接觸網(wǎng)課程設(shè)計(jì)1

1、接觸網(wǎng)工程課程設(shè)計(jì)報(bào)告評(píng)語(yǔ)： 考 勤（10）守 紀(jì)（10）設(shè)計(jì)過(guò)程（40）設(shè)計(jì)報(bào)告（30）小組答辯（10）總成績(jī)（100）專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣 1104 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 201109456 指導(dǎo)教師： 王秀華 蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院2013 年7月 12日 1 設(shè)計(jì)原始題目1.1具體題目 高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)懸掛模式設(shè)計(jì)1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 對(duì)各種懸掛模式進(jìn)行分析比較，確定適合高速運(yùn)行接觸網(wǎng)的懸掛模式，選擇接觸性、承力索、吊弦等的型號(hào)，計(jì)算其張力，進(jìn)行張力補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)。2 高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)懸掛類型 目前各國(guó)為滿足高速受流的要求，都根據(jù)自己國(guó)家高速鐵路規(guī)劃的動(dòng)力

2、設(shè)置和受電弓的結(jié)構(gòu)及性能的不同采用了不用的懸掛模式。主要有簡(jiǎn)單鏈性懸掛、彈性鏈性懸掛和復(fù)鏈性懸掛三種。2.1接觸網(wǎng)的各種懸掛類型2.1.1簡(jiǎn)單鏈型懸掛 簡(jiǎn)單鏈形懸掛是一條接觸線通過(guò)吊弦懸掛在一條承力索上,承力索通過(guò)鉤頭鞍子或懸吊滑輪懸掛在支持裝置上。此種懸掛方式穩(wěn)定性的好壞主要取決于接觸網(wǎng)系統(tǒng)的跨距、接觸線和承力索的張力、吊弦長(zhǎng)度、吊弦間距、支持裝置及支柱穩(wěn)定性等技術(shù)參數(shù)的好壞。如圖1所示。 圖1 簡(jiǎn)單鏈型懸掛 2.1.2彈性鏈性懸掛 彈性鏈型懸掛是在簡(jiǎn)單鏈型懸掛基礎(chǔ)上在每處懸掛點(diǎn)增加Y形彈性吊索,長(zhǎng)度一般為816m,仍為單鏈形懸掛。此懸掛方式穩(wěn)定性好與壞,除受跨距、承力索和接觸線的張力、吊弦

3、、支持裝置及支柱穩(wěn)定性影響外,彈性吊索張力對(duì)其穩(wěn)定性的影響也十分的大。德國(guó)、法國(guó)、日本等多國(guó)已經(jīng)在行駛試驗(yàn)中證實(shí)該接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式適合于高速行駛。如圖2所示。 圖2 彈性鏈性懸掛2.1.3復(fù)鏈性懸掛 復(fù)鏈型懸掛是接觸線經(jīng)短吊弦懸掛在輔助吊索上,輔助吊索又通過(guò)吊弦懸掛在承力索上。增加的輔助吊索大大降低接觸網(wǎng)系統(tǒng)的垂直擺動(dòng)幅度,更加提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,跨中與懸掛點(diǎn)彈性幾乎相當(dāng),所以此種懸掛方式接觸網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性最好,西門子公司于1912年就曾提出這種設(shè)計(jì)方案。德國(guó)聯(lián)邦鐵路在開發(fā)高速接觸網(wǎng)的過(guò)程中,再次對(duì)這種復(fù)鏈形懸掛形式進(jìn)行試驗(yàn),證實(shí)這種結(jié)構(gòu)形式確實(shí)具有非常好的高速行駛特性。如圖3所示。 圖3 復(fù)鏈性懸掛

