一种接触网吊弦冲击疲劳试验工装的制作方法

本实用新型属于接触网构件疲劳试验技术领域。

背景技术：

接触网是沿高速铁路铺设，为电力机车或者高速动车组提供电能的传输结构。主要由接触悬挂、定位与支持装置、支柱与基础构成。车辆依靠安装在车顶的受电弓与接触悬挂滑动接触来实现电力的传输。吊弦结构是悬挂系统中的重要部件，连接着承力索与接触线。

吊弦的作用是保证承力索与接触线间的结构高度，同时可以调节接触线距轨面的工作高度。受电弓对接触线有一定抬升量，保持合适的接触压力才能保证受流的稳定性。在受电弓与接触网相互作用过程中，吊弦承受复杂的载荷，包括接触线自重引起的静态载荷、抬升时吊弦的弯曲载荷、抬升后回落的冲击载荷以及后续振动过程中的交变载荷。

由于承力索和接触线都有比较大的张力，受电弓通过后，接触线的加速回落使得吊弦承受较大的冲击载荷。

目前高速铁路接触网多采用整体吊弦，主体为铜合金多股绞线结构，具有良好的导电性、抗疲劳、耐腐蚀等特性。但是运用在高速铁路的接触网上的这些吊弦都出现有断股，折断和冲击破坏的情况，这严重影响到了高速列车的行车安全。随着列车运行速度进一步地提高，这也成为了影响高速列车运行安全较为突出的问题。

因此，针对吊弦结构有必要开展试验定量研究其疲劳性能，现有的吊弦疲劳试验多采用上部周期性提吊的方式或者提升重物自由释放的方式。

现有试验方式主要有以下两个缺陷：1)通过上端提吊或者在一定高度释放重物的方式对吊弦加载与吊弦的实际服役状态有一定的区别。吊弦服役状态下受电弓高速扫过的过程中，受电弓运动到吊弦位置时，吊弦承力索端向上的位移小于接触线的抬升量，吊弦处于松弛状态；但受电弓扫过后，接触线由于自重及张力的存在，会加速向下运动，在未回复到初始平衡位置时吊弦就会绷直。因此采用以上两种方式都不能准确的模拟吊弦与接触线之间的加速冲击过程。2)吊弦疲劳性能与冲击载荷有很大关系，冲击载荷的大小与重物质量及冲击加速度有关，单纯依靠重物自由落体来加载，对于载荷考虑是偏小的。由于承力索和接触线都有比较大的张力，各自的固有频率不同，吊弦载荷的极值应该是这两者振动相位相反的时候，即承力索向上回复、接触线加速回落时。

技术实现要素：

本实用新型目的是提一种接触网吊弦冲击疲劳试验工装，它能有效地解决吊弦冲击疲劳试验提供符合实际服役状态载荷的技术问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种接触网吊弦冲击疲劳试验工装，包括支架和配重块，支架底部为正方形框架结构，两侧为人字形构件，该人字形构件的四个支点与正方形框架的四角固定，人字形构件的顶端设有横梁，横梁中部设有带拉力传感器的连接构件，连接构件下部设有吊弦吊挂装置，人字形构件在正方形框架的四个支点内侧分别设有与正方形框架水平面垂直的导轨，水平设置的限位承托构件的中部设有夹持配重块的角钢，两端设有垂直导轨间隙配合的通孔。

