接触网课程设计高速电气化铁路接触网悬挂模式设计

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1、各专业全套优秀毕业设计图纸接触网工程课程设计报告评语： 考 勤（10）守 纪（10）设计过程（40）设计报告（30）小组答辩（10）总成绩（100）专 业：电气工程及其自动化 班 级： 电气 1104 姓 名： 学 号： 201109456 指导教师： 兰州交通大学自动化与电气工程学院2013 年7月 12日 1 设计原始题目1.1具体题目 高速电气化铁路接触网悬挂模式设计1.2 设计内容 对各种悬挂模式进行分析比较，确定适合高速运行接触网的悬挂模式，选择接触性、承力索、吊弦等的型号，计算其张力，进行张力补偿的设计。2 高速电气化铁路接触网悬挂类型 目前各国为满足高速受流的要求，都根据自己国家

2、高速铁路规划的动力设置和受电弓的结构及性能的不同采用了不用的悬挂模式。主要有简单链性悬挂、弹性链性悬挂和复链性悬挂三种。2.1接触网的各种悬挂类型2.1.1简单链型悬挂 简单链形悬挂是一条接触线通过吊弦悬挂在一条承力索上,承力索通过钩头鞍子或悬吊滑轮悬挂在支持装置上。此种悬挂方式稳定性的好坏主要取决于接触网系统的跨距、接触线和承力索的张力、吊弦长度、吊弦间距、支持装置及支柱稳定性等技术参数的好坏。如图1所示。 图1 简单链型悬挂 2.1.2弹性链性悬挂 弹性链型悬挂是在简单链型悬挂基础上在每处悬挂点增加Y形弹性吊索,长度一般为816m,仍为单链形悬挂。此悬挂方式稳定性好与坏,除受跨距、承力索和

3、接触线的张力、吊弦、支持装置及支柱稳定性影响外,弹性吊索张力对其稳定性的影响也十分的大。德国、法国、日本等多国已经在行驶试验中证实该接触网结构形式适合于高速行驶。如图2所示。 图2 弹性链性悬挂2.1.3复链性悬挂 复链型悬挂是接触线经短吊弦悬挂在辅助吊索上,辅助吊索又通过吊弦悬挂在承力索上。增加的辅助吊索大大降低接触网系统的垂直摆动幅度,更加提高系统稳定性,跨中与悬挂点弹性几乎相当,所以此种悬挂方式接触网系统稳定性最好,西门子公司于1912年就曾提出这种设计方案。德国联邦铁路在开发高速接触网的过程中,再次对这种复链形悬挂形式进行试验,证实这种结构形式确实具有非常好的高速行驶特性。如图3所示。

4、 图3 复链性悬挂2.2各种悬挂类型的综合比较编号 项目简单链型悬挂弹性链性悬挂复链性悬挂1接触网的动态稳定性较好差好2接触网的风稳定性较好差好3静态弹性不均匀度大较小小4环境温度变化对网的影响小大小5零部件数量少较多多6结构的复杂程度简单较复杂复杂7施工的难易程度容易较难难8事故抢修的难易程度容易较难难9日常维修等的便利性便利不便利较便利10一次性投资低较高高11运营维护费低较高高12受电弓运行轨迹的平缓度稍差较好好综合比较后，可得出以下结论： （1）简单链型悬挂静态弹性不均匀度较大,导致受电弓运行轨迹平缓度稍差, 但当接触线设置适当的预留弛度时可得到明显改善。简单链型悬挂的结构最为简单,

5、投资最省,施工调整、运营维护及事故抢修较容易。 （2）弹性链型悬挂静态弹性不均匀度较小,受电弓的运行轨迹也较平缓。但接触网的平均抬升量大,稳定性较差,需专门的安装测试工具,施工调整及事故抢修难度大。 （3）复链型悬挂静态弹性不均匀度最小,受电弓的运行轨迹最平缓。但投资较高, 结构比较复杂,施工调整及事故抢修难度大。3 接触网各线索作用3.1 接触线接触线是接触网的主要组成部分，直接和受电弓滑板摩擦接触取流的部分，电力机车从接触线取得电能。因此接触线的材质、工艺及性能对接触网起着重要作用，要求它具有较小的电阻率、较大的导电能力；要有良好的抗磨损性能，具有较长的使用寿命；要有高强度的机械性，具有较

6、强的抗张能力。接触线制成带沟槽的圆柱状，沟槽是为了便于安装固定接触线的线夹，同时又不能影响受电弓取流。我国电气化铁路建设初期（1961-1972），采用的是铜接触线，型号为TCG-100型和TCG-85型，分别用于正线和站线。其导电性能好，但机械强度差。20世纪70年代（1972-1980）我国研制了以铝代铜的GLCA型和GLCB型钢铝复合新型接触线。其机械强度好，导电性差，不耐腐蚀，且刚度较大，形成的硬弯和死弯不易整直，影响受流。为了解决钢表面锈蚀的问题，我国又开发研制了内包钢的GLCN型钢铝电车线。将承受张力的钢包在铝内，既保留了耐磨性能和抗张性能，又提高了它的防腐蚀性能，可相应延长其寿命

