土木工程专业毕业论文--接触网的平面设计

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1、摘要接触网是电气化铁路的重要供电设备。接触网的设计是电气化铁路设计的重要组成局部。接触网平面设计的成果主要以平面布置图和安装图的形式表达。而安装图可选用铁道部通用图，针对各种线路情况，仅需进行少量的补充，因此，接触网平面设计就成为接触网设计的主要内容。由于各个区间、隧道、车站等线路条件是千变万化的，我们无法用固定、简单的格式来完成接触网的平面设计，因此必须对每个区间、隧道、车站单独进行平面设计。本设计从接触网设计的特点出发，结合施工组织方式与勘测设计CAD一体化开展趋势，分5章对接触网平面CAD技术实现方法进行详细介绍。第一章简要介绍了接触网的概念；第二章，介绍接触网的平面设计；第三章介绍CA

2、D软件的应用；第四章以代表性区间为例，详细阐述了在Windows XP系统中接触网平面CAD技术的实现方法；最后一章是对接触网平面CAD技术实现方法的总结，并对其开展趋势进行了展望。关键词： 区间 接触网 平面设计AbstructOverhead Catenary System (abbr. OCS) is vital to maintain normal running of Electrified Railway. The grophic design of OCS is one of the important parts of Electrified Railway design. T

3、he production of OCS design is mainly in forms of plan and assembling drawing. As to assembling drawing, we can refer to the standard assembling drawings issued by Ministry of Railway, and only few changes should be made to satisfied different line conditions. Therefore, this plan becomes primary pa

4、rt of OCS design. For each interval, tunnel and station have different situations. Its impossible to finish the plan of OCS with simple and formulate. So, with tradition design method, designers should spend plenty of time and vigor to finish the design of OCS.Based on the chacteristics of the groph

5、ic design of OCS, combined with development trends of OCS CAD System and the rich experience of the author, the paper gives a thorough presentation of the design method of OCS CAD System in five different chapters: Chapter 1 gives a brief introduction of the consept of OCS. Chapter 2 introduces grap

6、hic design of OCS. Chapter 3 expounds the use of CAD software. Chapter 4, taking representative interval as an example, gives a detailed explaination of the technology of OCS CAD System and its application on Windows XP platform. And the last chapter summarizes the technology of OCS CAD System and a

7、nalyzes its application in the future.Keywords: Interval, Overhead Catenary System, Grophic Design目录1.绪论1电气化铁道的历史1牵引供电2简述2牵引网与接触网2设计思路、目的、意义2设计思路2设计依据3设计目的及意义32.接触网平面设计4原始资料的准备4接触网平面设计的技术原那么4根本设计6确定计算气象条件8气象条件的内容及用途9确定气象条件10负载的计算14线索自重负荷14覆冰负载15风负载15合成负载16安装曲线计算17跨距和锚段长度的计算26接触线的受风偏移和最大跨距26区间锚段长度的划分

8、273.计算机辅助设计30计算机辅助设计CAD30技术的根本功能30技术的软、硬件系统31计算机辅助设计的过程31现代CAD技术的开展动向32接触网CAD软件的设计及组成32Auto LISP设计思路拓展33CAD技术在区间接触网平面设计中的应用344.区间接触网平面图的机辅设计36原始数据的采集36放区间底图36锚段划分及中心锚结39锚段关节确实定39确定中心锚结39附加导线布置40局部编辑41统计并填写主要工程数量42填写设计说明和表格栏424.7.1 填写设计说明424.7.2 填写表格栏435.相关设计方法的展望53绘制流程53总体设计54结论56参考文献58附录591.绪论1.1电气

9、化铁道的历史铁路是重要的现代交通工具。铁路系统是物质生产的一个重要部门。百余年来，我国的铁路事业经历了由蒸汽机车、内燃机车、电力机车牵引的三个阶段。牵引动力的革命，主要是为了解决铁路运输能力的严重缺乏，也就是解决运能与运量之间的矛盾。开展电气化铁道，是适应新的运输开展形式的需要，是时代开展的需要。铁路是国民经济的大动脉，自改革开放以来，国家投以巨资，加大根底设施建设，铁路得到较快开展。到2006年年底，我国电气化铁路总里程已经突破24000公里，成为继俄罗斯之后世界第二大电气化铁路国家俄罗斯现有电气化铁路44526公里，位居世界第一位，德国现有电气化铁路21102公里，位居中国之后。目前，我国

10、铁路电气化率已经到达27%，电化区段承当着全路43%的货运量，初步形成了布局合理、标准统一的电气化铁路运营网络，特别是胶济、大秦、京沪等线的电气化，是加快我过铁路现代化的重点工程工程，也是铁道部实施铁路跨越式开展的重点工程。国内外的经验告诉我们，电气化铁路在现代综合交通运输体系中有着显著的优越性。第一，电气化铁路运输能力强，电力机车功率大、加速快，有利于提高列车牵引定数、缩短区间运行时间。第二，电力机车使用的电能可以从煤炭、水力、核能等多种初级能源中取得，并且有着60%到70%的热效率，电气化铁路能源消耗少。第三，电力牵引能够减少机车维护工作量，延长检修周期，可以降低电气化铁路的运营本钱。第四

