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摘要：截至2018年底，全国铁路营业里程达13.1万公里，其中高铁2.9万公里。电连接线夹作为电气化铁路接触网的重要零部件，其服役性能关系整个接触网系统的运行安全。我国高速电气化铁路接触网中采用较多的是压接式电连接线夹。电连接线夹对模具与材料的适配性要求很高，施工过程中很容易出现压接不到位的情况，近几年多条线路发生电连接线夹松脱事故。因此，对接触网电连接线夹进行分析及优化改进具有重要意义。
关键词：接触网;电连接线夹;有限元分析;模具设计
引言：文章主要围绕现有C型承力索电连接线夹和E型接触线电连接线夹进行了有限元探究，针对工程实践中存在的问题，对新型承力索电连接线夹和新型接触线电连接线夹进行了结构及功能优化，提高了电连接线夹的服役性能。
1. 现有C型承力索电连接线夹分析及优化
1.1边界条件
承力索电连接线夹用于高速铁路接触网系统中电连接线与承力索连接处，采用液压工具进行压接。根据TB/T2075-2010，对该零件相关性能要求如下：（1）与承力索间的滑移荷重不小于2.0kN;（2）与电连接线间的滑移荷重不小于2.0kN;（3）振动试验后，电连接线夹的滑动荷重值与规定最小值相比下降不大于5%。
1.2有限元模型
本次研究以C型承力索电连接线夹为例。C型承力索电连接夹被压接模压接至规定尺寸后，为了研究零部件在滑移荷重条件下的应力、应变情况，计算的关注点为零部件的受力状况，忽略与之相配合的线材的受力情况，故模型中的承力索以及电连接线均以外力的形式施加在与之相配合的表面上，以减少接触，提高计算效率。
1.3计算结果
经过调查发现，C型承力索电连接线夹压接后，线夹本体左侧的接触区域节点相互侵入，产生了较大变形，线夹本体在左侧接触区域应力和变形最大。线夹本体的最大等效应力位于左侧中间的接触部位，为1500MPa。以上为施工装配过程中压接钳对承力索电连接线夹的影响分析。线夹在远高于自身屈服强度应力的影响下产生塑性变形，进而对承力索及电连接线产生抱紧力。实际工況中，由于应力已经超出材料本身的屈服强度，材料发生塑性变形，实际应力下降，由此导致材料内部产生预应力，该力对于后期线夹服役时的稳固性起到了很大的作用。在承力索与电连接线同时给予线夹大小相等、方向相反的拉应力时，线夹在预紧力作用下受力情况良好，最大值为11.67MPa，低于其屈服强度，满足实际使用要求。经过数值分析，现有C型承力索电连接线夹从理论上满足力学性能要求，但在工程实践中承力索电连接线夹曾出现温升稍大及个别滑动荷重不足的情况。为了消除该情况，需合理增加电连接线夹的长度。另外现有电连接线夹压接模具设计不利于压接定位，操作人员在高空进行压接操作时容易压偏线夹，因此压接模具需要进行相应改进。
1.4新型C型承力索电连接线夹优化方案
根据现有C型承力索电连接线夹的缺点，对其提出如下改进措施：（1）增加线夹长度。新型C型承力索电连接线夹和现有结构相比，截面不变，长度由28mm增加至35mm，增加了线夹和线索间的接触面积，降低了接触电阻;（2）改进压接工艺。针对电连接线夹实际压接铅垂面内定位不准的情况，在电连接线夹压接时，设置定位装置及定位块，使压接模具在承力索轴向具有定位功能，压接精度更高，压接质量更好。
2. 现有E型接触线电连接线夹分析及优化
2.1边界条件
接触线电连接线夹用于高速铁路接触网系统中电连接线与接触线连接处，使用液压工具进行压接，压接钳插入卡子。根据TB/T2075-2010，对该零件相关性能要求如下：（1）与接触线间的滑移荷重不小于2.0kN;（2）与电连接线间的滑移荷重不小于2.0kN。
2.2有限元模型
以E型接触线电连接线夹为例，在装配好接触线的情况下被压接模压接的过程中为了研究其零部件的应力、应变情况以及在滑移荷重影响下的应力情况，关注点为零部件本身的受力情况，不考虑压接钳等的受力情况，故模型中部分实物均采用简化模型或以等效力的形式代替，以减少接触，提高计算效率[1]。