4、2.2各種懸掛類型的綜合比較編號(hào) 項(xiàng)目簡(jiǎn)單鏈型懸掛彈性鏈性懸掛復(fù)鏈性懸掛1接觸網(wǎng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性較好差好2接觸網(wǎng)的風(fēng)穩(wěn)定性較好差好3靜態(tài)彈性不均勻度大較小小4環(huán)境溫度變化對(duì)網(wǎng)的影響小大小5零部件數(shù)量少較多多6結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度簡(jiǎn)單較復(fù)雜復(fù)雜7施工的難易程度容易較難難8事故搶修的難易程度容易較難難9日常維修等的便利性便利不便利較便利10一次性投資低較高高11運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)低較高高12受電弓運(yùn)行軌跡的平緩度稍差較好好綜合比較后，可得出以下結(jié)論： （1）簡(jiǎn)單鏈型懸掛靜態(tài)彈性不均勻度較大,導(dǎo)致受電弓運(yùn)行軌跡平緩度稍差, 但當(dāng)接觸線設(shè)置適當(dāng)?shù)念A(yù)留弛度時(shí)可得到明顯改善。簡(jiǎn)單鏈型懸掛的結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單, 投資最省,施工調(diào)整

5、、運(yùn)營(yíng)維護(hù)及事故搶修較容易。 （2）彈性鏈型懸掛靜態(tài)彈性不均勻度較小,受電弓的運(yùn)行軌跡也較平緩。但接觸網(wǎng)的平均抬升量大,穩(wěn)定性較差,需專門的安裝測(cè)試工具,施工調(diào)整及事故搶修難度大。 （3）復(fù)鏈型懸掛靜態(tài)彈性不均勻度最小,受電弓的運(yùn)行軌跡最平緩。但投資較高, 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,施工調(diào)整及事故搶修難度大。3 接觸網(wǎng)各線索作用3.1 接觸線接觸線是接觸網(wǎng)的主要組成部分，直接和受電弓滑板摩擦接觸取流的部分，電力機(jī)車從接觸線取得電能。因此接觸線的材質(zhì)、工藝及性能對(duì)接觸網(wǎng)起著重要作用，要求它具有較小的電阻率、較大的導(dǎo)電能力；要有良好的抗磨損性能，具有較長(zhǎng)的使用壽命；要有高強(qiáng)度的機(jī)械性，具有較強(qiáng)的抗張能力。接觸

6、線制成帶溝槽的圓柱狀，溝槽是為了便于安裝固定接觸線的線夾，同時(shí)又不能影響受電弓取流。我國(guó)電氣化鐵路建設(shè)初期（1961-1972），采用的是銅接觸線，型號(hào)為TCG-100型和TCG-85型，分別用于正線和站線。其導(dǎo)電性能好，但機(jī)械強(qiáng)度差。20世紀(jì)70年代（1972-1980）我國(guó)研制了以鋁代銅的GLCA型和GLCB型鋼鋁復(fù)合新型接觸線。其機(jī)械強(qiáng)度好，導(dǎo)電性差，不耐腐蝕，且剛度較大，形成的硬彎和死彎不易整直，影響受流。為了解決鋼表面銹蝕的問題，我國(guó)又開發(fā)研制了內(nèi)包鋼的GLCN型鋼鋁電車線。將承受張力的鋼包在鋁內(nèi)，既保留了耐磨性能和抗張性能，又提高了它的防腐蝕性能，可相應(yīng)延長(zhǎng)其壽命，具有較好的受流效

7、果。20世紀(jì)80年代，為了適應(yīng)電氣化鐵路運(yùn)量大、車流密度高、載流量大的需要，我國(guó)又研制了連鑄連軋、無(wú)焊接接頭的TCW-110型和TCW-85型接觸線。其相應(yīng)的提高了抗拉強(qiáng)度和供電可靠性，同時(shí)又可延長(zhǎng)使用壽命，因而得到廣泛使用。隨著電氣化鐵路的大幅度提速和建設(shè)，20世紀(jì)90年代我國(guó)又研制了CTHA-110型和CTHB-120型銀銅合金接觸線。已在（北）京鄭（州）電氣化線路上投入試運(yùn)行，效果良好。3.2 承力索接觸網(wǎng)承力索的作用是通過(guò)吊弦將接觸線懸掛起來(lái)。承力索還可承載一定電流來(lái)減小牽引網(wǎng)阻抗，降低電壓損耗和能耗。承力索根據(jù)材質(zhì)可分為銅承力索、鋼承力索、鋁包鋼承力索。銅承力索導(dǎo)電性能好，可做牽引電

