電氣化鐵路接觸網(wǎng)無(wú)交叉線岔的分析與設(shè)計(jì)

1、電氣化鐵路接觸網(wǎng)無(wú)交叉線岔的分析與設(shè)計(jì)1 題目分析與方案設(shè)計(jì)1.1 題目分析在鐵路的站場(chǎng)上，站線、側(cè)線、到發(fā)線總是并入正線的。如果線路設(shè)一個(gè)道岔，那么接觸網(wǎng)就必須設(shè)一個(gè)線岔。就像道岔的形式多種多樣，線岔的形式也是多種多樣的。 目前，在我國(guó)的普通線路上使用的是普通交叉線岔，而在武廣、鄭西、京滬客專等高速鐵路接觸網(wǎng)上，除部分交叉線岔外，大多數(shù)都采用高速無(wú)交叉線岔。無(wú)交叉線岔就是在道岔處，正線和側(cè)線兩組接觸網(wǎng)懸掛無(wú)相交點(diǎn)。隨著無(wú)交叉線岔方式的提出，線岔的概念也發(fā)生相應(yīng)的變化，如今，線岔應(yīng)理解為電氣化鐵路的接觸網(wǎng)在站場(chǎng)軌道道岔上方兩組接觸懸掛匯交（過(guò)渡）的特殊結(jié)構(gòu)。有交叉線岔是電氣化鐵路創(chuàng)建之初便采用

2、的結(jié)構(gòu)形式，在我國(guó)施工、運(yùn)營(yíng)也已有約40年的歷史，實(shí)踐證明，這種結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單可靠，便于施工和維修，適于低速和中速運(yùn)行，故在我國(guó)得到普遍采用。對(duì)于電氣化鐵路而言,要提高電力機(jī)車運(yùn)行速度，必須通過(guò)減少離線率來(lái)提高受電弓的受流質(zhì)量，這就需要通過(guò)改善接觸網(wǎng)的彈性來(lái)改善弓網(wǎng)關(guān)系。有交叉線岔的集中重量、硬點(diǎn)及受電弓相對(duì)于兩支接觸線壓力的不均勻性，成了改善接觸網(wǎng)彈性的制約點(diǎn)，從而制約了電氣化鐵路的提速與發(fā)展。為了適應(yīng)電氣化鐵路提速的需要，無(wú)交叉線岔應(yīng)用而生。無(wú)交叉線的優(yōu)點(diǎn)：無(wú)交叉線岔的優(yōu)點(diǎn)是正線和側(cè)線兩組接觸線既不相交、不接觸，也沒有線岔設(shè)施，因此既不會(huì)產(chǎn)生刮弓事故，也沒有因線岔形成的硬點(diǎn)，提高了接觸網(wǎng)懸掛

3、的彈性均勻性，從而保證在高速行車時(shí)，消除了打弓、鉆工及刮弓的可能性。無(wú)交叉線岔的主要表現(xiàn)為：道岔處兩支懸掛在空間是分開的，不像普通線岔那樣有交點(diǎn)，相對(duì)于交叉線岔，無(wú)交叉線岔的安裝與調(diào)整比較麻煩，但它能滿足高速電氣化鐵路的要求，機(jī)車經(jīng)過(guò)線岔時(shí)平穩(wěn)良好的受流優(yōu)越性是其他結(jié)構(gòu)無(wú)法替代的。無(wú)交叉線岔應(yīng)能保證正線高速通過(guò)時(shí)不受側(cè)線接觸懸掛的影響，同時(shí)在機(jī)車從正線駛向側(cè)線或從側(cè)線駛?cè)胝€時(shí)都能平穩(wěn)順利的過(guò)渡。1.2 方案設(shè)計(jì)當(dāng)機(jī)車從正線進(jìn)入側(cè)線時(shí)，在線間距126526mm之間為受電弓與側(cè)線接觸線的始觸。此時(shí)，因側(cè)線接觸懸掛被抬高下錨，側(cè)線接觸線高于正線接觸線，過(guò)岔時(shí)，側(cè)線接觸線比正線接觸線高度以-3/10

