棘轮补偿装置 说明书.docx

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棘轮补偿装置说明书

棘轮补偿装置设计

摘要

研究课题是接触网棘轮补偿装置设计，重要内容有接触网棘轮补偿装置设计的基本介绍和工作原理，以及棘轮的运动原理、结构、设计的分析和接触网棘轮补偿装置设计的安装要求。

在设计前进行了调查和资料收集,并走访了有关施工单位、设计单位、生产厂家和仔细认真的对实物进行研究了解到接触网棘轮补偿装置的有关知识，设计过程是从接触网棘轮补偿装置的概述开始，初步设计出棘轮机构，并从补偿装置的材料的性能和用途中逐步设计出接触网棘轮补偿装置。

其重要功能是连接接触网和火车，使火车在高速运行的情况下能够顺利的供应上电，保证火车的正常运行。

接触网棘轮补偿装置避免了火车受电弓的频繁离线、拉弧以及接触线烧伤等缺陷，且接触网棘轮补偿装置无需注油、免维修、使用寿命长，很好在火车上运用。

关键词：

接触网，接触网棘轮补偿装置介绍，棘轮结构运动分析，棘轮设计，接触网棘轮补偿装置安装要求。

Ratchetcompensationequipment

Abstract

Researchisthedesignofcatenaryratchetcompensationdevice,theimportantcontentsofthecatenaryratchetcompensationequipmentandworkingprincipleofabasicintroduction,andthemovementoftheratchetprinciple,structure,designanalysisanddesignofcatenaryratchetcompensationdeviceinstallationrequirements.Beforeinthedesignoftheinvestigationanddatacollection,andvisitedtherelevantconstructionunits,designunits,manufacturersandcarefullystudythephysicalunderstandingofthecatenaryratchetcompensationdeviceknowledge,thedesignprocessfromthecatenaryratchetcompensationdeviceanoverviewofthebeginningofthepreliminarydesignoftheratchetmechanism,andfromthecompensationdeviceperformanceanduseofmaterialsdesignedtograduallyratchetOCScompensationdevice.

Theimportantfunctionisthecatenaryandrailconnections,sothathighspeedtrainsinthecaseofasmoothsupplyofpowertoensurethenormaloperationofthetrain.OCSratchetcompensationdevicetoavoidthefrequenttrainpantographoff,pullthearcandthelineofcontactburnsandotherdefects,andnocompensationdeviceOCSratchetoiling,maintenance-free,longlife,gooduseofthetrain.

Keywords:

OCS,OCScompensationdevicedescribedratchet,ratchetstructure,motionanalysis,ratchetdesign,catenaryinstallationrequirementsratchetcompensationdevice.

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Ａ和张紧轮槽Ｂ，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章接触网棘轮补偿装置概述

1.1接触网棘轮补偿装置的发展

1.1.1接触网的概念

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和2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。

为了减小故障范围、便于检修以及使各

图1-1铁道干线悬挂式接示意图

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。

1.1.2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。

1.1.3简单接触悬挂

（以下简称简单悬挂）系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。

图1-1接触网棘轮补偿装置实物图

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8～16m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。

1.1.4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。

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。

1.2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。

1.3接触网棘轮补偿装置的组成

接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。

其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。

接触悬挂包括接触线、吊弦、承力索以及连接零件。

接触悬挂通过支持装置架设在支柱上，其功用是将从牵引变电所获得的电能输送给电力机车。

支持装置用以支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱或其它建筑物。

根据接触网所在区间、站场和大型建筑物而有所不同。

支持装置包括腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子串，棒式绝缘子及其它建筑物的特殊支持设备。

定位装置包括定位管和定位器，其功用是固定接触线的位置，使接触线在受电弓滑板运行轨迹范围内，保证接触线与受电弓不脱离，并将接触线的水平负荷传给支柱。

支柱与基础用以承受接触悬挂、支持和定位装置的全部负荷，并将接触悬挂固定在规定的位置和高度上。

我国接触网中采用预应力钢筋混凝土支柱和钢柱，基础是对钢支柱而言的，即钢支柱固定在下面的钢筋混凝土制成的基础上，由基础承受支柱传给的全部负荷，并保证支柱的稳定性。

预应力钢筋混凝土支柱与基础制成一个整体，下端直接埋入地下。

1.3.1支柱及基础

支柱装置用以支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱或其它建筑物。

支持装置包括腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子串，棒式绝缘子及其它建筑物的特殊支持设备。

