專利名稱：一種恒張力彈簧補償裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電氣化鐵道接觸網供電技術領域，且特別涉及一種能使電 氣化鐵道接觸網(承力索、接觸線及軟橫跨)保持一定的張力，減少其受 電弓的離線率的恒張力彈簧補償裝置。
背景技術：
電氣化鐵道的接觸網(承力索、接觸線及軟橫跨)除了由于溫度變化 引起的伸縮外，還會由于蠕變、導線磨耗等引起彈性線材伸長，以及長久 作用造成支柱傾斜等，對接觸懸掛的高度和張力都會產生影響。這些因素 導致離線的發生，使接觸網受流性能惡化，而張力增大會造成接觸網斷線， 致使接觸網運行發生故障。接觸網全程分段布置，其每段稱為一個錨段，錨段的兩端下錨。為了 能自動保持接觸網張力恒定，通常下錨點設有張力補償裝置。現有的張力補償裝置主要有以下兩種形式1、現有電氣化鐵道接觸網(承力索、接觸線及軟橫跨)設置的補償 裝置一般為墜砣式，通常使用的有滑輪組和棘輪兩種。這兩種補償裝置雖 然具有結構簡單，使用可靠的優點，但也存在著體積大、重量重、不美觀、 大風中易擺動碰撞等缺點。另一個缺點是安裝及維護費用高，這主要是需 要采用輔助結構來支\2、電氣化接觸網軟橫跨是電氣化鐵道多股道站場接觸網懸掛的橫向 支持設備，由電氣化鐵道兩側的支柱和懸掛在支柱上的橫向承力索、上下 部定位繩以及支持和連接它們的零件組成。為改善接觸網受流性能，減少接觸網軟橫跨的運行維護。現采用在上 下部定位繩加裝了一種變張力補償裝置，此變張力補償裝置能基本適應軟 橫跨橫承力索的高度不變，但存在的補償錨段短、張力變化大、伸長量小、性能差的不足之處。國內外還有以下幾種補償裝置，但因分別存在著各種缺陷，均未能大 面積推廣使用。1、 采用數個圓柱螺旋壓縮彈簧直列串聯而成的補償裝置(例如專利號為200420025333.1的彈性張力補償器；專利號為200510038827.2的接觸網彈性張力自動補償器等)，由于采用的圓柱螺旋壓縮彈簧的作用力 與行程成正比的特性，這種補償裝置不能保證接觸網張力的恒定不變。2、 采用油壓、氣壓式補償裝置(例如專利號為03235102.乂的電氣 化鐵道接觸網液壓補償裝置；專利號為03218606.1的差動柱塞式液壓張力 補償裝置；專利號為00232367.2的電氣化鐵路接觸網氣壓式張力自動補償 器等)，由于油、氣的損失，需要不斷監測和維護，以及及時補充油、氣， 加之漏油、漏氣的情況有時發生，因此成本較高，限制了使用范圍。發明內容隨著電氣化鐵道城際列車、客運專線、高速列車的發展，列車運行速 度提高到200km/h、 300km/h，以至更高，對接觸網的補償性能提出了更 高的要求，如何保證其安全、可靠已成為迫切需要解決的問題。恒張力彈簧補償裝置是電氣化鐵道接觸網重要的組成部分，是接觸網 在氣溫變化時保持張力恒定的重要裝置，其性能好壞直接影響著接觸網的 懸掛彈性、接觸線在空間位置的標準狀態等，對減少弓網事故，提高接觸 網的安全可靠性有重要的意義。