高速接觸網(wǎng)定位管拉線不受力簡(jiǎn)析

摘要：杭長(zhǎng)客專接觸網(wǎng)正、反定位的定位管均采用拉線形式，尤其是在曲線半徑較小的曲外支柱正定位的正定位管拉線不受力。文章針對(duì)定位管拉線不受力，根據(jù)腕臂安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，提出了具體的解決體方案，為高速接觸網(wǎng)安全運(yùn)營(yíng)提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：高速接觸網(wǎng)；定位管拉線；受力分析；具體措施；高速鐵路 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U225 文章編號(hào)：1009-2374（2017）06-0131-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.066

杭長(zhǎng)客專接觸網(wǎng)正、反定位的定位管均采用拉線形式，尤其是在曲線半徑較小的曲外支柱正定位的正定位管拉線不受力，本文就此問題簡(jiǎn)析如下，供同行研究。

1 旋轉(zhuǎn)腕臂安裝形式

旋轉(zhuǎn)腕臂安裝在腕臂底座旋軸上，腕臂承載著自動(dòng)補(bǔ)償?shù)慕佑|懸掛，它可在接觸懸掛因溫度變化發(fā)生位移時(shí)跟著移動(dòng)。見下圖1，腕臂從功能上可分為接觸線支持裝置和承力索支持裝置，接觸線支持裝置包括定位管、定位支座、定位器（含定位線夾）、防風(fēng)拉線和定位管拉線（定位管支撐）。承力索支持裝置包括腕臂管（平、斜腕臂）、承力索座和腕臂支撐。腕臂通過棒式絕緣子與旋轉(zhuǎn)腕臂底座固定在支柱或吊柱上。接觸線定位裝置為滿足受電弓均勻磨耗，一般正定位時(shí)，接觸線偏移向支柱側(cè)拉，而反定位時(shí)，接觸線向遠(yuǎn)離支柱側(cè)拉，詳見圖1所示：

2 定位器

定位器是支持裝置中的主要部件，一般只允許受拉，其荷重為80～2500N，不允許受壓。根據(jù)歐標(biāo)EN50119規(guī)定，不限位的定位器，在動(dòng)態(tài)應(yīng)保證向上運(yùn)動(dòng)。為最大拉（抬）升量的2倍[高速一般最大拉（抬）升量為150mm]，有限位作用的定位器，在動(dòng)態(tài)向上抬升為最大抬升量的1.5倍，即225mm限位。

2.1 定位器的受力分析

直線區(qū)段跨距大、拉出值小，則角最大；曲線區(qū)段曲線半徑越小，跨距越小、拉出值比直線區(qū)段大，則角越小。從上述分析來看，曲線區(qū)段定位器受到的拉力遠(yuǎn)大于直線區(qū)段，同為曲線區(qū)段，曲線半徑越小定位器受到拉力Fr越大。這也是曲線區(qū)段定位管拉線不受力情況嚴(yán)重的重要原因；同理，拉出值越大角越小，定位器受到拉力Fr越大；另外導(dǎo)線張力F也是影響定位器受力Fr的主要因素，普速鐵路接觸網(wǎng)導(dǎo)線張力一般F=15kN，而高速鐵路一般為F=28.5kN（如滬寧客專）或F=30kN（如杭長(zhǎng)客專），在結(jié)構(gòu)安裝參數(shù)恒定的情況下，張力F越大，定位受力Fr越大，這也是定位管拉線不受力情況多出現(xiàn)在高速鐵路的重要原因。

水平方向上定位器垂直分力：FL=sin（）·F-sin（）·F=0，定位器處于平衡狀態(tài)，無偏移。

2.2 定位器的狀態(tài)分析

接觸線在定位管的鉸接點(diǎn)上作用一個(gè)順時(shí)針力矩M=a·FC（FC為定位器拉力Fr的垂直分力與定位器、定位管、導(dǎo)線荷載垂直方向合力，此處為分析方便簡(jiǎn)化為FC），但由接觸線的徑向力，即水平力（之字力）會(huì)產(chǎn)生一個(gè)逆時(shí)針的力矩-m=h·FS（FS為定位器拉力Fr的水平分力），見圖2。如a·FC>h·FS，則在定位管處產(chǎn)生向下旋轉(zhuǎn)的力矩，即順時(shí)針力矩m，它被吊線（定位管拉線）抵消掉，也就是說，只能由定位管和斜腕臂之間的定位支撐抵消掉。

如a·FC

3 定位管

4 定位管拉線不受力原因分析

假設(shè)接觸導(dǎo)線設(shè)計(jì)張力F和設(shè)計(jì)跨距L恒定的情況下，對(duì)定位管受力情況進(jìn)行分析。

反定位情況下：根據(jù)定位器及定位管受力分析，F(xiàn)s與FC作用在定位管上的作用力方向一致，合力會(huì)一直產(chǎn)生一個(gè)向下的旋轉(zhuǎn)的力矩，使得定位管拉線一直處于受力（拉力）狀態(tài)，且曲線情況下，定位管拉線受力（拉力）越大，越不會(huì)產(chǎn)生定位管拉線不受力情況。

