大沙坪車觸網的平面布置圖思路研究思路方案

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1、石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 大沙坪車站接觸網的平面布置圖設計 The Design of the Catenary’s floorplan for Dashaping Station 2014屆 電氣工程 系 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 學 號 20106776 學生姓名 吉鵬斐 指導老師 張福生 完成日期 2014年5月20日 摘 要 接觸網技術的研究和設計是高速電氣化

2、鐵路發(fā)展的基礎,使接觸網始終處于良好工作狀態(tài),安全可靠的向電力機車供電,對于保證鐵路運輸暢通無阻有著重大意義? 本設計是對車站接觸網的設計,重點介紹了高速電氣化接觸網的基本組成和結構特征,如接觸線索,支持裝置,接觸懸掛,定位裝置,支柱基礎等部分;同時完成了關于站場接觸網平面布置圖的設計計算,如氣象條件與懸掛形式的確定,負載計算,拉出值與錨段選擇,跨距確定與校驗,支柱負載計算與校驗等部分;最后完成了平面圖表格欄部分與并對本設計做了最后總結性說明? 本設計繪制出了大沙坪車站接觸網的CAD平面布置圖與供電平面圖? 關鍵詞:站場 接觸網 布置圖

3、 Abstract The technology research and design of the catenary is the basis for the development of high-speed electrified railway, so that to make the catenary in good working condition, safe and reliable power supply to electric locomotives, is of great significance to guarantee the

4、rail transport smooth flow. This design is about the design of the station catenary, focusing on the basic composition and structure of high-speed electrified catenary, such as contact leads, support devices, touch suspension, positioning devices, and other parts of the foundation pillars; simulta

5、neously on the station catenary floorplan design calculations, such as weather conditions and the form of the suspension, load calculation, pull the anchor segment selector value, determine the span calibration, and other pillars of the load calculation and verification part; finally completed the p

6、lan forms part of the column and the design and made ??a final summary description. This design drawn out of the station Dashaping catenary CAD floor plan and the map for suppling energy. Key words: Station Catenary Layout 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 課題研究目的意義 1 1.2 國內外

7、研究現(xiàn)狀 1 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 1 1.2.2 國內研究現(xiàn)狀 1 1.3 論文研究內容 2 第2章 氣象條件及負載計算 3 2.1 氣象條件 3 2.2 接觸懸掛類型 4 2.3 負載計算 5 第3章 站場平面布置圖設計 8 3.1 供電平面圖 8 3.1.1 供電方式 8 3.1.2 供電平面圖 8 3.2 拉出值計算與錨段劃分 9 3.2.1 拉出值計算 9 3.2.2 錨段劃分 9 3.3 中心錨結 10 3.4 跨距計算 11 3.5 接觸線索馳度長度計算 14 3.5.1 張力馳度計算 14 3.5.2

8、 線索長度計算 15 3.6 全補償簡單鏈型懸掛安裝曲線計算 16 第4章 接觸網設備選擇 19 4.1 支持裝置 19 4.1.1 腕臂支持裝置 19 4.1.2 硬橫跨 19 4.2 定位裝置 20 4.2.1 正定位和反定位 20 4.2.2 組合定位 21 4.3 支柱負載計算與校驗 22 4.3.1 中間柱容量校驗 25 4.3.2 轉換柱容量校驗 26 4.3.3 錨柱容量校驗 28 第5章 表格欄及相應說明 30 5.1 側面界限 30 5.2 支柱類型 30 5.3 地質情況 31 5.4 橫臥板類型 32

9、5.5 接觸網接地 33 第6章 結論 34 參考文獻 35 致謝 36 附錄 37 附錄A 外文資料 37 附錄B 大沙坪車站接觸網平面布置圖設計CAD圖 62 II 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 第1章 緒 論 1.1 課題研究目的意義 接觸網在供電回路中起著十分重要的作用,直接影響著電氣化鐵道的運行可靠性,因此必須使接觸網始終處于良好的工作狀態(tài),安全可靠的向電力機車供電,對于保證鐵路運輸暢通無阻有著極為重大的意義? 接觸網運行的特點是在露天條件下始終與電力機車受電弓相接觸取流,工作條件惡劣且無備用設備,根據(jù)現(xiàn)場設備故障統(tǒng)計,由于