本实用新型可适应接触网吊弦冲击疲劳试验，包括如下步骤：

第一步、将吊弦固定于试验工装之上，试验工装在振动台面上，并在吊弦下端悬挂配重块；

第二步、试验工装下部设有高度可调的限位承托构件，以限制在试验冲击过程中配重块的横向摆动；

第三步、控制振动台模拟的脉冲载荷峰值来施加载荷；

第四步、吊弦下端吊挂配重块，静态时模拟接触网平衡态时吊弦的受载；在脉冲载荷作用下，模拟吊弦在受电弓扫过接触网后吊弦的受载；

第五步、试验依靠振动台模拟冲击载荷来进行加载，整个试验工装固定在振动台的台面上，根据试验要求更换配重块重量，通过控制脉冲载荷的大小来实现对吊弦加载冲击载荷。

所述振动台模拟脉冲载荷,使试验工装以一定的加速度向上冲击，通过配重块对吊弦的反作用力来进行加载。

所述吊弦受到的冲击载荷大小由脉冲载荷的加速度及配重块共同决定。

所述试验工装底部的限位承托构件，其高度可调节，以满足不同长度吊弦的试验，且在试验结束吊弦破坏时起承托配重块的作用。

所述配重块采用薄钢板的形式。进一步的是吊弦吊挂装置配备与承力索等效直径相等的销子，供整体吊弦的承力索线夹直接连挂。

进一步的是配重块采用薄钢板的形式，中部钻孔直接夹持在整体吊弦的接触线线夹中。

采用本试验工装的优点在于：

1.振动台作为试验依托仪器，比较常见且能够提供较为稳定、可控的脉冲载荷；

2.通过控制脉冲载荷加速度的大小和配重块的质量来实现对吊弦结构的加载，能够更加贴近吊弦的实际服役状态；

3.对吊弦的理论冲击载荷即为配重块质量与加速度的乘积，载荷控制方便；

4.理论上对于车辆不同的运行速度，接触线对吊弦的冲击加速度不同，采用此试验方法可绘制一定配重质量下的加速度-寿命曲线，进而得出车辆运行速度与吊弦寿命的曲线；

5.试验工装整体结构较为简便，易于制作。

附图说明

图1为本实用新型的试验工装结构示意图

具体实施方式

为了更清楚的说明本实用新型的优点，下面结合附图对本实用新型作进一步的阐述。

本实用新型提出了一种接触网吊弦冲击疲劳试验工装，支架底部为正方形框架结构，两侧为人字形构件5，该人字形构件5的四个支点与正方形框架的四角固定，人字形构件5的顶端设有横梁，横梁中部设有带拉力传感器的连接构件1，连接构件1下部设有吊弦吊挂装置2，人字形构件5在正方形框架的四个支点内侧分别设有与正方形框架水平面垂直的导轨6，水平设置的限位承托构件4的中部设有夹持配重块3的角钢，两端设有垂直导轨6间隙配合的通孔。借助振动台产生的脉冲载荷，通过控制脉冲载荷的加速度、脉宽以及配重块的质量为吊弦的冲击疲劳试验提供较为符合实际服役状态的载荷。

使用时，将吊弦固定于试验工装之上，试验工装安装在振动台面上，并在吊弦下端悬挂配重块3，配重块3在垂向上可自由运动。

试验工装下部设有高度可调的限位承托构件4，限制冲击过程中配重块3的横向摆动，且可以在吊弦破坏后承托配重块3。

控制振动台模拟的脉冲载荷峰值来施加载荷

吊弦下端吊挂配重块3，静态时模拟接触网平衡态时吊弦的受载；在不同的脉冲载荷作用下，可模拟吊弦在受电弓扫过接触网后吊弦的受载。

试验依靠振动台模拟冲击载荷来进行加载，整个试验工装固定在振动台的台面上，根据不同的试验要求，可配置不同的配重块3，通过控制脉冲载荷的大小来实现对吊弦加载冲击载荷。

接触网作为电气化铁路系统的重要组成部分，其各零部件之间连接形式多样，载荷环境复杂。吊弦作为其中用来连接、传力的重要部件，在运营过程中，除了环境因素引起的载荷，与受电弓之间的相互作用是引起其发生疲劳破坏的主要因素。吊弦主体为多股绞线结构，此类特殊结构被普遍认为具有良好的弯曲性能、弹性、抗疲劳及抗冲击性能。但在实际使用中，在一些特定情况下，此类结构的疲劳破坏案例多有发生。结合接触网吊弦破坏案例可以发现，目前的设计理论对此类结构在冲击载荷作用下疲劳性能未考虑准确。多股绞线结构的设计不能单纯考虑静态强度，此类特殊结构需考虑其冲击动力学性能。

吊弦结构两端连接均采用的是心形环与吊环自由配合的方式，当受电弓抬升扫过时，吊弦会发生松弛，这种连接方式使得吊弦主体不至产生大的弯曲，不过其回落时接触线端的吊环与心形环之间以较大的速度冲击。本实用新型即是为研究吊弦结构的冲击动力学性能而提出的，主要考虑的是冲击载荷的施加。

因此考虑借助振动台来加载，通过控制脉冲载荷的大小来施加不同的载荷，配重块质量由吊弦在服役状态下的静态载荷大小决定，重物由吊弦接触线端吊环连挂在试验吊弦下端，试验中通过配重块对吊弦的反作用力来对吊弦加载，每一脉冲载荷为一个循化。

为了本实用新型方法的实现，基于主旨理念，提供了一种接触网吊弦冲击疲劳试验工装，具体实施过程如下：

试验前准备过程：首先将拉力传感器连接在主体支架横梁底部的连接构件1上，然后在拉力传感器底部连接吊弦吊挂装置2，然后将待试验的整体吊弦连接在吊挂装置2的销子上；然后将配重块3吊挂在吊弦底部；然后把限位承托构件4调节到合适位置，使得配重块3在试验过程中不会产生较大的甩动，同时又基本不干扰配重块3自由的垂向运动；最后在配重块3上布置加速度传感器来监测其垂向加速度，将拉力传感器和加速度传感器接入数字采集设备。开展吊弦冲击疲劳试验时：保持吊弦自由绷直，保证配重块吊挂在中心位置，根据需求设置冲击载荷参数后开启振动台，每一脉冲载荷为一个循环，试验直至吊弦发生破坏。

应用本试验工装及方法，可设置不同载荷环境以满足不同吊弦的试验要求。接触网不同位置的吊弦其静态载荷不同，可更换不同质量的配重块；对于不同运营速度的受电弓，吊弦受到的冲击载荷大小不同，可通过控制脉冲载荷的加速度来改变。

以上内容描述和显示了本实用新型的基本原理和主要特征。本行业内的技术人员应该了解，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都应落入本实用新型的保护范围之内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。