4、00坡度降低，因而，受電弓可以順利過(guò)渡到側(cè)線接觸懸掛。在機(jī)車由正線向側(cè)線過(guò)渡時(shí)，由于側(cè)線接觸線比正線接觸線有較大的抬高，因此，受電弓不會(huì)接觸側(cè)線接觸線而從正線接觸線上受流。隨著機(jī)車的前進(jìn)，由于在定位點(diǎn)處受電弓中心與正線接觸線之間的距離較小，受電弓經(jīng)過(guò)等高區(qū)后逐漸降低至正常高度。因而，受電弓可以順利過(guò)渡到測(cè)線接觸懸掛。當(dāng)機(jī)車從正線進(jìn)入側(cè)線時(shí)，在線間距126526mm之間為受電弓與側(cè)線接觸線的始觸。此時(shí)，因側(cè)線接觸懸掛被抬高下錨，側(cè)線接觸線高于正線接觸線，過(guò)岔時(shí)，側(cè)線接觸線比正線接觸線高度以-3/1000坡度降低，因而，受電弓可以順利過(guò)渡到側(cè)線接觸懸掛。在機(jī)車由正線向側(cè)線過(guò)渡時(shí)，由于側(cè)線接觸線比正

5、線接觸線有較大的抬高，因此，受電弓不會(huì)接觸側(cè)線接觸線而從正線接觸線上受流。隨著機(jī)車的前進(jìn)，由于在定位點(diǎn)處受電弓中心與正線接觸線之間的距離較小，受電弓經(jīng)過(guò)等高區(qū)后逐漸降低至正常高度。因而，受電弓可以順利過(guò)渡到測(cè)線接觸懸掛。在機(jī)車從側(cè)線向正線開始過(guò)渡時(shí)，由于側(cè)線低于正線，所以仍由側(cè)線供電，受電弓進(jìn)入正線接觸懸掛的始觸區(qū)，受電弓滑板的側(cè)面與正線接觸線開始接觸。經(jīng)過(guò)等高區(qū)以后，由于側(cè)線接觸線比正線接觸線抬高，隨著機(jī)車的繼續(xù)前進(jìn)，受電弓將逐步脫離側(cè)線接觸懸掛而平滑地過(guò)渡到正線接觸懸掛。2 高速電氣化鐵道接觸網(wǎng)無(wú)交叉線岔的平面布置2.1 線岔的作用線岔是電力牽引中電氣化接觸網(wǎng)的關(guān)鍵部位,其質(zhì)量的高低定張力

6、應(yīng)相同且線索的伸縮方向應(yīng)一致。交叉線岔平面布置將直接關(guān)系到電力機(jī)車的安全過(guò)岔速度。線岔在道岔處對(duì)接觸圖線起定位作用,能夠保證機(jī)車受電弓從一支懸掛順利地過(guò)渡到另一支懸掛,目前在我國(guó)電氣化鐵道中主要采用以下兩種方式:交叉線岔和無(wú)交叉線岔。2.2 高速接觸網(wǎng)對(duì)線岔的要求機(jī)車在正線可實(shí)現(xiàn)高速行車,不受站線接觸懸掛的影響;必須保證兩支懸掛過(guò)渡平滑,機(jī)車從正線駛?cè)胝揪€,受電弓可以平穩(wěn)過(guò)渡到站線線,不出現(xiàn)打弓、鉆弓等現(xiàn)象;必須保證線岔處的彈性,減少硬點(diǎn); 要求施工時(shí)安裝簡(jiǎn)單,運(yùn)營(yíng)時(shí)減少維修,事故時(shí)容易恢復(fù)。2.3 交叉線岔平面布置道岔定位不分標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn),道岔柱一般設(shè)在兩線間距200 mm400 mm 范圍

7、內(nèi),兩支接觸線在間距500 mm600 mm 處交叉,并盡可能向岔心側(cè)靠近。始觸點(diǎn)處, 兩支接觸線應(yīng)位于受電弓的同側(cè)且間距盡可能小,以免鉆弓。兩支接觸線采用正線與站線交叉吊掛形式,交叉吊弦把兩支相互交叉的接觸懸掛有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)。兩支互相交叉的接觸懸掛,其額定張力應(yīng)相同且線索的伸縮方向一致。圖1 交叉線岔平面布置示意圖2.4 無(wú)交叉線岔的平面布置標(biāo)準(zhǔn)定位時(shí)接觸網(wǎng)支柱位于兩線間距600mm處，正線支拉出值為400mm，站線支拉出值為350mm，站線接觸線距正線線路中心為950mm,兩接觸線水平距為550mm。交叉線岔與無(wú)交叉線岔平面布置上的一個(gè)明顯區(qū)別便是兩支接觸懸掛是否相交。由于交叉線岔兩支接觸