11、，电气化铁路环境污染较小，电力机车本身不产生污染。此外，电气化铁路可以减少铁路对石油资源的依赖。铁路采用电力牵引，将对国家消费结构的调整、产业开展政策的执行产生积极的影响。可以看出，电气化将成为铁路牵引动力的开展方向。铁道部十分重视电气化铁路的开展。据铁道部有关信息显示，未来几年，电气化铁路的建设和改造将继续加速。在实施第六次大提速的重要干线上，已经开行了时速超过200公里的动车组，形成快速电气化铁路网。到2021年，全国电气化铁路总里程将要到达5万公里。这种建设速度和规模在世界铁路开展史上也是罕见的。正在建设的京津、武广、郑西等客运专线，在最高运行速度、供电负荷等方面，都到达世界一流水平。今

12、后，电力牵引将承当铁路的主要运输任务。根据?中长期铁路网规划?，到2021年，电气化铁路总里程将会到达全国铁路营业里程的一半，承当的铁路运量比重将超过80%。1.2牵引供电电气化铁道是由电力机车和牵引供电装置组成的。牵引供电装置一般分成牵引变电所和接触网两局部。我国电气化铁路采用工频单项交流制。向电气化铁路供电的牵引供电系统由分布在铁路沿线的牵引变电所和沿线架设的牵引网组成。为了保证供电的可靠性，由电力系统送到牵引变电所的高压输电线路均为双回路。牵引供电回路的构成为：牵引变电所、馈电线、接触导线、电力机车、钢轨与大地、回流线。在这个闭合系统中通常将馈电线、接触导线、钢轨与大地回流线统称为牵引网

13、。接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。接触网由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与根底几局部组成。1.3设计思路、目的、意义接触网是电气化铁路的重要供电设备，接触网的设计是电气化铁路设计的重要组成局部。其设计成果主要以平面布置图和安装图的形式表达，而安装图可选用铁道部通用图，针对各种线路情况，只需进行少量补充，因此，接触网平面设计就成为接触网设计的主要内容。由于各个区间、隧道、车站等线路条件的千变万化，根本无法用固定、简单的格式来完成接触网平面设计，因此必须对每个区间、隧道、车站单独进行平面设计。自接受毕业设计任务以来，本人在指导教师的帮助下，搜集到了一些兰州铁路局多

14、个区间的环境及线路情况等资料。本设计依据兰州铁路局具体的运输生产开展的运行要求，从经济、可靠的角度出发，按照具体情况确定设计规模与方案。为确保平安运营，还应该对气象条件及负载、悬挂导线的张力与弛度、跨距长度、锚段长度以及安装曲线等进行一系列的计算。这样才能够保证设计方案是可行的。该区间接触网平面设计主要依据?铁路电力牵引供电设计标准?TB10009-2005，J452-2005，中国铁道出版社及工务段的线路纵断面图，桥、涵、隧道的图表资料，进行平面布置。具体要求还需参考?最新电气化铁道接触网规划设计施工实用全书?中国铁道出版社、?高速电气化铁道接触网?西南交大出版社、?电气化铁道施工手册?中国

15、铁道出版社、?电力工程电气设备手册?中国电力出版社等书籍。通过对区间接触网进行平面设计，本人可以进一步熟悉和掌握电气化铁路接触网设计中区间的平面设计内容与技术标准，并将所学的理论知识与实际相结合，建立对区间接触网设计的完整概念，加强对区间接触网设计中技术标准的理解，以至到达在将来的实际工作中能够熟练应用并且指导生产实践。从我国计算机辅助绘图的现状来看，目前成功开发的计算机绘图软件大多数是附属于铁路供电系统或铁路基建系统之中的子系统。而此类集成系统一般对硬件的要求很高，甚至很多就是基于工作站或中型机的。由于受我国目前国力的限制，各铁路局下属各个办事处难以使用到此类软件。即使是使用国外的专用铁路绘

16、图软件，也存在着诸如不同国家的标准标准不同，设计人员制图习惯的不同以及汉化工作量繁杂等一系列问题。此类型设计是立足于我国铁路设计现状的，其适用广阔铁路办事处原各铁路分局，符合我国铁道路电气化设计标准与建造标准，在微机上即可使用的电气化铁路接触网平面布置绘图CAD方法具有十分重要的意义。同时，在CAD作图绘制区间接触网的根底上，本人也从创新思路的角度出发，对Auto LISP语言进行了简单的学习、了解。2.接触网平面设计2.1原始资料的准备接触网工程是一项复杂的多专业配合的技术工程，与许多学科、工程都密切相关，甚至有些工程数据是接触网设计的依据和先决条件。进行接触网设计应该具备以下主要技术资料：

17、气象资料；线路资料；行车供电资料；桥梁隧道资料；地质资料；信号资料；站场资料；概算资料；其它资料；向相关专业提供的配合资料等。当然，接触网的设计只有上述资料还不够。由于铁道电气化工程是一项非常复杂的技术及系统性的工程，各工种之间的协作与配合也是十分重要的，因此，在接触网设计的过程中，还应当向有关专业提出本专业的技术要求及相关资料。由于篇幅所限，在此就不一一列举。2.2接触网平面设计的技术原那么平面设计的优劣不仅影响到接触网的运行质量、经济合理，还涉及到长期的开展规划。因而，在进行区间接触网平面设计时应注意以下原那么：1选择硬横跨或软横跨在站场咽喉以内，一般使用绝缘软横跨，尽量不使用双线路腕臂支

