第三章 高速鐵路接觸網(wǎng)懸掛形式

第三章高速鐵路接觸網(wǎng)懸掛形式第三章高速鐵路接觸網(wǎng)懸掛形式第一節(jié)高速鐵路接觸網(wǎng)懸掛形式接觸懸掛形式是指接觸網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)形式，它反映了接觸網(wǎng)的空間結(jié)構(gòu)和幾何尺寸。不同的懸掛形式，在工程造價(jià)、受流性能、安全性能上均有差別，另外，對(duì)接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)也有不同的要求。對(duì)高速接觸網(wǎng)懸掛形式的要求是：受流性能滿足高速鐵路的運(yùn)營(yíng)要求、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、工程造價(jià)低。世界上發(fā)展高速鐵路的主要國(guó)家如：日本、德國(guó)、法國(guó)的高速接觸網(wǎng)懸掛形式是在不斷改進(jìn)中發(fā)展起來(lái)的，主要有三種懸掛形式：簡(jiǎn)單鏈形懸掛、彈性鏈形懸掛、復(fù)鏈形懸掛各國(guó)對(duì)這三種懸掛形式有不同的認(rèn)識(shí)和側(cè)重，根據(jù)各自的國(guó)情發(fā)展自己的懸掛形式。日本的高速線路如：東海道新干線、山陽(yáng)新干線、東北新干線、上越新干線均采用復(fù)鏈形懸掛近幾年來(lái)，日本高速鐵路又采用了簡(jiǎn)單鏈形懸掛；法國(guó)的巴黎一里昂的東南線采用彈性鏈形懸掛，巴黎一勒芒／圖爾的大西洋線采用接觸導(dǎo)線帶預(yù)留弛度的簡(jiǎn)單鏈形懸掛；德國(guó)在行車速度低于160km/h的線路采用簡(jiǎn)單鏈形懸掛，在160km/h及以上的線路采用彈性鏈形懸掛。下面分別介紹簡(jiǎn)單鏈形懸掛、彈性鏈形懸掛和復(fù)鏈形懸掛三種形式的結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能。一、簡(jiǎn)單鏈形懸掛簡(jiǎn)單鏈型懸掛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，彈性均勻度較好，接觸懸掛穩(wěn)定性好，施工及運(yùn)營(yíng)管理方便是世界上使用最多的一種懸掛類型。我國(guó)絕大部分電氣化鐵路都采用這種懸掛方式。結(jié)構(gòu)形式如圖3—1所示。123圖3—1簡(jiǎn)單鏈型懸掛（1—承力索2—吊弦3—接觸線）性能特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、安裝調(diào)整維修方便，適應(yīng)于高速受流。定位點(diǎn)處彈性小，跨中彈性大，造成受電弓在跨中抬升量大，跨中采用預(yù)留弛度，受電弓在跨中的抬升量可降低；定位點(diǎn)處易形成相對(duì)硬點(diǎn)，磨耗大。如果選擇結(jié)構(gòu)形式合理、性能優(yōu)良的定位器，則可消除這方面的不足。二、彈性鏈懸掛彈性鏈形懸掛在簡(jiǎn)單鏈型懸掛基礎(chǔ)上增加了一根彈性吊索，改善了接觸網(wǎng)的彈性不均勻度。但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，彈性吊索安裝、調(diào)整工作量大。在跨距較小時(shí)，彈性鏈形懸掛和簡(jiǎn)單鏈形懸掛彈性均勻性差別不大。結(jié)構(gòu)形式如圖3—2所示。1234圖3—2彈性鏈形懸掛1—彈性吊索2—承力索3—吊弦4—接觸線在結(jié)構(gòu)上，相對(duì)于簡(jiǎn)單鏈形懸掛在定位點(diǎn)處裝設(shè)彈性吊索，主要有兩種形式：“n”形和“Y”形。彈性吊索的材質(zhì)一般與承力索相同，其線脹系數(shù)與承力索相匹配。