接触网棘轮补偿装置使用问题分析及对策

北京交通大学毕业设计毕业设计（论文）中文题目：接触网棘轮补偿装置使用问题分析及对策 学习中心（函授站）： 洛阳教学中心 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 肖绍航 学 号： 指导教师： 马雪琴 北京交通大学远程与继续教育学院2020年5月20日ii毕业设计(论文)承诺书与版权使用授权书本人所呈交的毕业论文是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果。除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本毕业论文是本人在读期间所完成的学业的组成部分，同意学校将本论文的部分或全部内容编入有关书籍、数据库保存，并向有关学术部门和国家相关教育主管部门呈交复印件、电子文档，允许采用复制、印刷等方式将论文文本提供给读者查阅和借阅。论文作者签名：_肖绍航_ _2014_年_12_月_10_日指导教师签名：_ _ 年 _月_日北京交通大学毕业设计(论文)成绩评议年级层次专业姓名题目指导教师评阅意见成绩评定： 指导教师：年 月 日评阅教师意见 评阅教师：年 月 日答辩小组意见答辩小组负责人： 年 月 日1北京交通大学毕业设计(论文)任务书班 级 2012（春） 级 电气工程及其自动化 学生 肖绍航 学号 题 目 接触网棘轮补偿装置使用问题及对策 一、设计（论述）内容：随着铁路向高速重载方向的发展，对牵引供电系统安全性、稳定性的要求日益提高，接触网作为铁路供电的主要载体，也是保障电力机车持续运行的核心动力。棘轮补偿装置由于其补偿效率高、断线止动性能好的特点。在高速铁路上得到了全面的应用,同时在普速铁路也得到越来越广泛的应用。在运营使用中,由于产品工艺不完善、施工安装不到位、运营维护经验不足方面的问题,造成了接触网运行的安全风险。要求通过对使用的棘轮补偿装置，针对解决棘轮补偿装置问题的办法和措施的探讨，最大限度的减少棘轮补偿装置自身问题造成或影响波及接触网设备发生供电故障，进行技术参数和现场环境等的系统性分析，探讨出了一套适用于既有线的检调方法，并推广应用于日常设备维护中，确保接触网设备安全供电。二、基本要求：1理论联系实际；2观点正确、文档规范。三、重点研究的问题：1、接触网；2、补偿装置构造原理；3、补偿装置的种类及应用；4、棘轮补偿装置；5、使用中存在的问题及对策四、主要技术指标：无。五、其他要说明的问题无。下达任务日期： 2014年 12月 10 日要求完成日期： 2015年 3月20日答 辩 日 期： 2015年5月 24 日指导教师：开 题 报 告题 目：接触网棘轮补偿装置使用问题分析及对策学员姓名：肖绍航 学号： 时间：2014年12月10日一、文献综述近年来随着铁路向高速、重载的方向发展，对牵引供电系统安全性、稳定性的要求日益提高，接触网作为铁路供电的主要载体，也是保障电力机车持续运行的核心动力。棘轮补偿装置由于其补偿效率高、断线止动性能好的特点。在高速铁路上得到了全面的应用,同时在普速铁路也得到越来越广泛的应用。在运营使用中,由于产品工艺不完善、施工安装不到位、运营维护经验不足等方面的问题,造成了接触网运行的安全风险。二、选题的目的和意义选题背景出自2009年以来，为了提高接触网悬挂补偿性能和发生供电故障时能够缩小事故破坏范围和程度，接触网补偿装置在由原来的滑轮补偿向棘轮补偿更新普及使用中，如2009年12月份新建电气化投运的焦柳南线关林至郜营段，承力索中心锚结设计要求正线采用防断型，因部分站场正线、区间长大桥梁不具备承力索中锚下锚安装拉线条件，而采用了防窜式，从而补偿装置采用了棘轮补偿装置。现对目前焦柳南线关林至郜营段郑州铁路局管内的站场正线和区间长大桥梁上安装使用的棘轮补偿调查统计，并对所发生的缺陷和设备隐患进行梳理分析，且针对每项缺陷提出了整改措施。首先是对接触网的构成做简单介绍，接着陈述了接触网补偿装置的原理、构造，以及近几年来采用的补偿装置类型和应用，最后重点对棘轮补偿做分析研究，结合现场实际现象，结合理论分析，整理了棘轮补偿在使用过程中常见的问题，并提出相应整改措施。三、研究方案：第1章 接触网1.1 接触网的概述1.2 接触网的分类1.3 接触网的特点及要求第2章 接触网补偿装置2.1 接触网补偿装置的作用与技术要求2.2 接触网补偿装置的组成2.3 接触网补偿装置的安设与要求2.4 接触网补偿装置的a、b值第3章 接触网补偿装置的种类与应用3.1 补偿装置的种类3.2 各种补偿装置的特点3.3 各种补偿装置的应用情况第4章 接触网棘轮补偿装置4.1 棘轮补偿的的组成4.2 用途4.3 种类及规格4.4 产品及安装示意图4.5 技术条件第5章 棘轮补偿装置使用问题分析及对策5.1 补偿绳偏磨问题5.2 补偿绳扭绞问题5.4 补偿绳圈数过多5.5 建议四、进度计划：2014年12月10日2015年1月31日完成第一章、第二章、第三章；2015年2月1日2015年2月28日完成第四章、第五章；2015年3月1日2015年3月20日审核、校对。