7、，具有较好的受流效果。20世纪80年代，为了适应电气化铁路运量大、车流密度高、载流量大的需要，我国又研制了连铸连轧、无焊接接头的TCW-110型和TCW-85型接触线。其相应的提高了抗拉强度和供电可靠性，同时又可延长使用寿命，因而得到广泛使用。随着电气化铁路的大幅度提速和建设，20世纪90年代我国又研制了CTHA-110型和CTHB-120型银铜合金接触线。已在（北）京郑（州）电气化线路上投入试运行，效果良好。3.2 承力索接触网承力索的作用是通过吊弦将接触线悬挂起来。承力索还可承载一定电流来减小牵引网阻抗，降低电压损耗和能耗。承力索根据材质可分为铜承力索、钢承力索、铝包钢承力索。铜承力索导电

8、性能好，可做牵引电流通道之一，和接触线并联供电，降低压损和能耗，且腐蚀性能强。但铜承力索消耗铜多，造价高且机械强度低，不能承受较大的张力，温度变化时驰度变化也大。规格型号有TJ-95、TJ-100等几种。TJ表示铜绞线，数字表示截面积。钢承力索用镀锌钢绞线制成，强度高耐张力大，安装驰度小切驰度变化也小，节省有色金属又造价低。但电阻大，导电性能差，一般是不容许导流的。钢承力索不耐腐蚀，使用时要采取防腐蚀措施。常用规格有GJ-100、GJ-70两种。铝包钢承力索是铝覆钢线和铝线姣合而成，主要以铝覆钢线中的钢芯部分承受张力，覆铝层和率线截流，导电性能好，机械强度和抗腐蚀性能好。GJ表示钢绞线，数字表

9、示承力索的标称截面积。从受流角度来讲，对于300km/h以上的铁路，为满足对隧道、跨线建筑物净空的要求，承力索的张力取20kN为佳。牵引网的最大电流将达到1000A，考虑载流，承力索截面积不宜小于120mm。3.3吊弦 在链形悬挂中，接触线通过吊弦悬挂在承力索上。按其使用位置是在跨距中、软横跨上或隧道内有不同的吊弦类型，吊弦是链形悬挂中的重要组成部件之一。在链形悬挂中安设吊弦，使每个跨距中在不增加支柱的情况下，增加了对接触线的悬挂点，这样使接触线的弛度和弹性均得到改善，提高了接触线工作质量。另外，通过调节吊弦的长度来调整，保证接触线对轨面的高度，使其符合技术要求。吊弦有普通吊弦和整体吊弦，普通

10、环节吊弦以直径4mm（一般称为8号铁线）的镀锌铁线制成。整体吊弦种类也比较多，老的整体吊弦采用不锈钢直吊弦，一般由两段构成，中间增加调节螺扣，方便长度调节，现在普遍采用软铜铰线载流整体吊弦，有可调节和一次压死两种形式，吊弦两端均有载流环。高速普遍采用压死不可调整体吊弦，这样可增加系统的稳定性。4张力自动补偿装置 张力自动补偿装置有许多种类，有滑轮式、棘轮式、鼓轮式、液压式及弹簧式等。对张力自动补偿装置的要求有二：其一，补偿装置应灵活。在线索内的张力发生缓慢变化时，应能及时补偿，传送效率要高；其二，具有快速制动作用，一旦发生断线事故或者其他异常情况，线索内的张力迅速发生变化时，补偿装置还应有一种

11、制动功能。一般对于全补偿的承力索内的补偿装置，如不具备这种功能时，还需专门加有断线制动装置，以防止在一旦发生断线时，坠砣串落地而造成事故扩大、恢复困难。4.1 滑轮式张力自动补偿装置 对于半补偿链型悬挂，承力索为硬锚，就是直接下锚，接触线通过滑轮组补偿装置后下锚，如图4所示。全补偿链形悬挂：接触线和承力索均通过滑轮组补偿装置后下锚，承力索三个滑轮，张力为15KN，传动比3：1；接触线两个滑轮，张力为10 KN，传动比为2：1，坠砣重均为5KN，如图5所示。全补偿装置的断线制动装置是另外加设的。应给指出，各种线索的张力值不是任意选用的，而是根据线索的拉断力除以安全系数决定的。不同材质、不同截面线

