衛(wèi)永剛，張壽康，劉 林

摘 要：運用無源自適應技術研制了一種新型接觸網(wǎng)張力補償器，該張力補償器性能可靠、體積小、重量輕、使用方便、壽命長，解決了重載鐵路運行中的關鍵技術問題，取得了良好的社會和經(jīng)濟效益。

關鍵詞：重載鐵路；液壓式；張力補償器；研制應用

0 引言

朔黃鐵路是我國西煤東運的大通道，2014年9月開行30 t軸重2.5萬t重載列車，年運量從400萬t躍升到4億萬t，創(chuàng)造了世界之最。近600 km朔黃鐵路橫跨晉冀兩省，穿越崎嶇的太行山脈，其中，原平分公司管內(nèi)橋隧涵眾多，且位于大風區(qū)段，條件嚴酷。尤其是東風隧道2個特長接觸網(wǎng)錨段長達2 600 m，開挖時下錨空間受限，不能達到有效張力補償，成為重載列車設備升級的瓶頸。為了保證開行重載列車接觸網(wǎng)設備升級的順利進行，經(jīng)多次調(diào)研論證，選擇研制國內(nèi)外最新技術的液壓式張力補償器解決該技術難題。

牽引供電接觸網(wǎng)是架設在鐵路上方為電力機車提供電能的一種特殊形式供電線路，為了保證機車受電弓的良好取流及列車安全順利運行，接觸線需平直、彈性均勻，波動傳播速度快，適應因環(huán)境溫度變化熱脹冷縮的技術要求，張力補償要求達到恒定。因此張力補償器在牽引供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)中的作用十分重要。接觸網(wǎng)張力補償器的使用環(huán)境特點：（1）接觸網(wǎng)網(wǎng)上電壓高達27.5 kV，無法與機械用電匹配；（2）列車晝夜24 h運行，無固定維檢時間；（3）鐵路線遍布在崇山峻嶺和江河湖泊上，無其他能源可利用；（4）隧道、橋梁和城軌高架橋線路凈空相對狹小，要求張力補償裝置體積小、重量輕、安裝便捷。

在FLAC3D中帶入由ANSYS-FLAC3D接口生成的FLAC3D可讀入文件后，生成FLAC3D模型。整個模型由四面體和六面體單元組成，共34841節(jié)點，171737個單元，模型如圖1所示。

目前，國內(nèi)外接觸網(wǎng)導線、承力索張力補償采用以下幾種型式：（1）墜砣加滑輪組的結構型式，該補償方式在我國和法國采用較多；（2）日本“新干線”使用的變比鼓輪加墜砣的張力補償方式，局部站場使用柱筒式彈簧張力補償器；（3）德國多采用帶斷線制動的棘輪與金屬墜砣組合的張力補償方式[1]。上述幾種張力補償器型式各有其優(yōu)勢，但也存在以下不足：體積大、笨重、安裝占用空間大，狹小凈空使用受限；雷雨大風墜砣擺動產(chǎn)生重復載荷易造成斷線事故；滑輪裝置傳動易出現(xiàn)卡滯及偏磨；地鐵、城軌高架橋上墜砣式張力補償器占用空間大，且影響城市景觀；柱筒式彈簧張力補償器力值不恒定，誤差達到±15%，質(zhì)量200 kg以上，需要機械吊裝。

1 液壓式張力補償器的研制

1.1 工作原理

液壓式張力補償器運用無源自適應技術，利用氣體熱脹冷縮特性在環(huán)境溫度變化時推動活塞伸縮運動，對接觸網(wǎng)導線、承力索進行張力補償，并保持其張力恒定，原理如圖1所示。

學生們出現(xiàn)理想淡化，目標不明確的現(xiàn)象。我國正處在錯綜復雜的社會轉(zhuǎn)型階段，人們的思想方式價值觀念都在發(fā)生著翻天覆地的變化，在高中生人群中出現(xiàn)了不同程度的理想淡化現(xiàn)象。在政治上對馬克思主義思想理念不堅定，在經(jīng)濟上經(jīng)常相互攀比，追求物質(zhì)利益，講究吃穿，注重享受；在人生理想上理想空虛，沒有遠大的志向和目標，談戀愛不是為了追求幸福，而是為了填補自我的精神空虛；在職業(yè)追求上注重對權力和財富的追求，而忽略了對自身文化素養(yǎng)以及精神水平的追求。

