第四章我國(guó)適用的高速鐵路接觸網(wǎng)模式研究

1、第四章我國(guó)適用的高速鐵路接觸網(wǎng)模式研究4、1引言研究高速鐵路接觸網(wǎng)的最終目的，是為了提高我國(guó)高速鐵路接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)和施工水平，推動(dòng)我國(guó)高速鐵路技術(shù)發(fā)展。本章在參考借鑒國(guó)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真并結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，對(duì)適合我國(guó)的高速鐵路接觸網(wǎng)模式進(jìn)行研究。4.2懸掛類型選擇懸掛類型是高速鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)和施工的最基本參數(shù).高速鐵路接觸網(wǎng)對(duì)懸掛類型的要求，是能夠提供良好的受流質(zhì)量、壽命長(zhǎng)、少維修、故障率低，同時(shí)應(yīng)該有較高的性能價(jià)格比。目前國(guó)外高速鐵路接觸網(wǎng)大體有三種懸掛類型:以日本為代表的復(fù)鏈型懸掛、以德國(guó)為代表的彈性鏈型懸掛和以法國(guó)為代表的簡(jiǎn)單鏈型懸掛。在相同條件下對(duì)這三種懸掛類

2、型進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，仿真結(jié)果表明它們均能滿足高速要求。簡(jiǎn)單鏈型懸掛和其他兩種懸掛類型相比，受流質(zhì)量相差不多，但是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工維護(hù)都很方便，工程造價(jià)也低得多。從我國(guó)己建成并投入運(yùn)營(yíng)的廣深線、秦沈線實(shí)際情況來(lái)看，綜合受流、成本、施工、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)等各方面的因素，我國(guó)的高速鐵路接觸網(wǎng)宜選用簡(jiǎn)單鏈型懸掛。簡(jiǎn)單鏈型懸掛技術(shù)參數(shù)為:接觸網(wǎng)張力:15-20+20kN;跨距:不大于60m(隧內(nèi)50m);預(yù)留弛度:0.5% 0'1.0% 004.3懸掛主要參數(shù)選擇4.3.1接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)高度從計(jì)算機(jī)仿真來(lái)看，高速接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)高度對(duì)受流質(zhì)量沒有明顯影響。結(jié)構(gòu)高度仍由最短吊弦長(zhǎng)度及最大跨距來(lái)確定，而最短吊弦長(zhǎng)度由

3、結(jié)構(gòu)上允許的最短長(zhǎng)度及該處網(wǎng)的彈性兩方面來(lái)確定.綜合國(guó)內(nèi)外的情況，最短吊弦一般為500-600mm,困難地段宜取250-400mm。由此，結(jié)構(gòu)高度宜大于1.4m ，特殊區(qū)段可采用1.lm 。4.3.2接觸線高度接觸線高度應(yīng)盡可能低。較低的接觸線高度有利于改善受電弓的特性參數(shù)，減少隧道及跨線建筑物的凈空高度，減小支柱容量和工程量，降低造價(jià)。接觸線高度應(yīng)滿足高速、中速跨線車輛的建筑限界及受電弓的工作范圍。由于高速線車輛限界仍采4800mm，綜合考慮其他因素，接觸線高度以5300-5500mm為佳。4.3.3跨距根據(jù)計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果和國(guó)外情況，高速接觸網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)跨距為60mm，最小跨距不小于50mm。4

4、.3.4錨段長(zhǎng)度錨段長(zhǎng)度主要考慮:接觸線張力的增量不宜超過(guò)10%，補(bǔ)償應(yīng)靈活；定位器偏移應(yīng)在允許范圍內(nèi)；在溫度變化范圍內(nèi)，導(dǎo)線高度變化應(yīng)在允許范圍內(nèi)。根據(jù)計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果和國(guó)外情況，錨段長(zhǎng)度不宜大于1200-1400m。4.3.5 錨段關(guān)節(jié)型式根據(jù)計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果和國(guó)外情況，非絕緣關(guān)節(jié)宜采用3-4跨式，絕緣關(guān)節(jié)宜采用4-5跨式，目前在實(shí)際工程中多采用奇數(shù)跨。4.4主要線材選型4.4.1接觸線線材接觸線性能是制約受流質(zhì)量的關(guān)鍵，接觸線的張力和波動(dòng)傳播速度對(duì)受流質(zhì)量有著重要的影響19.29,21.從受流角度來(lái)看，接觸線必須使用線密度較小、抗拉強(qiáng)度較高的線材。同時(shí)，由于列車速度的提高，當(dāng)受電弓通過(guò)定位點(diǎn)