10、接觸網故障對鐵路行車造成的影響平均時間在4小時左右,因此關于接觸網的研究維護具有非常重要的價值? 1.2 國內外研究現(xiàn)狀 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 目前,接觸網檢測系統(tǒng)以意大利和德國研制的裝置最具代表性?從系統(tǒng)結構看,意大利和奧地利接觸網檢測設備比較接近,稱為非接觸式檢測方式,主要強調接觸網幾何參數(shù)的測試;法國?日本和瑞士研制的接觸網檢測設備與德國比較接近,稱為接觸式檢測方式,主要強調弓網動力學參數(shù)的測試? 意大利的接觸網檢測主要采用激光照射,伺服跟蹤?圖像處理技術,對非接觸式檢測的動態(tài)拉出值和導線高度測量較準;但不能測試接觸網動力學參數(shù),且因其圖像處理計算量很大,也不能適應高速鐵路接

11、觸網在線測試? 德國接觸網檢測側重對接觸壓力和硬點測量,優(yōu)點是所獲得的動力學參數(shù)較為準確,能夠對弓網接觸狀況做出最直觀的評判;而缺點是測試項目不全?桿位定位不準?通過壓力傳感器測試得到的拉出值在高速下誤差較大?數(shù)據(jù)報表和測試曲線表現(xiàn)形式不適合中國國情,且價格昂貴? 日本的接觸網檢測,突出對弓網離線?接觸線磨耗的測量?很早就研制出可在100km/h速度下檢測接觸網導線高度?拉出值?定位器坡度?支柱號和跨距的檢測車? 1.2.2 國內研究現(xiàn)狀 根據(jù)《中國鐵路中長期發(fā)展規(guī)劃》,到2020年,為滿足快速增長的旅客運輸需求,建立省會城市及大中城市間的快速客運通道,規(guī)劃“四縱四橫”鐵路快速客運通

12、道以及四個城際快速客運系統(tǒng)?建設客運專線1.2萬公里以上,客車速度目標值達到每小時200公里及以上?高速鐵路必將成為未來中國客運運輸?shù)墓歉? 而我國的接觸網檢測技術研究始于20世紀60年代,并在20世紀80年代,自行研制出主要用于檢測接觸線高度和拉出值等參數(shù)測量的接觸網檢測車?作為突出代表的是西南交通大學研發(fā)的JJC系列接觸網檢測車,在實際運用中取得了較好的效果?優(yōu)點是其對動態(tài)拉出值和導線高度的非接觸式檢測比較準確?壓力和硬點檢測比較準確?定位準確?數(shù)據(jù)報表和測試曲線表現(xiàn)形式適合中國國情且價格低?缺點則在于軌道靜態(tài)檢測不準確?定位坡度定量檢測盒磨耗檢測誤差比較大? 1.3 論文研究內容

13、 根據(jù)題目的設計要求,研究內容應該分為設計計算?設備選擇?技術校驗,最后應該再有平面設計圖? 那么首先是設計計算,應為接觸網是一種復雜的供電設備?為了保證安全運營,使之既具有經濟性,又有一定的可靠性,所以要進行一定的數(shù)據(jù)計算?包括負載計算,懸掛的拉出值,根據(jù)風偏移確定跨距,安裝曲線,支柱負載等的計算等? 其次是設備選擇,接觸網有許多的電氣設備和機械設備,應該廣泛調查,擇優(yōu)購買?這時就應該根據(jù)所得的計算數(shù)據(jù),選擇合適的設備,比如支柱,接觸線,定位裝置,絕緣子,承力索等等一系列的必要設備? 再次是技術校驗了,技術校驗是為了保證設計的接觸網部分能正常,安全的應用在各種環(huán)境下,因此,要進行一些技

14、術校驗,比如基礎,腕臂,支柱,線索懸掛等部分的機械強度和穩(wěn)定性的校驗? 最后,要根據(jù)所選設備的型號,與設計計算得來的數(shù)據(jù),完成平面設計圖,最好用CAD作圖,簡單明了,方便快捷? 由于是站場CAD圖且只有一個錨段,因而該圖還應該畫出站場咽喉區(qū)的放大圖,同時應該注意各支柱的擺放位置,最后,還應該對布置圖進行適當?shù)恼f明與備注,標明各個線,符號的意義,才算完成? 第2章 氣象條件及負載計算 2.1 氣象條件 接觸網是置于鐵路沿線的供電裝置,它要經受一切自然條件的影響,氣象資料是接觸網設計最原始,也是最重要的資料?氣象資料齊備與否以及它所選擇的數(shù)值是否合

