佛山市南海有轨电车1号线弹簧补偿装置研究及改造方案

佛山市南海有轨电车1号线弹簧补偿装置研究及改造方案

邓云龙

（佛山市地铁运营有限公司  广东佛山  528000）

摘要： 自佛山有轨电车开通运行以来，在检修过程中发现，接触网弹簧补偿装置存在安全绳超拉，张力衰减或不在正常范围，补偿器本体漏油等情况。弹簧补偿装置作为保障行车安全重要接触网设备，在简单悬挂中举足轻重，本文主要分析弹簧补偿和棘轮补偿装置优缺点，对既有弹簧补偿装置提出相关改造建议。

一、引言

在柔性接触网系统中，为保持接触网的张力和减小接触线的弛度，每个锚段均设置补偿装置。随着温度的变化，补偿装置自动调节从而维持接触网系统张力恒定，为电客车提供安全稳定的取流条件。我国地铁接触网一般采用弹簧补偿装置和棘轮补偿装置作为高架段接触网的张力补偿装置。本文分析了补偿装置相关性能，基于实际对弹簧补偿装置改造为棘轮补偿进行研究探讨。

二、地铁常见接触网补偿装置

（一）弹簧补偿装置

目前在实际工程中应用的弹簧补偿装置分为卷簧和压簧两种形式。弹簧补偿装置主要特点是体积小，占用空间小。

1.南海有轨电车1号线弹补概况（卷簧涡卷式）

南海有轨电车1号线采用扬州东方吊架有限公司生产的DFYCZZ型恒张力涡卷式弹簧补偿器，其主要由由双连接板，连接螺栓、装置本体、安全绳装置及连接板等组成。

2.工作原理

恒张力弹簧补偿装置本体由若干组平面涡卷弹簧并联组成，中间由轴承连接并与本体外两侧的渐开线轮连接。接触线通过补偿绳连接在渐开线轮上，当环境温度变化时，接触线热胀冷缩，线索长度发生变化，渐开线轮驱动预紧储能的弹簧片回收或释放，促使补偿绳缩短或伸长。

（二）棘轮补偿装置

1.基本组成

棘轮补偿装置可以看作是一种绳—轮相互作用的系统，由棘轮和坠砣两部分组成。棘轮补偿装置主要由棘轮本体、棘轮轴、制动架、限制架、摇杆、补偿绳及平衡轮组成。

2.工作原理

棘轮补偿装置工作时，小轮上缠绕的补偿绳连接到平衡轮，棘轮大轮和小轮的直径比通常为 3∶1，大轮上带有棘齿，棘轮通过摇杆安装在连接架上。当接触线或承力索发生断线时，棘轮下坠，制动架和棘齿的作用使棘轮不再转动，实现断线制动，从而有效地缩小了事故范围，同时防止了坠砣下落侵入限界。

三、弹簧补偿装置实际应用分析

（一）南海有轨电车1号线弹簧补偿装置主要问题

根据运行经验，南海有轨电车1号线弹簧补偿装置现存以下3方面问题：

1.A值超额定行程，现场实测A值1520mm，超最大额定行程1300mm。

通过分析，该问题造成主要原因为运营建设初期，施工过程中，施工单位未按图纸施工，该锚段实际放线长度小于设计长度，造成弹簧补偿装置超拉。

2.补偿装置本体漏油。工电部员工正线检修期间发现弹簧补偿器有漏油现象。

漏油问题客观表现为内部结构密封性不强，根据运营部门跟进结果，厂家最终以情况说明形式回应：DFYCZZ-120型弹簧补偿装置下端部门出现泄露现象，这是由于涡卷弹簧内部的防锈油脂出现的泄露，不会对使用性能产生影响。

3. 恒张力弹簧补偿器张力测试不合格，存在张力衰减或偏大情况

南海有轨电车1号线正线216#（R-Z9，三山新城北站岔区锚段）、7#、38#，共计3处位置弹簧补偿装置张力不符合要求。其中，216#张力测试值偏大，7#、38#张力测试值偏小。正线接触线设计张力为12KN。