五、指导教师意见：指导教师： 年 月 日中 期 报 告题目：接触网棘轮补偿装置使用问题分析及对策学生姓名：肖绍航 学号：题目：接触网棘轮补偿装置使用问题分析及对策报告人：肖绍航一、总体设计随着铁路向高速重载方向的发展，对牵引供电系统安全性、稳定性的要求日益提高，接触网作为铁路供电的主要载体，也是保障电力机车持续运行的核心动力。棘轮补偿装置由于其补偿效率高、断线止动性能好的特点。在高速铁路上得到了全面的应用,同时在普速铁路也得到越来越广泛的应用。在运营使用中,由于产品工艺不完善、施工安装不到位、运营维护经验不足方面的问题,造成了接触网运行的安全风险。本文通过对焦柳南线关林至郜营段郑州铁路局管内的站场正线和区间长大桥梁上使用的棘轮补偿装置所发生的缺陷和设备隐患进行调查统计，针对解决棘轮补偿装置问题的办法和措施的探讨，最大限度的减少棘轮补偿装置自身问题造成或影响波及设备发生供电故障，进行技术参数和现场环境等的系统性分析，探讨出了一套适用于既有线的检调方法，并推广应用于日常设备维护中，确保接触网设备安全供电。二、框架（框图）受电弓及其特性棘轮补偿装置接触网概述接触网补偿装置的原理接触网补偿装置的种类与应用应用使用中存在的问题及对策三、进展情况三、进度安排1第1周了解接触网设备构造，补偿装置等关键设备。2第2周分析接触网补偿装置的原理，查找其种类及其应用，结合近几年补偿装置的发展应用状况，分析比较其优缺点。3第3周-第6周重点研究棘轮补偿装置的构造、性能、补偿原理、材料、技术标准、具体应用处所，熟悉其安装规范。4第7周-第12周查找近几年棘轮补偿在使用中存在的缺陷，分析其原因，找出相应的解决措施办法。5第13周-第14周利用VC实现编解码系统人机界面。6第15周完成论文，答辩，英文翻译。四、指导教师意见结 题 验 收一、完成日期二、完成质量三、存在问题四、结论指导教师： 年 月 日接触网棘轮补偿装置使用问题分析及对策摘 要随着铁路向高速重载方向的发展，对牵引供电系统安全性、稳定性的要求日益提高，接触网作为铁路供电的主要载体，也是保障电力机车持续运行的核心动力。棘轮补偿装置由于其补偿效率高、断线止动性能好的特点。在高速铁路上得到了全面的应用,同时在普速铁路也得到越来越广泛的应用。在运营使用中,由于产品工艺不完善、施工安装不到位、运营维护经验不足方面的问题,造成了接触网运行的安全风险。本文通过对焦柳南线关林至郜营段郑州铁路局管内的站场正线和区间长大桥梁上使用的棘轮补偿装置所发生的缺陷和设备隐患进行调查统计，针对解决棘轮补偿装置问题的办法和措施的探讨，最大限度的减少棘轮补偿装置自身问题造成或影响波及设备发生供电故障，进行技术参数和现场环境等的系统性分析，探讨出了一套适用于既有线的检调方法，并推广应用于日常设备维护中，确保接触网设备安全供电。关键词：接触网；棘轮补偿；问题分析；对策。Catenary ratchet compensator using problemanalysis and countermeasuresAbstractWith the development of railway in the direction of the overloading, the requirement of traction power supply system security, stability is increasing day by day, catenary as the main carrier of railway power supply, and security of electric locomotive running continuously core power. Ratchet compensation device due to its compensation. The good characteristics of high efficiency, break line stop. On the high-speed rail has been comprehensively used, at the same time has also been widely used in sd railway. In the operational use, because of the imperfect product technology, construction installation does not