性能特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，改善了定位點(diǎn)處的彈性，使得定位點(diǎn)處的彈性與跨中的彈性趨于一致整個(gè)接觸網(wǎng)的彈性均勻，受流性能好。其缺點(diǎn)是彈性吊索調(diào)整維修比較復(fù)雜，定位點(diǎn)處導(dǎo)線抬升量大，對(duì)定位器的安裝坡度要求也較嚴(yán)格。三、復(fù)鏈型懸掛復(fù)鏈型懸掛在簡(jiǎn)單鏈型懸掛的基礎(chǔ)上增加了一根輔助承力索，使接觸網(wǎng)彈性更加均勻。但結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，施工及運(yùn)營(yíng)維護(hù)不方便，事故搶修難度大。目前只在日本使用。結(jié)構(gòu)形式如圖3—3所示。12345圖3—3復(fù)鏈型懸掛1—承力索2—吊弦3—輔助承力索4—輔助吊弦5—接觸線復(fù)鏈型懸掛在結(jié)構(gòu)上，承力索和接觸導(dǎo)線之間加了一根輔助承力索。性能特點(diǎn)：接觸網(wǎng)的張力大，彈性均勻，安裝調(diào)整復(fù)雜、抗風(fēng)能力強(qiáng)?？傊N懸掛類型在結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能方面存在著一定的差異，但理論研究與各國(guó)的運(yùn)營(yíng)實(shí)踐都表明，三種懸掛類型均可滿足客運(yùn)專線列車高速運(yùn)行要求。在我國(guó)TB10621-2021《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定高速鐵路接觸網(wǎng)懸掛類型采用全補(bǔ)償簡(jiǎn)單鏈形懸掛或全補(bǔ)償彈性鏈形懸掛。雙弓或多弓取流時(shí)宜采用全補(bǔ)償彈性鏈形懸掛。這是因?yàn)槭澜绺鲊?guó)在確定懸掛類型時(shí)，除考慮接觸網(wǎng)自身的和彈性不均勻度因素外，對(duì)取流受電弓的個(gè)數(shù)、受電弓的彈性受流的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也是重要的考慮因素，同時(shí)，國(guó)際上在研發(fā)階段通常采用計(jì)算機(jī)仿真手段，并結(jié)合具體工程及經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析比較后，最終確定其采用何種懸掛類型。根據(jù)各國(guó)的仿真研究及運(yùn)行結(jié)論，在單弓取流條件下，采用全補(bǔ)償簡(jiǎn)單鏈形懸掛或全補(bǔ)償彈性鏈形懸掛均可符合受流要求兩者性能幾乎相當(dāng)。單弓取流或運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)通道上的列車分布密度較小的高速線路、跨距相對(duì)較小、接觸線張力相對(duì)較大的接觸網(wǎng)系統(tǒng)可采用簡(jiǎn)單鏈型懸掛。根據(jù)仿真研究和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)表明，彈性鏈型懸掛和加大張力、減小跨距的簡(jiǎn)單鏈型懸掛(采用全補(bǔ)償簡(jiǎn)單鏈型懸掛時(shí)，需根據(jù)仿真結(jié)果適當(dāng)預(yù)留跨中弛度)相比，均可取得符合要求的受流效果，適應(yīng)不同速度的動(dòng)車組運(yùn)行。但雙弓或多弓取流時(shí)，彈性鏈型懸掛具有優(yōu)良的彈性均勻度，對(duì)雙弓或多弓運(yùn)行條件產(chǎn)生的弓網(wǎng)系統(tǒng)振動(dòng)和導(dǎo)線波動(dòng)傳播均有明顯的改善，可延長(zhǎng)弓網(wǎng)壽命、改善接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此，雙弓或多弓取流時(shí)，宜采用彈性鏈型懸掛，但懸掛類型的設(shè)計(jì)需結(jié)合具體工程情況及經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合分析比較后合理而定。