18、柱。因双线路腕臂都是接地的，在维修方面不如绝缘软横跨平安、方便。硬横跨在带电作业方面也会受到限制，但由于硬横跨在某些方面具有其更优越的性能，对于高速电气化线路应该首选硬横跨。2支柱布置先从咽喉区开始设计正线上的道岔，道岔定位原那么上应尽量采用标准定位。其标准定位最正确位置是两接触线的交点位于两内轨距745mm的中间位置。道岔柱与道岔理论岔心的距离见下页表2.1。由于受地形条件的限制，道岔柱无法按标准定位设置时，或者从经济性的角度考虑而不能实现标准定位时，才采用非标准定位。此时，应使两接触线的交点位于道岔导曲线两线间距为500700mm两内轨距935735mm处的中间点的上方。表2.1道岔柱与道

19、岔理论中心的相对位置定位柱至岔心 距离(mm)线间距 (mm)道岔型号7006506005505001/8496043703780318025001/9564050704350367029701/10620054904690400032001/11675059805170431034201/12750060305720484038701/1811270100508790747060801/382074018060153001244094803尽量使用最大计算跨距接触网支柱布置，其跨距大小应根据悬挂类型、曲线半径、接触线最大风偏移值和运营经验综合考虑确定。在最大计算风速条件下，接触线距受电弓中心

20、轨迹的最大水平偏移值，一般不得大于450mm。设计中尽量采用标准跨距。常采用标准跨距为5的整倍数，即40、45、50、55、60m数种，最大允许跨距除在个别大站及特殊情况下，一般不超过67m。4考虑支柱与信号机的相对位置支柱布置时应考虑不要阻碍信号瞭望。在直线区段，支柱应设置在进站信号机和区间信号机的显示前方，同侧接触网支柱要适当加大其侧面限界值；在曲线区段，支柱应设置在信号机前方5m以外；单线铁路直线区段在地形条件允许时，支柱应设置于信号机的对侧。5站场上支柱布置应考虑各个站场的特点支柱设置应该尽可能地照顾站场的远期开展，如果将来股道增多，那么近期设计的支柱应考虑远期可资利用。对于远期铺设或

21、预留的股道，如果土石方工程已经完成，那么软横跨支柱的容量及侧面限界一般应考虑预留。对于股道延长局部，当设立近期支柱时，应以对今后整个支柱布置不产生影响为原那么。6支柱设置要考虑站场美观站场是客货集散地，在技术、经济合理的条件下，应注意美观；而对于客流较大或有政治影响的特等站或一等站，尤应考虑美观因素下，不能因经济上的某些损失而破坏了整体美观的条件。7尽量减少咽喉区的支柱数量咽喉区聚集着大量的道岔群，各个站场的情况变化不一，对于较大的站场有时相当复杂，一般应提出两个或两个以上的布置方案进行比拟，在保证技术条件合理的情况下，应尽量减少支柱的数量，选择最优或较优方案。8局部特殊跨距值应缩小锚段关节的

22、转换跨距、中心锚结所在的跨距以及其它特殊跨距，应较一般跨距缩减510m，或缩减原跨距的10%。在站场上，由于两端咽喉区道岔密集，线路较多，存在有站台、地道、天桥、跨线桥、雨棚等多种建筑，其支柱布置形式是各式各样的，但支柱布置所遵循的根本原那么是技术合理、节省支柱和便于信号瞭望。2.3根本设计下页图2.1是一种典型的接触网实际方案，即各个支柱都沿钢轨两侧架设。这是所有额定电压下铁路干线交通优选的设计方案，同时也适用于城市公共交通系统。图中标出了接触线、腕臂、支柱、供电线、回流线、钢轨电连线等构件。图2.2所示为软横跨悬吊的接触悬挂。这是分立于钢轨两侧的支柱式设计方案的一种替代方案。其它类型的横跨

23、装置采用跨越多线路腕臂及硬横跨结构。图中的架空接触网结构装置，是由各个跨度组成的。跨度是根据接触网用途设计的。接触网被分成各个独立的锚段，在这些锚段的终端部位都有终端硬锚设备或补偿下锚装置。补偿装置保持接触线和承力索张力在温度变化时恒定不变。在接近锚段中心处有一个中心锚结，起着固定接触网装置并保证沿轨道方向的稳定性。锚段关节提供了两个相邻接触网锚段之间的过渡，也被称作重叠区段。接触网的设计必须满足静态、动态，热及电气要求。接触网的设计按照设计阶段来划分，有初步设计、技术设计和施工设计。从设计内容上讲，有设计计算、平面设计、设备选择和技术校验等。接触网是一种复杂的供电设备。为了保证平安运营，使之

24、既具有经济性，又要有可图2.1 采用混凝土支柱的架空接触网1-支柱；2-腕臂；3-力索；4-接触线；5-缘子；6-电线；7-支柱至钢轨接地线；8-钢轨电连接线；9-上下行钢轨电连接线；10-支柱标识牌：11-回流线；12-弹性吊性；13-吊弦图2.2 接触网锚段和跨距的设计靠性，就要进行一系列必要的计算。这包括有气象条件及负载的计算、跨距许可长度的计算、锚段长度的计算以及安装曲线的计算等。接触网平面图是工程单位进行施工的依据。平面设计包括许多复杂的内容。地形、地理、地貌、地质以及线路条件错综复杂、变化多端，每条线路、每个站场各不相同，有时还会相差很大，所以需要一个站场一个站场地设计，一个区间一

