高速铁路接触网零部件应用与研究

本书全面总结高速铁路接触网零部件应用状况，分析不同线路零部件的规格型式及优缺点，提出高速铁路接触网系统与装备发展方向，针对中国高铁接触网零部件进行了总结和梳理，并提出了新型高速铁路接触网系统与装备的有关成果，具体如下： 

全书共9章，主要论述了高速铁路接触网零部件组成及基本要求，国内外高速铁路接触网零部件的应用状况，高速铁路接触网零部件的技术特点、演化发展、主要材料及加工工艺，对高速铁路接触网零部件防松与防腐的理论及方法进行了阐述，对高速铁路接触网失效问题进行了分析，详细讲述了新型高速铁路接触网系统及零部件的研发过程，并对高速铁路接触网装备的未来发展进行了展望。

罗健，1980年1月出生，高级工程师，现任中国铁路设计集团有限公司电化电信院副总工程师。从事铁路和城市轨道交通牵引供电系统接触网设计和研究工作15年。主持京沈高铁、济青高铁、大连地铁、深圳地铁等多个项目接触网技术审定，主持《新型高速铁路接触网装备技术研究》《高铁250km／h、350km／h接触网技术与装备简统化研究》等多项中国铁路总公司科研课题，主持的项目获得省部级科技进步奖7次、优秀设计奖4次。入选天津市“131”创新型人才和中国铁路总公司“百千万人才”，获铁路青年五四奖章。

1 高速铁路接触网及零部件概述……………………………………………………………1
1.1高速铁路接触网简介…………………………………………………………………1
1.2接触悬挂系统参数……………………………………………………………………3
1.3接触网装备分类………………………………………………………………………4
1.4关键零部件组成及功能………………………………………………………………5
1.5接触网及零部件的基本要求…………………………………………………………8
2 高速铁路接触网零部件的应用…………………………………………………………10
2.1国外应用………………………………………………………………………………10
2.1.1 概况………………………………………………………………………………10
2.1.2 德国高速铁路接触网零部件……………………………………………………11
2.1.3 日本高速铁路接触网零部件……………………………………………………21
2.1.4 法国高速铁路接触网零部件……………………………………………………26
2.2国内应用………………………………………………………………………………30
2.2.1 300～350 km/h典型线路零部件 ………………………………………………30
2.2.2 200～250 km/h典型线路零部件……………………………………………… 54
3 高速铁路接触网零部件特点及发展………………………………………………………73
3.1零部件技术发展路线…………………………………………………………………73
3.1.1引进技术阶段……………………………………………………………………73
3.1.2消化吸收(国产化)阶段………………………………………………………74
3.1.3优化改进阶段……………………………………………………………………75
3.1.4自主创新和新一代技术研发阶段………………………………………………75
3.2 300～350 km/h零部件的型式及特点………………………………………………76
3.2.1 腕臂结构…………………………………………………………………………76
3.2.2 定位装置……………………………………………………………………… 86
3.2.3 下锚补偿装置………………………………………………………………… 105
3.2.4 吊弦装置……………………………………………………………………… 116
3.2.5 终端锚固线夹………………………………………………………………… 125
3.2.6 中心锚结线夹………………………………………………………………… 129
3.2.7 电连接线夹…………………………………………………………………… 131
3.2.8 弹性吊索线夹………………………………………………………………… 133
3.2.9 线岔装置……………………………………………………………………… 134
3.3 200～250 km/h零部件的型式及特点…………………………………………… 134
3.3.1腕臂结构……………………………………………………………………… 134
3.3.2定位装置……………………………………………………………………… 139
3.3.3下锚补偿装置………………………………………………………………… 151
3.3.4吊弦装置……………………………………………………………………… 153
3.3.5终端锚固线夹………………………………………………………………… 153
3.3.6电连接线夹…………………………………………………………………… 156
3.4 零部件的演变与发展……………………………………………………………… 158
3.4.1 发展概况……………………………………………………………………… 158
3.4.2 腕臂和定位结构形式的发展历程…………………………………………… 160
3.4.3 腕臂和定位零部件…………………………………………………………… 165
3.4.4 下锚补偿装置…………………………………………………………………175
3.4.5 其他零部件……………………………………………………………………177
4 高速铁路接触网零部件材料与工艺……………………………………………………181
4.1 主要材料……………………………………………………………………………181
4.1.1 铜及铜合金……………………………………………………………………181
4.1.2 铝及铝合金……………………………………………………………………189
4.1.3 碳素结构钢……………………………………………………………………194
4.1.4 不锈钢…………………………………………………………………………198
4.2 主要工艺……………………………………………………………………………203
4.2.1 锻造工艺………………………………………………………………………203
4.2.2 铸造工艺………………………………………………………………………207
4.2.3 冲压工艺………………………………………………………………………213
4.2.4 液态模锻技术…………………………………………………………………218
4.2.5 工艺分析………………………………………………………………………221
5 高速铁路接触网零部件防松与防腐……………………………………………………225
5.1 高速铁路接触网零部件的防松……………………………………………………225
5.1.1 螺纹连接特性…………………………………………………………………225
5.1.2 螺纹松动原理…………………………………………………………………228
5.1.3 螺纹精度对防松性能的影响………………………………………………… 228
5.1.4 螺纹连接防松措施…………………………………………………………… 230
5.1.5 防松原则及注意事项………………………………………………………… 236
5.2 高速铁路接触网零部件的防腐……………………………………………………237
5.2.1 腐蚀机理……………………………………………………………………… 237
5.2.2 腐蚀示例……………………………………………………………………… 238
5.2.3 防腐措施……………………………………………………………………… 239
6 高速铁路接触网零部件失效分析……………………………………………………… 252 