第二節(jié)高速鐵路接觸網(wǎng)、接觸懸掛的技術(shù)參數(shù)接觸懸掛技術(shù)參數(shù)的定義波動(dòng)傳播速度C：由于受電弓抬升力的作用，引起接觸導(dǎo)線的振動(dòng)，該點(diǎn)的振動(dòng)傳播速度稱為波動(dòng)傳播速度。C與接觸導(dǎo)線張力T和線密度P的關(guān)系如下：C=(T/p)1/2(3.2.1)式中：C—波動(dòng)傳播速度T—接觸導(dǎo)線張力P—接觸線線密度無(wú)量綱速度：列車運(yùn)行速度u與波動(dòng)傳播速度C之比，當(dāng)列車速度越接近C,即口接近于1時(shí)，弓網(wǎng)振動(dòng)越劇烈。B與列車運(yùn)行速度u與波動(dòng)傳播速度C的關(guān)系如下：B=u/C°(3.2.2)式中：C—波動(dòng)傳播速度B—無(wú)量綱速度u—列車運(yùn)行速度多普勒系數(shù)a：是無(wú)量綱速度的另一種表達(dá)式，a=(C-u)/(C+u)°u為列車行駛速度；C為接觸線波動(dòng)傳播速度。反射系數(shù)：指接觸網(wǎng)的振動(dòng)波在非均質(zhì)點(diǎn)被反射。這些非均勻質(zhì)點(diǎn)如：吊弦線夾接頭線夾等，反射系數(shù)Y用下式表示：丫二?vPmXFm?wl/2/[?vPcXFc?vPmXFm?wl/2](3.2.3)式中：Pm—接觸導(dǎo)線的線密度Fm—接觸導(dǎo)線的張力Pc—承力索的線密度Fc—承力索的張力。(5)增強(qiáng)因數(shù)：r=Y/a接觸網(wǎng)的振動(dòng)波在非均質(zhì)處被反射，被反射回的波形與該物體相向運(yùn)動(dòng)，并被繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)的物體以輸入能量的方式再次反射回去，波的能量被增強(qiáng)增強(qiáng)因數(shù)用下式表示：r=Y/a(3.2.4)式中：Y—反射系數(shù)；a-多普勒系數(shù)。(6)彈性不均勻系數(shù)&：反映一跨內(nèi)跨中彈性和定位點(diǎn)彈性的差異程度。&二?vEmax—Emin?w/?vEmax+Emin?wXlOO%(3.2.5)式中Emax一跨內(nèi)最大彈性Emin一跨內(nèi)最小彈性二、高速接觸網(wǎng)的主要技術(shù)參數(shù)1．導(dǎo)線高度：指接觸導(dǎo)線距鋼軌面的高度。它的確定受多方面的因素制約，如：車輛限界、絕緣距離、車輛和線路振動(dòng)、施工誤差等。一般地，高速鐵路接觸導(dǎo)線的高度比常規(guī)電氣化鐵路的接觸導(dǎo)線低，這主要因?yàn)椋焊咚勹F路一般無(wú)超級(jí)超限列車通過(guò)，車輛限界為4800mm;為了減少列車空氣阻力及空氣動(dòng)態(tài)力對(duì)受電弓的影響，受電弓的底座沉于機(jī)車車頂頂面，受電弓的工作高度較小。所以，高速鐵路接觸導(dǎo)線的高度一般在5300mm左右。2．結(jié)構(gòu)高度：指定位點(diǎn)處承力索距接觸導(dǎo)線的距離。它由所確定的最短吊弦長(zhǎng)度決定的，吊弦長(zhǎng)時(shí)，當(dāng)承力索和導(dǎo)線材質(zhì)不同時(shí)，因溫度變化引起的吊弦斜度小，使錨段內(nèi)的張力差小，有利于改善弓網(wǎng)受流特性；長(zhǎng)吊弦的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是高速行車引起的導(dǎo)線振動(dòng)時(shí)，吊弦彎度