25、个区间地进行。重复性的劳动中包含了许多思维性的劳动。这是一项工作量非常繁杂的工作，同时也是一项非常重要的工作。接触网电气设备和机械设备很多。电气设备包括隔离开关、避雷器、吸流变压器、电分相及分段绝缘器等。机械设备有支柱、腕臂以及定位装置等。除此之外，还有许多线材的选型，如接触线、承力索以及其它器材等的选取。技术校验包括两个方面：其一是强度与稳定性方面的校验，如腕臂强度校验、反定位的主定位管以及曲线内侧的压管稳定性校验等。另外，还有支柱的稳定性、根底的抗倾覆稳定性校验等。其二是技术性能方面的校验，如缓和曲线区段接触线最大偏移值、道岔附带曲线接触线偏移值的校验，以及锚段长度张力增量和在温度变化时吊

26、弦最大偏角的校验等。2.4确定计算气象条件接触网是置于铁路沿线的供电装置，它要经受一切自然条件的影响，主要有：风吹、日晒、雨淋和覆冰等。计算气象条件正确与否，直接影响着接触网建设的经济性与运营的平安可靠性。假设选择数值过大，以偶尔出现的极不利条件作为设计依据，必然将造成各种强度的增大、数量的增加，从而增加了投资；假设选择的数值偏小，对于一些频繁出现的恶劣情况没有考虑到，那么会导致支柱等设备相应的强度降低，数量减少，显然其平安可靠性就大打折扣了。因此，在确定计算气象条件时，应进行广泛深入的调查研究，详细收集气象资料，认真分析、研究，正确合理地确定采用的计算气象条件。我国疆域辽阔，地形条件多变。漫

27、长的铁道线，有的贯穿草原，有的那么横穿山谷，气象变化剧烈且复杂，在具体确定接触网计算气象条件时，要力求准确，但又不宜过于繁琐，在相应量的取值上，应该尽量标准化、规格化、系列化，这样才能够方便设计和应用。接触网设计中气象条件的取值原那么为：各种温度应取5的整数倍；覆冰厚度取为零值或5mm的倍数；最大风速取20、22、25、27、30m/s等数值。1。表2.2接触网气象条件序号工程主要用途1最高温度1.计算导线最大正弛度，确定支柱高度及限界尺寸；2.确定接触线无弛度时的温度及吊弦、定位器处于正常位置时的温度。2最低温度1.计算导线最大负弛度；2.确定计算起始条件；3.确定接触线无弛度时的温度及吊弦

28、、定位器处于正常位置时的温度；4.计算支柱容量。3最大风速1.计算跨距；2.计算支柱容量；3.检查最大风速时的空气绝缘间隙。4最大风速时温度1.确定最大风速时导线张力；2.计算支柱容量。5覆冰厚度1.计算最大附加负载；2.确定起始条件；3.计算支柱容量等。6覆冰时温度7覆冰时相应风速1.计算最大附加负载；2.确定起始条件；3.计算支柱容量。8接触线无弛度时温度计算安装曲线。9吊弦及定位器正常位置时温度计算安装曲线。10雷电日或小时防雷设计。气象条件确实定是在广泛收集资料的根底上进行的，在沿线气象台站的资料缺乏时，还应吸取电力、电信部门的设计经验和技术数据，同时参考国家电力部门制定的典型气象区，

29、进行综合研究后确定。下面简述一下相应气象条件的选择与确定方法。（一） 最大风速接触网设计用最大风速值，采用距地面10m高处，五年一遇的自记10分钟平均最大值。最大风速的计算方法有：平均法、变通法、数理统计法。平均法在资料占有的年代数较少时，其计算结果往往会有偏差。数理统计法的精度和可信度虽然较高，但计算过程比拟繁琐。因此，在资料占有年代数较少时，接触网的设计一般常用变通法。变通法：设有n年的资料，按年份次序排列，每5年为一组，每组顺序相隔1年。如，15年为第一组，26年为第二组，以此类推，取出每组中的最大值，然后再取各组最大值的平均值，即 2.4.1式中第i组中最大风速值m/s；占有资料的年份

30、数；划分的组数。在气象资料中，最大风速是指离地面10m高处、自记10分钟平均值。由于我国风速仪高度不全为10m，自动记录的也较少，以往大都是每天定时记录4次2分钟平均风速。因此，在求最大风速保证率以前，所收集和记录的风速资料必须经过风速仪高度、观测次数、观测时距离的修正和换算。具体的换算方法在相关技术手册中可以方便地查到。（二） 最高温度和最低温度最高温度和最低温度应根据线路通过地区的实际极限温度并参考典型气象区确定。为了便于计算，在数值上宜取与极限温度接近的5的整倍数值。（三） 最大风速出现时的温度最大风速出现时的温度，根据各地区而异。即使是同一地区，也会出现有时高，有时低的现象的，故不易选

31、出适宜数值，一般是选取风速大而出现次数多的月份的温度平均值。根据我国气候特点，南北方有所不同。南方多出现台风，宜取用夏、秋季节某个月的平均气温；北方那么多出现寒流风，宜取用冬、春季节某个月的平均气温。至于长江中下游及中原地区，受上述两种影响都较严重，那么应视其具体情况而定。接触网的设计总是要根据当地气象资料并参考典型气象区的取值确定。（四） 接触线无弛度时温度接触线无弛度时温度，是选取接触线处于水平状态时的温度，这个温度可以根据接触悬挂的实际运营状态确定。由于简单链形悬挂和弹性链形悬挂在温度变化相同时，其接触线弛度变化不同，故取值就不相同。分别为：简单链形悬挂 2.4.2弹性链形悬挂 2.4.