reach the designated position, operation and maintenance experience problems, caused the catenary running safety risk.Grew up in this article, through focusing willow line, duct section Bridges and ratchet compensation device used on the battlefield, according to the methods and measures to solve the problem of ratchet compensator, minimize ratchet compensator its problems caused by net power supply equipment failure, technical parameters and the systemic analysis of the site environment, discusses the one set of the test method is applicable to existing lines, and popularization and application in daily equipment maintenance, ensure the security of the catenary device power supply.Keywords：Catenary；Ratchet compensation；Analysis of the problem；Countermeasures.II目 录摘 要IAbstractII前 言1第1章 接触网21.1 接触网的概述21.2 接触网的分类31.2.1简单接触悬挂31.2.2 链形悬挂的接触线31.3 接触网的特点及要求3第2章 接触网补偿装置52.1 补偿装置的作用与技术要求52.2 补偿装置的组成52.2.1 补偿滑轮52.2.2 组成部件62.3 补偿装置的安设与要求62.4 补偿装置的a、b值72.4.2 a、b值72.4.2 a、b值的计算7第3章 接触网补偿装置的种类与应用83.1 补偿装置的种类832 各种补偿装置的特点832.1可锻铸铁滑轮组83.2.2 铝合金滑轮补偿装置83.2.3 棘轮装置93.2.4 弹性补偿器93.2.5 液气式张力补偿器103.3 各种补偿装置的应用情况10第4章 接触网棘轮补偿装置124.1 棘轮补偿的的组成124.2 用途124.3 种类及规格124.4 产品及安装示意图134.5 技术条件134.5.1 性能144.5.2 材料144.5.3 制造工艺14第5章 棘轮补偿装置使用问题分析及对策155.1 补偿绳偏磨问题155.1.1 补偿绳偏磨现象155.1.2 引发后果155.1.3 原因分析165.1.4 整改和解决措施165.2 补偿绳扭绞问题165.2.1 扭绞现象165.2.2 引发后果175.2.3 原因分析175.2.4 整改和解决措施175.3 棘轮卡板卡住棘轮175.3.1 存在现象175.3.2 原因分析185.3.3 整改措施185.4 补偿绳圈数过多195.4.1 现场现象195.4.2 原因分析195.4.3 技术标准195.4.4 现场处理办法2055 建议20参考文献2222前 言接触网补偿器是一项重要的设备,随着电气化铁路的发展对它的性能要求越来越高。接触网补偿器主要有重力式补偿器和弹簧式补偿器，重力式特点为简单可靠，经济耐用；弹簧补偿器也已开始采用，但其质量重、造价高、补偿误差大、温度适应能力差而应用不广。本文主要以重力式补偿器中的棘轮补偿器为分析对象。1.可锻铸铁滑轮组补偿器:其主要类型有85年以前定型的小滑轮补偿器和92年设计定型的大滑轮补偿器。目前在我国应用十分普遍,未提速线路多数是这种补偿器。2.铝合金滑轮组补偿器:仿法国产品。目前此种补偿器应用前景很好,在我国准高速、高速电气化铁路上被大量采用。3.棘轮补偿器:仿德国产品。因其制造工艺复杂,造价高等原因尚未被广泛采用。4.变比滑轮补偿器:日本引进产品,此补偿器在我国京秦线上采用。润滑脂对补偿器轴承是非常重要,接触网补偿器糸室外静载工作设备,其最佳工作状态为满油工作,即轴承空隙中60%为润滑脂。铁路电气化线路补偿设备技术领域，公开了一种高速铁路电气化接触网棘轮补偿装置。其主要技术特征为：高速铁路电气化接触网用棘轮补偿装置，包括通过销轴固定在棘轮架上的连接臂和止动机构，在所述的连接臂上设置有棘轮本体，在棘轮本体上设置有棘齿，所述的止动机构带有止动齿，棘齿为正三角形，止动齿为与棘齿形状匹配的正三角形。