高速铁路接触网悬吊部件疲劳性能检测技术研究与应用

获奖等级：科技进步奖三等奖

完成人：陈立明，潘利科，邢彤，袁远，张海波，徐超，赵颖昕，杨才智，王伟

完成单位：中国铁道科学研究院集团有限公司、中铁检验认证中心有限公司、中国铁道科学研究院集团有限公司标准计量研究所

高速铁路接触网作为列车牵引供电系统的核心组成部分，是保障列车安全稳定运行的动力命脉，其悬吊部件的长期服役可靠性直接关乎铁路运输安全与运营效率。然而，这些看似不起眼却至关重要的部件，长期承受着列车高速通过时产生的剧烈振动和复杂应力，在服役过程中频发的断裂，就像一颗颗“不定时炸弹”，严重威胁着高铁的运营安全。

针对该类部件在长期复杂服役环境下易出现的疲劳断裂问题，本项目聚焦技术瓶颈源头突破，通过系统深入研究其服役特性与疲劳演化规律，成功构建了一套与实际工况高度等效的悬吊部件服役特性综合评估技术体系，将高铁接触网状态维修由“亡羊补牢”转向“未雨绸缪”。

一、主要研究内容

（1）针对高速铁路接触网悬吊部件服役过程中存在的断裂失效问题，通过失效分析、性能检测等技术手段，系统揭示了部件的断裂机理及关键影响因素。

（2）成功研发具备高分辨率、实时同步采集功能的高速铁路接触网振动谱采集系统，可在实际运营线路现场完成整跨悬吊部件的振动同步采集，精准获取其服役过程中的动态变形量。

（3）设计开发基于无线传输技术的受力测量装置，该装置具备高精度力值感知与数据存储功能，在实际运营线路中完成静态受力特性测试与动态载荷作用下的受力数据采集。

（4）运用有限元仿真技术构建接触网系统精细化仿真模型及相应分析方法，系统研究不同结构参数、工况参数匹配条件下接触网悬吊部件的振动响应规律与动态受力特征，最终形成悬吊部件振动载荷谱。

（5）基于悬吊部件实际服役疲劳失效机制，建立整体吊弦、弹性吊索等核心悬吊部件的疲劳性能检测技术方法及关键评价参数，提出与部件实际服役工况力学等效的实验室模拟加载方法，成功开发具备自动化控制、多通道加载功能的悬吊部件专用疲劳试验装置。

二、关键技术及创新点

（1）创新性地开发了基于深度学习的多通道振动谱自动采集系统，能够同时、多维度地“观察”和“记录”接触网整跨悬吊部件的振动状态。在此基础上，开创性地提出了“悬吊部件振动载荷谱”，并将其纳入服役性能评估体系，首次实现了对悬吊部件受力状态的量化描述，填补了该领域评估方法的空白。

（2）为在实验室中复现严苛的服役环境，项目首次提出了整体吊弦的等效模拟试验方法，并创新性研制了其专用疲劳试验装置，实现了动态冲击载荷下疲劳试验的精确模拟，完善了整体吊弦的检测技术。

（3）针对弹性吊索以动态弯折疲劳为主要失效模式的特点，项目开创性地提出了其服役特性模拟试验方法，并研发了专用的弯曲疲劳试验装置。通过模拟其动态弯折及受力变化，实现了对弯曲疲劳服役过程的模拟，健全了接触网弹性吊索的检测技术体系。

（4）项目创新性地研发出基于无线传输技术的受力测量装置，能够对运行中的接触网悬吊部件进行动态受力数据的实时采集与传输，成功解决了长期困扰行业的技术难题。

（5）项目首次建立了基于真实服役工况的高速铁路接触网悬吊部件试验评估体系。能够科学验证悬吊部件的服役寿命，有效指导生产工艺的优化改进，从源头上提升了产品质量，为350km/h高速铁路的安全运行提供了坚实的技术保障。

三、取得的科技成果

项目编制2项国铁集团标准和1项质量抽查细则；获得7项发明专利和1项实用新型专利；发表27篇学术论文。

四、经济、社会效益

经济效益：项目形成的检测技术和试验装置，已被广泛应用于国铁集团的质量抽查、部件检测和企业产品改进。近三年已累计创造直接经济收入1.2亿元，有效降低了铁路的运维成本。

社会效益与国际影响：该技术为我国高铁的安全可靠运行奠定了坚实基础，让每一位乘客的旅途都更加安心。更重要的是，它已成为“中国高铁”技术标准的一部分，不仅应用于国内的福厦高铁、京雄高铁等超级工程，更随着中老铁路、雅万高铁等项目“走出去”，为世界高铁贡献了中国智慧和中国方案，彰显了我国在高铁技术领域的全球领先地位。