5、、接頭處和變化的接觸線坡度時(shí)，容易形成離線而產(chǎn)生電弧。電弧會(huì)使接觸線溫度升高、機(jī)械強(qiáng)度下降、電腐蝕與機(jī)械損耗加劇，因而要求提高接觸線的平直度、耐高溫性能和耐磨性能。另外，電氣化列車要具有高速和重載的能力，就必須提高接觸線的載流能力，這可以通過(guò)提高接觸線的電導(dǎo)率和增加其截面積來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是電導(dǎo)率和抗拉強(qiáng)度往往相互矛盾，只有復(fù)合金屬才能在一定范圍內(nèi)同時(shí)調(diào)節(jié)電導(dǎo)率和抗拉強(qiáng)度。所以，高 速鐵路的速度目標(biāo)值為300km/h以上時(shí)，根據(jù)仿真研究并借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其接觸線材提出以下傾向性意見:張力:25-30kN;線密度:1.1-1.2kg/m;機(jī)械強(qiáng)度:60-70N/mm2;拉斷力:70-85kN(導(dǎo)線截面

6、按120mm2);導(dǎo)電率:80%-85%IACS;高溫下機(jī)械強(qiáng)度的降低率在10%以下；耐磨和耐腐蝕性能與銅電車線相當(dāng)。這樣的接觸線材所構(gòu)成的接觸網(wǎng)，當(dāng)運(yùn)行速度為300km/h時(shí)，導(dǎo)線的波動(dòng)傳播速度520-595km/h范圍內(nèi)，列車速度和接觸線波動(dòng)傳播速度之比為0.59-0.67。 由于這類接觸線在國(guó)內(nèi)尚無(wú)正式運(yùn)營(yíng)的成熟產(chǎn)品，因此建議引進(jìn)德國(guó)的MgCu120或者日本的GT-CSI10 接觸線。4.4.2承力索線材根據(jù)仿真研究，承力索對(duì)接觸網(wǎng)的受流質(zhì)量沒有明顯的影響。對(duì)承力索線材的選取需綜合考慮載流量、接觸線影響和結(jié)構(gòu)高度等因素。1、承力索材料為減少由于承力索與接觸線線脹系數(shù)不同而引起的吊弦順線路

7、偏斜、張力增量加大等，承力索的材料應(yīng)該與接觸線相同。2、承力索張力從受流角度來(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。3、承力索截面積牽引網(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120mm2.4.5主要設(shè)備選型4.5.1電分相裝置在機(jī)車高速行駛的情況下，通過(guò)降弓升弓的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電分相已經(jīng)不再適用，必須采用先進(jìn)的自動(dòng)切換電分相裝置。自動(dòng)切換電分相裝置主要有地面自動(dòng)切換方式、車上自動(dòng)切換方式、柱上自動(dòng)切換方式三種，它們?cè)陔姺窒鄷r(shí)都不需要司機(jī)進(jìn)行操作，機(jī)車能滿負(fù)荷通過(guò)。地面自動(dòng)切換方式由地面開關(guān)站自動(dòng)切換電分相.這種方式一

8、次性投資較大，而且在切換過(guò)程中容易產(chǎn)生過(guò)電壓，引起開關(guān)重燃及異相短路，造成重大事故。柱上自動(dòng)切換方式由借車的牽引電流直接控制切換電分相。這種方式缺點(diǎn)是柱上開關(guān)無(wú)備用，且最高允許速度僅為200km/h。經(jīng)過(guò)綜合比較，地面電磁傳感車上自動(dòng)切換方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，并且由于采用錨段關(guān)節(jié)方式，對(duì)高速鐵路接觸網(wǎng)更為適用。4.5.2線岔線岔是關(guān)系行車安全的關(guān)鍵設(shè)備之一，根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，弓網(wǎng)事故多發(fā)于此。線岔可分為交叉線岔和無(wú)交叉線岔(開放式線岔)。無(wú)交又線岔能夠有效降低線岔處的硬點(diǎn)，無(wú)論機(jī)車從正線駛?cè)胝揪€。還是從站線駛?cè)胝€，受電弓都可以平穩(wěn)過(guò)渡。另外，無(wú)交叉線岔可以適應(yīng)多種形狀的受電弓頭，考慮京滬高速