15、適,對接觸網的設計質量有很大影響? 為設計工作的方便,我國在1972年進香的全國社稷規(guī)范改革中,將全國劃分為九個標準氣象區(qū)?表2-1所列的九個區(qū)域大體所屬范圍劃分如下: Ⅰ區(qū)為南方沿海易受臺風影響地區(qū),如浙江,福建東部,廣東,廣西沿海地區(qū)等; Ⅱ區(qū)指華東大部分地區(qū),包括安徽,山東,江蘇大部分地區(qū); Ⅲ區(qū)包括西南不的非重冰地區(qū),以及福建,廣東等受臺風影響較弱的地區(qū); Ⅳ區(qū)包括西北搭補風地區(qū),華北及京,津,唐等地區(qū); Ⅴ區(qū)適用于華東,中南和西南三個地區(qū)的廣大山區(qū); Ⅵ區(qū)指湖北,湖南,河南,以及華北平原的大部分地區(qū); Ⅶ區(qū)適用于寒潮風很強的地帶,如東北大部分地區(qū),河北承德,張家口一帶

16、; Ⅷ區(qū)適用于覆冰嚴重的地區(qū),如上凍,河南的大部分地區(qū),湘中粵北重冰地帶; Ⅸ區(qū)指云貴高原重冰地區(qū)[2]? 表2-1 典型標準氣象區(qū) 氣象區(qū)計算條件 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ 大氣 溫度 (℃) 最高 +40 最低 -5 -10 -10 -20 -10 -20 -40 -20 -20 覆冰 — -5 最大風速 +10 +10 -5 -5 +10 -5 -5 -5 -5 安裝 0 0 -5 -10 -5 -10 -15 -10 -10 大氣過電壓 +15 內部過電壓年平均氣溫

17、 +20 +15 +15 +10 +15 +10 -5 +10 +10 風速 (m/s) 最大風速 35 30 25 25 30 25 30 30 30 覆冰 10 15 安裝 10 大氣過電壓 15 10 內部過電壓 0.5最大風速(不低于15m/s) 覆冰厚度(mm) — 5 5 5 10 10 10 15 20 覆冰的密度(kg/m3) 900 2.2 接觸懸掛類型 接觸網的接觸懸掛的種類較多,一般根據(jù)其結構的不同分成簡單接觸懸掛和鏈形接觸懸掛兩大類? 簡單接觸懸掛(簡稱簡單懸掛)系由一根

18、接觸線直接固定在支柱支持裝置上的懸掛形式?簡單懸掛分為未補償簡單懸掛和加補償簡單懸掛及吊索式簡單懸掛? 鏈形懸掛是一種運行性能較好的懸掛形式?減小了接觸線在跨距中的馳度,改善了彈性,增加了懸掛重量,提高了穩(wěn)定性,可以滿足電力機車高速運行取流的要求? 鏈形懸掛根據(jù)線索兩端的下錨方式,可分為下列幾種形式: (1)未補償簡單鏈形懸掛 這種懸掛方式的承力索和接觸線兩端無補償裝置,均為硬錨?因此,在溫度變化時,承力索和接觸線的張力弛度變化較大,一般不采用? (2)半補償鏈形懸掛 半補償鏈形懸掛分為半補償簡單鏈形懸掛與半補償彈性鏈形懸掛,在半補償簡單鏈形懸掛中,接觸線兩端設補償裝置,承力索兩端

19、為硬錨?這種懸掛只用于行車速度不高的車站側線和支線上? 半補償彈性鏈形懸掛和半補償簡單鏈形懸掛的區(qū)別在于支柱定位點處吊弦形成的不同?這種懸掛方式用于行車速度不超過100km/h的線路上? (3)全補償鏈形懸掛 全補償鏈形懸掛,即承力索和接觸線兩端下錨處均裝設補償裝置?全補償鏈形懸掛也分為全補償簡單鏈形懸掛和全補償彈性鏈形懸掛[1],如圖2-1所示? 圖2-1 簡單鏈型懸掛 (4)分析選擇 未補償簡單懸掛,沒有補償裝置,張力和馳度會隨溫度變化較大,不利于安裝和線索保護,所以此次設計不選擇該方式? 半補償鏈形懸掛在溫度變化時承力索馳度的變化會使吊弦上端產生上?下位移,而吊弦下端