2.3计算结果
经过实际调查发现，E型接触线电连接线夹本体最大应力位于与上压接模接触区域，在接触区域边缘应力最大，同时位移也最大，另外线夹本体与下压接模接触区域应力也较大。同时，线夹在远高于自身屈服强度的应力影响下产生塑性变形，进而对接触线及电连接线产生抱紧力。实际工况中，由于应力已经超出材料本身的屈服强度，材料发生塑性变形，实际应力下降，由此导致材料内部产生预应力，该力对于后期线夹服役时的稳固性起到了很大的作用。在接触线与电连接线同时给予线夹大小相等、方向相反的拉应力时，线夹在预紧力的作用下受力情况良好，最大值仅为47.01MPa，远低于其屈服强度，满足实际使用要求。整体看来，电连接线夹压接过程中的应力分析值普遍偏大，其原因在于安装过程中要求压接钳对零部件造成一定的塑性变形，从而使其产生对线材的抱紧力。压接过程中的应力分析普遍超过其屈服强度，而实际工况下的应力分析以及滑移荷重下的应力分析显示，其应力均能满足使用要求，并留有较大裕度[2]。
2.4新型E型接触线电连接线夹优化方案
根据现有E型接触线电连接线夹的缺点，对新型E型接触线电连接线夹提出如下改进措施：（1）线夹长度由原有的30mm加长至35mm，截面不变。（2）在接触线轴向方向增加定位块，定位块与模具采用螺钉连接。增加定位卡子、接触线和模具三者之间铅垂面内的定位装置。接触线电连接线夹及压接模具方案见图1。（3）定位块材质为Q235钢板。（4）线夹与模具压接面贴合，定位装置与接触线“V”字槽接触，通过扣紧装置夹紧定位。
结论：
简而言之，文章采用有限元分析方法，对现有C型承力索电连接线夹和E型接触线电连接线夹进行了分析。针对在工程实践中温升稍大及个别滑动荷重不足的情况，对新型承力索电连接线夹和新型接触线电连接线夹结构及压接模具进行了优化，提高了线夹的服役性能[3]。
参考文献：
[1]中华人民共和国铁道部.TB/T2074-2018电气化铁路接触网零部件试验方法[S].北京：中国铁道出版社，2018.
[2]蒋先国.电气化铁道接触网零部件设计与制造[M].北京：中国铁道出版社，2019：1-142.
[3]侯日根.京沪高铁接触网零部件疲劳试验条件研究[J].电气化铁道，2017，28（6）：30-33+35.
关键词：接触网;电连接线夹;有限元分析;模具设计
引言：文章主要围绕现有C型承力索电连接线夹和E型接触线电连接线夹进行了有限元探究，针对工程实践中存在的问题，对新型承力索电连接线夹和新型接触线电连接线夹进行了结构及功能优化，提高了电连接线夹的服役性能。
1. 现有C型承力索电连接线夹分析及优化
1.1边界条件
承力索电连接线夹用于高速铁路接触网系统中电连接线与承力索连接处，采用液压工具进行压接。根据TB/T2075-2010，对该零件相关性能要求如下：（1）与承力索间的滑移荷重不小于2.0kN;（2）与电连接线间的滑移荷重不小于2.0kN;（3）振动试验后，电连接线夹的滑动荷重值与规定最小值相比下降不大于5%。
1.2有限元模型
本次研究以C型承力索电连接线夹为例。C型承力索电连接夹被压接模压接至规定尺寸后，为了研究零部件在滑移荷重条件下的应力、应变情况，计算的关注点为零部件的受力状况，忽略与之相配合的线材的受力情况，故模型中的承力索以及电连接线均以外力的形式施加在与之相配合的表面上，以减少接触，提高计算效率。
1.3计算结果
经过调查发现，C型承力索电连接线夹压接后，线夹本体左侧的接触区域节点相互侵入，产生了较大变形，线夹本体在左侧接触区域应力和变形最大。线夹本体的最大等效应力位于左侧中间的接触部位，为1500MPa。以上为施工装配过程中压接钳对承力索电连接线夹的影响分析。线夹在远高于自身屈服强度应力的影响下产生塑性变形，进而对承力索及电连接线产生抱紧力。实际工況中，由于应力已经超出材料本身的屈服强度，材料发生塑性变形，实际应力下降，由此导致材料内部产生预应力，该力对于后期线夹服役时的稳固性起到了很大的作用。在承力索与电连接线同时给予线夹大小相等、方向相反的拉应力时，线夹在预紧力作用下受力情况良好，最大值为11.67MPa，低于其屈服强度，满足实际使用要求。经过数值分析，现有C型承力索电连接线夹从理论上满足力学性能要求，但在工程实践中承力索电连接线夹曾出现温升稍大及个别滑动荷重不足的情况。为了消除该情况，需合理增加电连接线夹的长度。另外现有电连接线夹压接模具设计不利于压接定位，操作人员在高空进行压接操作时容易压偏线夹，因此压接模具需要进行相应改进。