12、索，所选用的张力不同，因而坠舵重量和传动比都会有所变化。组成：补偿滑轮、补偿绳、杵环杆、锤铊杆、限制导管和坠砣图4 半补偿链性悬挂图5 全补偿链性悬挂方式4.2鼓轮式张力自动补偿装置我国在（北）京-秦（皇岛）线部分站场及正线上，试行装设无中心锚结、带变化鼓轮补偿装置的并联下锚方式，以便在无中心锚结状况下防止接触悬挂的窜动。这种结构的自动补偿装置如图6所示。特点就在于用平衡板将承力索与接触线平行地“并联”在一起下锚，以便只利用一套特殊的补偿滑轮（鼓轮）装置就可以预防整个接触悬挂的窜动。坠砣通过补偿绳对整个锚段的接触悬挂施加规定的张力，张力分配决定于平衡板上中间与绝缘子串的联结点和其两端与承力索、

13、接触线的联结点之间两段距离的比值。组成：补偿滑轮、补偿绳、杵环杆、锤铊杆、限制导管和坠砣图6 鼓轮式张力自动补偿装置4.3 Re200C型非并联棘轮式补偿装置我国哈（尔滨）大（连）线电气化技术改造，引进了德国非并联棘轮补偿装置。这种棘轮，从结构上看，接触线和承力索不是并联连接到补偿器上，而是分别连接到补偿器上，同时，棘轮的中间有一个齿轮，它是起断线制动作用的。这种补偿器的优点是不仅在承力索断线时具有快速制动功能，而且在发生事故后，能够较易于修复，影响面较小。 图7 Re200C型非并联棘轮式补偿装置4.4 张力计算在高速电气化铁路中，波动速度被一致认为是控制运行速度的重要条件并表示为： (4.

14、1)式中，实际运行速度（km/h）；波动速度（km/h）；无量纲系数，一般取为0.65-0.70。假设列车实际运行速度= 350km/h，取0.65。那么波动速度：=538.46km/h接触线的波动速度值表示为： (4.2)式中，接触线的张力（N）；接触线的单位长度的质量（kg/m）。查得=1.071kg/m，最后计算得接触线张力为：=23.96kN5适宜高速化电气铁路采用的悬挂方式鉴于复链性悬挂结构太复杂，投资太大，国内尚无成熟的技术、施工和运营经验，故不宜在京沪高速中推荐采用。从悬挂方式对速度适应性的发展历程来看，四十年前东海道新干线210km/h采用复链性悬挂，当时人们认为200km/h

15、速度应采用弹性均匀的复链性悬挂。现在我国广深、秦深200250km/h速度应采用简单链型悬挂就已达到了令人满意的受流效果。再从法国的经验来看，300km/h的简单链型悬挂接触网已经使用了十几年，350km/h的简单链型悬挂也已投入运行，这说明简单链型悬挂不仅在200-250km/h速度段的受流性能得到了确认，在300-350km/h速度段同样能满足运营要求。从德国的经验来看，从160-330km/h速度，弹性链性悬挂的使用已经有了成熟的经验，受流质量同样满足要求。弹性链性悬挂和简单链型悬挂在高速领域均有出色的受流性能，主要原因是两种悬挂都加大了接触线的张力，提高了接触线的波动的传播速度，并有追

16、随性能优越的受电弓相匹配。 对于京沪高速而言，从受流质量要求来看，两者均能满足要求，但弹性链性悬挂施工调整麻烦，运营维护和事故抢修难度加大，同时弹性链性悬挂的稳定性不如简单链型悬挂。综合比较，采用简单链型悬挂更适合我国的施工及维护环境。因此，京沪高速推荐采用全补偿简单链型悬挂，如图8所示。具体参数如表2。图8 京沪高速铁路悬挂类型简单链型悬挂图9 全补偿型张力自动补偿装置表2 京沪高速铁路接触悬挂的技术参数名称量值名称量值接触线MgCu（mm2）150接触线高度（mm）5000-5500承力索BzII（mm2）90-120接触线张力（KN）20-25弹性吊弦BzII（mm2）30承力索张力（K

17、N）15-20最大跨距（m）63吊弦张力3.0结构高度（mm）区间：1300-1800隧道：1100-1300吊弦标准长度16-18正线相邻跨距之比1.15:1补偿装置铝合金大滑轮装置6总结 在本次的设计过程中，我了解了在各个国家不同的大气环境条件下各种不同悬挂模式的应用情况，接着我又从经济技术方面比较了这几种适合高速电气化铁路的悬挂模式的优缺点。最后以我国京沪高速电气化铁路为例，从各个方面的选材，到最后张力的计算，以及张力自动补偿装置的设计等等。在此次设计中对于高速电气化铁路的悬挂模式的选择，我有了一定的了解和掌握，希望在以后的工作中能够学到更多专业的知识。 参考文献1于万聚主编.高速电气化铁路接触网M.成都:西南交通大学出版社,2002.2刘永红.接触网一受电弓系统受流质量的评价分析J.铁道标准设计,1999.3接触网运营检修与处理. 北京:中国铁道出版社，2002年.4接触网设计规范. 北京:中国铁道出版社.5李伟主编.接触网.北京:中国铁道出版社,2000.