20、隨接觸線發(fā)生順線路方向偏斜,不利于機車高速運行,所以不選擇? 全補償鏈形懸掛沒有上述兩種懸掛方式的缺點,且有利于機車的高速取流,所以選擇全補償鏈形懸掛?但全補償鏈形懸掛包括全補償簡單鏈形懸掛和全補償彈性鏈形懸掛? 兩者相比簡單鏈形懸掛結構簡單,造價便宜,運行?檢修經驗豐富?而彈性鏈形懸掛比簡單鏈形懸掛有更好的彈性均勻性,但其施工和檢調比鏈形懸掛復雜?兩相比較,選擇更經濟,安裝檢修更方便的全補償簡單鏈形懸掛? 目前,世界各國為滿足高速受流的要求,都根據(jù)自己國家高速鐵路規(guī)劃的動力設置(動力集中式或動力分散式)和受電弓的結構及性能的不同,而采用了不同的懸掛類型? 2.3 負載計算 本次設

21、計為大沙坪車站接觸網的平面布置圖設計,車站位于蘭州附近,屬于西北地區(qū),海拔平均高度1520米,年平均氣溫11.2℃,極端最高氣溫30℃,極端最低氣溫-21.6℃,最冷月平均氣溫-3.1℃,年平均降雨量576.5mm,年平均蒸發(fā)量1919mm,最大風速20.7m/s,平均相對濕度60.4%,最大積雪深度43.1cm,累年平均風速2.6m/s,最大土壤凍結深度101cm,因此為第Ⅳ氣象區(qū),根據(jù)上表可得出基本數(shù)據(jù)?即: (2-1) (2-2)

22、 (2-3) (2-4) (2-5) 又線索型號為:JTM-95+CTAH-120, 則可知其自重: (2-6) (2-7) (2-8) 故垂直負載為: (1)接觸懸掛無冰無風時的單位負載 (2-9) (2)接觸懸掛在覆冰時的各類單位負載 ①承力索單位冰負載 (2-10)

23、 ②接觸線單位冰負載 (2-11) ③覆冰時,承力索的單位風負載 (2-12) 則,覆冰時單位合成負載為: (2-13) 合成負載方向為: (2-14) 而水平負載: 接觸懸掛的水平負載主要指風負載,它是指風吹到接觸線?承力索?支柱上所產生的壓力,稱為風壓? 在進行電氣化鐵路接觸網設計時,如無當?shù)貙嶋H觀測資料,可以充分利用全國基本風壓分布圖給出的條件?但是考慮到投資和回收期的關系,對于最大風速的保證率要求不同?因此,對于以一般空曠平坦地面?離地面10 m高統(tǒng)計得到的30年一遇的1

24、0min平均最大風速為標準的風壓,可以乘以調整系數(shù)得出相應不同重現(xiàn)期的風壓? 在具有當?shù)仫L速觀測資料時,接觸網懸掛線索的風負載可由下式確立: (2-15) 式中,K――風負載體型系數(shù)(見表3-2); d――線索的直徑(mm); v――設計計算風速(m/s); 計算在線索覆冰狀態(tài)下的單位風負載時,其計算直徑d應為(d+2b)? 風載體型系數(shù)參考取值表如下: 表2-2 風載體型系數(shù)參考取值表 系數(shù) 受風件特征 K 支柱 圓形鋼筋混凝土支柱 0.60 矩形鋼筋混凝土支柱 1.40 四邊形角鋼支柱 1.4(1+) 線索

25、 鏈型懸掛 1.25 一般懸掛 1.20 1.10 (3)接觸懸掛在最大風時的各類單位負載: (2-16) (4)最大風時,單位合成負載: (2-17) 單位合成負載方向: (2-18) 通過以上計算可知,該懸掛的最大合成負載出現(xiàn)在覆冰時[1]? 第3章 站場平面布置圖設計 3.1 供電平面圖 3.1.1 供