当发生断线时，棘轮本体在配重的作用下，绕销轴迅速下移，棘轮本体与止动齿啮合，止动齿与棘齿同为正三角形，接触面积大，不容易打断止动齿和棘齿，延长了使用寿命，降低了维护成本，防止了事故的发生。电气化铁路接触网的侧面制动棘轮张力补偿装置，包括制动支撑架，制动支撑架通过两旋臂与棘轮轴相连接，棘轮轴与棘轮本体通过采用自润滑复合材料制成的滑动轴承同轴设置，棘轮本体可绕棘轮轴转动，棘轮本体由轮毂、多个辐板和轮缘构成，棘轮本体辐板两侧、轮毂的外圆周表面分别设置有张紧轮槽和张紧轮槽，该两槽内设置有绳槽，轮缘外圆周表面设置有底部铸造有绳槽和钢丝绳孔的棘轮轮槽，轮缘的两侧对称铸造有制动齿圈，制动支撑架下端固接有缓冲制动装置，本发明适用于承力索和接触线受环境温度影响缓慢变化的工作状态，避免了机车受电弓的频繁离线、拉弧以及接触线烧伤等缺陷，且无需注油、免维修、使用寿命长。第1章 接触网1.1 接触网的概述沿电气化铁路、城市交通电动车辆运行线路架设的特殊形式的供电线路。来自牵引变电所的电能通过接触网和装在车上的受流器向电力机车或电动车辆供电。通常要求接触网在任何气象因素（冰、风、雨、雪等）和最大运行速度下能保证安全供电，并有良好的耐磨、抗腐蚀、电损耗小等性能。分类根据供电对象不同，接触网分为架空悬挂和接触轨（第三轨）两种基本形式。架空悬挂式接触网又可按其纵向索线的数目和特点，分为简单悬挂和链形悬挂两种。前者弛度大、悬挂弹性不均匀，主要用在电车或工矿机车专用线上；后者接触导线纵向有张力调节装置，并使用承力索、吊弦和弹性吊弦，使接触导线在不同温度下都处于无弛度状态。接触网，有上下两根线。上面的叫做承力索，下面的叫做接触线，承力索和接触线中间有吊索连接。接触线多为钢制铝芯结构，即外面为钢制，主要是和机车电弓摩擦部分，要保证导电性和耐磨性，铝芯主要是保证导电性。目前也开始采用铜铝复合导线做接触线了。接触网为机车提供25千伏的工频交流电，根据机车型号的不同，采取直接降压后变频供电或交直流转换后供电，这样做主要是为了调速方便。铁道干线常用的架空链形悬挂式接触网如图所示。图中1-1是立于路侧的接触网支柱及其基础，通常由金属和预应力钢筋混凝土做成，用来悬挂接触网。为了维修方便、缩短断线故障范围并进行不同温度下悬挂的张力补偿，接触网悬挂分成独立的锚段（即区段），每个锚段的中部设有中心锚结，使悬挂不能纵向移动，而两端则有重力式张力调节装置（图中未绘出），在不同温度下，可保持接触网的张力一定。图中3和4是腕臂式支持装置和绝缘子,它们和定位肩架9、棒式绝缘子10、定位管11一起，使接触导线稳定地悬挂于线路的上方。图中5、6、7、8分别为承力索、吊弦、弹性吊弦和接触导线，12为受流器，又称受电弓。为了避免接触导线对受流器滑板的集中磨耗，以提高滑板的使用寿命，并使滑板的受磨部位较为均匀，接触导线在直线区段均布置成之字形，即使在最强烈的风力下，导线的偏移也不超出受电弓滑板的工作范围。图1-1 铁道干线悬挂式接示意图为了减小故障范围、便于检修以及使各相负荷较为平衡，接触网还设有分段装置，即所谓电分段装置和电分相装置。早期采用的电分段装置用四跨锚段关节；相分段装置用六跨和八跨式绝缘锚段关节。这些装置比较复杂，无电区长且投资大。70年代以来中国利用玻璃钢等材料，造出多种形式的分段绝缘器和分相绝缘器，使两区段间的过渡区缩短到只需十几米。地下铁道由于净空限制，一般采用第三轨，即在行车轨道的一侧,用绝缘支架架设一条离地约400毫米高的第三轨。第三轨由高导电率的特殊软钢制成，地铁电动车辆通过安装在它侧面的受流器（接触靴），与第三轨摩擦接触而获得电能。中国北京的地铁和世界一些国家的地铁都采用第三轨受电。70年代前后，有些国家建设的地铁以及80年代开始筹建的中国上海地铁，由于地下和地面联运以及接触网电压上升到1500伏等原因，均采用较为安全并可充分利用隧道圆形截面顶部空间的架空接触网，再通过装在动车顶上的受电弓获得电能。1.2 接触网的分类大多以接触悬挂的类型来区分。我们所讲的接触悬挂的分类是对接触网的每个锚段而言的。接触悬挂的种类较多，一般根据其结构的不同分成简单接触悬挂和链形接触悬挂两大类。1.2.1 简单接触悬挂由一根接触线直接固定在支柱支持装置上的悬挂形式。接触网是不连续的，一般每隔20到30公里就会有一个分相区，就是所谓的无电区，因为电网提供给铁路的是三相高压电，而电气化铁路使用的是单相电。接触网与火车受电弓相连部分是接触线，它是通过上方另外一根承力索的悬挂来维持高度和方向的，也就是说接触线的下部，就是和受电弓接触的部分，是没有什么障碍的，因此受电弓不需要绕过什么障碍就能和接触线连续接触。即使是在分相区，在进入分相区时，接触线会偏转离开火车上方，同时另外一根无电的接触线会从另外一侧同步接进来，确保在分相区时受电弓上方也有接触线存在，等过了分相区以后，同样的方法，另外一相高压电同步被接进来。