8、懸掛相互交叉，平面布置相對(duì)復(fù)雜，施工難度大，事故狀態(tài)下不易 恢復(fù)，但無(wú)明顯效果。無(wú)交叉線的布置規(guī)則：(1)側(cè)線接觸懸掛應(yīng)盡量遠(yuǎn)離正線線路中心，使其處于從正線高速通過(guò)的受電弓的動(dòng)態(tài)包絡(luò)線之外，保證受電弓以最大允許抬升量和最大允許擺動(dòng)量高速通過(guò)正線接觸線時(shí)碰觸不到側(cè)線接觸線。(2)正線接觸懸掛應(yīng)盡量靠近側(cè)線線路中心，使受電弓能順利地在正線接觸線與側(cè)線接觸線間相互轉(zhuǎn)換。(3)道岔區(qū)域上空的正線接觸懸掛的技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式盡量與道岔區(qū)域外的懸掛一致，以保證受電弓在正線上的受流環(huán)境不產(chǎn)生變化。(4)為便于受電弓在正線接觸線與側(cè)線接觸線間相互轉(zhuǎn)換，側(cè)線接觸懸掛應(yīng)按一定坡度布置，使側(cè)線懸掛在道岔前端高于正線

9、接觸線，道岔后端低于正線接觸線，保證受電弓無(wú)論從正線進(jìn)側(cè)線或從側(cè)線進(jìn)正線都是由低向高運(yùn)行。(5)為降低外界因素對(duì)無(wú)交叉線岔的影響，正線接觸懸掛和側(cè)線接觸懸掛的懸掛類型、線索和零部件型號(hào)、技術(shù)參數(shù)應(yīng)盡量一致。(6)對(duì)于350 km/h 的正線，接觸線的變化坡度為0 。側(cè)線由于速度較低，其坡度的變化應(yīng)考慮受電弓在正線和側(cè)線轉(zhuǎn)換運(yùn)行時(shí)，任何方向都應(yīng)滿足始觸區(qū)范圍內(nèi)無(wú)線夾。(7)將正線或側(cè)線線路中心線兩側(cè)600-1050mm的區(qū)域內(nèi)設(shè)置為無(wú)線夾區(qū)，以保證在受電弓限界范圍內(nèi)無(wú)接觸網(wǎng)零部件。 圖2 無(wú)交叉線岔平面布置示意圖2.5 無(wú)交叉線岔工作原理列車沿正線通過(guò)時(shí),由于側(cè)線接觸線相對(duì)正線拉出值為950 m

10、m , 側(cè)線支接觸線在受電弓運(yùn)動(dòng)范圍以外,受電弓只與正線導(dǎo)線接觸,與側(cè)線接觸懸掛沒有任何關(guān)系。 列車沿側(cè)線進(jìn)入正線時(shí),當(dāng)機(jī)車受電弓進(jìn)入始觸區(qū)范圍內(nèi)(兩接觸線間距1 025 mm 前后各1 m) ,受電弓的側(cè)面與正線接觸線開始接觸,由于側(cè)線接觸線較正線接觸線略高,因此正線接觸線位于受電弓導(dǎo)角下方。隨著機(jī)車前進(jìn),正線支接觸線由于拉出值的不斷變小,將順著受電弓導(dǎo)角逐步上滑到工作面,側(cè)線支由于越抬越高而終于在某一點(diǎn)脫弓成為非工作支。這樣,受電弓就由側(cè)線支順利地過(guò)渡到正線支接觸懸掛。列車沿正線進(jìn)入側(cè)線時(shí),在定位點(diǎn)處正線接觸線的拉出值為200 mm(600 mm400 mm) ,側(cè)線接觸線的拉出值為350

11、 mm , 二者都位于受電弓上方,此時(shí)由于側(cè)線接觸線比正線接觸線有較大的抬高,機(jī)車不會(huì)接觸側(cè)線而從正線取流。隨著機(jī)車的前進(jìn),正線接觸線將慢慢滑離受電弓,同時(shí)側(cè)線接觸線高度逐漸降低與受電弓接觸,受電弓順利地過(guò)渡到站線接觸懸掛。交叉線岔與無(wú)交叉線岔在工作原理上各有其特點(diǎn),首先,機(jī)車在高速通過(guò)正線時(shí),交叉線岔與側(cè)線接觸,并有相當(dāng)長(zhǎng)的一段始觸區(qū),如果調(diào)整不當(dāng)容易產(chǎn)生硬點(diǎn)及發(fā)生鉆弓事故,而無(wú)交叉線岔由于受電弓始終不與側(cè)線接觸,如同區(qū)間行車一樣,不會(huì)產(chǎn)生以上問(wèn)題;其次,機(jī)車由側(cè)線進(jìn)入正線時(shí),交叉線岔利用始觸區(qū)側(cè)線、正線同時(shí)抬高順利地完成過(guò)渡,而無(wú)交叉線岔時(shí)正線接觸線則利用受電弓導(dǎo)角的弧度強(qiáng)行上滑到接觸面,