26、電方式 此次設計供電方式選擇帶回流線的直接供電方式?帶回流線的直接供電方式是在直接供電方式的基礎上,在接觸網田野側增設一條回流線的供電方式,每隔一定距離用吸上線將回流線和鋼軌并聯(lián),牽引回流由回流線?鋼軌和大地流回牽引變電所? 由于回流線中的電流與接觸線中的電流方向相反,二者產生的交變電磁場可部分抵消,從而降低了電磁干擾?由于軌回流減少,因此,鋼軌對地電位也得到了降低? 該種供電方式的供電回路簡單,比直接供電具有更低的線路阻抗和鋼軌電位,比其他供電方式節(jié)約投資?這種供電方式目前我國應用最為廣泛?回流線選擇目LBGLJ -240型號? 3.1.2 供電平面圖 接觸網線路之間所進行的分段

27、稱為橫向分段?如站場內因各股道的作用不同而進行的分段? 接觸網沿線路方向鎖進行的分段稱為縱向分段,如在站場和區(qū)間銜接處所進行的分段,站場和區(qū)間的接觸網應是各自獨立的,因此在它們的連接處必須進行分段? 在復線和多線路區(qū)段上,不論是區(qū)間或是站場,其正線間總是分開的,其分段方式?方法視股道的具體情況而定?如果正線間有道岔,則往往是在此處進行分段?本設計的供電平面圖如下圖3-1所示? 圖3-1 供電平面圖 3.2 拉出值計算與錨段劃分 3.2.1 拉出值計算 在進行接觸網平面設計時,在定位點處,應標明接觸線拉出值的大小和方向?設置拉出值的目的是使受電弓滑板磨損均勻?因此,

28、拉出值的大小是有受電弓的有效工作長度決定的?在曲線區(qū)段上則根據(jù)曲線半徑大小決定,具體取值見表3-1 表3-1 接觸線拉出值選用表 曲線半徑(m) 300~1200 1200≤R≤1800 R﹥1800 區(qū)間拉出值(mm) 400 250 150 隧道內拉出值(mm) 300 150 100 在直線部分,站場接觸網拉出值稱為“之”字值,“之”字值大小一般均為300mm? 根據(jù)上表數(shù)據(jù),與給出的具體的大沙坪站場參數(shù),可以得知,在直線部分“之”字值選用300mm,曲線區(qū)段拉出值選用150mm? 3.2.2 錨段劃分 接觸懸掛中的承力索和接觸線在延續(xù)到一定的長度后

29、,為了滿足機械受力方面的要求及方便施工,必須分成為一個個相互獨立的線段,這些相互獨立的線段即為接觸網的機械分段? 接觸網進行機械分段的線段稱為錨段,相鄰兩個錨段的銜接區(qū)段(重疊部分)稱為錨段關節(jié)?錨段關節(jié)的設置,使接觸網不間斷地貫通于全線[1]? 錨段關節(jié)分為三種:僅起機械分段作用的稱為非絕緣錨段關節(jié),該處相鄰的兩個錨段在電氣上是連通的;不僅起機械分段作用,同時又起同相電分段作用的錨段關節(jié)?稱為絕緣錨段關節(jié);帶有中性嵌入段,既起機械分段的作用,又具有電分相功能的,稱為電分相錨段關節(jié)? 根據(jù)錨段關節(jié)所起的作用,可分為非絕緣錨段關節(jié)?絕緣錨段關節(jié)及電分相錨段關節(jié)? 根據(jù)所含跨距數(shù)可分為二跨

30、?三跨?四跨?五跨?七跨及九跨式錨段關節(jié)?所謂四跨式錨段關節(jié),就是錨段關節(jié)內含有四個跨距,如圖3-2所示,其余類推? 四跨絕緣錨段關節(jié)除了進行機械分段以外,主要用于電分段,多用于站場和區(qū)間銜接處? 圖3-2 四跨絕緣錨段關節(jié) 由于本設計為大沙坪車站接觸網平面布置圖,根據(jù)題目給定的條件可知,全長一共1652.91m,而一般情況下,每個錨段都在2000m左右,因此,根據(jù)題目條件可將本設計劃分為一個錨段,錨段從18?19號鋼柱開始,一直到隧道口結束?而且,錨段關節(jié)選用四跨錨段關節(jié)[2]? 3.3 中心錨結 中心錨結設在錨段的中部,其作用有:其一,在一個錨段實行兩端補償時可防止補償器