32、3接触线无弛度时温度的取值，一般比平均温度偏低，这样可以减小负弛度，增加正弛度，有利于改善接触悬挂的运营情况。（五） 吊弦及定位器处于正常位置时的温度吊弦及定位器处于正常位置时的温度是取全年保持时间最长的温度，目前在设计中取该地区最高温度和最低温度的平均值，即 2.4.4（六） 覆冰厚度接触线和承力索的覆冰厚度，是指圆筒形的冰壳厚度。然而，事实上覆冰断面可能成为各种不规那么的形状。在覆冰季节，可用单位长度导线覆冰后的重量，换算出覆冰的平均厚度，即 2.4.5式中，单位长度导线覆冰后的总重力负载kN/m；无冰时单位长度导线重力负载kN/m；导线半径mm；覆冰的密度900kg/m3。接触线的覆冰厚

33、度取承力索覆冰厚度的50%，不考虑吊弦及线夹上的覆冰荷载。（七） 线索覆冰时的风速在无观测资料时，设计中覆冰时的风速取，但在沿海及草原地区风速要大一些，此时可以取。（八） 雷电日或雷电小时雷电日在一天24小时内发生了雷电现象，不管雷击次数为多少，都算作一个雷电日。雷电小时在一个小时内发生了雷电现象，不管雷击次数为多少，不管雷电活动持续一个小时还是几分钟，都算作一个雷电小时。雷电日或雷电小时是表示一个地区雷电活动强弱程度的参数，一般用雷电小时比拟精确。设计中应向有关气象台、站收集该地区的实际年平均雷电日或雷电小时，作为接触网在大气过电压时防护设计的依据。（九） 隧道内气温我国是一个地形复杂的国家

34、，铁路长大隧道及隧道群地段较多，有关隧道内大气温度确实定是一个特殊的问题。根据多年的观测与试验，在隧道中部的气温变化幅度明显要比隧道外小得多。不管是日气温或年气温，其温差都要小。通常设计中按以下数据处理：隧道内最高温度较隧道外低10，隧道内最低温度较隧道外高5，而且不考虑隧道内覆冰及风偏影响。综合上述几点，为了便于开展设计标准化的工作，我国在1972年进行的全国设计标准改革中，结合各地的情况，将全国划分为九个标准气象区见表2.3。表2.3标准典型气象区气象区计算条件IIIIIIIVVVIVIIVIIIIX大气温度最高+40最低-5-10-10-20-10-20-40-20-20覆冰-5最大风速

35、+10+10-5-5+10-5-5-5-5安装00-5-10-5-10-15-10-10大气过电压+15内部过电压年平均气温+20+15+15+10+15+10-5+10+10风速m/s最大风速353025253025303030覆冰1015安装10大气过电压1510内部过电压最大风速( 不低于15m/s)覆冰厚度(mm)5551010101520覆冰的密度(kg/m3)900表中所列的九个典型区域，大体所属范围划分如下：区：为南方沿海易受台风侵袭的地区，如浙江、福建东部、广东、广西沿海地区等。区：是指华东大局部地区，包括安徽、山东、江苏大局部地区；区：包括西南南部的非重冰地区、以及福建、广东

36、等受台风影响较弱的地区；区：包括西北大局部地区，华北及京、津、唐等地区；区：适用于华东、中南和西南三个地区的广阔山区；区：泛指湖北、湖南、河南以及华北平原的大局部地区；区：适用于寒潮风较强烈的地带，如东北大局部地区，河北的承德、张家口地区一带；区：适用于覆冰严重的地区，如山东、河南的大局部地区，湘中、粤北重冰地带；区：是指云贵高原重冰地区。按照上述的九点要求，结合表2.3的情况，本文所设计的区间陇海铁路兰州至兰州西区间属于气象区。该区域的气象计算条件如下：最高大气温度：+40最低大气温度：-20覆冰温度：-5最大风速时温度：-5安装温度：-10大气过电压温度：+15内部过电压年平均气温：+15

37、最大风速：25 m/s覆冰风速：10 m/s安装风速：10 m/s大气过电压风速：15 m/s内部过电压风速：15 m/s覆冰厚度：5 mm覆冰的密度：900 kg/m32.5负载的计算在接触网设计计算中用到的负荷有自重负荷、冰负荷、风负荷及综合负荷也叫合成负荷等。下面开始研究接触网负载的计算。接触线、承力索或其它供电导线，如供电线、回流线、加强导线等，它们的自重负载是垂直的，固定起作用的负载，在实际中影响很大。该负载强度决定了导线的密度。其单位长度1m导线的自重负载计算公式为： ()经相应变换可得： (kN/m) ()式中，S导线计算截面积mm2；d导线计算直径mm；导线线密度kg/m。多股

