本站原创【摘 要】比较目前国内普速与高铁不同方式的直链形悬挂,对直链形悬挂在曲线区段的承导布置有争议的地方进行分析,并对铁路运营部门的接触网检修提出建议.
【关 键 词】接触网；悬挂方式；直链形悬挂
0前言
自2004年至今,我国铁路迅猛发展,先后经历了铁路第五次、第六次大提速,并建成了津京城际、武广客专、哈大高铁等高速铁路,但无论是既有线改造还是新建线路,我国除了老哈大线等个别线路采用半斜链形悬挂外,大部分均采用直链形悬挂.
根据悬挂链数的多少及悬挂点处吊弦的形式不同可大致分为3类,即以日本为代表的复链形悬挂、以法国为代表的简单链形悬挂和以德国为代表的弹性链形悬挂[1].值得注意的是,并不是接触网悬挂形式越复杂就越代表稳定,日本在1964年建成的新干线中之所以选择复链形悬挂,一方面是认为接触网弹性更好,而其初衷却是因为新干线接触网采用80mm2的铜镉线和110mm2的硬铜线,载流量不够,故综合决策选择复链形悬挂.但其结构复杂、组成零部件太多,运营维修费用高昂,发生事故时抢修难度大、中断时间长,随着运行经验的积累及研究的深入,日本在北陆新干线又决定采用了简单链形悬挂.因此,接触网悬挂类型的选择是够用即可,并非越复杂越先进.
1我国普速铁路与高速铁路的悬挂形式
我国第一条电气化铁路是1958年开始修建的宝成铁路宝鸡至凤州段.在有关人员赴苏联考察后,1958年底,中国试制出第一台电力机车,采用苏制ДЖ-5型受电弓,滑板长度达到1270mm,这也决定了当时接触网可采用大跨距,由于跨距较大,为使接触网的弹性在跨距内尽可能均匀,宝凤铁路接触网在列车运行速度较高的区段采用了弹性链形悬挂,在列车运行速度较低的车站则采用了简单链形悬挂.通过50余年的持续引进、吸收与再创新,我国铁路新建线路的接触网悬挂形式基本定型为简单链形悬挂和弹性链形悬挂两种直链形悬挂形式,可参见表1.
表1我国普速铁路与高速铁路悬挂形式
2直链形悬挂形式的选择和曲线区段的承导布置争议
2.1直链形悬挂形式的选择
沿接触网锚段变化的弹性会导致受电弓周期性上下振动,而振动幅度又与抬升力相关.接触网的弹性可用单位垂直抬升力作用下的接触线抬升表示.图1列出了计算后的接触网一跨内各点接触网的弹性曲线.图中,津京为简单链形悬挂,武广、郑西为弹性链形悬挂,由此可见,京津接触网的弹性不均匀系数较大,而武广、郑西接触网的弹性不均系数较低[2].
弹性会影响到接触线的振动状态,但目前高速铁路的张力普遍在25kN以上,接触线的波动传动速度很高,简单链形悬挂结构简单,对于单弓运行的电力机车能够满足需求,但对于双车重联的动车组存在前后弓波动互相影响的现象,导致弓网不能安全接触,受流质量下降；而弹性链形悬挂虽然提高了接触网的弹性,但由于增加了弹性吊索,使得施工调整较为复杂,施工成本高,且运营维护和事故抢修难度加大,两者相比各有利弊.
图1高速铁路接触网弹性曲线
2.2曲线区段的承导布置争议
对于直链形悬挂方式中的曲线区段,无论是设计院在绘制接触网安装图纸时,还是在施工单位编写腕臂计算软件时,均会按照承力索与导线的连线垂直于水平面的方式进行编制.在各大铁路院校的教材当中也均定义为承导连线垂直于水平面,但在铁道部文件铁运〔2007〕69号《接触网运行检修规程》第五章第60条当中却明确指出：直链型悬挂,位于接触线正上方.曲线区段承力索与接触线之间的连线垂直于轨面连线.
在实际现场,对于一些改造工程、过渡工程则会出现两种均存在的现象,施工、运营各执一词,各有依据.
2.2.1定位点受力分析
定位点受力分为垂直分力和水平分力,以下仅为有争议的曲线区段的受力分析.
对于承导连线垂直于水平面,在定位点所受垂直分力的组成部分为：定位线夹自重、所受重力的一半、定位点两侧吊弦之间由于高差引起的的小部分接触线的重力；水平分力的组成部分为：线索张力在两侧拉出值不同的情况下引起的水平分力、曲线区段因接触线折线布置受到的指向曲线内侧的水平分力.
对于承导连线垂直于轨面,其定位点垂直分力与前者一致,但水平分力上除了前者两种之外,还存在接触线自重的水平分力.由于存在外轨超高,承力索通过吊弦承载接触线的重量会产生一定的角度（可由外轨超高和轨距计算求得）,图2当中的吊弦承载力F可划分为垂直分力F1和水平分力F2,F1即为定位点两侧接触线自重的一半,所受的水平分力Fj等于F2.检测设跨距均为50m,超高50mm,接触线自重参考表1取1.35kg/m,通过计算可得Fj≈23N,对的受力有一定的影响.
图2承导连线垂直于轨面示意图及受力分析
2.2.2接触线磨耗分析
在曲线段当承导连线垂直于水平面时,由于受电弓滑板与水平面存在一定夹角,接触线会产生一定的偏磨,承导连线垂直于轨面则无此问题.但根据理论计算和现场运营经验,夹角不大于18°的情况下,仍然可以保证局部磨耗达到20%也不会打弓.而我国规定的曲线轨道最大外轨超高不大于150mm,也就说夹角不会大于12°,因此承导连线垂直于水平面对于接触线的偏磨影响可以忽略不计.
2.2.3腕臂及定位结构分析
以曲外正定位支柱为例,当承导连线垂直于水平面时,不考虑支柱斜率及棒瓷底座等扣料,平腕臂上承力索座位置只依据接触线的偏移值即可,平腕臂长度等于限界-拉出值+偏移值+腕臂露头,给定以上参数（长度以1100mm计算）,一般计算结果当中的定位支座至定位管定位环的距离为200-400mm范围内,很方便拉出值的后续调整.
当承导连线垂直于轨面时,平腕臂上承力索座位置须依据承力索的偏移值,此时,定位管定位环会随着斜腕臂向曲内偏移,的定位支座则需向定位管根部调整,如果调整至根部没有到位,只能选择更短的,而选用短则有可能导致坡度过大,影响弓网状态.
3结论与建议
我国在悬挂类型选择中基本趋于设计时速300km/h以下的采用简单链形悬挂,300km/h以上的采用弹性链形悬挂,但并非必须这样设计,对于新建线路接触网悬挂方式的选择,应遵循够用就好、简单可靠、注重弓网状态的原则.
高铁发展迅速,铁路技术日新月异,虽然各铁路局针对高铁接触网维护制订了一些实施细则,但《接触网运行检修规程》一直沿用铁道部文件铁运〔2007〕69号文件,中国铁路总公司应结合设计指导和现场实际运营经验尽快修订规程,明确直链形悬挂承导连线垂直于水平面的定义,为接触网检修做到有据可依,保障铁路供电的安全运营.
【参考文献】
[1]吉鹏霄.电气化铁路接触网[M].北京：化学工业出版社,2011.
[2]吴积钦.受电弓与接触网系统[M].成都：西南交通大学出版社,2010.
[责任编辑：曹明明]