国内外对简单悬挂做了不少研究和改进。我国现采用的带补偿装置的弹性简单悬挂系在接触线下锚处装设了张力补偿装置，以调节张力和弛度的变化。在悬挂点上加装816m长的弹性吊索，通过弹性吊索悬挂接触线，这就减少了悬挂点处产生的硬点，改善了取流条件。另外跨距适当缩小，增大接触线的张力去改善弛度对取流的影响。1.2.2 链形悬挂的接触线通过吊弦悬挂在承力索上。承力索悬挂于支柱的支持装置上，使接触线在不增加支柱的情况下增加了悬挂点，利用调整吊弦长度，使接触线在整个跨距内对轨面的距离保持一致。链形悬挂减小了接触线在跨距中间的弛度，改善了弹性，增加了悬挂重量，提高了稳定性，可以满足电力机车高速运行取流的要求。 链形悬挂比简单悬挂得到了较好的性能，但也带来了结构复杂、造价高、施工和维修任务量大等许多问题。 链形悬挂分类方法较多，按悬挂链数的多少可分为单链形，双链形和多链形（又称三链形）。目前我国采用单链形悬挂。单链形接触悬挂特点是接触线借助于吊弦悬挂在承力索上。由两根辅助索组成的悬挂称为双链形悬挂；其弹性更加趋于均匀；包括承力索在内具有三条辅助索，也可称之为三链形接触悬挂；这种悬挂接触线高度更趋于一致，弹性也更加均匀。链形悬挂根据线索的锚定方式（即线索两端下锚的方式），可分为下列几种方式未补偿链形悬挂、半补偿链形悬挂、全补偿链形悬挂。1.3 接触网的特点及要求接触网担负着把从牵引变电所获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务。因此接触网的质量和工作状态将直接影响着电气化铁道的运输能力。由于接触网是露天设置，没有备用，线路上的负荷又是随着电力机车的运行而沿接触线移动和变化的，对接触网提出以下要求： （1）在高速运行和恶劣的气候条件下，能保证电力机车正常取流，要求接触网在机械结构上具有稳定性和足够的弹性。 （2）接触网设备及零件要有互换性，应具有足够的耐磨性和抗腐蚀能力并尽量延长设备的使用年限。 （3）要求接触网对地绝缘好，安全可靠。 （4）设备结构尽量简单，便于施工，有利于运营及维修。在事故情况下，便于抢修和迅速恢复送电。 （5）尽可能地降低成本，特别要注意节约有色金属及钢材。 总的来说，要求接触网无论在任何条件下，都能保证良好地供给电力机车电能，保证电力机车在线路上安全，高速运行，并在符合上述要求的情况下，尽可能地节省投资、结构合理、维修简便、便于新技术的应用。第2章 接触网补偿装置接触网补偿装置是自动调节接触线和承力索张力的补偿器及其制动装置的总称。补偿装置又称张力自动补偿器，它安装在锚段的两端，并且串接在接触线承力索内。它的作用是补偿线索内的张力变化，使张力保持恒定。2.1 补偿装置的作用与技术要求补偿装置的作用是当温度变化时，线索受温度影响而伸长或缩短，由于补偿坠陀重量的作用，使线索顺线路方向移动而自动调整线索张力，并以保持线索的弛度使之符合规定，从而保证接触悬挂的技术状态。对张力自动补偿装置的要求有两个。其一，补偿装置应灵活，在线索内的张力发生缓慢变化时，应能及时补偿，传送效率不应小于97%；其二，具有快速制动作用，一旦发生断线事故或其他异常情况，限速内的张力迅速发生变化时，补偿装置还应有一种制动功能。一般对于全补偿的承力索内的补偿装置，如不具备这种功能时，还需专门增加断线制动装置，以防止在一旦发生短线时，坠砣串落地而造成事故扩大、恢复困难。2.2 补偿装置的组成补偿装置主要是由补偿滑轮（滑轮组）、补偿绳、杵环杆、坠陀杆，坠陀、连接零件组成。2.2.1 补偿滑轮补偿滑轮在应用中可分为定滑轮和动滑轮，定滑轮改变受力方向，动滑轮除改变受力方向外还可省力和移动位置，所以一般补偿滑轮是一个组合的滑轮组应用的。目前我国一般应用的是铝合金滑轮补偿装置，是由滑轮组、不锈钢丝绳、连接框架及双耳楔形线夹组成，其备有12、13、14三种规格。如下图2-1所示。图2-1补偿滑轮组112传动比滑轮组，213传动比滑轮组，3-14传动比滑轮组2.2.2 组成部件补偿绳均选用GJ-50（19股）镀锌钢绞线制成。坠砣块一般采用混凝土或灰口铸铁制成，每块约重25kg，呈中间开口的圆饼状。坠砣杆一般为直径16mm圆纲加工制成，上端有单孔焊环，底部焊有托板。坠砣杆的型号规格，根据其放置坠砣块数量的不同分为三种： 17型， 20型和30型。型号中的数字表示坠砣杆所悬挂坠砣的数量。坠砣杆一般用16MM圆钢加工而成，上端有单孔焊环，底部焊有托板。杵环杆(因为杆的一头为杵头，另一端为单孔耳环，所以称杵环杆)的作用是联下结锚悬式绝缘子串与动滑轮，杵头端放置在绝缘子杵座中，单孔耳环端(焊环)与动滑轮相连。破坏负荷不应小于5400KG,外表涂漆，为便于在带电情况下安全检查补偿滑轮，此杆长度不应小于1m。2.3 补偿装置的安设与要求补偿器串接在锚段内线索两端与支柱固定处，根据接触悬挂类型的不同有不同的补偿器结构。