38、导线的重力负载，因扭绕长度变化，根据规定，将式2.5.2乘以系数1.025。对于一跟吊弦含线夹所产生的负载取5N，按吊弦为10m长的间距，且按均匀分布的负载考虑，吊弦均布负载为kN/m。覆冰有三种类型，即密度为600900kg/m3的坚硬透明的覆冰；密度为20100hg/m3的薄层结晶的白霜；密度为200600kg/m3的冰霜混合物。接触悬挂或接触网支持构件上的覆冰按第一种类型考虑。冰负载也是垂直方向的重力负载，属于暂时性的负载。一般线索上的覆冰强度按下式确定： (kN/m) ()式中，b覆冰厚度mm；覆冰密度kg/m3，这里取900kg/m3；d覆冰导线计算直径mm，对于接触线取其平均直径为

39、： (mm) ()取接触线上的冰壳厚度等于承力索上的50%。风负载是水平方向的负载，同时也是属于暂时性负载。风压是以速度v运动的1m3空气平直地作用于物体平面上所产生的动能。在大气温度为+153时，其风压与风速的关系用下式来确定： (2.5.5)在风速的条件下，垂直作用于某物体上的风负载计算公式，可以表示为如下形式： (kN) (2.5.6)式中，计算最大风速m/s；风速不均匀系数；受风面计算面积m2。在求支柱的受风面积时，对于圆支柱K取0.7；对于矩形支柱K取1.4；对于桁架格子形支柱，其负载是按桁架构件的面积计算的，为了考虑风对桁架的作用，应该再乘以系数1.5。对于每米长度导线的风负载，可

40、由以下式子确定：无冰线索上的风负载： (kN/m) (2.5.7)覆冰线索上的风负载： (kN/m) (2.5.8)式中，K受风悬挂的体形系数，链形悬挂取1.25；覆冰时的风速m/s；覆冰厚度mm；d受风导线直径mm。合成负载分为最大风速及最大覆冰时两种情况：最大风速时的合成负载由下式决定： (2.5.9)最大覆冰时的合成负载由下式决定： (2.5.10)在无冰无风时合成负载即为悬挂自重： (kN/m) (2.5.11)式中，、分别为最大风速、最大覆冰及无冰无风时合成负载kN/m；纯冰负载，链形悬挂时为接触线冰负载与承力索冰负载之和kN/m；、分别为承力索、接触线和吊弦的单位长度重力负载kN/

41、m。在求承力索自重负载时，不考虑接触线的受风负载，一般认为接触线的水平风负载传给定位器了。安装曲线计算悬挂线索包括供电线、回流线、正馈线、加强导线以及接触线和承力索等。其张力和弛度是随温度的变化而变化的，而且这种变化遵循一定的客观规律。工程安装用的悬挂线索，其张力和弛度随温度变化的曲线，称为安装曲线。也可以由安装曲线的数据制成表格的形式，称为安装。这种安装曲线计算范围一般由最低计算温度至最高计算温度。计算中简单悬挂和链形悬挂的计算方法略有不同。由于本设计所涉及的区间兰州-兰州西区间属于链形悬挂，故略去简单悬挂的计算方法。下面主要介绍链形悬挂安装曲线的计算。在链形悬挂中，接触线是通过吊弦悬挂到承

42、力索上的，因此，接触线弛度随温度变化的规律受到承力索张力与弛度随温度变化规律的影响。在研究接触线的弛度安装曲线时，必须首先研究链形悬挂承力索的变化规律。不同的悬挂形式，其计算方法也不同。一般全补偿链形悬挂安装曲线比拟简单。在此仅对半补偿链形悬挂安装曲线的计算方法进行较详细的研究。一半补偿链形悬挂安装曲线有载承力索是附挂了接触线的承力索，其张力计算的方程为： ()对于半补偿链形悬挂，为方便计算，因，方程式2.6.1通常可以变换为以下形式： ()式中，当量跨距长度m；承力索弹性系数MPa；承力索线胀系数1/；承力索计算截面积mm2；计算大气温度。方程式及中的Wx、W1及Zx、Z1分别为承力索计算条

43、件下及起始条件下的换算负载和换算张力。 (2.6.3)式中，承力索待求条件下合成负载kN/m；无冰无风接触悬挂总负载kN/m；在t0温度下承力索张力kN；接触线张力kN。在式及式2.中，W、Z、Tc及t中的下标“1表示计算的起始情况；下标“x表示计算的待求情况；下标“0表示接触线无弛度状态；下标“max及“min分别表示最大极限值及最小极限值。在方程式2.中的值，表示接触悬挂的结构特征，称为结构系数，常用下式来确定： (2.6.4)式中，e为由悬挂点到最近的简单支柱吊弦间的距离。在式2.6.4及式2.中的为锚段内的等效跨距，又称当量跨距，其确定方法可以用下式计算： (2.6.5)式中，计算锚段

44、内的各个实际跨距m；计算锚段内的跨距数。为了求解2.式及式2.，必须先知道承力索起始情况下的和接触线无弛度承力索的张力。承力索最大张力可能出现在最大覆冰附加负载时，也可能出现在最低温度时。为了确定哪一种情况应该作为起始情况，还需要找出临界负载，并将其与计算中所采用覆冰合成负载进行比拟。对于半补偿链形悬挂，临界负载由下式决定： (2.6.6)在利用式2.求算临界负载时，涉及到接触线无尺度时的承力索张力，在计算阶段还是未知数，用下式近似算出： (2.6.7)对铜承力索，系数取0.75；对钢承力索，系数取0.80。对于计算所求得的，假设大于覆冰合成负载时，那么取最低温度作为计算的起始情况，反之，那么

