關(guān)于接觸網(wǎng)直鏈形懸掛的探討

李 鵬

（遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 錦州 121000）

0 前言

自2004年至今，我國(guó)鐵路迅猛發(fā)展，先后經(jīng)歷了鐵路第五次、第六次大提速，并建成了津京城際、武廣客專、哈大高鐵等高速鐵路，但無(wú)論是既有線改造還是新建線路，我國(guó)除了老哈大線等個(gè)別線路采用半斜鏈形懸掛外，大部分均采用直鏈形懸掛。

根據(jù)懸掛鏈數(shù)的多少及懸掛點(diǎn)處吊弦的形式不同可大致分為3類，即以日本為代表的復(fù)鏈形懸掛、以法國(guó)為代表的簡(jiǎn)單鏈形懸掛和以德國(guó)為代表的彈性鏈形懸掛[1]。值得注意的是，并不是接觸網(wǎng)懸掛形式越復(fù)雜就越代表穩(wěn)定，日本在1964年建成的新干線中之所以選擇復(fù)鏈形懸掛，一方面是認(rèn)為接觸網(wǎng)彈性更好，而其初衷卻是因?yàn)樾赂删€接觸網(wǎng)采用80mm2的銅鎘線和110mm2的硬銅線，載流量不夠，故綜合決策選擇復(fù)鏈形懸掛。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、組成零部件太多，運(yùn)營(yíng)維修費(fèi)用高昂，發(fā)生事故時(shí)搶修難度大、中斷時(shí)間長(zhǎng)，隨著運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累及研究的深入，日本在北陸新干線又決定采用了簡(jiǎn)單鏈形懸掛。因此，接觸網(wǎng)懸掛類型的選擇是夠用即可，并非越復(fù)雜越先進(jìn)。

1 我國(guó)普速鐵路與高速鐵路的懸掛形式

我國(guó)第一條電氣化鐵路是1958年開(kāi)始修建的寶成鐵路寶雞至鳳州段。在有關(guān)人員赴蘇聯(lián)考察后，1958年底，中國(guó)試制出第一臺(tái)電力機(jī)車，采用蘇制ДЖ-5型受電弓，滑板長(zhǎng)度達(dá)到1270mm，這也決定了當(dāng)時(shí)接觸網(wǎng)可采用大跨距，由于跨距較大，為使接觸網(wǎng)的彈性在跨距內(nèi)盡可能均勻，寶鳳鐵路接觸網(wǎng)在列車運(yùn)行速度較高的區(qū)段采用了彈性鏈形懸掛，在列車運(yùn)行速度較低的車站則采用了簡(jiǎn)單鏈形懸掛。通過(guò)50余年的持續(xù)引進(jìn)、吸收與再創(chuàng)新，我國(guó)鐵路新建線路的接觸網(wǎng)懸掛形式基本定型為簡(jiǎn)單鏈形懸掛和彈性鏈形懸掛兩種直鏈形懸掛形式，可參見(jiàn)表1。

表1 我國(guó)普速鐵路與高速鐵路懸掛形式

2 直鏈形懸掛形式的選擇和曲線區(qū)段的承導(dǎo)布置爭(zhēng)議

2.1 直鏈形懸掛形式的選擇

沿接觸網(wǎng)錨段變化的彈性會(huì)導(dǎo)致受電弓周期性上下振動(dòng)，而振動(dòng)幅度又與抬升力相關(guān)。接觸網(wǎng)的彈性可用單位垂直抬升力作用下的接觸線抬升表示。圖1列出了計(jì)算后的接觸網(wǎng)一跨內(nèi)各點(diǎn)接觸網(wǎng)的彈性曲線。圖中，津京為簡(jiǎn)單鏈形懸掛，武廣、鄭西為彈性鏈形懸掛，由此可見(jiàn)，京津接觸網(wǎng)的彈性不均勻系數(shù)較大，而武廣、鄭西接觸網(wǎng)的彈性不均系數(shù)較低[2]。

彈性會(huì)影響到接觸線的振動(dòng)狀態(tài)，但目前高速鐵路的張力普遍在25kN以上，接觸線的波動(dòng)傳動(dòng)速度很高，簡(jiǎn)單鏈形懸掛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)于單弓運(yùn)行的電力機(jī)車能夠滿足需求，但對(duì)于雙車重聯(lián)的動(dòng)車組存在前后弓波動(dòng)互相影響的現(xiàn)象，導(dǎo)致弓網(wǎng)不能安全接觸，受流質(zhì)量下降；而彈性鏈形懸掛雖然提高了接觸網(wǎng)的彈性，但由于增加了彈性吊索，使得施工調(diào)整較為復(fù)雜，施工成本高，且運(yùn)營(yíng)維護(hù)和事故搶修難度加大，兩者相比各有利弊。

圖1 高速鐵路接觸網(wǎng)彈性曲線

2.2 曲線區(qū)段的承導(dǎo)布置爭(zhēng)議

對(duì)于直鏈形懸掛方式中的曲線區(qū)段，無(wú)論是設(shè)計(jì)院在繪制接觸網(wǎng)安裝圖紙時(shí)，還是在施工單位編寫(xiě)腕臂計(jì)算軟件時(shí)，均會(huì)按照承力索與導(dǎo)線的連線垂直于水平面的方式進(jìn)行編制。在各大鐵路院校的教材當(dāng)中也均定義為承導(dǎo)連線垂直于水平面，但在鐵道部文件鐵運(yùn)〔2007〕69號(hào)《接觸網(wǎng)運(yùn)行檢修規(guī)程》第五章第60條當(dāng)中卻明確指出：直鏈型懸掛，位于接觸線正上方。曲線區(qū)段承力索與接觸線之間的連線垂直于軌面連線。