支柱是接触网中最基本、应用最广泛的支撑设备，用来承受接触悬挂与支持设备的负荷。

接触网支柱，按其使用材质分为预应力钢筋混凝土支柱和钢支柱两大类。

预应力钢筋混凝土支柱，简称为钢筋混凝土支柱采用高强度的钢筋，在制造时预先使钢筋产生拉力，它比普通钢筋混凝土支柱在同等容量情况下节省钢材、强度大、支柱轻等优点。

钢筋混凝土支柱本身是一个整体结构，不需另制基础。

钢柱以角钢焊成架结构，具有支柱较轻、强度高、抗碰撞、安装运输方便等优点。

根据安装使用地点不同，钢柱的型号规格及外形结构也不同。

支柱按其在接触网中的作用可分为中间支柱、转换支柱、中心支柱、锚柱、定位支柱道岔支柱、软横跨支柱、硬横跨支柱及桥梁支柱等几种。

1.3.2中间支柱

中间支柱在区间和站场都广泛的应用，布置于两相邻的锚段关节之间，支撑一支工作支接触悬挂。

它承受一支工作支接触悬挂及其支持装置的重力、接触悬挂的风负荷和导线因改变方向而产生的水平分力。

1.3.3锚柱

在接触网锚段关节处或其他接触悬挂下锚地方采用锚柱。

锚柱在垂直线路方向上起中间柱的作用，即支撑工作支接触悬挂；在平行线路方向上，对需要下锚的非工作支接触悬挂（即下锚支接触悬挂）进行下锚、固定。

它能承受两个方向的负荷，在垂直线路方向起中间支柱的作用，在顺线路方向，承受接触悬挂下锚的全部拉力。

1.3.4转换支柱

转换支柱用于接触网锚段关节的两锚柱之间，它同时支撑两支接触悬挂，其中一支为工作支，另一支为下锚支（也称非工作支），电力机车受电弓在此两柱之间进行锚段转换。

1.3.5中心支柱

中心支柱位于四跨绝缘锚段关节内两转换柱之间，它同时支撑两个工作支接触悬挂，并使两工作支接触线在此柱定位处等高，且使两支接触悬挂间保持规定的绝缘距离。

中心支柱承受两工作支接触悬挂及其支持装置的重力、两支接触悬挂的风负荷和导线因改变方向而产生的水平分力。

1.3.6定位支柱

定位支柱是指当接触线和承力索由于某种原因对线路中心偏移过大时，为了保证电力机车受电弓正常接触取流而专门设立的支柱。

它不承受接触悬挂的垂直负荷，仅承受水平力其定位作用。

一般设在车站靠近软横跨处及站场曲线处。

1.3.7道岔支柱

道岔支柱位于道岔处，为保证接触悬挂在道岔区域内能满足受电弓工作要求而设。

它同时承受两支接触悬挂及两支接触悬挂的风负荷和水平力。

一般以中间柱代用。

1.3.8软横跨支柱、硬横跨柱

用于软横跨上，多用于站场上，由于受力较大，多选用容量较大的支柱，跨越五股道及以下的用钢筋混凝土支柱，以上的用钢柱。

1.3.9定位装置

定位装置包括定位管和定位器。

其功用是固定接触线的位置，使接触线在受电弓滑板运行轨迹范围内，保证接触线与受电弓不脱离，并将接触线的水平负荷传给支柱，定位器有直管定位器、弯管定位器。

提速后采用带减振阻尼装置的多功能定位器，改善了受电弓的取流特性。

1.4接触网其它部件

1.4.1接触网承力索

接触网承力索的作用是通过吊弦将接触线悬挂起来。

承力索还可承载一定电流来减小牵引网阻抗，降低电压损耗和能耗。

承力索根据材质可分为铜承力索、钢承力索、铝包钢承力索。

钢承力索需采取防腐措施。

1.4.2接触网吊弦

在链形悬挂中，接触线通过吊弦悬挂在承力索上。

按其使用位置是在跨距中、软横跨上或隧道内有不同的吊弦类型，吊弦是链形悬挂中的重要组成部件之一。

在链形悬挂中安设吊弦，使每个跨距中在不增加支柱的情况下，增加了对接触线的悬挂点，这样使接触线的弛度和弹性均得到改善，提高了接触线工作质量。

另外，通过调节吊弦的长度来调整，保证接触线对轨面的高度，使其符合技术要求。

吊弦有普通吊弦和整体吊弦，普通环节吊弦以直径4mm（一般称为8号铁线）的镀锌铁线制成。

整体吊弦种类也比较多，老的整体吊弦采用不锈钢直吊弦，一般由两段构成，中间增加调节螺扣，方便长度调节，现在普遍采用软铜铰线载流整体吊弦，有可调节和一次压死两种形式，吊弦两端均有载流环。