1.2 總體思路

液壓式張力補償器的研制開發(fā)運用液壓傳動、結構力學、高分子新材料等多學科工程理論，通過編程推算、建模分析，設計技術方案、零部件工藝方案、裝配試驗方案；基于無源自適應原理，利用氣體熱脹冷縮特性，以高性能復式組合密封為保證，內(nèi)套式結構為載體，動作缸套蓄能筒兩端密封成獨立密閉系統(tǒng)，與其他功能附件相組合；以專用工藝規(guī)程控制零部件加工質(zhì)量，專用工裝夾具保證工藝方法實現(xiàn)，且氣密、高低溫、功能、強度等檢測試驗周密齊全，實現(xiàn)裝置結構簡單、性能優(yōu)良、功能齊全、質(zhì)量小、壽命長、安裝快的總體設計目標。

圖1 液壓式張力補償器原理

1.3 結構設計

液壓式張力補償器的結構設計為一個單作用的動作缸外環(huán)套蓄能筒，兩端密封，活塞式動作桿裝在動作缸內(nèi)，組成一個密閉的獨立循環(huán)系統(tǒng)；蓄能筒中的氣包內(nèi)充有一定壓力的氣體，動作缸和蓄能筒注有高分子傳導介質(zhì)，動作桿拉力的大小取決于氣體壓力的高低。整個系統(tǒng)不使用外部能源，僅依靠大氣環(huán)境溫度變化，利用氣體熱脹冷縮特性，在傳導介質(zhì)的作用下推動動作桿交替伸縮運動，實現(xiàn)對外部連接線索的張力進行補償，并保持其張力恒定。液壓式張力補償器結構如圖2所示。

1.連接頭；2.桿套；3.盒式刻度尺；4.橡膠圈；5.止動螺帽；6.通流口；7.吊環(huán)；8.蓄能筒；9.動作缸；10.活塞式動作桿；11.敏溫涂層；12.高分子彈性體；13.感溫氣包；14.單向閥；15.螺帽；16.尾部接頭；17.通氣孔；18.充填口。

圖2 液壓式張力補償器結構

液壓式張力補償器的工作過程是一個緩慢變化的動態(tài)過程，在每一個固定時刻，線索的張力與補償器對線索施加的拉力是相等的，系統(tǒng)處于力平衡狀態(tài)。在大氣環(huán)境溫度升高且系統(tǒng)內(nèi)部壓力不變的情況下，蓄能缸內(nèi)氣體膨脹，活塞桿回縮吸收連接頭上外部線索因溫度變化而產(chǎn)生的長度變化；在大氣環(huán)境溫度降低時，系統(tǒng)內(nèi)部壓力不變，蓄能缸內(nèi)氣體收縮，活塞桿伸出吸收連接頭上外部線索因溫度變化而產(chǎn)生的長度變化；通過合理選擇高分子彈性體和氣體充填參數(shù)，使活塞桿的伸縮量正好與線索因溫度升降所引起的長度變化量相等，并保持張力恒定[2]。

掃描電子顯微鏡（EVO18型），德國ZEISS公司；場發(fā)射透射電子顯微鏡（JEM-2100F型），日本電子株式會社；冷凍超薄切片機（UC6-FC6型），德國Leica公司；X-射線衍射儀（X’Pert PRO型），荷蘭Panlytical公司；小角X射線散射系統(tǒng)（SAXSess型），奧利地Anton Paar公司；分子磷屏成像系統(tǒng)（Cyclone型），美國Perkin Elmer公司；同步熱分析儀（STA449 F3型），德國NETZSCH/耐馳公司。

1.4 填充參數(shù)計算

在活塞式動作桿伸縮過程中，蓄能筒內(nèi)氣體的壓力、體積和溫度3個參數(shù)之間的關系需符合理想氣體狀態(tài)方程：

（1）

式中，P1、V1、T1為第一狀態(tài)氣體壓力、體積、環(huán)境溫度；P2、V2、T2為第二狀態(tài)氣體壓力、體積、環(huán)境溫度。

對接觸網(wǎng)系統(tǒng)來說，當環(huán)境溫度達到最低溫度，即t = Tmin時，線索產(chǎn)生最大收縮，缸內(nèi)活塞桿拉出至最大位移，蓄能筒中氣體收縮，體積為最小，即V = Vmin，壓力為最大，即P = Pmax。反之，當環(huán)境溫度達到最高，即t = Tmax時，則分別對應為V = Vmax，P = Pmin，根據(jù)式（1），可得

