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摘要：目前在城市轨道交通中，接触网下锚补偿基本有三种补偿方式即：棘轮补偿装置、液压补偿装置、恒张力弹簧补偿装置。本文根据三种补偿装置特点，结合其在轨道交通领域应用情况，从原理、优缺点、技术、经济等方面，对其进行对比分析，为同类轨道交通项目建设提供参考意见。

关键词：接触网；棘轮补偿；液压补偿；恒张力弹簧补偿；

0 引言

接触网是专门为电力机车提供电能的供电设施。电力机车通过受电弓（集电器）从接触网滑行接触而取得电能。接触网是与列车运行最为直接相关的供电设施，是列车能否安全运行及速度目标值能否实现的关键。由于接触网为户外无备用供电设施，一旦发生故障，将导致行车中断，造成严重的旅客积压和较大的经济损失。因此，接触网须按高可靠、少维修的要求对其进行设计，在运营过程中也应制定严格和科学的维护检修程序，使接触网时刻处于良好的工作状态。接触网按授流方式有顶部授流的架空接触网和侧部受流的第三轨接触网之分。架空接触网按悬挂的弹性又有架空柔性与架空刚性之分。其中架空柔性接触网在我国国铁和城市轨道交通中均有广泛应用，在城市轨道交通中主要应用于高架及地面段。根据供电和机械方面的要求，一般会将接触网沿线分成一定长度并在结构上有独立机械稳定性的分段，称之为锚段。链形悬挂的锚段包含多个跨距和两端下锚装置，而下锚补偿装置是接触网全补偿系统中作用最为重要、结构最为复杂的设备之一，当温度变化时，线索受温度变化的影响热胀冷缩出现伸长或缩短。锚段两端线索下锚处安装的补偿装置，在重力或弹簧力的作用下，能够自动调整线索的张力并保持线索弛度满足技术要求。而目前在城市轨道交通中，接触网下锚补偿基本有三种补偿方式即：棘轮补偿装置、液压补偿装置、恒张力弹簧补偿装置。

本文根据三种补偿装置特点，结合其在城市轨道交通领域应用情况、优缺点、技术、经济等方面。对其进行对比分析，为同类轨道交通项目建设提供参考意见。

1 棘轮补偿装置

棘轮补偿装置又称张力自动补偿器，是安装在锚段的两端，并且串接在承力索和接触线上，它的作用是补偿线索张力的变化，使张力保持恒定，在线索张力发生缓慢变化时，能及时补偿。棘轮补偿相对于滑轮补偿装置具有，传动效率高，具有断线制动功能，一旦发生断线事故时，棘轮在坠砣重力作用下，棘齿卡在制动卡块上，从而缩小事故范围，防止坠砣下落侵入限界。棘轮补偿装置是一种常用于机械传动系统中的一种传动方式，其传动原理是通过棘爪与齿轮的啮合，将旋转运动转化为单向运动或相反方向的旋转运动。与其他传动方式相比，棘轮补偿装置具有设计简单，结构紧凑，占用空间小；吸收反向负载能力强；传动平稳，效率高等优点。

棘轮补偿装置的传动效率受设计参数、工作条件等因素影响较大。一般情况下，棘轮补偿装置的传动效率可达到80%左右，齿轮啮合度、轴的直径、前后轴承的合理间距、棘轮的倒角半径等会影响其传动效率，制造工艺要求较高。但棘轮补偿装置具有补偿灵活、强度好、传动效率高、占用空间小，耐腐蚀性能好等特点，具有断线制动功能，施工安装方便等优点，因而是目前柔性悬挂高架段接触网中下锚补偿应用最广泛的一种补偿装置。

