CN101229782A - 一种恒张力弹簧补偿装置 - Google Patents

Abstract

一种恒张力弹簧补偿装置，主要包括槽轮、补偿绳、左端板、主轴、油封、轴承、右端板、接触式平面涡卷弹簧、外罩、固定角钢、安装底板、销轴、断线止动装置；上述槽轮固定在主轴上，上述补偿绳卷绕并有一端固定在槽轮上，另一端接外部接触网，上述主轴用油封、轴承支持在左端板和右端板上；上述左端板、右端板、外罩、固定角钢、安装底板组成一个闭合式盒座体，上述销轴连接到安装底板远离上述盒座体的一侧；上述接触式平面涡卷弹簧安装在上述在盒座体内，其内端弯勾与主轴连接，外端弯勾与盒座体上的固定角钢连接。本发明的恒张力弹簧补偿装置结构紧凑、体积小、重量轻。其能使电气化铁道接触网保持一定的张力，减少其受电弓的离线率的。

Description

一种恒张力弹簧补偿装置

技术领域

本发明涉及电气化铁道接触网供电技术领域，且特别涉及一种能使电气化铁道接触网(承力索、接触线及软横跨)保持一定的张力，减少其受电弓的离线率的恒张力弹簧补偿装置。

背景技术

电气化铁道的接触网(承力索、接触线及软横跨)除了由于温度变化引起的伸缩外，还会由于蠕变、导线磨耗等引起弹性线材伸长，以及长久作用造成支柱倾斜等，对接触悬挂的高度和张力都会产生影响。这些因素导致离线的发生，使接触网受流性能恶化，而张力增大会造成接触网断线，致使接触网运行发生故障。

接触网全程分段布置，其每段称为一个锚段，锚段的两端下锚。为了能自动保持接触网张力恒定，通常下锚点设有张力补偿装置。

现有的张力补偿装置主要有以下两种形式：

1、现有电气化铁道接触网(承力索、接触线及软横跨)设置的补偿装置一般为坠砣式，通常使用的有滑轮组和棘轮两种。这两种补偿装置虽然具有结构简单，使用可靠的优点，但也存在着体积大、重量重、不美观、大风中易摆动碰撞等缺点。另一个缺点是安装及维护费用高，这主要是需要采用辅助结构来支撑、引导和保护此补偿装置及日常的运行管理与检修工作所造成的。尤其在地铁和既有隧道等低矮狭窄的净空条件下进行电气化接触网改造，安装坠砣时，需扩挖隧道断面，这必将大幅度增加工程量和对过往行车的干扰，延长工期，增加工程费用，对于地质条件复杂地段，甚至难以实现。

2、电气化接触网软横跨是电气化铁道多股道站场接触网悬挂的横向支持设备，由电气化铁道两侧的支柱和悬挂在支柱上的横向承力索、上下部定位绳以及支持和连接它们的零件组成。

为改善接触网受流性能，减少接触网软横跨的运行维护。现采用在上下部定位绳加装了一种变张力补偿装置，此变张力补偿装置能基本适应软横跨横承力索的高度不变，但存在的补偿锚段短、张力变化大、伸长量小、性能差的不足之处。

国内外还有以下几种补偿装置，但因分别存在着各种缺陷，均未能大面积推广使用。

1、采用数个圆柱螺旋压缩弹簧直列串联而成的补偿装置(例如：专利号为200420025333.1的弹性张力补偿器；专利号为200510038827.2的接触网弹性张力自动补偿器等)，由于采用的圆柱螺旋压缩弹簧的作用力与行程成正比的特性，这种补偿装置不能保证接触网张力的恒定不变。

2、采用油压、气压式补偿装置(例如：专利号为03235102.X的电气化铁道接触网液压补偿装置；专利号为03218606.1的差动柱塞式液压张力补偿装置；专利号为00232367.2的电气化铁路接触网气压式张力自动补偿器等)，由于油、气的损失，需要不断监测和维护，以及及时补充油、气，加之漏油、漏气的情况有时发生，因此成本较高，限制了使用范围。

发明内容

随着电气化铁道城际列车、客运专线、高速列车的发展，列车运行速度提高到200km/h、300km/h，以至更高，对接触网的补偿性能提出了更高的要求，如何保证其安全、可靠已成为迫切需要解决的问题。