半补偿时，接触线带补偿器，多采用两滑轮组结构，滑轮组的传动比为12，即用两个滑轮使补偿绳的张力为接触线张力的一半，也就是坠砣块的重力为接触线标称张力的一半。半补偿：接触线补偿下锚，承力索未补偿。存在明显吊弦偏斜和张力差。全补偿时，接触线与承力索两端均带补偿器，接触线补偿器的安设与半补偿相同。承力索补偿器则采用三滑轮组式，传动比为13。采用传动比比较大的滑轮组时坠砣串块数减少了，这是有利的一面，但坠砣串上升和下降的距离也会按倍数增大，这时要求支柱（锚柱）高度和容量要增加。既不经济也不利于施工和维修。在运营线路上，当接触线因磨耗其截面逐渐减小时，坠砣串块数也相应地减少，使接触线维持一定的张力防止出现断线事故。2.4 补偿装置的a、b值2.4.2 a、b值补偿器靠坠砣串的重力使线索的张力保持平衡。当温度变化时，线索的伸缩使坠砣串上升和降，当坠砣串升降超出允许范围时，如下降过多使坠砣串底面接触地面或上升过多使坠砣杆耳环孔卡在定滑轮槽中，都会使补偿器失去补偿作用。因此用补偿器的a 、b值来限定坠陀串的升降范围。坠陀杆耳环孔中心至补偿（定）滑轮下沿的距离为a值。由坠陀串最下面一块坠陀的底面至地面（或基础面）的距离称为补偿器的b值。补偿器a、b值随温度变化而发生变化，接触线和承力索补偿器的a、b值不相等。为了使补偿器不失去补偿作用，对补偿器a、b值提出以下要求：在最低温度时，a值应大于零，最高温度时，b值应大于零。铁道部颁发的接触网运行检修规程规定，补偿器a、b值的最小值不小于200mm，进行接触网设计时，规定a、b值不小于300mm。2.4.2 a、b值的计算在不同温度时，补偿器a、b值不同，其计算方法如下:为了施工和维修的方便，利用上述公式，根据不同的温度和中心锚结至补偿器间距离，可以计算出多组a、b值。第3章 接触网补偿装置的种类与应用3.1 补偿装置的种类在我国电气化铁道和城市轨道交通的发展中，先后出现的补偿装置种类见表3-1。序号名称补偿对象1可锻铸铁滑轮组接触线、承力索2铝合金滑轮补偿装置接触线、承力索3棘轮补偿接触线、承力索4弹性补偿器软横跨、接触线、承力索5液气式张力补偿器拉线、软横跨、接触线、承力索表3-1 补偿装置种类32 各种补偿装置的特点32.1可锻铸铁滑轮组从修建第一条电气化铁道至20世纪90年代中期，接触网补偿装置一直使用可锻铸铁滑轮组。在结构上，可锻铸铁滑轮组采用单个滚动轴承，铸造工艺制造的130mm小直径可锻铸铁滑轮，补偿绳为50 mm2镀锌钢绞线，最大工作荷重为12.4kN，安装情况如图3-1所示。可锻铸铁滑轮组具有适用范围广、结构简单、造价低、安装方便等优点。图3-1 可锻铸铁滑轮组安装图3.2.2 铝合金滑轮补偿装置铝合金滑轮补偿装置是可锻铸铁滑轮组的替代产品。铝合金滑轮补偿装置是由滑轮组、不锈钢丝绳、连接框架及双耳楔型线夹组成，备有12，13，14三种规格，可满足不同标准张力要求。滑轮轮体按不同组合要求，备有270、205、165mm三种直径，材质为ZL114A铝合金，制造工艺为国际先进的金属模低压铸造，轮体与轴连接采用2个定滑轮动滑轮坠砣端线索端滚动轴承，补偿绳为不锈钢丝绳，最大工作荷重：12型为12 KN、13型为18kN、14型为22KN。最常用的14型铝合金滑轮补偿装置见图3-2。图3-2 型铝合金滑轮补偿装置与可锻铸铁滑轮相比，铝合金滑轮重量轻、强度高、耐腐蚀性能好、轮径大；柔韧的不锈钢丝绳与大直径的轮槽贴合密切，是镀锌钢绞线无法相提并论的；2个滚动轴承比一个滚动轴承受力更加均匀，转动平稳、灵活；加上在结构、设计、制造方面都精良的连接框架，保证了铝合金滑轮补偿装置具有较高的机械强度和传动效率，且重量轻、寿命长等优点。铝合金滑轮补偿装置的主要缺点是随着变比的增大，整套装置的体积和重量也明显增加，在空间受限制的隧道等处安装困难。3.2.3 棘轮装置铁路运行速度的不断提高，对接触网的可靠性要求越来越高，如何在接触网发生故障后缩小事故范围、防止坠砣下落侵入限界、丢失成为新的课题。同时，城市轨道交通在地下、车站等处由于受空间限制，无法安装铝合金滑轮补偿装置。为解决这个问题，棘轮装置应运而生。棘轮装置的最大特点是棘轮与其它工作轮共为一体，棘轮本体大轮直径为566mm，小轮直径为170mm，传动比为13，补偿绳为柔性不锈钢丝绳，比普通不锈钢丝绳性能更好，工作荷重有30kN、36kN 2种，主要优点一是具有断线制动功能，二是安装空间比铝合金滑轮补偿装置小很多，其示意图如图3-3所示。正常工作状态下，棘齿与制动卡块之间有一定间隙，棘轮可以自由转动；当线索断裂后，棘轮和坠砣在重力作用下下落，棘齿卡在制动卡块上，从而可以有效地缩小事故范围、防止坠砣下落侵入限界、丢失。棘轮装置具有转动灵活、传动效率高（与铝合金滑轮补偿装置相当）、防腐性能好、使用寿命长等优点，但价格较高。