2 液压补偿装置

液压补偿装置的原理是以惰性气体作为储存介质，以液压油作为工作介质，通过气体热胀冷缩来推动液压缸活塞，以活塞杆伸缩来对导线因环境温度变化所引起的长度变化进行自动补偿并保持张力恒定。液压补偿装置对接触线张力的自动补偿，是一个缓慢变化的动态过程。在每一个固定时刻，补偿装置对线索施加的拉力与线索的张力人小是相等的，系统处于力的平衡状态。当环境温度自平衡点升高时，线索膨胀伸长，张力减小，则蓄能器内具有一定压力的气体受热膨胀，此膨胀的体积挤压液压油越过油管向液压缸内补充，推动液压缸的活塞，使活塞杆伸缩缩，并达到新的力平衡位置。当环境温度自平衡点降低时，线索收缩，张力加大，则带动液压缸活塞杆伸出，将液压缸内部分液压油压回蓄能器，蓄能器气体体积被压缩，并达到新的平衡位置。

液压补偿装置由于取消了平衡坠砣，没有坠 砣限制架，避免了采用坠砣时对安装高度要求，其垂直、顺线路方向尺寸均不受限制具有安装使用方便，调节灵活，重量轻等优点，适用于空间狭小等不利于棘轮补偿装置安装的场所。在早期的电气化铁路中，为解决既有隧道净空较低，隧道内无下锚开挖段时，采用了液压弹簧补偿装置，如襄渝线、大秦线、石怀线、西康线、宁西线、 宝兰二线等；早期的地铁如上海地铁等也采用了此种下锚补偿方式，总量超过300套。但是该装置的密封问题一直是难以解决的关键技术问题，容易出现漏油、漏气的现象，从而导致补偿失效，对环保也不利，并且受环境温度的影响较大，成本较高。

3 恒张力弹簧补偿装置

恒张力弹簧补偿装置本体由若干组平面涡卷弹簧并联或柱状式弹簧组成，中间由轴承连接并和本体外两侧的渐开线轮连接。接触网线索通过补偿绳连接在渐开线轮上，当环境温度变化时，接触网线索热胀冷缩，导线长度发生变化，渐开线轮驱动预紧储能的平面涡卷弹簧卷紧或释放，促使补偿绳缩短和伸长。为了保证输出张力的恒定，补偿器选用的涡卷弹簧为进口产品。涡卷弹簧工作在最佳弹性变化范围内，在与渐开线轮配合后张力输出基本呈线性变化。当发生断线事故时，补偿端将会冲击回缩。为了减小事故影响范围，利于尽快修复，利用楔形制动的原理，没置了安会制动装置。当穿过同定销轴的拨叉卡被拨动时，止动装置迅速州缩，使最大制动距离控制有效范围以内。

弹簧补偿装置较棘轮自动补偿装置体积要小，有更大的空间适应性，完全不占用下部空间，在限界受限的条件下可以方便使用。同时，它也可以安装在全封闭的声屏障内，弹簧补偿器只需要接触网支柱的安装空间，有利于协调桥梁的护栏板、声屏障以及环网电缆的安装，节约了桥面空间，协调了各专业安装的位置关系，可有效地解决坠铊的安装空间以及坠砣行程不够的问题。

恒张力弹簧补偿装置是国内最新研制的一种下锚补偿装置，该补偿装置具有安装使用方便、占用空间小、调节灵活、重量轻、外形美观、与城市景观的协调性较好等特点，可有效改善高架段的景观效果以及适应新型的高架结构形式。但是由于这种叠形弹簧对材料和制造工艺的要求均比较高，控制不好就造成补偿装置张力分布的离散性变大，导致锚段两端的张力差超过设计值，影响安全。

4 三种补偿装置技术、经济比较

（1）技术参数对比

（2）经济参数对比

5 结论与建议

上述三种接触网补偿方式在城市轨道交通架空柔性接触网中均有应用，其中液压补偿装置首先在上海城市轨道交通一号线应用过，由于该产品运营维护的难度较大，运行的稳定性还不是很高，因此由上海城市轨道交通运营公司改造为传统的棘轮补偿形式。

目前，接触网三种补偿方式的应用及优化均在积极开展研究工作，以便进一步提高接触网使用功能和便于运营维护，液压补偿方式和弹簧补偿方式如果能够成功解决漏油和补偿效率稳定等问题，仍不失为可行的实施方案。考虑到接触网为与列车受电弓直接接触受流的无备用系统，棘轮补偿下锚方式具有成熟的运行机应用经验的，为架空柔性接触网补偿方式首选。

参考文献

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