31、向一側滑動,特別是在具有坡度的線路上,設置中心錨結更顯得必要,其作用和效果也愈加明顯;其二,縮小事故范圍,當中心錨結的一側接觸線發(fā)生斷線時,不致影響另一側的接觸網,且容易排除事故及易于恢復正常運行? 中心錨結的形式和結構,根據(jù)接觸網的懸掛類型及安裝地點而有所不同,分為半補償,全補償以及隧道中心錨結,本設計由于是全補償,因此采用的是全補償中心錨結? 全補償鏈形懸掛的承力索和接觸線兩端都是補償下錨,均可能因兩端張力不平衡而產生移動,所以承力索和接觸線都要設置中心錨結進行固定,其固定形式相當于由半補償鏈形懸掛中心錨結與承力索中心錨結兩部分組成?如圖3-3所示? 圖3-3 全補償鏈形懸接中

32、心錨結 全補償鏈形懸掛中心錨結由半補償鏈形懸掛中心錨結部分及輔助繩組成?輔助繩的中間與承力索固定,兩端錨固定在支柱上?安裝時輔助繩應抬高錨固,一般不得低于承力索的高度? 3.4 跨距計算 任何架空導線在風的作用下都要偏離其起始位置,在情況嚴重時可能會破壞線路的工作條件?在電氣化鐵路接觸懸掛上,導線偏離起始位置會導致鉆弓事故,刮壞受電弓或拉斷導線,這種運行故障會中斷或影響行車,這是接觸網最嚴重的事故之一?因此應經常對接觸懸掛導線的偏移給予極大的注意? 在強風作用下,接觸線距受電弓中心的最大偏移值,在線路直線區(qū)段不應超過500 mm,在曲線區(qū)段不應超過450 mm?鏈形懸掛接觸線

33、的受風偏移決定于許多因素,其中主要的是取決于鏈形懸掛的結構形式?線材參數(shù)(材質和形狀)?接觸線和承力索的受力狀態(tài)?風負載及接觸線拉出值等? 跨距就是兩相鄰支柱間的距離,其長度的決定涉及到一系列經濟?技術向題,是接觸網設計中重要的問題之一?跨距有經濟跨距和技術跨距兩個概念?單從經濟觀點考慮問題所決定的跨距為經濟跨距;而按技術要求決定的跨距稱為技術跨距? 技術跨距是根據(jù)接觸線在受橫向水平力(如風力)作用時,對受電弓中心線所產生的許可偏移而決定的?對于簡單接觸懸掛,弛度也是決定跨距的重要因素?在一般情況下,經濟跨距總是大于技術跨距?因此,技術跨距總是研究的中心? 跨距長度的確定從經濟上

34、講,希望做到投資及運營費用小;從技術上講,則要求保證安全可靠,具有良好的受流質量,使接觸線在最大風力的作用下,對受電弓中心產生的偏移不超過規(guī)定允許值? (1)在直線區(qū)段上,接觸線以等之字布置時,最大跨距由以下各式確定: (3-1) (3-2) (2)在曲線區(qū)段上,最大跨距由以下各式確定: (3-3) (3-4) (3)在緩和曲線上,最大跨距由下式確定: (3-5) 式中,――最大風偏移值(m);

35、 ――最大許可跨距長度(m); ――當量系數(shù); ――接觸線單位長度風負載(kN/m); ――接觸線張力(kN); ――接觸線之字值(mm); ――支柱撓度,可以忽略; ――所在曲線區(qū)段半徑(m); ――緩和曲線長度(m); ――直緩點至觀測點的距離(m)? 根據(jù)上述計算方法的描述,可以進行以下跨距長度的校驗計算? 直線區(qū)段: 在直線區(qū)段,接觸懸掛的最大風偏移值不可超過,即,跨距的選擇使實際中的符合要求即可? 為提高接觸網運營的安全性,《鐵路電力牽引設計規(guī)范》規(guī)定:接觸線的最大受風偏移值為450mm;最大可能跨距不宜大于65m;山口?谷口?高路堤和橋梁等風口范圍內的最大跨

36、距不宜大于50m;分相裝置所在的跨距應比正?？缇嘀敌?~10m?本設計選用65m最大跨距? 由下式進行直線區(qū)段跨距長度的驗證計算: (3-6) 式中,――當量系數(shù),一般取-之間的值,在此計算時取最大值; ――接觸線最大張力,在設計中所采用的是CTAH-120型接觸線,可知=43.56kN; ――直線區(qū)段的拉出值,取=; ――支柱擾度,在此可忽略不計; ――接觸懸掛單位長度所受的風負載? 由式下進行計算: (3-7) 其中為設計計算風速,在此應選取西北區(qū)最大風速25m/s,為風速不均勻系數(shù),由下表