12、這就要求兩線的高度調(diào)整必須精確,否則極易發(fā)生鉆弓事故。 圖3 無(wú)交叉線岔工作原理示意圖3 無(wú)交叉線岔的分析與計(jì)算3.1 無(wú)線夾區(qū)的確定 對(duì)于350km/h的正線，接觸線的變化坡度為0。側(cè)線由于速度較低，其坡度的變化應(yīng)考慮受電弓在正線和側(cè)線轉(zhuǎn)換運(yùn)行時(shí)，任何方向都應(yīng)滿足始觸區(qū)范圍內(nèi)無(wú)線夾。在距線路中心600-1050mm范圍為無(wú)線夾區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)接觸線不得安裝任何線夾，包括定位線夾、吊弦線夾、電連接線夾等。在道岔區(qū)，當(dāng)接觸網(wǎng)無(wú)線夾區(qū)內(nèi)有接觸懸掛時(shí)，此區(qū)域稱為道岔始觸區(qū)。3.2 無(wú)交叉線岔“三區(qū)”的確定 無(wú)交叉線岔有兩個(gè)始觸區(qū)和一個(gè)等高區(qū)。平面布置時(shí)，應(yīng)使側(cè)線接觸線和正線線路中心的距離大于兩接觸線間

13、的距離。 以1/18號(hào)可動(dòng)心軌高速單開道岔為例，受電弓最外端尺寸的半寬為673mm，擺動(dòng)量為250mm(考慮 350km/h速度)，升高后的加寬為120mm。所以受電弓在側(cè)線側(cè)最外端可觸及到的尺寸限界為： 673+250+120=1043(mm)。 18號(hào)道岔無(wú)交叉線岔考慮到整個(gè)渡線的長(zhǎng)度及道岔布置的對(duì)稱性，單邊采用一根道岔定位柱和一組硬橫梁定位，其中B柱正線拉出值200mm，側(cè)線拉出值 -1000mm，支柱位置處道岔導(dǎo)曲線兩外軌之間的距離150mm。受電弓在側(cè)線側(cè)最外端可觸及到的尺寸限界為： 1043mm1000+150=1150mm。 C2柱側(cè)線拉出值-300mm，支柱位置處道岔導(dǎo)曲線兩外

14、軌之間的距離1400mm，受電弓在側(cè)線側(cè)最外端可觸及到的尺寸限界為： 1043mm1400-300=1100mm。 因而機(jī)車從正線高速通過(guò)岔曲時(shí)，與區(qū)間接觸網(wǎng)一樣正常受流，不會(huì)觸及側(cè)線接觸線，而與側(cè)線接觸懸掛無(wú)關(guān)。 圖4 定位柱在直股側(cè)的岔后定位分析 岔后定位柱距理論岔芯25m由上面的分析可知，在受電弓由正線通過(guò)時(shí)，可以保證側(cè)線接觸線與正線線路中心間的距離始終大于受電弓的工作寬度之半加上受電弓的橫向擺動(dòng)量，因而正線高速行車時(shí)，受電弓滑板不可能接觸到側(cè)線接觸線，從而保證了正線高速行車時(shí)的絕對(duì)安全性，并且在道岔處不存在相對(duì)硬點(diǎn)。表1 兩線技術(shù)數(shù)據(jù)對(duì)比 (1)正線進(jìn)度線的始觸區(qū)：當(dāng)機(jī)車從正線進(jìn)入側(cè)線

15、時(shí)，距懸掛點(diǎn)約6.5米范圍內(nèi)為受電弓與側(cè)線接觸線的始觸區(qū)。因側(cè)線接觸懸掛在道岔定位點(diǎn)處被抬高，且經(jīng)道岔定位點(diǎn)后被抬高下錨，所以側(cè)線接觸線高于正線接觸線,過(guò)岔時(shí),側(cè)線接觸線比正線接觸線高度又以4/1000坡度始降低，因而，受電弓可以順利過(guò)渡到側(cè)線接觸懸掛。 (2)側(cè)線進(jìn)正線的始觸區(qū)：當(dāng)機(jī)車由側(cè)線進(jìn)入正線時(shí)，受電弓存在約9m的始觸區(qū)域。受電弓由側(cè)線經(jīng)C2處懸掛定位點(diǎn)后與正線接觸線接觸，因 C2位置處，側(cè)線接觸線高度比正線接觸線高度要低(約30mm)，因此，受電弓能夠順利的從側(cè)線過(guò)渡到等高區(qū)。此時(shí)，因側(cè)線接觸線比正線接觸線高度要低，且正線接觸線偏離側(cè)線線路中心較遠(yuǎn)，受電弓由側(cè)線接觸線取流。受電弓滑過(guò)

