí)調(diào)正線面后，導(dǎo)致平衡輪偏斜甚至造成補(bǔ)償繩扭絞。（2）棘輪補(bǔ)償繩在纏繞時(shí)，沒有將補(bǔ)償繩的內(nèi)應(yīng)力釋放，或預(yù)配時(shí)沒有順著絞線的方向纏繞補(bǔ)償繩。

解決方法：單純的平衡輪不水平，在安裝絕緣子時(shí)，可利用平衡輪球頭掛環(huán)（U 形旋轉(zhuǎn)雙耳）的可旋轉(zhuǎn)性達(dá)到水平，也可通過重新安裝終端線夾對(duì)接觸線面的調(diào)整達(dá)到水平。對(duì)于絞線內(nèi)應(yīng)力造成的不平衡，應(yīng)使用2 個(gè)手扳葫蘆，1 個(gè)將棘輪與線索連接線夾卸載，1 個(gè)將棘輪與墜砣桿卸載，將平衡輪與線索分離后，卸開一端楔形線夾后，將補(bǔ)償繩的自身扭力放散，重新纏繞消除內(nèi)應(yīng)力后再調(diào)整平衡輪偏角不超過20°。

4.3 棘輪自身齒輪偏磨

棘輪自身齒輪偏磨的主要原因：棘輪底座的緊固力矩不達(dá)標(biāo)，架線受力后出現(xiàn)位移，導(dǎo)致本體不鉛垂，造成磨補(bǔ)償繩。

解決方法：使用手扳葫蘆固定好線索，重新調(diào)整棘輪底座框架水平，再調(diào)整棘輪輪體鉛垂。

4.4 墜砣串卡滯

墜砣串卡滯的主要原因：（1）棘輪上補(bǔ)償繩排列不整齊造成補(bǔ)償繩交錯(cuò)或重疊，棘輪無法工作導(dǎo)致墜砣串卡滯或不靈活。（2）墜砣串位置與棘輪不在同一垂面上。解決方法：a.卸載后把補(bǔ)償繩排列整齊，補(bǔ)償繩交叉重疊，并在相應(yīng)的線槽內(nèi)。b.調(diào)整墜砣限制架和限制導(dǎo)管，使墜砣串與棘輪在同一鉛垂面上。

4.5 制動(dòng)塊間隙超標(biāo)

棘輪與制動(dòng)塊間隙偏小會(huì)造成補(bǔ)償繩磨損，間距偏大會(huì)失去制動(dòng)作用，棘輪齒與制動(dòng)塊的間隙為20 mm，調(diào)好后擰緊制動(dòng)塊的2 個(gè)螺栓。

4.6 補(bǔ)償?shù)腶、b 值超標(biāo)

因客運(yùn)專線的補(bǔ)償溫度范圍特別大（如哈大客運(yùn)專線補(bǔ)償溫差達(dá)到120℃），因此補(bǔ)償?shù)摩痢 值應(yīng)嚴(yán)格滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)于困難情況可根據(jù)上文2.2 節(jié)的計(jì)算分析補(bǔ)償是否能滿足最高、最低溫度的工作要求。對(duì)于無法滿足要求的必須更換補(bǔ)償繩或重新卡絕緣。

5 結(jié)束語

棘輪補(bǔ)償安裝不到位將導(dǎo)致接觸網(wǎng)彈性鏈形懸掛導(dǎo)高偏差超標(biāo)、降低補(bǔ)償效率、縮短補(bǔ)償使用壽命、破壞補(bǔ)償繩，甚至造成接觸網(wǎng)塌網(wǎng)等事故。

本文對(duì)滿足安全需要的補(bǔ)償繩長度進(jìn)行了計(jì)算分析，有利于客運(yùn)專線施工現(xiàn)場的核對(duì)及運(yùn)營單位接管后的復(fù)核，確保補(bǔ)償繩的長度滿足最高、最低溫度的工作要求，滿足運(yùn)營的安全可靠。分析了棘輪補(bǔ)償施工中容易出現(xiàn)的典型問題并提出了的解決方法，對(duì)哈大客運(yùn)專線和其他客運(yùn)專線的接觸網(wǎng)施工具有重要的參考價(jià)值。

[1] 于萬聚.高速鐵路電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2005.

[2] 哈大客運(yùn)專線接觸網(wǎng)產(chǎn)品安裝使用手冊(cè)[D].寶雞：寶雞保德利電氣設(shè)備有限責(zé)任公司，2010.