PmaxVmin / Tmin = PiVi / Ti = PminVmax / Tmax （2）

式中，PiVi是環(huán)境溫度變化范圍Tmin～Tmax內(nèi)任一溫度Ti所對應的壓力和體積。如果要求補償張力保持恒定，即將Pmin = Pmax代入式（2）可得

Vmin / Tmin = Vmax / Tmax （3）

設DV為Tmin到Tmax過程中V的增量，則Vmax = DV + Vmin，根據(jù)設計要求，可設定補償量（即動作桿行程）為L，動作缸活塞面積為f，則Lf = DV時，式（3）成立，表明在整個溫度變化和全部補償范圍內(nèi)，張力保持恒定。因而根據(jù)線索額定張力值設計蓄能系統(tǒng)的標稱壓力，將系統(tǒng)平衡點的溫度設置在環(huán)境溫度最大差值的1/2位置，將系統(tǒng)平衡點的幾何位置設置在動作缸最大行程的中點。

1.5 復式組合密封設計

液壓式張力補償器是在較高內(nèi)壓下工作，內(nèi)部介質(zhì)不能隨意補充，壓力不泄漏，系統(tǒng)密封尤為重要。對樣件形狀和位置公差采用精細化設計，對密封面光潔度、動密封、靜密封、密封槽、壓縮量、缸筒粗糙度進行創(chuàng)新設計。特別是對動密封，參照航空殲轟飛機密封技術，研制出貼合密封復式組合結構，將聚四氟乙烯（PTFE）材料與丁晴橡膠材料硫化在一起。丁晴橡膠5117工作溫度-60～100 ℃，聚四氟乙烯（PTFE）適用環(huán)境溫度-250～260 ℃，其摩擦系數(shù)僅為橡膠的1/5。同時用非金屬材料制作密封支撐和導向套，強化了密封性能，活塞運動摩擦阻力降低，延長了使用壽命。

1.6 制造工藝及檢測試驗

液壓式張力補償器對零部件光潔度、密封槽光潔度及形位公差要求嚴格，配合精密，采用鏜孔—粗珩—精珩—拋光4個工藝程序。對設備進刀量、速度、磨量、冷卻液清潔度設計專項控制指標，采用專用工裝夾具、量具，保證缸筒、活塞桿表面光潔（粗糙）度＜0.32～0.16 Ra（μm）。零件熱處理、探傷和表面處理、零部件裝配采用定工序、定設備、定人員、定工藝規(guī)程進行質(zhì)量控制。貼合密封專用模具生產(chǎn)，嚴控硫化時間和溫度，達到密封件回彈性適中，冷脆性、熱脹性變化小，無毛邊、無氣泡，直徑、線徑精度高要求。工藝流程如圖3所示。

式中:yi為每次粒子更新后仿真出的(Tf-T0);ki為實測的(Tf-T0);N為樣本數(shù)目,具體優(yōu)化流程如下。

圖3 液壓式張力補償器工藝流程

模擬工況環(huán)境對零部件進行試驗檢測（圖4）。常溫氣密試驗：活塞在筒內(nèi)往復運動10次以上，分別置于全行程、全收縮、中間任意位置3個狀態(tài)，充壓1.2倍靜置于油槽內(nèi)2 h以上無氣泡。低溫氣密試驗：將裝置置于-50 ℃±2 ℃的環(huán)境溫度箱2 h，取出后立即充壓至工作壓力且置于油槽內(nèi)2 h以上無氣泡。高溫氣密試驗：將裝置置于60～65 ℃的環(huán)境溫度箱2 h，取出后立即充壓至工作壓力且置于油槽2 h以上無氣泡。功能試驗：將裝置固定在試驗臺上，工作端加重力砝碼，連上線索位移傳感器，環(huán)境箱溫度由高到低，再由低到高以10 ℃為梯度保溫1 h以上，測試活塞桿位移量，應與設計值相符。強度試驗：用1.2倍壓力為裝置充壓不能出現(xiàn)泄漏和結構永久變形。

在小學科學課程教學過程中，教師要充分地認識到學生是學習的主體，要讓他們更好地參與到學習活動中。當教師采取有效的教學方式調(diào)動起學生的積極性時，學生就能帶著一種探究的理念進行學習，在收獲知識的同時獲得主動學習的動力。探究式教學充分體現(xiàn)了這種新的育人理念，這場教育變革給我們教師帶來了不可多得的機遇，同時也對我們提出了更高的能力要求。針對當前小學科學教學的現(xiàn)實情況和學生素質(zhì)發(fā)展水平，探究式教學將是這次教學改革的主旋律，而我們教師的各種素質(zhì)又是影響探究教學能否順利實施的一個重要因素。所以，關于如何在小學科學課程中開展探究式教學，筆者談談自己的想法。