高速普遍采用压死不可调整体吊弦，这样可增加系统的稳定性。

1.5接触网供电的分类

1.5.1接触网供电方式

接触网供电方式有单边、双边供电和越区供电。

单边和双边供电为正常的供电方式。

单边供电：

供电臂只从一端的变电所取得电流的供电方式。

双边供电：

供电臂从两端相邻的变电所取得电流的供电方式。

越区供电是一种非正常供电方式（也称事故供电方式）。

越区供电是当某一牵引变电所因故障不能正常供电时，故障变电所担负的供电臂，经开关设备成分区亭同相邻的供电臂接通，由相邻牵引变电所进行临时供电。

复线区段的供电情况与上述类同，但牵引变电所馈出线有四条，分别向两侧上、下行接触网供电。

牵引变电所同一侧上、下行实现并联供电，提高供电臂末端电压。

越区供电时，通过分区亭内的开关设备去实现。

1.5.2接触网导线

接触网导线也称为电车线，是接触网中重要的组成部分之一。

电力机车运行中其受电弓滑板直接与接触摩擦，并从接触线上获得电能。

性能、接触线截面积的选择应满足牵引供电计算的要求。

接触线一般制成两侧带沟槽的圆柱状，其沟槽为便于安装线夹并按技术要求悬吊固定接触线位置而又不影响受电弓滑板的滑行取流。

接触线下面与受电弓滑板接触的部分呈圆弧状，称为接触线的工作面。

我国采用的铜接触线多为TCG-110和TCG-85两种型号，其字母T表示铜材，C表示电车线，G表示带沟槽形式，后面的数字表示该型铜接触线的截面积。

近年来我国也引进使用日本的铜接触线。

我国研制和使用了钢铝接触线。

钢铝接触线以铝和钢两种金属压接制成。

以铝面作为导电部分，与受电弓滑板接触磨擦的是钢面，既保证了导电性能又提高了工作面的耐磨性，我国采用的钢铝接触线有GLCA100/215和GLCB80/173两种型号。

字母GLC表示钢铝电车线，A、B表示线型，后面分式中，分母表示该型钢铝接触线的截面积，分子表示该型钢铝接触线的载流量当量于铜接触线的截面积。

现在我国主要采用铜银接触线，代表型号有CTHA-85,CTHA-110，CTHA-120等，新建高速也开始采用铜镁合金接触线。

1.5.3接触网支柱的侧面限界

接触网支柱的侧面限界是指支柱靠线路一侧至线路中心线的距离。

它是为了确保行车的安全。

支柱侧面限界任何时候不得小于2440mm；机车走行线可降为2000mm；曲线区段适当加宽；直线中间支柱一般取为2500mm；软横跨支柱一般取为3000mm；软横跨支柱位于站台时，为便于旅客行走，一般取为3000mm。

1.5.4接触网导线高度

接触网导线高度（简称导高），是指悬挂定位点处接触线距轨面的垂直高度，设计规范规定如下：

最高高度：

不大于6500mm。

最低高度：

（1）区间、站场：

①一般中间站和区间不小于5700mm。

②编组站、区段站及配有调车组的大型中间站，一般情况不小于6200mm。

确有困难时可不小于5700mm。

（2）隧道内（包括按规定降低高度的隧道口外及跨线建筑物范围内）：

①正常情况（带电通过5300mm超限货物）不小于5700mm。

②困难情况（带电通过5300mm超限货物）不小于5650mm。

③特殊情况不小于5250mm。

接触线高度的允许施工偏差为±30mm。

第2章接触网棘轮机构

2.1接触网棘轮机构的概述

2.1.1棘轮机构的的概念

棘轮机构（ratchetandpawl），由棘轮和棘爪组成的一种单向间歇运动机构。

棘轮机构常用在各种机床和自动机中间歇进给或回转工作台的转位上，也常用在千斤顶上。

在自行车中棘轮机构用于单向驱动，在手动绞车中棘轮机构常用以防止逆转。

棘轮机构工作时常伴有噪声和振动，因此它的工作频率不能过高。

棘轮机构按结构形式分类可分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构。

动与停的时间比可通过选择合适的驱动机构实现。

该机构的缺点是动程只能作有级调节；噪音、冲击和磨损较大，故不宜用于高速。

摩擦式棘轮机构是用偏心扇形楔块代替齿式棘轮机构中的棘爪，以无齿摩擦代替棘轮。

特点是传动平稳、无噪音；动程可无级调节。

但因靠摩擦力传动，会出现打滑现象，虽然可起到安全保护作用，但是传动精度不高。

适用于低速轻载的场合。

第3章接触网补偿装置

3.1产品用途及种类规格

3.1.1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，并且串联在接触线盒承力索内，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。

3.1.2种类及规格

表3-1棘轮补偿装置参数

产品相关参数

传动比

重量/kg

外形尺寸/mm

2.4t正制动棘轮补偿装置

1：

3

22.5

933×570×225

3.6t正制动棘轮补偿装置

1：

3

23.5