8、流通道之一，和接觸線并聯(lián)供電，降低壓損和能耗，且腐蝕性能強(qiáng)。但銅承力索消耗銅多，造價(jià)高且機(jī)械強(qiáng)度低，不能承受較大的張力，溫度變化時(shí)馳度變化也大。規(guī)格型號(hào)有TJ-95、TJ-100等幾種。TJ表示銅絞線，數(shù)字表示截面積。鋼承力索用鍍鋅鋼絞線制成，強(qiáng)度高耐張力大，安裝馳度小切馳度變化也小，節(jié)省有色金屬又造價(jià)低。但電阻大，導(dǎo)電性能差，一般是不容許導(dǎo)流的。鋼承力索不耐腐蝕，使用時(shí)要采取防腐蝕措施。常用規(guī)格有GJ-100、GJ-70兩種。鋁包鋼承力索是鋁覆鋼線和鋁線姣合而成，主要以鋁覆鋼線中的鋼芯部分承受張力，覆鋁層和率線截流，導(dǎo)電性能好，機(jī)械強(qiáng)度和抗腐蝕性能好。GJ表示鋼絞線，數(shù)字表示承力索的標(biāo)稱截面

9、積。從受流角度來(lái)講，對(duì)于300km/h以上的鐵路，為滿足對(duì)隧道、跨線建筑物凈空的要求，承力索的張力取20kN為佳。牽引網(wǎng)的最大電流將達(dá)到1000A，考慮載流，承力索截面積不宜小于120mm。3.3吊弦 在鏈形懸掛中，接觸線通過(guò)吊弦懸掛在承力索上。按其使用位置是在跨距中、軟橫跨上或隧道內(nèi)有不同的吊弦類型，吊弦是鏈形懸掛中的重要組成部件之一。在鏈形懸掛中安設(shè)吊弦，使每個(gè)跨距中在不增加支柱的情況下，增加了對(duì)接觸線的懸掛點(diǎn)，這樣使接觸線的弛度和彈性均得到改善，提高了接觸線工作質(zhì)量。另外，通過(guò)調(diào)節(jié)吊弦的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整，保證接觸線對(duì)軌面的高度，使其符合技術(shù)要求。吊弦有普通吊弦和整體吊弦，普通環(huán)節(jié)吊弦以直徑4m

10、m（一般稱為8號(hào)鐵線）的鍍鋅鐵線制成。整體吊弦種類也比較多，老的整體吊弦采用不銹鋼直吊弦，一般由兩段構(gòu)成，中間增加調(diào)節(jié)螺扣，方便長(zhǎng)度調(diào)節(jié)，現(xiàn)在普遍采用軟銅鉸線載流整體吊弦，有可調(diào)節(jié)和一次壓死兩種形式，吊弦兩端均有載流環(huán)。高速普遍采用壓死不可調(diào)整體吊弦，這樣可增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4張力自動(dòng)補(bǔ)償裝置 張力自動(dòng)補(bǔ)償裝置有許多種類，有滑輪式、棘輪式、鼓輪式、液壓式及彈簧式等。對(duì)張力自動(dòng)補(bǔ)償裝置的要求有二：其一，補(bǔ)償裝置應(yīng)靈活。在線索內(nèi)的張力發(fā)生緩慢變化時(shí)，應(yīng)能及時(shí)補(bǔ)償，傳送效率要高；其二，具有快速制動(dòng)作用，一旦發(fā)生斷線事故或者其他異常情況，線索內(nèi)的張力迅速發(fā)生變化時(shí)，補(bǔ)償裝置還應(yīng)有一種制動(dòng)功能。一般對(duì)于