该线路接触网设计为弹性简单悬挂，接触线张力均取自于弹簧补偿器，若张力不符合要求，接触线驰度过大（张力偏小）或线索紧绷（张力偏大），均会给运营生产带来一定影响。

（二）其他线路弹簧补偿装置存在问题

1.杭州供电段管内弹簧补偿装置从线路正式开通使用以来，先后出现过下锚处承、导平衡板错位，锚段偏移，中锚偏移等现象。

① 虹桥枢纽虹高动车A线共有弹簧补偿装置18台，工区在巡视中发现虹高动车A线I -3锚段高A035#下锚承、导弹簧补偿器平衡板错位，随即检查发现中锚向京侧偏移300 mm。工区随即进行了调整处理。

②南翔动车所、上海站，工区在巡视中发现749#、764#3096#、 S098#等多处承、导弹簧补偿装置平衡板错位150 mm，同时检查发现中锚偏移260 mm。

2. 故障原因分析

上述故障状况的发生是由于弹簧补偿装置的张力自动补偿功能失效，从而导致了承、导平衡板错位、锚段偏移、中锚偏移等现象的发生，而张力自动补偿失效的根本原因则是装置本体中的弹簧失效。

（三）总结

弹簧补偿装置使用年限的增加，其内部核心部件弹簧会发生张力衰减，当张力衰减过大，补偿装置将失效，弹簧失效的主要形式为表面或次表面的疲劳断裂。

主要原因有：（1）由于热处理工艺不当，表面脱碳层的存在，造成弹簧表面硬度和强度急剧下降，难以承受周期性的冲击载荷，脱碳层诱发内部产生裂纹；（2）弹簧脱碳层和内部魏氏组织的存在，造成弹簧在工作条件下内应力过大。

四、改造可行性分析

针对既有线因建设初期确定的补偿方式为弹簧补偿的情况，为保障接触网设备张力稳定及安全可靠，宜对其进行改造，可改造为棘轮补偿方式。

（一）接触网参数

该线路接触网采用柔性接触网，弹性简单悬挂，最高计算温度40℃，最低计算温度-5℃，最长锚段长度1100m，线张力12KN。

（二）棘轮补偿装置及坠砣参数

1.棘轮补偿装置主要参数

棘轮补偿装置主要参数包含补偿绳长度(以a值、b值)、本体大轮/小轮半径、工作行

程、限制架长度。

改造前弹簧补偿装置工作行程为0—1300 mm，为保证改造前后接触网线索参数一致性，需要将棘轮补偿装置的行程进行折算，计算棘轮补偿装置工作行程L1为

L1 = n*L*α (Tmax-Tmin) = 1262.25 mm

限制架长度L2为

L2 = L1+amin+bmin =1862.25mm

2.坠砣参数

为减小坠砣对既有空间的影响，需尽量减小坠砣串的长度，选择采用体积小、密度大的铁坠砣（HT200灰铸铁，3级镀锌后再涂黑色沥青漆），单片坠砣质量25 kg，直径460 mm,厚度35 mm。接触线棘轮补偿坠砣串长度为

L3 =L*F1/(G*n)

式中：L为单个坠砣厚度；F1为线索补偿张；G为单个坠砣重力。

由此可得接触线补偿串长度L3=560mm。

正线接触线设计张力为12KN，棘轮设计传动比为1：3，故接触线棘轮补偿坠砣块数为12KN/（25kg*9.8）*3=16块。

3.设备限界

根据《接触网说明》，地面直线段接触网支柱基础中心距线路中心为2000mm，高架直线段接触网支柱基础中心距线路中心为2200mm；根据《限界初步设计》图纸，直线区段线路中心线至设备限界最远处为1725mm。最短距离2000mm-1725mm=275mm＞半径230mm，故限界满足要求。

五、结语

本文介绍了弹簧补偿装置和棘轮补偿装置的工作原理及优缺点。针对部分线路实际运用中设备状态不佳，补偿器补偿作用减弱，失效等情况，对南海有轨电车1号线地铁既有线弹簧补偿装置进行了改造研究，该改造方案可为同类项目补偿装置的改造提供参考借鉴。

参考文献：

【1】GB50157-2013《地铁设计规范》［S］

【2】DC750V牵引供电系统弹簧补偿器技术规格书

【3】新型弹簧补偿器在地铁中应用的可行性［J］．电气化铁道，2009

【4】恒张力弹簧补偿器在地铁接触网中的应用［J］.都市快轨交通