恒张力弹簧补偿装置是电气化铁道接触网重要的组成部分，是接触网在气温变化时保持张力恒定的重要装置，其性能好坏直接影响着接触网的悬挂弹性、接触线在空间位置的标准状态等，对减少弓网事故，提高接触网的安全可靠性有重要的意义。

本发明的目的在于：克服上述各种依靠外源补偿的补偿装置存在的不足之处，提供一种用预卷紧的接触式平面涡卷弹簧贮存的弹性变形能，作为内源自动补偿张紧电气化铁道接触网(承力索、接触线及软横跨)长度变化的装置，这种纯机械的高性能装置能确保其张力，并适应其长度的变化，且维持恒定。又能做到结构紧凑，体积和重量大幅度缩小和减轻。从而提高接触网悬挂的稳定性和列车的运行速度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：接触网(承力索、接触线及软横跨)通过接触网恒张力弹簧补偿装置的补偿绳连接作用在槽轮(渐开线槽轮、螺旋槽轮或定滑轮槽轮)上，当环境温度发生变化时，接触网受热胀冷缩作用长度也随着变化，此时槽轮驱动主轴上的接触式平面涡卷弹簧。接触式平面涡卷弹簧垂直于主轴的平面内形成转动力矩，预卷紧的接触式平面涡卷弹簧贮存了弹性变形能，这样接触式平面涡卷弹簧卷紧和释放所产生的扭矩促使补偿绳的长度缩短和伸长，进而保证接触网在长度变化时张力维持恒定。

本发明提供一种恒张力弹簧补偿装置，主要包括槽轮、补偿绳、左端板、主轴、油封、轴承、右端板、接触式平面涡卷弹簧、外罩、固定角钢、安装底板、销轴、断线止动装置；

上述槽轮固定在主轴上，上述补偿绳卷绕并有一端固定在槽轮上，另一端接外部接触网，上述主轴用油封、轴承支持在左端板和右端板上；

上述左端板、右端板、外罩、固定角钢、安装底板组成一个闭合式盒座体，上述销轴连接到安装底板远离上述盒座体的一侧；

上述接触式平面涡卷弹簧安装在上述在盒座体内，其内端弯勾与主轴连接，外端弯勾与盒座体上的固定角钢连接；

上述断线止动装置与槽轮和端板配合安装，可以在接触网或补偿绳断裂的情况下，使槽轮的转动借助摩擦被止动到静止状态，使接触式平面涡卷弹簧不产生较大反弹作用力，确保恒张力弹簧补偿装置的安全运行。

上述断线止动装置主要包括止动轮、楔块、扭簧、固定螺栓、螺母、压紧螺钉、压簧、钢球，其中止动轮固定在槽轮上，楔块通过固定螺栓和螺母固定在端板上，扭簧套装在固定螺栓在楔块与端板之间的部分，止动轮的外圆周面上有可以与楔块顶部的切口配合作用的槽，由上述压紧螺钉、压簧、钢球组成的压紧装置安装在固定螺栓的下方。

由于电气化铁道接触网的张力补偿是通过补偿绳的拉紧作用来实现的，因而补偿绳是至关重要的受力元件，由于补偿绳承受着很大的张力同时工作环境非常恶劣，所以因疲劳和/或磨损而发生断股或断线的现象是总会发生的。在接触网终端张力补偿处设置断线止动装置，其用是：安装使其出线位置与补偿装置储能装置拉力方向相反的断线止动装置，为使一旦接触网发生断线事故，槽轮立即被止动，达到缩小事故范围并保护补偿装置的目的。

本发明的恒张力弹簧补偿装置的主轴的定位面上设有花键槽，与设在槽轮或槽轮的轴套上的花键套配合连接，上述花键槽的断面形状为凸缘式或凹槽式。

上述接触式平面涡卷弹簧为变扭矩平面涡卷弹簧或恒扭矩平面涡卷弹簧，采用上、下两组并联组合而成。

上述接触式平面涡卷弹簧为一个或一个以上，由一层或多层钢带卷绕而成。

上述槽轮为渐开线槽轮、螺旋槽轮或定滑轮槽轮，上述恒扭矩平面涡卷弹簧与上述定滑轮槽轮或螺旋槽轮搭配组合，上述变扭矩平面涡卷弹簧与上述渐开线槽轮搭配组合。

上述渐开线槽轮的终止半径可以按照以下关系式确定：终止半径＝起始半径×(平面涡卷弹簧终止扭矩/平面涡卷弹簧起始扭矩)