11、全補(bǔ)償?shù)某辛λ鲀?nèi)的補(bǔ)償裝置，如不具備這種功能時(shí)，還需專門加有斷線制動(dòng)裝置，以防止在一旦發(fā)生斷線時(shí)，墜砣串落地而造成事故擴(kuò)大、恢復(fù)困難。4.1 滑輪式張力自動(dòng)補(bǔ)償裝置 對(duì)于半補(bǔ)償鏈型懸掛，承力索為硬錨，就是直接下錨，接觸線通過(guò)滑輪組補(bǔ)償裝置后下錨，如圖4所示。全補(bǔ)償鏈形懸掛：接觸線和承力索均通過(guò)滑輪組補(bǔ)償裝置后下錨，承力索三個(gè)滑輪，張力為15KN，傳動(dòng)比3：1；接觸線兩個(gè)滑輪，張力為10 KN，傳動(dòng)比為2：1，墜砣重均為5KN，如圖5所示。全補(bǔ)償裝置的斷線制動(dòng)裝置是另外加設(shè)的。應(yīng)給指出，各種線索的張力值不是任意選用的，而是根據(jù)線索的拉斷力除以安全系數(shù)決定的。不同材質(zhì)、不同截面線索，所選用的張力不

12、同，因而墜舵重量和傳動(dòng)比都會(huì)有所變化。組成：補(bǔ)償滑輪、補(bǔ)償繩、杵環(huán)桿、錘鉈桿、限制導(dǎo)管和墜砣圖4 半補(bǔ)償鏈性懸掛圖5 全補(bǔ)償鏈性懸掛方式4.2鼓輪式張力自動(dòng)補(bǔ)償裝置我國(guó)在（北）京-秦（皇島）線部分站場(chǎng)及正線上，試行裝設(shè)無(wú)中心錨結(jié)、帶變化鼓輪補(bǔ)償裝置的并聯(lián)下錨方式，以便在無(wú)中心錨結(jié)狀況下防止接觸懸掛的竄動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)的自動(dòng)補(bǔ)償裝置如圖6所示。特點(diǎn)就在于用平衡板將承力索與接觸線平行地“并聯(lián)”在一起下錨，以便只利用一套特殊的補(bǔ)償滑輪（鼓輪）裝置就可以預(yù)防整個(gè)接觸懸掛的竄動(dòng)。墜砣通過(guò)補(bǔ)償繩對(duì)整個(gè)錨段的接觸懸掛施加規(guī)定的張力，張力分配決定于平衡板上中間與絕緣子串的聯(lián)結(jié)點(diǎn)和其兩端與承力索、接觸線的聯(lián)結(jié)點(diǎn)之間

13、兩段距離的比值。組成：補(bǔ)償滑輪、補(bǔ)償繩、杵環(huán)桿、錘鉈桿、限制導(dǎo)管和墜砣圖6 鼓輪式張力自動(dòng)補(bǔ)償裝置4.3 Re200C型非并聯(lián)棘輪式補(bǔ)償裝置我國(guó)哈（爾濱）大（連）線電氣化技術(shù)改造，引進(jìn)了德國(guó)非并聯(lián)棘輪補(bǔ)償裝置。這種棘輪，從結(jié)構(gòu)上看，接觸線和承力索不是并聯(lián)連接到補(bǔ)償器上，而是分別連接到補(bǔ)償器上，同時(shí)，棘輪的中間有一個(gè)齒輪，它是起斷線制動(dòng)作用的。這種補(bǔ)償器的優(yōu)點(diǎn)是不僅在承力索斷線時(shí)具有快速制動(dòng)功能，而且在發(fā)生事故后，能夠較易于修復(fù)，影響面較小。 圖7 Re200C型非并聯(lián)棘輪式補(bǔ)償裝置4.4 張力計(jì)算在高速電氣化鐵路中，波動(dòng)速度被一致認(rèn)為是控制運(yùn)行速度的重要條件并表示為： (4.1)式中，實(shí)際運(yùn)行