正定位情況下：根據(jù)定位器及定位管受力分析，F(xiàn)S作用在定位管上的力的方向向上，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)使定位管向上旋轉(zhuǎn)的力矩，F(xiàn)C作用在定位管上的力方向向下，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)使定位管向下旋轉(zhuǎn)的力矩，當(dāng)≥時(shí)，作用在定位管上的合力使定位管產(chǎn)生向上旋轉(zhuǎn)的力矩，使得定位拉線處于受壓狀態(tài)，即不受力。根據(jù)上述定位器受力分析，在曲線地段正定位情況，向上旋轉(zhuǎn)的力矩要遠(yuǎn)大于直線段，曲線半徑越小向上的旋轉(zhuǎn)力矩越大，拉出值越大，則向上旋轉(zhuǎn)力矩越大。因此正定位情況下會(huì)出現(xiàn)定位管拉線不受力情況，曲線地段和拉出值較大區(qū)段尤為嚴(yán)重。

5 解決方案比選與案例分析

方案一：在不改變接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式的情況下，設(shè)定曲線半徑與跨距恒定的情況下，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)來增加FC向下力的作用效果。

（1）減小拉出值，并在滿足受電弓動(dòng)態(tài)包絡(luò)線的情況下盡量采用較短的定位器，使得定位管向下作用力臂AB變大，同時(shí)減小了定位器拉力Fr；（2）在接觸網(wǎng)彈性允許的情況下調(diào)整定位器兩側(cè)最近吊弦位置，使其遠(yuǎn)離定位器，加大定位器處的接觸網(wǎng)導(dǎo)線荷載；（3）在不改變定位器狀態(tài)情況下，調(diào)整定位管拉線線夾位置，使定位管向上傾斜，使得定位拉線受力。

此方案優(yōu)點(diǎn)為不改變接觸網(wǎng)懸掛結(jié)構(gòu)，操作簡(jiǎn)單易行，適用于已施工完成項(xiàng)目，且不增加額外成本；缺點(diǎn)為效果不明顯，即使通過調(diào)整參數(shù)使得定位管拉線處于受力（拉力）狀態(tài)，也是處于向上與向下作用力矩平衡的臨界值，接觸懸掛結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，特別是在曲線半徑較小且拉出值較大地段，導(dǎo)線張力較大的鐵路線路；另外通過調(diào)整定位管拉線線夾位置會(huì)使定位器限位間隙變大，使機(jī)車通過時(shí)的限位抬升量變大，限位抬升量有可能超過設(shè)計(jì)最大抬升值（一般設(shè)計(jì)最大抬升值為225mm），限位定位器限位作用被弱化。

杭長(zhǎng)客專實(shí)際就是采用此方案，如下：

杭長(zhǎng)曲線外側(cè)支柱正定位采用1350型定位器，導(dǎo)線張力30kN，拉出值300mm，逆時(shí)針的力矩-m大于順時(shí)針的力矩m，所以定位管拉線不受力，建設(shè)單位組織專家現(xiàn)場(chǎng)解決，鑒于接觸網(wǎng)已成形，開通在即，采用了方案一進(jìn)行調(diào)整，把拉出值由設(shè)計(jì)300mm改為250mm時(shí)，即見效。這是因?yàn)槔鲋禍p小定位管向下作用力臂AB變大，從而使得作用在定位管上的向下的力矩變大，使≤，作用在定位管上的合力力矩方向向下，使得定位管拉線受力（拉力）。如果設(shè)計(jì)時(shí)定位器為1150型，在曲線區(qū)段機(jī)車車體由于超高因素，向區(qū)內(nèi)傾斜，定位管長(zhǎng)度加拉出值為1450mm，受電弓一半為975mm，再加上動(dòng)態(tài)水平擺動(dòng)量300mm，共計(jì)1275mm，完全可以保證受電弓高速安全牽引，使得AB值進(jìn)一步加大，效果會(huì)更明顯。

方案二：在設(shè)計(jì)時(shí)正定位考慮采用定位管硬支撐，反定位采用拉線，曲線正定位采用機(jī)車受電弓包絡(luò)線允許情況下盡量采用較短的定位器。

此方案優(yōu)點(diǎn)是能夠徹底改善定位拉線不受力情況，由于采用硬支撐，在作用在定位管上的合力力矩方向向上時(shí)，定位管支撐處于受壓狀態(tài)，如使用定位管拉線則達(dá)不到此效果，且此方案接觸網(wǎng)懸掛結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全可靠。雖然定位管硬支撐造價(jià)遠(yuǎn)大于定位管拉線，但是采用較短定位器會(huì)節(jié)省部分成本，總體成本變化不大。

6 結(jié)語

本文重點(diǎn)分析了高速鐵路定位管拉線不受力情況產(chǎn)生原因及影響因素，定位管拉線不受力的決定性因素有接觸網(wǎng)導(dǎo)線設(shè)計(jì)張力、曲線半徑、拉出值、選定定位器長(zhǎng)度等，同時(shí)根據(jù)實(shí)踐情況、設(shè)計(jì)、投資變化角度給出了解決方案。綜上所述，建議今后高速鐵路設(shè)計(jì)時(shí)采用方案二，能夠保證接觸網(wǎng)懸掛結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，同時(shí)有利于高速鐵路運(yùn)行的安全性，從而徹底解決定位不受力問題。

參考文獻(xiàn)

[1] [德]基布嶺（KieBling），中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司，等.電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.

[2] 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10621-2014）[S].

作者簡(jiǎn)介：尹利賓（1983-），男，山東曹縣人，中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司工程師，研究方向：工程施工。

（責(zé)任編輯：王 波）