该式推导过程如下：设：

变扭矩平面涡卷弹簧终止扭矩：N1

变扭矩平面涡卷弹簧起始扭矩：N2

补偿绳起始力：F1

补偿绳终止力：F2

槽轮起始半径：r1

槽轮终止半径：r2

根据弹性特性N1＝F1×r1，N2＝F2×r2

即：         F1＝N1/r1，F2＝N2/r2

若要保征输出过程载荷恒定，则：F1＝F2

即：      N1/r1＝N2/r2

由此可得：r2＝r1×N2/N1

上述槽轮为单槽或双槽；其可以为一个，安装在盒座体上主轴的一端或主轴的中心，也为两个，对称安装在主轴的两端。

上述的断线止动装置可以为一个，安装在左端板或右端板上；也可为两个，分别安装在左右端板上。

上述断线止动装置的止动轮与楔块之间相互接触的斜面包括平面、圆弧面、螺旋面、球面及其它曲面以及各种接触表面的组合，上述斜面上任意点的切平面与通过该点的以旋转体轴心为圆心的圆周线在该切点的切线之间的夹角不等于零。

上述主轴和槽轮的定位面为三方型、四方型或多方型。

上述主轴通过盒座体两侧的端板支承，该支承定位方式为至少两支承，也可以为三支承或以上的任意数。

上述补偿绳为钢丝绳或高性能聚乙稀纤维绳索。

本发明的恒张力弹簧补偿装置的主要技术指标有：

1.工作环境温度：-40℃～40℃；

2.补偿装置的额定张力：1.96kN～26.49kN，或根据需要定制的其它额定张力；

3.补偿装置的伸长量：一般为0～1300mm，根据需要可定制不超过2000mm伸长量的补偿装置；

4.补偿装置在补偿绳拉出和缩回的整个行程范围内的张力离差(包括摩擦力)应不大于4％；

5.补偿装置在补偿绳拉出时张力的最大读数和缩回时张力的最小读数与额定张力的离差应不大于4％；

6.补偿装置在经历整个行程(拉出和缩回)2×104次后反应转动灵活，无卡滞、无变形现象；

7.断线止动装置破坏荷重≥58.86kN，断线止动装置制动时安全绳最大移动长度≤200mm；

8.补偿装置所有防腐要求符合TB/T2073中“零件防腐蚀要求”的规定，本补偿器的使用寿命大于15年。

综上，本发明的一种恒张力弹簧补偿装置结构紧凑、体积小、重量轻。其能使电气化铁道接触网(承力索、接触线及软横跨)保持一定的张力，减少其受电弓的离线率的。在季节变换、温度变化，接触网受热胀冷缩作用长度发生变化时，该恒张力弹簧补偿装置可以保持其张力恒定、弹性和高度不变。

下面结合附图，对发明的具体实施方式作进一步的详细说明。对于所属技术领域的技术人员而言，从对本发明的详细说明中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。

附图说明

图1A是本发明的恒张力弹簧补偿装置的一个实施例的结构示意图；

图1B是图1A沿A-A面的剖视图；

图1C是图1A中断线止动装置作用原理的示意图；

图1D是图1A中断线止动装置的结构示意图；

图2A、图2B是本发明的恒张力弹簧补偿装置安装在支柱上的示意图；

图3A～图3D是本发明的恒张力弹簧补偿装置安装在隧道内的示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的恒张力弹簧补偿装置作进一步的详细说明。

本发明的恒张力弹簧补偿装置100的结构示意图如图1A、图1B所示，主要包括渐开线槽轮1、补偿绳2、左端板3、主轴4、油封5、轴承6、右端板7、接触式平面涡卷弹簧8、外罩9、固定角钢10、安装底板11、销轴12、断线止动装置104等。

本实施例中的接触式平面涡卷弹簧8为变扭矩平面涡卷弹簧，渐开线槽轮1的终止半径可以按照以下关系式确定：终止半径＝起始半径×(平面涡卷弹簧终止扭矩/平面涡卷弹簧起始扭矩)。

其中左端板3、右端板7、外罩9、固定角钢10、安装底板11组合成一个闭合式盒座体。

渐开线槽轮1固定在主轴4的两端；补偿绳2卷绕并有一端固定在槽轮1上，另一端接外部接触网；盒座体两侧的油封5、轴承6和主轴4支承在两侧的的左端板3、右端板7上；接触式平面涡卷弹簧8安装在上述盒座体内，其内端弯勾连接在主轴4的沟槽内，外端弯勾与固定角钢10连接固定。