9、鐵路屬于混跑，其高速接觸網(wǎng)宜采用無(wú)交叉線岔。4,6支持裝置選型高速鐵路接觸網(wǎng)的支持裝置應(yīng)具備以下基本條件:1.容量大;2.高可靠性和穩(wěn)定性;3要盡可能無(wú)維修或少維修;4.便于機(jī)械化施工，便于安裝和調(diào)整;5.可以滿足高速鐵路接觸網(wǎng)的精度要求。具體來(lái)講，高速鐵路接觸網(wǎng)的支持裝置主要包括以下幾種。4.6.1支柱和基礎(chǔ)在支柱選型方面，應(yīng)首選等徑圓支柱，標(biāo)準(zhǔn)化各類支架底座及其安裝位置，有利于提高安裝效率和支架底座的大規(guī)模生產(chǎn)。在車站上，為避免上、下行高速接觸網(wǎng)的相互干擾，應(yīng)盡可能用單腕臂柱的懸掛方式。在特殊困難地段，也可采用硬橫梁的方式。隨著支柱類型和容量的不同，可以采用樁基礎(chǔ)、擴(kuò)大基礎(chǔ)、杯形基礎(chǔ)、棱柱

10、型基礎(chǔ)等形式，以加強(qiáng)基礎(chǔ)的抗傾覆力矩，增大與土壤的接觸面積。在高架橋上可采用預(yù)留杯形基礎(chǔ)或法蘭盤連接方式。4.6.2橫跨結(jié)構(gòu)橫跨結(jié)構(gòu)分為軟橫跨和硬橫跨。軟橫跨承力索屬無(wú)補(bǔ)償?shù)膽覓焖鳎軠囟扔绊懫渖炜s變化較大，直接導(dǎo)致承力索和接觸網(wǎng)高度發(fā)生較大的變化。當(dāng)其中一支懸掛發(fā)生故障時(shí)，往往波及到其他的懸掛，使事故范圍擴(kuò)大?；谏鲜鲈颍诟咚勹F路站場(chǎng)或多線并行區(qū)段宜選用硬橫跨，特殊情況也可選用帶彈簧補(bǔ)償器的軟橫跨。4.6.3腕臂結(jié)構(gòu)及材料腕臂結(jié)構(gòu)宜采用剛性水平腕臂、斜腕臂及防風(fēng)支撐組成的可旋轉(zhuǎn)腕臂，應(yīng)具備防風(fēng)能力，零件穩(wěn)定不易滑動(dòng)，桿件具備足夠剛度。在材質(zhì)上，采用如高強(qiáng)度的鋁合金的材料。考慮高速受流對(duì)接

11、觸網(wǎng)穩(wěn)定性及張力的要求，腕肴柱宜采用高強(qiáng)度棒式絕緣子。4.7主要零件選型4.7.1吊弦吊弦承擔(dān)著負(fù)載接觸線的任務(wù)，因此必須具備一定的機(jī)械強(qiáng)度。另外，吊弦上會(huì)通過(guò)一定的負(fù)載電流，考慮到受流方式有分散式受流(電動(dòng)車組)和集中式受流(電力機(jī)車)，要求吊弦能夠滿足不同的受流要求。標(biāo)準(zhǔn)速度的接觸網(wǎng)中常采用鐵線環(huán)節(jié)式吊弦，當(dāng)列車高速運(yùn)行時(shí)，這種吊弦主要存在下列問(wèn)題:(I)強(qiáng)度低;(2)耐腐蝕性差:(3)電火花燒傷及磨損嚴(yán)重;(4)精度低，需要經(jīng)常調(diào)整;(5)容易使接觸線發(fā)生振動(dòng)，造成受電弓離線率增加。因此，在高速鐵路接觸網(wǎng)中，宜采用具有防振功能的載流式整體吊弦。通過(guò)整體弦的長(zhǎng)度，來(lái)控制接觸線對(duì)鋼軌的高度并