14、速度（km/h）；波動(dòng)速度（km/h）；無(wú)量綱系數(shù)，一般取為0.65-0.70。假設(shè)列車實(shí)際運(yùn)行速度= 350km/h，取0.65。那么波動(dòng)速度：=538.46km/h接觸線的波動(dòng)速度值表示為： (4.2)式中，接觸線的張力（N）；接觸線的單位長(zhǎng)度的質(zhì)量（kg/m）。查得=1.071kg/m，最后計(jì)算得接觸線張力為：=23.96kN5適宜高速化電氣鐵路采用的懸掛方式鑒于復(fù)鏈性懸掛結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，投資太大，國(guó)內(nèi)尚無(wú)成熟的技術(shù)、施工和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，故不宜在京滬高速中推薦采用。從懸掛方式對(duì)速度適應(yīng)性的發(fā)展歷程來(lái)看，四十年前東海道新干線210km/h采用復(fù)鏈性懸掛，當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為200km/h速度應(yīng)采用彈性均勻

15、的復(fù)鏈性懸掛。現(xiàn)在我國(guó)廣深、秦深200250km/h速度應(yīng)采用簡(jiǎn)單鏈型懸掛就已達(dá)到了令人滿意的受流效果。再?gòu)姆▏?guó)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，300km/h的簡(jiǎn)單鏈型懸掛接觸網(wǎng)已經(jīng)使用了十幾年，350km/h的簡(jiǎn)單鏈型懸掛也已投入運(yùn)行，這說(shuō)明簡(jiǎn)單鏈型懸掛不僅在200-250km/h速度段的受流性能得到了確認(rèn)，在300-350km/h速度段同樣能滿足運(yùn)營(yíng)要求。從德國(guó)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，從160-330km/h速度，彈性鏈性懸掛的使用已經(jīng)有了成熟的經(jīng)驗(yàn)，受流質(zhì)量同樣滿足要求。彈性鏈性懸掛和簡(jiǎn)單鏈型懸掛在高速領(lǐng)域均有出色的受流性能，主要原因是兩種懸掛都加大了接觸線的張力，提高了接觸線的波動(dòng)的傳播速度，并有追隨性能優(yōu)越的受電弓

16、相匹配。 對(duì)于京滬高速而言，從受流質(zhì)量要求來(lái)看，兩者均能滿足要求，但彈性鏈性懸掛施工調(diào)整麻煩，運(yùn)營(yíng)維護(hù)和事故搶修難度加大，同時(shí)彈性鏈性懸掛的穩(wěn)定性不如簡(jiǎn)單鏈型懸掛。綜合比較，采用簡(jiǎn)單鏈型懸掛更適合我國(guó)的施工及維護(hù)環(huán)境。因此，京滬高速推薦采用全補(bǔ)償簡(jiǎn)單鏈型懸掛，如圖8所示。具體參數(shù)如表2。圖8 京滬高速鐵路懸掛類型簡(jiǎn)單鏈型懸掛圖9 全補(bǔ)償型張力自動(dòng)補(bǔ)償裝置表2 京滬高速鐵路接觸懸掛的技術(shù)參數(shù)名稱量值名稱量值接觸線MgCu（mm2）150接觸線高度（mm）5000-5500承力索BzII（mm2）90-120接觸線張力（KN）20-25彈性吊弦BzII（mm2）30承力索張力（KN）15-20最大跨距（m）63吊弦張力3.0結(jié)構(gòu)高度（mm）區(qū)間：1300-1800隧道：1100-1300吊弦標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度16-18正線相鄰跨距之比1.15:1補(bǔ)償裝置鋁合金大滑輪裝置6總結(jié) 在本次的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我了解了在各個(gè)國(guó)家不同的大氣環(huán)境條件下各種不同懸掛模式的應(yīng)用情況，接著我又從經(jīng)濟(jì)技術(shù)方面比較了這幾種適合高速電氣化鐵路的懸掛模式的優(yōu)缺點(diǎn)。最后以