当环境温度下降时，接触网遇冷收缩，平面涡卷弹簧8释放，补偿绳2开始沿渐开线槽轮1向外伸长以补偿接触网的缩短量；当环境温度上升时，接触网遇热膨胀，接触式平面涡卷弹簧8开始卷紧，补偿绳2开始往渐开线槽轮1上卷绕。这样用平面涡卷弹簧8卷紧和释放所产生的扭力促使补偿绳2缩短或伸长，进而始终保持接触网处于直线水平状态，保证电力机车受电弓与接触网接触线处于接触状态，确保机车的安全运行。

在本发明的一个较佳实施例中，在右端板7上增设了断线止动装置104。

图1D是图1A中断线止动装置104的结构示意图，参照图1D，上述断线止动装置104由止动轮13、楔块14、扭簧15、固定螺栓16、压紧螺钉17、压簧18、钢球19、弹性垫圈20、螺母21、扁螺母22等组成。

其中止动轮13固定在渐开线槽轮1上，楔块14通过固定螺栓16弹性垫圈20、螺母21和扁螺母22固定在右端板上，扭簧15套装在固定螺栓16在楔块14与端板7之间的部分，止动轮13的外圆周面上有可以与楔块14顶部的切口配合作用的槽，由上述压紧螺钉17、压簧18、钢球19组成的压紧装置安装在固定螺栓16的下方。上述扭簧15和压紧装置可以对楔块14产生固定作用。

图1C是图1A中断线止动装置(从B-B方向看)作用原理的示意图，参照图1C，在故障情况下(承力索、接触线、软横跨的导线断裂或补偿绳2断裂)，固定在渐开线槽轮1上的止动轮13产生的反弹作用力(图1C中用箭头II表示)与楔块14的楔力(图1C中用箭头I表示)共同作用，迫使楔块14的切口落到止动轮13的槽内，止动轮13和渐开线槽轮1的转动借助摩擦被止动到静止状态，这样能使接触式平面涡卷弹簧8不产生较大反弹作用力，确保恒张力弹簧补偿装置100的安全运行。

断线止动装置104的止动轮13与楔块14之间相互接触的斜面包括平面圆弧面、螺旋面、球面及其它曲面以及各种接触表面的组合，所述斜面上任意点的切平面与通过该点的以旋转体轴心为圆心的圆周线在该切点的切线之间的夹角不等于零。

图2A、图2B是本发明恒张力弹簧补偿装置100安装在支柱200上的示意图。主要由支柱200、下锚角钢201、恒张力弹簧补偿装置100、补偿绳2、双耳楔形线夹204、平衡板205、双耳连接器206、杵环杆207、绝缘子串208等组成。恒张力弹簧补偿装置100通过下锚角钢201固定到支柱200上，卷绕在渐开线槽轮上的补偿绳2通过双耳楔形线夹204、平衡板205、双耳连接器206、杵环杆207、绝缘子串208等连接到承力索或接触线上。另外还可以在立柱200上设置拉线以进一步保证立柱的直立和稳定。

图3A～图3D是本发明的恒张力弹簧补偿装置100安装在隧道内的示意图。其中图3B为图3A中沿A方向看的示意图，本发明的恒张力弹簧补偿装置100通过安装到隧道顶部的承锚臂301固定到隧道中，还可以在承锚臂301上设置拉线连接到隧道顶部以进一步保证承锚臂301的直立和稳定。

图3C为图3B中B向视图。参照图3C，恒张力弹簧补偿装置100的补偿绳2通过双耳楔形线夹204、平衡板205、双耳连接器206、杵环杆207、绝缘子串208等连接到承力索(或接触线)上。

图3D为图3B中C向视图，其结构与图3C基本相同。

除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方案。如：接触式平面涡卷弹簧可以用一层钢带卷绕而成，也可用二层或多层钢带卷绕而成；接触式平面涡卷弹簧既可以是一个，也可以是多个，其端面形式即可以是直线型，也可以是弧线型；渐开线槽轮既可以安装在接触式平面涡卷弹簧的两侧，也可以安装在接触式平面涡卷弹簧的单侧；渐开线槽轮既可以改为定滑槽轮，也可以改为螺旋槽轮；渐开线槽轮既可以是单槽，也可以是双槽；补偿绳既可以采用钢丝绳，也可以采用高性能聚乙稀纤维绳索；止动装置既可以设置在盒座体的一端，也可以设置在两端；可用两台等张力的恒张力弹簧补偿装置并联组装；也可将两排接触式平面涡卷弹簧并联组装在一只盒座体内；等等。凡采用等同替换或等效替换的技术方案，均落在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (14)