45、取覆冰时作为计算的起始情况。在起始情况确定之后，值的精确计算那么由以下方程决定： (2.6.8)式中，在半补偿链形悬挂的计算中，常利用2.6.8式求值的期望值，代入方程求得相应的值。当近似等于时，那么所设的的期望值即为所求。求出精确的值之后，再求换算负载的精确值，然后求，并作出相应的曲线，如图2.3所示。图2.3 有载承力索张力及弛度曲线在计算温度范围内，求得换算负载曲线之后，又可以求得该锚段内各实际跨距承力索的弛度值，其值由下式决定曲线形状见上图2.3： ()式中，计算锚段内的各实际跨距m；承力索时对应换算张力kN；承力索换算负载kN/m。图2.4 接触线弛度曲线链形悬挂接触线弛度变化受承力

46、索弛度变化的影响较大，在求得了承力索的弛度曲线以后，接触线弛度变化曲线由下式决定其曲线如上图2.4所示： (2.6.10)式中，和分别为待求情况和接触线无弛度情况下承力索弛度。接触线在温度变化时，除了在跨距中部高度弛度发生变化以外，在距悬挂点最进的简单支柱吊弦处的高度也发生变化，并由下式决定： (2.6.11)从工程角度出发，架设接触悬挂，通常先要挂承力索，再挂接触导线。而在挂了接触线以后，承力索的张力和弛度值都能满足应有技术要求，在没有架设接触线以前的承力索张力及弛度称为无载承力索的张力及弛度。无载承力索的张力可由下式求得： (2.6.12)式中，无接触线时承力索张力kN；在温度时，无接触线

47、时承力索张力kN；承力索单位长度自重负载kN/m。在方程式2.6.12中，方括号内为计算的起始条件数据，一般用接触线无弛度作为的根本条件。由于值是的，那么根据有载承力索的条件，可以决定无载承力索的起始条件下的张力，其值由下式决定： (2.6.13)利用式2.求得以后，将、及作为情况，就可以利用式2.2确定任意温度下无载承力索的张力，并可求得曲线。知道曲线，同时知道了所研究锚段内各实际跨距以后，利用下式可以求得无载承力索各实际跨距内的弛度曲线，即 (2.6.14)值验算在进行了上述一系列计算之后，还应验算一下最大风速情况下承力索的张力值是否超过承力索最大张力许可值。验算的方法是将有载承力索张力计

48、算时的起始条件作为验算的起始情况，将最大风速时的条件作为待求情况，然后利用式2.6.1即可求得。如果小于，那么为通过；否那么就应采用新的技术措施，以保证值小于或等于。二未补偿链形悬挂的安装曲线未补偿链形悬挂的特点是承力索、接触线的两端均未加补偿装置，而直接锚固定到锚支柱上。这样，在温度变化时，由于线索热胀冷缩的关系，承力索和接触线的张力及弛度均发生变化。计算未补偿的承力索的张力曲线，利用下式决定： (2.6.15)式中，计算锚段内的当量跨距长度m；承力索的弹性系数MPa；承力索的计算横截面积mm2；承力索的线胀系数1/；大气温度。在利用方程式2.6.15进行的相应张力计算时，在温度变化范围内，

49、因接触线未加补偿器，所以在各种不同温度下，接触线的张力值是不同的，在计算之前应先确定的关系曲线，其值由下式决定： (2.6.16)式中，接触线的最大许用张力kN；接触线的线胀系数1/；接触线的弹性系数MPa；接触线的计算横截面积mm2。至于承力索的弛度求法，在计算出的对应关系后，可以直接利用方程式2.6.9进行计算。三全补偿链形悬挂张力与弛度计算全补偿链形悬挂，不仅接触线在下锚处设有补偿装置，在承力索两锚结端也设有补偿装置。因此，可以近似地认为接触线张力和承力索张力均为常数不考虑因温度变化形成的张力增量。在温度变化时，接触线、承力索虽然也伸长或缩短，由于设有补偿器，它们的张力不受温度变化的影响

50、，其弛度也可以认为与温度变化无关实际受张力增量的影响，弛度也会有相应的变化。全补偿链形悬挂，在无附加负载覆冰时，认为接触线呈无弛度状态，此时承力索弛度可由下式决定： (2.6.17)式中，锚段内的实际跨距值m；承力索换算张力kN；承力索最大许用张力kN；链形悬挂合成自重负载kN/m；链形悬挂换算负载，其值为： (2.6.18)由式2.可知，全补偿链形悬挂承力索弛度，在跨距一定时，由悬挂的负载和承力索弛度是不变的，但它的大小由补偿器给定的承力索张力决定。随着大气温度的变化，承力索和接触线会发生线性伸缩，为了不使承力索和接触线在最高温度时，因补偿器坠砣着地而失去补偿作用及在最低温度时补偿装置因卡住

51、滑轮而发生事故，一般根据锚段长度的不同，计算出在极限范围内坠砣串的安装高度，称为全补偿链形悬挂坠砣安装高度曲线，如图2.5所示。安装曲线通常是受上端和下端两端控制。由于我国南北方极限温度的温差较大，一般在北方由上端控制，计算出的安装距离距滑轮组，在南方由下端距地面的安装高度控制。其安装曲线是表示坠砣串底部至根底面钢筋混凝土支柱为至地面的高度，计算公式为：图2.5 全补偿链形悬挂示意图 (2.6.19)或 (2.6.20)式中，坠砣串底部至根底面或地面的最小允许距离m；坠砣串顶部至滑轮组的最小允许距离m；1/2锚段的长度m；新线延伸率，承力索取，接触线取；承力索或接触线的线胀系数1/；补偿滑轮传