16、等高區(qū)后，受電弓逐漸滑離側(cè)線接觸線，同時(shí)，側(cè)線接觸線高度又以4/1000坡度開始抬高，過(guò)等高區(qū)后，側(cè)線接觸線比正線接觸線要高，所以受電弓能夠順利的過(guò)渡到正線接觸線上。這時(shí)，受電弓將逐步脫離側(cè)線接觸懸掛而平滑地過(guò)渡到正線接觸懸掛。3.3 無(wú)交叉線岔的“三區(qū)”圖4為無(wú)交叉線岔進(jìn)出正線時(shí)受電弓始觸區(qū)范圍示意圖，無(wú)交叉線岔有兩個(gè)始觸區(qū)和一個(gè)等高區(qū)。在兩線路中心線線間距126mm至526mm之間為第一始觸區(qū)，在此區(qū)內(nèi)渡線接觸線比正線接觸線高。在兩線路中心線線間距526mm至806mm之間為等高區(qū)，在此區(qū)內(nèi)兩接觸線等高；在兩線路中心線線間距806mm至1306mm之間為第二始觸區(qū)，在此區(qū)內(nèi)正線接觸線比渡線

17、接觸線高。抬高值與道岔型號(hào)和行車速度有關(guān)。圖5 始觸區(qū)兩線間距范圍示意圖3.4 始觸區(qū)的確定方法不同型號(hào)的道岔，其線間距相同的點(diǎn)距理論岔心的距離是不同的。確定始觸區(qū)，除了研究線間距的范圍以外，還要確定所研究點(diǎn)距岔心的里程坐標(biāo)點(diǎn)。確定受電弓始觸區(qū)的位置取決于兩個(gè)方面的因素：其一是受電弓的工作寬度，在直線上考慮受電弓中心與線路中心相重合，受電弓的工作寬度一半為673mm，加上機(jī)車橫向擺動(dòng)量左右各為200mm，再考慮100mm富余量，計(jì)為=673+200+100=973(mm)，其二是道岔相關(guān)參數(shù)，不同型號(hào)的道岔，岔心角不同。圖6 18號(hào)道岔機(jī)車從正線進(jìn)入側(cè)線設(shè)定已知側(cè)線的圓曲線半徑為，岔心角為，其

18、道岔參數(shù)為，令某點(diǎn)線間距為，其值為 (1) 若道岔的理論岔心為A，道岔圓曲線的終點(diǎn)為B，則有 (2) 以京滬線上海安亭段250km/h提速工程18號(hào)道岔無(wú)交叉線岔布置為例，R=1100717.5mm,岔心角，PC至PS距離為31.729m，PE至PS距離為69m，岔前定位距PC點(diǎn)16m，岔后定位距PC點(diǎn)25m，具體見圖10，先假設(shè)受電弓中心與道岔導(dǎo)曲線線路中心線是重合的，受電弓半寬為,受電弓標(biāo)準(zhǔn)寬度為1950mm。從圖6中，可以得知：岔前定位柱F1距PS的距離為=31.729-16=15.729m,岔后定位柱F2距PS距離為，=31.729+25=56.729，將帶入公式(1)中，可得岔前定位

19、柱處的線間距，此線間距即為機(jī)車從正線進(jìn)入側(cè)線的始觸點(diǎn)，由公式(1)得：=112.39mm則，18號(hào)道岔無(wú)交叉線岔，當(dāng)機(jī)車從正線進(jìn)入側(cè)線時(shí)的始觸點(diǎn)為，線間距112.39mm處。4 結(jié)論結(jié)合高速高速網(wǎng)對(duì)線岔的要求，綜合以上分析可以得出：交叉線岔和無(wú)交叉線岔都能滿足列車高速運(yùn)行的要求，但無(wú)交叉線岔平面布置簡(jiǎn)單，對(duì)側(cè)線沒有特殊要求，列車正線通過(guò)時(shí)不與側(cè)線接觸，彈性好，沒有硬點(diǎn)，更適合高速列車運(yùn)行時(shí)的要求；無(wú)交叉線岔側(cè)線與正線沒有聯(lián)系，互相獨(dú)立，更方便運(yùn)營(yíng)維修和事故搶修。因此，在高速電氣化鐵道中應(yīng)優(yōu)先采用無(wú)交叉線岔。5 體會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的奮戰(zhàn)我的課程設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做課程設(shè)計(jì)以前覺得課程設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來(lái)所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過(guò)這次做課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積