1.4新型C型承力索电连接线夹优化方案
根据现有C型承力索电连接线夹的缺点，对其提出如下改进措施：（1）增加线夹长度。新型C型承力索电连接线夹和现有结构相比，截面不变，长度由28mm增加至35mm，增加了线夹和线索间的接触面积，降低了接触电阻;（2）改进压接工艺。针对电连接线夹实际压接铅垂面内定位不准的情况，在电连接线夹压接时，设置定位装置及定位块，使压接模具在承力索轴向具有定位功能，压接精度更高，压接质量更好。
2. 现有E型接触线电连接线夹分析及优化
2.1边界条件
接触线电连接线夹用于高速铁路接触网系统中电连接线与接触线连接处，使用液压工具进行压接，压接钳插入卡子。根据TB/T2075-2010，对该零件相关性能要求如下：（1）与接触线间的滑移荷重不小于2.0kN;（2）与电连接线间的滑移荷重不小于2.0kN。
2.2有限元模型
以E型接触线电连接线夹为例，在装配好接触线的情况下被压接模压接的过程中为了研究其零部件的应力、应变情况以及在滑移荷重影响下的应力情况，关注点为零部件本身的受力情况，不考虑压接钳等的受力情况，故模型中部分实物均采用简化模型或以等效力的形式代替，以减少接触，提高计算效率[1]。
2.3计算结果
经过实际调查发现，E型接触线电连接线夹本体最大应力位于与上压接模接触区域，在接触区域边缘应力最大，同时位移也最大，另外线夹本体与下压接模接触区域应力也较大。同时，线夹在远高于自身屈服强度的应力影响下产生塑性变形，进而对接触线及电连接线产生抱紧力。实际工况中，由于应力已经超出材料本身的屈服强度，材料发生塑性变形，实际应力下降，由此导致材料内部产生预应力，该力对于后期线夹服役时的稳固性起到了很大的作用。在接触线与电连接线同时给予线夹大小相等、方向相反的拉应力时，线夹在预紧力的作用下受力情况良好，最大值仅为47.01MPa，远低于其屈服强度，满足实际使用要求。整体看来，电连接线夹压接过程中的应力分析值普遍偏大，其原因在于安装过程中要求压接钳对零部件造成一定的塑性变形，从而使其产生对线材的抱紧力。压接过程中的应力分析普遍超过其屈服强度，而实际工况下的应力分析以及滑移荷重下的应力分析显示，其应力均能满足使用要求，并留有较大裕度[2]。
2.4新型E型接触线电连接线夹优化方案
根据现有E型接触线电连接线夹的缺点，对新型E型接触线电连接线夹提出如下改进措施：（1）线夹长度由原有的30mm加长至35mm，截面不变。（2）在接触线轴向方向增加定位块，定位块与模具采用螺钉连接。增加定位卡子、接触线和模具三者之间铅垂面内的定位装置。接触线电连接线夹及压接模具方案见图1。（3）定位块材质为Q235钢板。（4）线夹与模具压接面贴合，定位装置与接触线“V”字槽接触，通过扣紧装置夹紧定位。
结论：
简而言之，文章采用有限元分析方法，对现有C型承力索电连接线夹和E型接触线电连接线夹进行了分析。针对在工程实践中温升稍大及个别滑动荷重不足的情况，对新型承力索电连接线夹和新型接触线电连接线夹结构及压接模具进行了优化，提高了线夹的服役性能[3]。
参考文献：
[1]中华人民共和国铁道部.TB/T2074-2018电气化铁路接触网零部件试验方法[S].北京：中国铁道出版社，2018.
[2]蒋先国.电气化铁道接触网零部件设计与制造[M].北京：中国铁道出版社，2019：1-142.
[3]侯日根.京沪高铁接触网零部件疲劳试验条件研究[J].电气化铁道，2017，28（6）：30-33+35.