52、动比；安装时大气温度。关于新线使用后的初延长问题，看法并不统一。虽然有些单位曾做过现场试验或者是积累了一些观测资料，但往往因试验条件或线型的不一致而造成其结果也是有一定差异的。综合电力工程使用经验及国内外资料，钢绞线及钢芯铝绞线的新线延伸率，推荐以下数值：钢绞线伸长率：；钢芯铝绞线伸长率：。2.7跨距和锚段长度的计算在接触网设计中涉及到两个重要技术参数：跨距长度和锚段长度。跨距是指相邻两个支柱间的距离。其大小通常是由经济跨距和技术跨距经过比拟后确定的。经济跨距是由跨距的大小所形成的经济性决定的。技术跨距是由电力机车的技术条件决定的。从设计的角度出发，总是以保证优良的技术条件为设计依据。因此，技

53、术跨距总是研究的重点。锚段是接触网沿线路分成的一定长度的系定段。分锚段的目的在于：缩小机械事故范围；便于加设补偿装置；使吊弦及定位器的偏移不致超过许可值，以及改善接触线内受力状态等。跨距长度和锚段长度都必须根据线路的具体条件经计算确定。接触网的跨距与受电弓的最大工作宽度有关。我国受电弓标准工作宽度为1250mm。根据这个工作宽度，铁路工程技术标准规定：在最大计算风速条件下，接触线对受电弓中心的最大水平偏移值不应超过500mm。接触网跨距就是根据这个原那么确定的。本设计主要研究链形悬挂接触线的受风偏移和跨距的计算。链形悬挂接触线的受风偏移，决定于许多因素，其中主要取决于悬挂的结构形式、线材参数、

54、接触线和承力索使用张力及它们的风负载等因素。链形悬挂在风负载的作用下，是处于动态的，而且承力索和接触线是通过吊弦相互作用的，要精确计算其相互作用力是十分困难的。不过，在各种线材及参数一定的情况下，相互作用的状态及规律是不难确定的。为了摆脱含混不清的概念，采用链形悬挂接触线受风偏移平均值的算法，就是在计算接触线受风偏移时，既要考虑承力索的风偏移值又要考虑它对接触线风偏移的影响。理论上认为，接触线和承力索在各自单独存在时，都产生风偏移，从整体上讲，它们又通过吊弦的作用互相制约、互相影响，因而采用平均值方法来确定链形悬挂接触线的受风偏移为： (2.7.1)在令时，链形悬挂接触悬挂最大跨距计算公式为：

55、 (2.7.2)在曲线区段上，接触线的受风偏移，依然按照接触线和承力索受风偏移的平均值考虑，那么有： (2.7.3)接触网锚段长度的计算十分复杂。决定锚段长度的方法各不相同，但是其根本观点一致，主要是根据接触线与承力索从中心锚结到补偿器处的张力差决定。区间的锚段划分常常在支柱布置之前进行。在整个区间要使锚段数尽量少，锚段在许可条件下应尽量长，整个区间各个锚段长度要尽量均匀。为了减小接触线和承力索内的张力增量值，锚段关节尽量要防止设在曲线区段上，特别是不要设在小半径曲线区段上。确定锚段长度应当根据区间的具体情况，一般来说，对于接触线应保证张力增量值不超过，对于承力索应保证张力增量值不超过。但在划

56、分锚段长度时，不要一开始就单纯地追求接触线的张力变化量不超过。外表看起来这样似乎符合技术要求，但事实上往往会使得最后一个锚段不是过大就是过小。这种情况是应当防止的。初步划分锚段长度时，考虑到线路的具体情况，可以参考以下经验数值： 锚段所在线路全是直线，锚段长度取15001600m； 锚段所在线路曲线、直线各站50%，锚段长度取12001400m； 锚段所在线路曲线、直线比为3:1，锚段长度取8001100m； 全补偿链形悬挂锚段长度比上述取值可适当放大，一般取14001800m。锚段长度的划分不是一蹴而就的，需要到达均匀合理并且根本满足张力增量的要求，应当经过屡次调整才能够最终实现。现在以半补

57、偿链形悬挂锚段长度计算为例，研究一下锚段长度的计算方法。在直线区段上，由于定位器受正反定位的影响，其产生的张力增量甚小，可以忽略不计。假设考虑接触线的弹性伸长影响，直线区段上的张力增量值可以用下式确定： (2.7.4)式中，1/2的锚段长度m；计算锚段的跨距值m；接触线单位长度自重负载kN/m；平均吊弦长度，其值为；接触线线胀系数1/；平均温度与计算极限温度之差；接触线弹性系数MPa；接触线计算截面积mm2；表示一个跨距内产生消耗于弛度方面的纵向伸长。其值为 (2.7.5)式中，方程式2.的应用条件为：直线区段上，温度及弹性影响；吊弦的作用。在曲线区段上，形成张力增量的因素不仅是吊弦，除此之外还有定位器。因而曲线区段上张力增量值由下式确定： (2.7.6)其中， (2.7.7) (2.7.8)式中，接触线最大许用张力kN；锚段所在曲线的曲线半径m；定位器长度，一