1.一种恒张力弹簧补偿装置，主要包括槽轮、补偿绳、左端板、主轴、油封、轴承、右端板、接触式平面涡卷弹簧、外罩、固定角钢、安装底板、销轴、断线止动装置；

上述槽轮固定在主轴上，上述补偿绳卷绕并有一端固定在槽轮上，另一端接外部接触网，上述主轴用油封、轴承支持在左端板和右端板上；

上述左端板、右端板、外罩、固定角钢、安装底板组成一个闭合式盒座体，上述销轴连接到安装底板远离上述盒座体的一侧；

上述接触式平面涡卷弹簧安装在上述在盒座体内，其内端弯勾与主轴连接，外端弯勾与盒座体上的固定角钢连接；

上述断线止动装置与槽轮和端板配合安装，可以在接触网或补偿绳断裂的情况下，使槽轮的转动借助摩擦被止动到静止状态，使接触式平面涡卷弹簧不产生较大反弹作用力，确保恒张力弹簧补偿装置的安全运行。

2.根据权利要求1所述的恒张力弹簧补偿装置，其特征在于，上述断线止动装置主要包括止动轮、楔块、扭簧、固定螺栓、螺母、压紧螺钉、压簧、钢球，其中止动轮固定在槽轮上，楔块通过固定螺栓和螺母固定在端板上，扭簧套装在固定螺栓在楔块与端板之间的部分，止动轮的外圆周面上有可以与楔块顶部的切口配合作用的槽，由上述压紧螺钉、压簧、钢球组成的压紧装置安装在固定螺栓的下方。

3.根据权利要求2所述的恒张力弹簧补偿装置，其特征在于，主轴的定位面上设有花键槽，与设在槽轮或槽轮的轴套上的花键套配合连接，上述花键槽的断面形状为凸缘式或凹槽式。

4.根据权利要求3所述的恒张力弹簧补偿装置，其特征在于，上述接触式平面涡卷弹簧为变扭矩平面涡卷弹簧或恒扭矩平面涡卷弹簧，采用上、下两组并联组合而成。

5.根据权利要求4所述的恒张力弹簧补偿装置，其特征在于，上述接触式平面涡卷弹簧为一个或一个以上，由一层或多层钢带卷绕而成。

6.根据权利要求5所述的恒张力弹簧补偿装置，其特征在于，上述槽轮为渐开线槽轮、螺旋槽轮或定滑轮槽轮，上述恒扭矩平面涡卷弹簧与上述定滑轮槽轮或螺旋槽轮搭配组合，上述变扭矩平面涡卷弹簧与上述渐开线槽轮搭配组合。

7.根据权利要求6所述的恒张力弹簧补偿装置，其特征在于，上述槽轮为单槽或双槽。

8.根据权利要求7所述的恒张力弹簧补偿装置，其特征在于，上述槽轮为一个，安装在盒座体上主轴的一端或主轴的中心。

9.根据权利要求7所述的恒张力弹簧补偿装置，其特征在于，上述槽轮为两个，对称安装在主轴的两端。

10.根据权利要求8或9所述的恒张力弹簧补偿装置，其特征在于，上述的断线止动装置可以为一个，安装在左端板或右端板上；也可为两个，分别安装在左右端板上。

11.根据权利要求10所述的恒张力弹簧补偿装置，其特征在于，上述断线止动装置的止动轮与楔块之间相互接触的斜面包括平面、圆弧面、螺旋面、球面及其它曲面以及各种接触表面的组合，上述斜面上任意点的切平面与通过该点的以旋转体轴心为圆心的圆周线在该切点的切线之间的夹角不等于零。

12.根据权利要求11所述的恒张力弹簧补偿装置，其特征在于，上述主轴和槽轮的定位面为三方型、四方型或多方型。

13.根据权利要求12所述的恒张力弹簧补偿装置，其特征在于，上述主轴通过盒座体两侧的端板支承，该支承定位方式为至少两支承，也可以为三支承或以上的任意数。

14.根据权利要求13所述的恒张力弹簧补偿装置，其特征在于，上述补偿绳为钢丝绳或高性能聚乙稀纤维绳索。

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