由于棘轮本体形状复杂、轮径大、薄壁部位多，因而制造上对设备的要求很高，同时对铸造技术水平的要求也很高。国内一般制造工艺为砂型铸造，成品率较低，外观质量较差。为了满足用户需要，中铁电气化局集团宝鸡器材厂专门从意大利引进了一套大型低压铸造设备，采用金属模，不但棘轮的成品率、外观质量大大提高，成本也显著降低，为大面积推广使用奠定了基础。图3-3 棘轮装置3.2.4 弹性补偿器多年来，我国电气化铁道一直未对软横跨进行过补偿。在气温升高时，软横跨会因此松弛，造成接触网下坠；或是钢柱承受额外的大张力，严重威胁接触网安全。哈大线是东北地区首条电气化铁道，全年气温变化悬殊，如不对软横跨进行补偿，无法保证接触网的安全。弹性补偿器是哈大线采用的软横跨补偿装置，如图3-4所示。图3-4弹性补偿器弹性补偿器工作原理为虎克定律。其内部固定有一个弹簧，弹簧具有一定的初始压缩力。当软横跨定位绳伸长时，弹簧被释放，工作杆收回拉紧软横跨定位绳；当软横跨定位绳收缩时，弹簧被压缩，工作杆伸出，使软横跨定位绳的张力保持在一定范围内。目前弹性补偿器有03kN、36kN，2种型号。弹性补偿器具有结构简单、安装方便、价格低廉等优点。3.2.5 液气式张力补偿器液气式张力补偿器最初是为了解决上海明珠线一期工程中下锚支柱与拉线不在同一桥上的问题而研制的。由于钢拉线的线胀系数与混凝土的相差较多，当下锚支柱与拉线不在同一桥上时，理论计算结果表明，这一相差在极端温度条件下足以将锚柱拉倒，因此必须对拉线的张力进行补偿。液气式张力补偿器就是对拉线进行补偿的装置，其工作荷重为32kN，补偿精度大于5%，工作温度范围为-4060，整体重量小于50kg，如图3-5所示。液气式张力补偿器的工作原理为帕斯卡定律，即气体的热胀冷缩原理。其中心是一个密封性极好的液压油缸，四周环绕着一个充有一定初压的气囊。当温度变化时，张力保持恒定，气囊内的气体发生热胀冷缩，推动油缸收缩或伸出，从而达到补偿的目的。图3-5液气式张力补偿器液气式张力补偿器的主要特点是体积小、重量轻、安装方便、补偿精度高、技术含量高。根据使用要求，可以设计制造不同规格的产品，满足不同补偿要求。不仅运用于拉线补偿，还用于特长锚段的接触网补偿、软横跨补偿。尤其是用于软横跨补偿的液气式张力补偿器，仅长300mm左右，重数公斤，可以进行恒张力补偿，极具发展潜力。3.3 各种补偿装置的应用情况可锻铸铁滑轮组长期以来一直在电气化铁道上发挥着重要作用。自宝成线开始至1995年间，我国修建的数千公里电气化铁道均采用此种补偿方式。随着近年来铁路提速的发展，可锻铸铁滑轮组逐渐暴露出传动效率低（80%90%）、易跳槽、偏磨、钢丝绳锈蚀断股、补偿绳涂油工作量大、使用寿命短等问题，影响接触悬挂的安全可靠和稳定。自新型铝合金滑轮补偿装置问世后，目前已被淘汰。1995年研制成功的铝合金滑轮补偿装置克服了偏磨、卡滞等现象，滑轮转动灵活自如、传动效率高达97%以上，具有安装比较方便、维修量少等优点，因此一推出即受到一致好评，目前在全国各条电气化铁道、城市轨道交通中都得到了广泛应用。主要使用线路包括京郑、京秦、武广、陇海线、宝成、京包、宝中线等电气化铁道，累计数量约达4万套，占全部补偿装置的95%以上。棘轮装置于1996年研制成功，在电气化铁道、城市轨道交通领域具有极大的发展前途，是铝合金滑轮补偿装置的理想替代产品。目前已在哈大线、上海地铁明珠线、深圳地铁、广州地铁、西康线局部、长春轻轨等线路上使用，累计数量约3000套，占全部补偿装置的3%左右，效果良好。2000年，修建东北地区第一条电气化铁道哈大线时，首次使用弹性补偿器，之后推广应用于京秦、秦沈线等线路。目前在铁路跨跃式发展的指导思想下，多条新建电气化干线如胶济、郑徐线等均采用此产品。今后时速200km及以上线路软横跨系统都将采用弹性补偿器。液气式张力补偿器目前已在上海明珠线、大连快轨、朔黄铁路等批量使用，效果显著。第4章 接触网棘轮补偿装置4.1 棘轮补偿的的组成棘轮补偿装置由棘轮本体、框架、制动卡块、补偿绳、补偿坠砣等组成。棘轮和工作轮共为一体，占用空间小，如图4-1所示。图4.1 棘轮补偿的用途及种类规格4.2 用途接触网棘轮补偿装置适用于电气化铁道接触网正线或站线、地铁线路、城市地铁、轻轨下锚处补偿调整张力。它能确保接触线或承力索承受正确和持续的补偿力，并有断线制动功能，可防止在断线后坠砣落地而损坏下部设施及其他伤害。接触网棘轮补偿装置又叫张力自动补偿装置，它是装在锚段的两端，并且串联在接触线和承力索内，它的作用是补偿线索内张力的变化，使张力保持恒定。对本装置的要求有二：其一，补偿装置灵活，在线索内的张力发生缓慢变化时，应能及时补偿，传送效率要高；其二，具有快速制动作用，一旦发生断线事故或者其他异常情况，补偿装置应有一种制动功能。