12、預(yù)留一定的弛度。吊弦由合金材質(zhì)絞線制造如青銅絞線)，吊弦線夾采用銅鎳硅或鋁青銅合金材質(zhì)制造，二者壓接成一體以減少電磨耗。4.7.2定位器定位器裝設(shè)處容易形成硬點(diǎn)。列車速度一旦提高，這些固定點(diǎn)處接觸線的壓力明顯增大，同時(shí)不可避免地造成局部沖擊。使用時(shí)間越長(zhǎng)，磨耗量越大，導(dǎo)致該位置的接觸線難以保持恒定的張力。為緩和硬點(diǎn)造成的影響，應(yīng)該減輕定位器的重量。在保證既定強(qiáng)度和耐久性的前提下，盡量采用強(qiáng)度高、韌性好、質(zhì)量輕、耐腐蝕的鋁合金材質(zhì)定位器。4.7.3張力補(bǔ)償裝置目前的張力自動(dòng)補(bǔ)償裝置主要有日本的變比鼓輪補(bǔ)償裝置、德國(guó)的棘輪補(bǔ)償裝置和法國(guó)的滑輪組補(bǔ)償裝置。張力自動(dòng)補(bǔ)償裝置應(yīng)具備如下技術(shù)性能:(1)機(jī)

13、械傳動(dòng)變比1:3-1:5;（2)機(jī)械傳動(dòng)效率不低于0.97;(3)質(zhì)量不大于30kg。相比之下，法國(guó)的滑輪組補(bǔ)償裝置制造相對(duì)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)比可調(diào)，適用范圍較大，是高速鐵路接觸網(wǎng)首選的張力補(bǔ)償裝置。4.7.4電連接線夾電連接線夾要求導(dǎo)電性能好，抗沖擊振動(dòng)性能強(qiáng)，耐腐蝕，少維修。接觸線電連接線夾本體可采用Tz純銅，副板材質(zhì)采用鑄鋁青銅，與電連接壓接為一體。并溝電連接線夾采用兩夾板緊固式，夾板材質(zhì)為鋁黃銅。4.7.5接觸線接頭線夾和終錨線夾接觸線接頭線夾宜采用夾板式螺栓緊固結(jié)構(gòu)，夾板采用強(qiáng)度高的銅鎳硅制造，夾板與接觸線燕尾槽接觸部分加工成鋸齒形。當(dāng)6個(gè)直徑M12不銹鋼螺栓緊固時(shí)，兩夾板鋸齒就緊緊嵌在接觸

14、線燕尾槽中使之不能滑脫。接觸線終錨線夾可采用錐套式螺紋脹緊結(jié)構(gòu)，本體采用鑄鋁青銅直徑適當(dāng)加大，錐楔采用銅鎳硅制造。錐楔內(nèi)圓加工有螺紋，當(dāng)承受張力時(shí)硬度很高的螺紋緊緊嵌在接觸線外表面使之不能滑脫，也可以采用雙耳楔型線夾下錨。4.7.6承力索接頭線夾和終錨線夾承力索接頭線夾和終錨線夾應(yīng)當(dāng)適應(yīng)承力索不同材質(zhì)、直徑的要求，并滿足工作張力15-20kN機(jī)械性能的要求。錐套式終錨線夾質(zhì)量輕、安裝簡(jiǎn)單，國(guó)外用于銅絞線或鋼絞線承力索下錨取得很好的效果。但是近年來(lái)，錐套式終錨線夾在我國(guó)一些線路上發(fā)生了鋁包鋼承力索抽脫情況。因此，對(duì)于GLJC-120/35型鋁包鋼承力索，應(yīng)采用NLD-4倒裝式螺栓型耐張線夾，還可以選用U螺栓緊固型線夾;對(duì)于GLJE-30/50型鋁包鋼承力索，可以采用柞座楔形線夾。在類似京滬高速鐵路的重要千線上，如果采用錐套式終錨線夾，可以通過(guò)