    按照国家《中长期铁路网规划》（2008年调整），以“四纵四横”客运网为主骨架的高速铁路建设全面有序推进，并已建成了京津、沪宁、京沪、京广、哈大等一批设计时速350km、具有世界先进水平的高速铁路。接触网零部件与行车速度密切相关，是高速铁路装备的重要组成部分，伴随着高速铁路的发展，取得了一系列丰硕的成果。在我国铁路改革发展成效显著的态势下，铁路“十三五”规划要求持续推进建设布局合理、覆盖广泛、高效便捷、功能完善、世界上最现代化的高铁网，铁路技术装备和创新能力达到世界领先，这为接触网零部件进一步创新发展提供了机遇。    截至2017年底，我国电气化铁路运营里程达8.7万km，其中高速铁路2.5万km。路网规模不断扩大，对接触网提出了更高的要求。接触网零部件作为高速铁路的重要组成部分，其服役状态直接影响受电弓和接触网间的电接触性能，进而影响列车的运行稳定性和安全性。然而，随着我国高速铁路开通里程和运营时间的不断增长，也暴露出接触网系统和装备层面的一些不足和改进空间。一是我国引进的高速铁路接触网零部件技术来自于不同国家、不同企业，系统受限于零部件引进的原型不同，造成我国高速铁路接触网系统参数、结构形式、零件规格及种类多样化，且难以互容，给设计、施工、运营维护带来了一定难度。二是我国地域广阔、自然环境多样且高速铁路运营速度已达到世界领先，接触网工况十分复杂，加之基础工业水平与发达国家之间存在一定差距，基于原型技术的国产化零部件不能很好地满足高铁安全运营要求，个别零部件服役性能不高，可靠性有待进一步提升。三是接触网零部件纳入铁路企业行政许可和CRCC认证，对新产品研发、上道考核等环节要求非常严格，新零部件研发风险较高，核心零部件的升级、换代明显滞后，零部件自主化程度较低，不利于我国高铁创新引领和“走出去”战略的需要。   因此，编写一本全面总结高速铁路接触网零部件应用状况，分析不同线路零部件的规格型式及优缺点，提出高速铁路接触网系统与装备发展方向，促进零部件技术不断进步，为今后零部件简统化、标准化做铺垫并具有一定实践应用和理论深度，能够为高速铁路接触网从业人员提供参考的工程技术书籍就显得尤为必要。本书从国内外接触网零部件的应用状况出发，从零部件结构、材料、工艺、服役性能及防松防腐措施等方面对高速铁路接触网零部件的规格形式、技术特点及演变发展行了重点剖析，并系统介绍了新型高速铁路接触网系统与装备的研究成果，以及试验与有限元分析在接触网零部件设计中的应用。在撰写进程中，注重内容理论性与应用性的平衡，通过引入大量实际案例与理论方法相互印证，从而实现实践和理论相结合。力求做到集实践性、理论性、学术性与实用性于一体，为我国电气化铁路事业尽一份力量。   全书共分为九章：第一章简要介绍了高速铁路接触网及零部件的组成与基本要求；第二章梳理了国内外高速铁路接触网零部件的应用状况；第三章讲述了高速铁路接触网零部件的技术特点和演化发展；第四章对高速铁路接触网零部件的主要材料和加工工艺进行了介绍；第五章对高速铁路接触网零部件防松与防腐理论及方法进行了说明；第六章对高速铁路接触网失效问题进行了分析；第七章讲述了新型高速铁路接触网系统的研发过程；第八章系统介绍了新型高速铁路接触网零部件的研发；第九章对高速铁路接触网装备的未来发展进行了展望。   本书中新型高速铁路接触网系统和零部件技术基于中国铁路总公司科技研究开发计划课题（2015J005-D、2017J005B）进行研发，刘再民、李强、金柏泉、刘永红对新型高速铁路接触网系统和零部件的研发给予了特别关注和指导，提出了许多宝贵意见和建议。   全国工程勘察设计大师、中国铁路设计集团有限公司副总工程师蒋先国对新型高速铁路接触网系统和零部件的研发进行了指导及审核，并对全书进行了审阅。中国铁路设计集团有限公司韩凌青、古晓东、陈伟、白裔峰、赵琨、李少鹏、张琦、邓洪、范海江，宝鸡保德利电气设备有限责任公司闫军芳、李永生、路海建、赵思宇，西南交通大学莫继良，中铁高铁电气装备股份有限公司林建、韩宝峰，汉和飞轮高铁装备股份有限公司张军红，中铁建电气化局集团轨道交通器材有限公司陈可宁、李东升，中铁电气化局杜麾、于迪，中法高速铁路技术（西安）有限公司王兴全等人，对于本书的编写工作给予了大力支持，提供了大量的基础资料和实践数据。   在此，对所有参与人员、审阅者、指导者、支持者一并表示深深地感谢！   由于作者水平有限，书中难免存在欠妥之处，敬望广大读者尤其是从事接触网相关工作的技术人员予以指正或提出宝贵的意见和建议。