本發明的目的在于克服上述各種依靠外源補償的補償犖置存在的不足之處，提供一種用預巻緊的接觸式平面渦巻彈簧貯存的彈性變形能，作 為內源自動補償張緊電氣化鐵道接觸網(承力索、接觸線及軟橫跨)長度 變化的裝置，這種純機械的高性能裝置能確保其張力，并適應其長度的變 化，且維持恒定。又能做到結構緊湊，體積和重量大幅度縮小和減輕。從 而提高接觸網懸掛的穩定性和列車的運行速度。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是接觸網(承力索、接觸 線及軟橫跨)通過接觸網恒張力彈簧補償裝置的補償繩連接作用在槽輪 (漸開線槽輪、螺旋槽輪或定滑輪槽輪)上，當環境溫度發生變化時，接 觸網受熱脹冷縮作用長度也隨著變化，此時槽輪驅動主軸上的接觸式平面 渦巻彈簧。接觸式平面渦巻彈簧垂直于主軸的平面內形成轉動力矩，預巻 緊的接觸式平面渦巻彈簧貯存了彈性變形能，這樣接觸式平面渦巻彈簧巻 緊和釋放所產生的扭矩促使補償繩的長度縮短和伸長，進而保證接觸網在 長度變化時張力維持恒定。本發明提供一種恒張力彈簧補償裝置，主要包括槽輪、補償繩、左端 板、主軸、油封、軸承、右端板、接觸式平面渦巻彈簧、外罩、固定角鋼、 安裝底板、銷軸、斷線止動裝置；上述槽輪固定在主軸上，上述補償繩巻繞并有一端固定在槽輪上，另 一端接外部接觸網，上述主軸用油封、軸承支持在左端板和右端板上；上述左端板、右端板、外罩、固定角鋼、安裝底板組成一個閉合式盒 座體，上述銷軸連接到安裝底板遠離上述盒座體的一側；上述接觸式平面渦巻彈簧安裝在上述在盒座體內，其內端彎勾與主軸 連接，外端彎勾與盒座體上的固定角鋼連接；上述斷線止動裝置與槽輪和端板配合安裝，可以在接觸網或補償繩斷 裂的情況下，使槽輪的轉動借助摩擦被止動到靜止狀態，使接觸式平面渦 巻彈簧不產生較大反彈作用力，確保恒張力彈簧補償裝置的安全運行。上述斷線止動裝置主要包括止動輪、楔塊、扭簧、固定螺栓、螺母、 壓緊螺釘、壓簧、鋼球，其中止動輪固定在槽輪上，楔塊通過固定螺栓和 螺母固定在端板上，扭簧套裝在固定螺栓在楔塊與端板之間的部分，止動輪的外圓周面上有可以與楔塊頂部的切口配合作用的槽，由上述壓緊螺 釘、壓簧、鋼球組成的壓緊裝置安裝在固定螺栓的下方。由于電氣化鐵道接觸網的張力補償是通過補償繩的拉緊作用來實現 的，因而補償繩是至關重要的受力元件，由于補償繩承受著很大的張力同 時工作環境非常惡劣，所以因疲勞和/或磨損而發生斷股或斷線的現象是總 會發生的。在接觸網終端張力補償處設置斷線止動裝置，其用是安裝使 其出線位置與補償裝置儲能裝置拉力方向相反的斷線止動裝置，為使一旦 接觸網發生斷線事故，槽輪立即被止動，達到縮小事故范圍并保護補償裝 置的目的。本發明的恒張力彈簧補償裝置的主軸的定位面上設有花鍵槽，與設在 槽輪或槽輪的軸套上的花鍵套配合連接，上述花鍵槽的斷面形狀為凸緣式或凹槽式。上述接觸式平面渦巻彈簧為變扭矩平面渦巻彈簧或恒扭矩平面渦巻 彈簧，采用上、下兩組并聯組合而成。上述接觸式平面渦巻彈簧為一個或一個以上，由一層或多層鋼帶巻繞 而成。上述槽輪為漸開線槽輪、螺旋槽輪或定滑輪槽輪，上述恒扭矩平面渦 巻彈簧與上述定滑輪槽輪或螺旋槽輪搭配組合，上述變扭矩平面渦巻彈簧 與上述漸開線槽輪搭配組合。