4.3 种类及规格目前应用的棘轮补偿主要有2.4t和3.6t两种，具体参数见表4-1。产品相关参数传动比重量/kg外形尺寸/mm2.4t正制动棘轮补偿装置1：322.59335702253.6t正制动棘轮补偿装置1：323.5833570225表4-1 棘轮补偿装置参数4.4 产品及安装示意图图4-2 2.4t 正制动棘轮补偿装置图4-3 3.6t 正制动棘轮补偿装置4.5 技术条件4.5.1 性能（1）适用正线/站线承力索：工作张力20 kN /15kN；（2）适用正线/站线接触线：工作张力25/15kN；（3）导线补偿温度范围-40C80C；（4）适用接触悬挂锚段长度：正线不大于2700m，站线不大于2850m；（5）工作荷载不小于19.62 kN；破坏荷载不小于64.75 kN；（6）各零件的拉伸破坏荷重根据张力及使用条件确定如下：（7）双耳楔型线夹破坏荷重：54kN；（8）轮体的抗拉强度b290MPa,延伸率3%；（9）补偿绳拉断力54kN；（10）断线时，制动时间不大于200ms，坠砣下落距离不大于200mm。（11）补偿棘轮的传动效率补偿坠铊上升时效率：97%补偿坠铊下降时效率：98%相邻的两个测量点间传动效率之差应1%试验连续做两次，两次结果相差2%补偿棘轮疲劳试验疲劳次数：20000次疲劳试验时所加的补偿力：4.9kN疲劳试验后：a）补偿棘轮传动效率与规定值相比下降2%b）补偿绳整绳破断拉力与规定值相比下降10%(48.6kN)c)补偿棘轮破坏荷重与规定值相比下降5%d）补偿棘轮轮槽磨损深度0.5mme）补偿绳外观：不允许断股现象。（12）拉伸破坏荷重80kN。4.5.2 材料（1）棘轮本体体采用铝合金ZL114A。（2）棘轮框架采用牌号为Q235A的碳素结构钢，表面热浸镀锌防腐，技术要求应符合TB/T2073-98中2级镀锌标准。（3）偿绳采用直径为8.75mm的柔软性能好的牌号0Cr18Ni9的奥氏体不锈钢丝绳。整绳拉断力54kN。钢丝绳结构为8T（1+6，6+12）+7（1+6+12）。（4）补偿绳用楔形线夹采用铸钢，牌号为ZG270-500。（5）棘轮轴采用45钢机加工制造，螺栓销采用0Cr18Ni9,螺母、垫圈、开口销采用1Cr18Ni9奥氏体不锈钢。性能等级满足A2-70（GB/T3098.6-2000）级要求。4.5.3 制造工艺棘轮本体采用金属模低压铸造；棘轮框架采用焊接及机械加工制造；棘轮轴采用45钢机加工制造；平衡轮采用精密铸造；双耳楔型线夹采用金属模精密铸造而成。第5章 棘轮补偿装置使用问题分析及对策棘轮补偿作为电气化铁路补偿装置中的一种，以其具有的占用空间少、转动灵活、传动 效率高、防腐性能好，使用寿命长、断线制动、缩小事故范围等优点，而在高速铁路、客运 专线得到广泛应用，但普铁特殊地段也得到越来越广泛的应用。5.1 补偿绳偏磨问题5.1.1 补偿绳偏磨现象（1）棘轮本体不垂直，小轮补偿绳与大轮齿牙发生摩擦（见图5-1）。图5-1 小轮补偿绳与大轮齿牙发生摩擦（2）棘轮本体不垂直，大轮补偿绳与本体齿牙出现相互摩擦（见图5-2）图5-2 大轮补偿绳与本体齿牙出现相互摩擦5.1.2 引发后果补偿装置补偿绳出现与棘轮齿牙相摩擦，如得不到及时整治处理，导致补偿绳本体出现明显损伤，发生断股、散股，易引发断裂而导致接触悬挂塌网事故。5.1.3 原因分析（1）棘轮补偿底座架构存在缺陷，安装后无法达到水平垂直状态。（2）棘轮底座各部连接螺栓紧固力矩不达标，运行中底座出现歪斜。（3）棘轮旋转底座竖轴调整螺栓未调整禁锢到位，造成棘轮受力后出现偏斜。（4）棘轮安装过程中及与接触悬挂连接受力后，施工人员未对棘轮垂直度利用水平尺进行验测调整，造成棘轮偏倒值超出产品安装使用说明书中规定的棘轮偏倒值a5mm的要求(见图5-3)。 a.正确 b.不正确图5-3 棘轮安装状态图（5）棘轮补偿绳在线槽内出现不规则性缠绕，补偿绳靠近一边侧缠绕时，容易发生与轮 齿相磨现象。5.1.4 整改和解决措施（1）检查棘轮补偿底座架构角钢，如存在明显扭曲变形情况应立即更换，并利用水平尺4测量底座是否水平。（2）调整棘轮旋转底座竖轴调整螺栓，将水平尺紧贴在小轮端面，检测垂直度，棘轮调整到位后，禁锢竖轴螺栓。（3）棘轮在安装时或调整后，作业人员要利用水平尺测量棘轮中心线应保持垂直，棘轮 偏倒值严格控制在5mm以内。（4）线槽内补偿绳缠绕排列不规则时，应及时进行调整，将补偿绳进行拨移，使之自然 顺畅缠绕。5.2 补偿绳扭绞问题5.2.1 扭绞现象补偿绳扭绞现象是指因为平衡轮的不水平，造成补偿绳出现旋转甚至相互扭绞（见图5-4）。图5-4 平衡轮不水平、补偿绳出现旋转相互扭绞5.2.2 引发后果补偿装置出现平衡轮不水平、补偿绳出现旋转相互扭绞情况时，如未及时处理，将导致补偿绳从平衡轮槽内脱出或因补偿绳出现扭绞导致补偿装置失去补偿作用，棘轮无法转动，补偿坠砣无