1.法碼；2.滑輪；3.拉線；4.動作桿；5.試驗箱；6.缸筒；7.液流孔；8.截止閥；9.壓力表；10.蓄能筒；11.氣囊；12.充氣嘴；13、活塞；14.排氣閥。

圖4 液壓式張力補償器試驗示意圖

1.7 使用范圍、技術條件及標準

液壓式張力補償器可廣泛應用于電氣化重載鐵路、普通鐵路、高速鐵路、專用鐵路、城市軌道交通、地鐵、輕軌等接觸網(wǎng)導線、承力索及軟橫跨張力補償方面，其技術條件如下：

毋庸置疑的是，小麥田看麥娘對精唑禾草靈的抗藥性問題已經(jīng)比較嚴重，須要引起高度重視，在防除看麥娘的除草劑選擇上至少須要避開相同作用機制的除草劑。

（1）適應任何材質(zhì)的金屬線索；

（2）工作環(huán)境溫度-45～60 ℃；

（3）額定補償張力1～30 kN；

（4）補償錨段長度大于3 000 m；

（5）補償范圍0～1 200 mm；

（6）張力精度誤差＜±3%；

（7）適應腐蝕環(huán)境：OS2濃度≤200 mg/m3，NO2濃度≤0.3 mg/m3；

（8）安裝方式：水平、垂直均可；

（9）質(zhì)量＜80 kg（標準型）；

（10）使用壽命10年以上。

我想我當時的樣子一定很傻，一定呆得像只木雞，但你知道的，在那個愛做夢，對漂亮女孩想入非非的年齡，一般人應該都是這種反應的。

液壓式張力補償器屬企業(yè)自有知識產(chǎn)權的創(chuàng)新項目，參考標準：GB/T 1800.1-1800.4公差與配合；GB/T 1031表面粗糙度參數(shù)及數(shù)值；GB/T 1182-1184形狀和位置公差；GB 8162結構用無縫鋼管；GJB 2609航空結構薄壁無縫鋼管；GJB 1396飛機液壓應急啟動系統(tǒng)試驗要求及方法；GJB 594鍍層和化學覆蓋層的選擇原則與厚度系列；HB4-56-57圓截面密封圈密封結構；HB/2136航空結構鋼的熱處理；SY1181 10號航空液壓油；TB 2074-89電氣化鐵道接觸網(wǎng)零件試驗方法；Q/THK 001-2002陜西省質(zhì)量技術監(jiān)督局審查備案的企業(yè)標準。

西雙說這仍然不是問題的關鍵，大不了我真的喪盡天良，結了婚就盼著她死掉，結果她真的死掉了，可是，后面的問題呢？你知道樓蘭有個女兒吧？本來是她和禿頭的女兒，但是復婚以后，就會變成她和我的女兒，對不對？等于從結婚那天起，我就得替她養(yǎng)個女兒。然后，她去了，一了百了，我呢？我敢撒手不管？我能撒手不管？我是她父親啊！我得送她去幼兒園，送她讀小學，讀中學，讀大學，直到她有經(jīng)濟來源，這是什么概念？無底深淵??！還有樓蘭那個媽，老成那樣，一身窮病，怎么辦？我敢不管？我能不管？復了婚，我還得管她叫媽啊！我管？我心里怎么能痛快？再說我拿什么管？一邊是假女兒一邊是假媽，把我賣十遍也供不起啊。

2 應用效果及主要特點

2.1 安裝使用方法及應用效果

液壓式張力補償器隧道安裝方法：利用天窗作業(yè)點，施工人員在作業(yè)車平臺上將液壓式張力補償器左耳片通過螺栓與隧道錨臂上的雙耳耳片連接，再將吊耳與隧道拱頂?shù)跛鞫h(huán)連接；通過手扳葫蘆拉到工作張力的1.02～1.05倍，然后連接氣瓶通過裝置通氣嘴充壓推出活塞桿（充氣直至壓力表顯示為工作壓力的1.02～1.05倍），將活塞桿頭部右耳片與拉緊的導線通過絕緣子連接，安裝完成。