在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)于一些改造工程、過(guò)渡工程則會(huì)出現(xiàn)兩種均存在的現(xiàn)象，施工、運(yùn)營(yíng)各執(zhí)一詞，各有依據(jù)。

2.2.1 定位點(diǎn)受力分析

定位點(diǎn)受力分為垂直分力和水平分力，以下僅為有爭(zhēng)議的曲線區(qū)段的受力分析。

對(duì)于承導(dǎo)連線垂直于水平面，定位器在定位點(diǎn)所受垂直分力的組成部分為：定位線夾自重、定位器所受重力的一半、定位點(diǎn)兩側(cè)吊弦之間由于高差引起的的小部分接觸線的重力；水平分力的組成部分為：線索張力在兩側(cè)拉出值不同的情況下引起的水平分力、曲線區(qū)段定位器因接觸線折線布置受到的指向曲線內(nèi)側(cè)的水平分力。

對(duì)于承導(dǎo)連線垂直于軌面，其定位點(diǎn)垂直分力與前者一致，但水平分力上除了前者兩種之外，還存在接觸線自重的水平分力。由于存在外軌超高，承力索通過(guò)吊弦承載接觸線的重量會(huì)產(chǎn)生一定的角度（可由外軌超高和軌距計(jì)算求得），圖2當(dāng)中的吊弦承載力F可劃分為垂直分力F1和水平分力F2，F(xiàn)1即為定位點(diǎn)兩側(cè)接觸線自重的一半，定位器所受的水平分力Fj=F2。假設(shè)跨距均為50m，超高50mm，接觸線自重參考表1取1.35kg/m，通過(guò)計(jì)算可得Fj≈23N，對(duì)定位器的受力有一定的影響。

圖2 承導(dǎo)連線垂直于軌面示意圖及受力分析

2.2.2 接觸線磨耗分析

在曲線段當(dāng)承導(dǎo)連線垂直于水平面時(shí)，由于受電弓滑板與水平面存在一定夾角，接觸線會(huì)產(chǎn)生一定的偏磨，承導(dǎo)連線垂直于軌面則無(wú)此問(wèn)題。但根據(jù)理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，夾角不大于18°的情況下，仍然可以保證局部磨耗達(dá)到20%也不會(huì)打弓。而我國(guó)規(guī)定的曲線軌道最大外軌超高不大于150mm，也就說(shuō)夾角不會(huì)大于12°，因此承導(dǎo)連線垂直于水平面對(duì)于接觸線的偏磨影響可以忽略不計(jì)。

2.2.3 腕臂及定位結(jié)構(gòu)分析

以曲外正定位支柱為例，當(dāng)承導(dǎo)連線垂直于水平面時(shí)，不考慮支柱斜率及棒瓷底座等扣料，平腕臂上承力索座位置只依據(jù)接觸線的偏移值即可，平腕臂長(zhǎng)度=限界-拉出值+偏移值+腕臂露頭，給定以上參數(shù)（定位器長(zhǎng)度以1100mm計(jì)算），一般計(jì)算結(jié)果當(dāng)中定位器的定位支座至定位管定位環(huán)的距離為200-400mm范圍內(nèi)，很方便拉出值的后續(xù)調(diào)整。

當(dāng)承導(dǎo)連線垂直于軌面時(shí)，平腕臂上承力索座位置須依據(jù)承力索的偏移值，此時(shí)，定位管定位環(huán)會(huì)隨著斜腕臂向曲內(nèi)偏移，定位器的定位支座則需向定位管根部調(diào)整，如果調(diào)整至根部沒(méi)有到位，只能選擇更短的定位器，而選用短定位器則有可能導(dǎo)致定位器坡度過(guò)大，影響弓網(wǎng)狀態(tài)。

3 結(jié)論與建議

我國(guó)在懸掛類型選擇中基本趨于設(shè)計(jì)時(shí)速300km/h以下的采用簡(jiǎn)單鏈形懸掛，300km/h以上的采用彈性鏈形懸掛，但并非必須這樣設(shè)計(jì)，對(duì)于新建線路接觸網(wǎng)懸掛方式的選擇，應(yīng)遵循夠用就好、簡(jiǎn)單可靠、注重弓網(wǎng)狀態(tài)的原則。

高鐵發(fā)展迅速，鐵路技術(shù)日新月異，雖然各鐵路局針對(duì)高鐵接觸網(wǎng)維護(hù)制訂了一些實(shí)施細(xì)則，但《接觸網(wǎng)運(yùn)行檢修規(guī)程》一直沿用鐵道部文件鐵運(yùn)〔2007〕69號(hào)文件，中國(guó)鐵路總公司應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)指導(dǎo)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)盡快修訂規(guī)程，明確直鏈形懸掛承導(dǎo)連線垂直于水平面的定義，為接觸網(wǎng)檢修做到有據(jù)可依，保障鐵路供電的安全運(yùn)營(yíng)。

［1］吉鵬霄.電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M].北京∶化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

［2］吳積欽.受電弓與接觸網(wǎng)系統(tǒng)[M].成都∶西南交通大學(xué)出版社,2010.