上述漸開線槽輪的終止半徑可以按照以下關系式確定終止半徑=起 始半徑X (平面渦巻彈簧終止扭矩/平面渦巻彈簧起始扭矩)該式推導過程如下設變扭矩平面渦巻彈簧終止扭矩Nl變扭矩平面渦巻彈簧起始扭矩N2補償繩起始力Fl補償繩終止力F2槽輪終止半徑r2根據彈性特性N1=F1 Xrl， N2=F2Xr2 艮P: Fl=Nl/rl， F2=N2/r2若要保征輸出過程載荷恒定，貝U: F1=F2 艮P: Nl/rl=N2/r2 由此可得 r2=rlXN2/Nl上述槽輪為單槽或雙槽；其可以為一個，安裝在盒座體上主軸的一端 或主軸的中心，也為兩個，對稱安裝在主軸的兩端。上述的斷線止動裝置可以為一個，安裝在左端板或右端板上；也可為 兩個，分別安裝在左右端板上。上述斷線止動裝置的止動輪與楔塊之間相互接觸的斜面包括平面、圓 弧面、螺旋面、球面及其它曲面以及各種接觸表面的組合，上述斜面上任 意點的切平面與通過該點的以旋轉體軸心為圓心的圓周線在該切點的切 線之間的夾角不等于零。上述主軸和槽輪的定位面為三方型、四方型或多方型。上述主軸通過盒座體兩側的端板支承，該支承定位方式為至少兩支 承，也可以為三支承或以上的任意數。上述補償繩為鋼絲繩或高性能聚乙稀纖維繩索。本發明的恒張力彈簧補償裝置的主要技術指標有1. 工作環境溫度—40° C 40° C;2. 補償裝置的額定張力1.96kN 26.49kN，或根據需要定制的其它 額定張力；3. 補償裝置的伸長量 一般為0 1300mm,根據需要可定制不超過 2000mm伸長量的補償裝置；4. 補償裝置在補償繩拉出和縮回的整個行程范圍內的張力離差(包 括摩擦力)應不大于4%;5. 補償裝置在補償繩拉出時張力的最大讀數和縮回時張力的最小讀 數與額定張力的離差應不大于4%;6. 補償裝置在經歷整個行程(拉出和縮回)2X104次后反應轉動靈 活，無卡滯、無變形現象；7. 斷線止動裝置破壞荷重^58.86kN，斷線止動裝置制動時安全繩最 大移動長度《200mm;8. 補償裝置所有防腐要求符合TB/T2073中"零件防腐蝕要求"的規 定，本補償器的使用壽命大于15年。綜上，本發明的一種恒張力彈簧補償裝置結構緊湊、體積小、重量輕。 其能使電氣化鐵道接觸網(承力索、接觸線及軟橫跨)保持一定的張力， 減少其受電弓的離線率的。在季節變換、溫度變化，接觸網受熱脹冷縮作 用長度發生變化時，該恒張力彈簧補償裝置可以保持其張力恒定、彈性和 高度不變。下面結合附圖，對發明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。對于所 屬技術領域的技術人員而言，從對本發明的詳細說明中，本發明的上述和 其他目的、特征和優點將顯而易見。