液壓式張力補償器設計定型后，通過了國家實驗室中鐵電氣化局接觸網(wǎng)器材檢測中心型式檢驗，獲得國家知識產(chǎn)權局專利授權（ZL200720031086.X）。經(jīng)查新，該技術屬國內(nèi)首創(chuàng)，達到國際先進水平。企業(yè)技術標準由陜西省技術監(jiān)督局審查備案，項目獲得地方政府科技進步二等獎，取得國家科技部創(chuàng)新基金立項支持。

該液壓式張力補償器在重載鐵路朔黃線東風隧道內(nèi)使用，完全滿足重載區(qū)段的運行需要，適應工況條件，運行良好，張力恒定，功能可靠，技術先進，效益突出；避免了在既有運輸線路重新開挖隧道，保證了正常運輸生產(chǎn)；基本免維護，節(jié)約了生產(chǎn)成本；安全性能穩(wěn)定良好，避免了由于墜砣式張力補器補償繩斷裂、滑輪偏磨卡滯導致弓網(wǎng)事故的發(fā)生。此外，液壓式張力補償器還相繼在上海軌道交通明珠線、中法合資阿爾斯通上海試車線及陜西寶雞檢測試驗線、北同蒲鐵路線上投入使用，效果良好。

2.2 國內(nèi)外張力補償器性能比較

將該液壓式張力補償器與國內(nèi)外現(xiàn)有的幾種張力補償器進行性能參數(shù)比較，如表1所示。

生燕麥片是把燕麥粒直接壓成片的產(chǎn)品，沒有經(jīng)過加熱處理?？熘笱帑溒赡苁墙?jīng)過加少量水再蒸汽加熱或輕微烤制的，根據(jù)壓制的薄厚不同，加熱程序不同，熟化效果也不一樣。

2.3 液壓式張力補償器主要特點

根據(jù)應用效果及與國內(nèi)外幾種接觸網(wǎng)張力補償器的性能分析對比，液壓式張力補償器的主要特點有：（1）科技含量高、技術先進，運用最新航空科技成果提升了張力補償器的科技水平。（2）張力補償精度高、性能可靠，動作桿伸縮自如，導線、承力索的弛度變化補償精度誤差在3%以下。（3）重量輕、體積小、占用空間少，適應狹小空間如隧道、橋梁、城軌等凈空有限的區(qū)段。（4）無風擺和重復載荷，安全可靠，消除了傳統(tǒng)張力補償器遇風墜砣擺動引起重復載荷造成補償繩斷裂。（5）安裝簡單，使用方便，重量輕（標準型僅80 kg），2個人20 min（不用機械設備）就可安裝完成。（6）基本免維護，只在月、季巡檢時觀察即可，或每年最高溫與最低溫檢查保養(yǎng)各一次。（7）制造成本低，競爭力強，采用國產(chǎn)零部件及企業(yè)自有知識產(chǎn)權技術加工制造，市場競爭優(yōu)勢強。（8）節(jié)能環(huán)保，使用壽命長，采用復式組合密封及聚四氟乙烯環(huán)保材料，無污染且壽命長。

表1 國內(nèi)外張力補償器性能比較

比較內(nèi)容重錘式（國內(nèi)）棘輪式（德國）彈簧式（日本）液壓式（本產(chǎn)品） 原理重力應用重力應用彈簧蓄能氣體脹縮高分子介質(zhì)傳導 結構形式滑輪加墜砣棘輪加墜砣直載柱簧缸套筒結構 誤差精度±5%±5%±15%＜±3 使用環(huán)境溫度-30～40 ℃-30～40 ℃-40～60 ℃-50～60 ℃ 體積最大大大小 質(zhì)量＞300 kg200 kg＞300 kg＜100kg 風擺載荷大無無無 外觀笨重笨重笨重緊湊小巧 壽命一般一般長長 適用范圍受空間和條件限制受空間限制有一定限制重載、高鐵、城軌 價格一般高高適中 延伸使用領域無無無使用延伸領域廣

3 結語

我國高速鐵路、電氣化重載鐵路相關技術已經(jīng)跨入世界先進行列，牽引供電設備科技水平得到很大提升。液壓式張力補償器研制成功，解決了朔黃鐵路重載運輸中的技術難題。該張力補償器具有創(chuàng)新獨特、結構簡單、性能優(yōu)良、安裝方便、體積小、重量輕、壽命長等優(yōu)點，實際應用效果良好。