圖1A是本發明的恒張力彈簧補償裝置的一個實施例的結構示意圖；圖1B是圖1A沿A-A面的剖視圖；圖1C是圖1A中斷線止動裝置作用原理的示意圖； 圖1D是圖1A中斷線止動裝置的結構示意圖；圖2A、圖2B是本發明的恒張力彈簧補償裝置安裝在支柱上的示意圖; 圖3A 圖3D是本發明的恒張力彈簧補償裝置安裝在隧道內的示意圖；具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明的恒張力彈簧補償裝置作進一 步的詳細說明。本發明的恒張力彈簧補償裝置100的結構示意圖如圖1A、圖1B所示， 主要包括漸開線槽輪l、補償繩2、左端板3、主軸4、油封5、軸承6、 右端板7、接觸式平面渦巻彈簧8、外罩9、固定角鋼IO、安裝底板ll、 銷軸12、斷線止動裝置104等。本實施例中的接觸式平面渦巻彈簧8為變扭矩平面渦巻彈簧，漸開線 槽輪1的終止半徑可以按照以下關系式確定終止半徑-起始半徑x (平面 渦巻彈簧終止扭矩/平面渦巻彈簧起始扭矩)。其中左端板3、右端板7、外罩9、固定角鋼10、安裝底板11組合成一個閉合式盒座體。漸開線槽輪1固定在主軸4的兩端；補償繩2巻繞并有一端固定在槽 輪1上，另一端接外部接觸網；盒座體兩側的油封5、軸承6和主軸4支 承在兩側的的左端板3、右端板7上；接觸式平面渦巻彈簧8安裝在上述 盒座體內，其內端彎勾連接在主軸4的溝槽內，外端彎勾與固定角鋼10 連接固定。當環境溫度下降時，接觸網遇冷收縮，平面渦巻彈簧8釋放，補償繩 2開始沿漸開線槽輪1向外伸長以補償接觸網的縮短量；當環境溫度上升 時，接觸網遇熱膨脹，接觸式平面渦巻彈簧8開始巻緊，補償繩2開始往 漸開線槽輪1上巻繞。這樣用平面渦巻彈簧8巻緊和釋放所產生的扭力促 使補償繩2縮短或伸長，進而始終保持接觸網處于直線水平狀態，保證電 力機車受電弓與接觸網接觸線處于接觸狀態，確保機車的安全運行。在本發明的一個較佳實施例中，在右端板7上增設了斷線止動裝置104。圖1D是圖1A中斷線止動裝置104的結構示意圖，參照圖1D，上述 斷線止動裝置104由止動輪13、楔塊14、扭簧15、固定螺栓16、壓緊螺 釘17、壓簧18、鋼球19、彈性墊圈20、螺母21、扁螺母22等組成。其中止動輪13固定在漸開線槽輪1上，楔塊14通過固定螺栓16彈性墊圈20、螺母21和扁螺母22固定在右端板上，扭簧15套裝在固定螺 栓16在楔塊14與端板7之間的部分，止動輪13的外圓周面上有可以與 楔塊14頂部的切口配合作用的槽，由上述壓緊螺釘17、壓簧18、鋼球19 組成的壓緊裝置安裝在固定螺栓16的下方。上述扭簧15和壓緊裝置可以 對楔塊14產生固定作用。圖1C是圖1A中斷線止動裝置(從B-B方向看)作用原理的示意圖， 參照圖1C，在故障情況下(承力索、接觸線、軟橫跨的導線斷裂或補償 繩2斷裂)，固定在漸開線槽輪1上的止動輪13產生的反彈作用力(圖1C 中用箭頭II表示)與楔塊14的楔力(圖1C中用箭頭I表示)共同作用， 迫使楔塊14的切口落到止動輪13的槽內，止動輪13和漸開線槽輪1的 轉動借助摩擦被止動到靜止狀態，這樣能使接觸式平面渦巻彈簧8不產生 較大反彈作用力，確保恒張力彈簧補償裝置100的安全運行。斷線止動裝置104的止動輪13與楔塊14之間相互接觸的斜面包括平 面圓弧面、螺旋面、球面及其它曲面以及各種接觸表面的組合，所述斜面 上任意點的切平面與通過該點的以旋轉體軸心為圓心的圓周線在該切點 的切線之間的夾角不等于零。圖2A、圖2B是本發明恒張力彈簧補償裝置100安裝在支柱200上的 示意圖。主要由支柱200、下錨角鋼201、恒張力彈簧補償裝置100、補償 繩2、雙耳楔形線夾204、平衡板205、雙耳連接器206、杵環桿207、絕 緣子串208等組成。恒張力彈簧補償裝置100通過下錨角鋼201固定到支 柱200上，巻繞在漸開線槽輪上的補償繩2通過雙耳楔形線夾204、平衡 板205、雙耳連接器206、杵環桿207、絕緣子串208等連接到承力索或接 觸線上。另外還可以在立柱200上設置拉線以進一步保證立柱的直立和穩 定。圖3A 圖3D是本發明的恒張力彈簧補償裝置100安裝在隧道內的示 意圖。其中圖3B為圖3A中沿A方向看的示意圖，本發明的恒張力彈簧 補償裝置100通過安裝到隧道頂部的承錨臂301固定到隧道中，還可以在承錨臂301上設置拉線連接到隧道頂部以進一步保證承錨臂301的直立和 穩定。圖3C為圖3B中B向視圖。參照圖3C，恒張力彈簧補償裝置100的 補償繩2通過雙耳楔形線夾204、平衡板205、雙耳連接器206、杵環桿 207、絕緣子串208等連接到承力索(或接觸線)上。圖3D為圖3B中C向視圖，其結構與圖3C基本相同。除上述實施例外，本發明還可以有其它實施方案。如接觸式平面渦 巻彈簧可以用一層鋼帶巻繞而成，也可用二層或多層鋼帶巻繞而成；接觸 式平面渦巻彈簧既可以是一個，也可以是多個，其端面形式即可以是直線 型，也可以是弧線型；漸開線槽輪既可以安裝在接觸式平面渦巻彈簧的兩 側，也可以安裝在接觸式平面渦巻彈簧的單側；漸開線槽輪既可以改為定 滑槽輪，也可以改為螺旋槽輪；漸開線槽輪既可以是單槽，也可以是雙槽; 補償繩既可以采用鋼絲繩，也可以采用高性能聚乙稀纖維繩索；止動裝置 既可以設置在盒座體的一端，也可以設置在兩端；可用兩臺等張力的恒張 力彈簧補償裝置并聯組裝；也可將兩排接觸式平面渦巻彈簧并聯組裝在一 只盒座體內；等等。凡采用等同替換或等效替換的技術方案，均落在本發 明權利要求的保護范圍內。
權利要求
1. 一種恒張力彈簧補償裝置，主要包括槽輪、補償繩、左端板、主軸、油封、軸承、右端板、接觸式平面渦卷彈簧、外罩、固定角鋼、安裝底板、銷軸、斷線止動裝置；上述槽輪固定在主軸上，上述補償繩卷繞并有一端固定在槽輪上，另一端接外部接觸網，上述主軸用油封、軸承支持在左端板和右端板上；上述左端板、右端板、外罩、固定角鋼、安裝底板組成一個閉合式盒座體，上述銷軸連接到安裝底板遠離上述盒座體的一側；上述接觸式平面渦卷彈簧安裝在上述在盒座體內，其內端彎勾與主軸連接，外端彎勾與盒座體上的固定角鋼連接；上述斷線止動裝置與槽輪和端板配合安裝，可以在接觸網或補償繩斷裂的情況下，使槽輪的轉動借助摩擦被止動到靜止狀態，使接觸式平面渦卷彈簧不產生較大反彈作用力，確保恒張力彈簧補償裝置的安全運行。
2. 根據權利要求1所述的恒張力彈簧補償裝置，其特征在于，上述 斷線止動裝置主要包括止動輪、楔塊、扭簧、固定螺栓、螺母、壓緊螺釘、 壓簧、鋼球，其中止動輪固定在槽輪上，楔塊通過固定螺栓和螺母固定在 端板上，扭簧套裝在固定螺栓在楔塊與端板之間的部分，止動輪的外圓周 面上有可以與楔塊頂部的切口配合作用的槽，由上述壓緊螺釘、壓簧、鋼 球組成的壓緊裝置安裝在固定螺栓的下方。
3. 根據權利要求2所述的恒張力彈簧補償裝置，其特征在于，主軸 的定位面上設有花鍵槽，與設在槽輪或槽輪的軸套上的花鍵套配合連接， 上述花鍵槽的斷面形狀為凸緣式或凹槽式。
4. 根據權利要求3所述的恒張力彈簧補償裝置，其特征在于，上述 接觸式平面渦巻彈簧為變扭矩平面渦巻彈簧或恒扭矩平面渦巻彈簧，采用 上、下兩組并聯組合而成。
5. 根據權利要求4所述的恒張力彈簧補償裝置，其特征在于，上述接觸式平面渦巻彈簧為一個或一個以上，由一層或多層鋼帶巻繞而成。
6. 根據權利要求5所述的恒張力彈簧補償裝置，其特征在于，上述槽輪為漸開線槽輪、螺旋槽輪或定滑輪槽輪，上述恒扭矩平面渦巻彈簧與 上述定滑輪槽輪或螺旋槽輪搭配組合，上述變扭矩平面渦巻彈簧與上述漸 開線槽輪搭配組合。
7. 根據權利要求6所述的恒張力彈簧補償裝置，其特征在于，上述 槽輪為單槽或雙槽。
8. 根據權利要求7所述的恒張力彈簧補償裝置，其特征在于，上述 槽輪為一個，安裝在盒座體上主軸的一端或主軸的中心。
9. 根據權利要求7所述的恒張力彈簧補償裝置，其特征在于，上述 槽輪為兩個，對稱安裝在主軸的兩端。
10. 根據權利要求8或9所述的恒張力彈簧補償裝置，其特征在于， 上述的斷線止動裝置可以為一個，安裝在左端板或右端板上；也可為兩個， 分別安裝在左右端板上。
11. 根據權利要求10所述的恒張力彈簧補償裝置，其特征在于，上 述斷線止動裝置的止動輪與楔塊之間相互接觸的斜面包括平面、圓弧面、 螺旋面、球面及其它曲面以及各種接觸表面的組合，上述斜面上任意點的 切平面與通過該點的以旋轉體軸心為圓心的圓周線在該切點的切線之間的夾角不等于零。
12. 根據權利要求11所述的恒張力彈簧補償裝置，其特征在于，上 述主軸和槽輪的定位面為三方型、四方型或多方型。
13. 根據權利要求12所述的恒張力彈簧補償裝置，其特征在于，上 述主軸通過盒座體兩側的端板支承，該支承定位方式為至少兩支承，也可 以為三支承或以上的任意數。
14. 根據權利要求13所述的恒張力彈簧補償裝置，其特征在于，上 述補償繩為鋼絲繩或高性能聚乙稀纖維繩索。
全文摘要
一種恒張力彈簧補償裝置，主要包括槽輪、補償繩、左端板、主軸、油封、軸承、右端板、接觸式平面渦卷彈簧、外罩、固定角鋼、安裝底板、銷軸、斷線止動裝置；上述槽輪固定在主軸上，上述補償繩卷繞并有一端固定在槽輪上，另一端接外部接觸網，上述主軸用油封、軸承支持在左端板和右端板上；上述左端板、右端板、外罩、固定角鋼、安裝底板組成一個閉合式盒座體，上述銷軸連接到安裝底板遠離上述盒座體的一側；上述接觸式平面渦卷彈簧安裝在上述在盒座體內，其內端彎勾與主軸連接，外端彎勾與盒座體上的固定角鋼連接。本發明的恒張力彈簧補償裝置結構緊湊、體積小、重量輕。其能使電氣化鐵道接觸網保持一定的張力，減少其受電弓的離線率的。
文檔編號B60M1/26GK101229782SQ20071000364
公開日2008年7月30日 申請日期2007年1月23日 優先權日2007年1月23日
發明者吳利群, 帖榮俊, 帖榮康 申請人:帖榮俊;吳利群;帖榮康