37、3-2可知應取=;K為風負載體形系數(shù),由表2-2可知K=;為線索直徑,對于CTAH-120型接觸線,,而 表3-2 風速不均勻系數(shù) 計算風速(m/s) 20以下 20~30 31~35 35以上 1.00 0.85 0.75 0.70 則計算可得: (3-8) (3-9) 可以看出,選取的跨距滿足最大風偏移的極限要求,因此直線區(qū)段跨距選取滿足要求? 曲線區(qū)段: 在直線區(qū)段,接觸懸掛的最大風偏移值不可超過,即,跨距的選擇使實際中的符合要求即可? 由下式進行曲線區(qū)段跨距長度的驗證計算?

38、 (3-10) 而,拉出值,則由上述直線區(qū)段計算數(shù)據(jù)可知: (3-11) (3-12) 可以看出,選取的跨距滿足最大風偏移的極限要求,因此曲線區(qū)段跨距選取亦滿足要求[1]? 3.5 接觸線索馳度長度計算 3.5.1 張力馳度計算 在兩個支柱間,懸掛一根固定截面的接觸線?正饋線?供電線?回流線或其他導線時,此線在自重和負載的作用下,就自然形成一個馳度?馳度的大小對運行質量將產生直接影響?因此,正確地?合理地確定馳度的量值是十分重要的? 自由懸掛是一種最基本?最簡單的懸掛方式?自由懸掛的計算是一種最基本的計算,以下將研究自由

39、懸掛導線的張力與馳度的大小變化及其計算方法? 設A?B是兩懸掛點,當兩懸掛點在同一水平位置時為等高懸掛,從接觸線弧垂最低點,到連接兩懸掛點間的垂直距離,稱為馳度F,如圖3-4(a)所示? 當懸掛點不在同一水平面時,由導線弧線最低點分別到兩懸掛點的垂直距離稱為懸掛點A和B的馳度,由F1和F2表示,如圖3-4(b)所示? 圖3-4 自由懸掛導線的馳度 在自由導線懸掛計算中,由于其材料的剛度實際影響很小,可以近似把它看作理想的軟線,其剛度忽略不計?另外,懸掛線索的自重負載實際上是沿導線長度均勻分布的,因此,可以認為是沿跨距均勻分布的?為了簡化計算,下面就根據(jù)這兩條假設來研究線索的張力和

40、馳度? 本設計采用的是等高懸掛,則等高懸掛的馳度計算如下: 設A?B兩點為導線的懸掛點,為跨距,g為單位長度的自重負載,???分別為懸掛點A?B的垂直分力與水平分力,如圖3-5所示? 圖3-5 等高懸掛馳度示意圖 則可得張力與馳度的計算公式如下: (3-13) (3-14) 自由懸掛導曲線方程為: (3-15) 則當,時, 則當,時, 3.5.2 線索長度計算 承力索或接觸線在懸掛后,由于自重負載

41、的影響,會自然形成馳度,這時線索的實際長度必大于跨距長度,而實際長度的變化對線索馳度影響很大?因此,決定線索懸掛時的實際長度,在設計和施工中是很重要的? 本設計是等高懸掛,通過微積分原理,可以得出線索在一個跨距內的實際長度為: (3-16) 式中,――線索實際長度(m); ――線索的馳度(m); ――兩懸掛點間的距離(m)? 則當,,時, 則當,,時, 3.6 全補償簡單鏈型懸掛安裝曲線計算 對于全補償鏈形懸掛,不僅在接觸線下錨處沒有補償裝置,在承力索兩端也沒有補償裝置,因此,可以近似地認為接觸線張力和承力索張力均近似為

42、常數(shù)(不考慮因溫度變化形成的張力增量)?在溫度變化時,接觸線?承力索雖然也伸長(或縮短),由于沒有補償器,它們的張力不受溫度變化的影響,其弛度也可認為與溫度變化無關(實際受張力增量的影響,弛度也會有相應變化)? 全補償鏈形懸掛,在無附加負載(覆冰)時,認為接觸線呈無弛度狀態(tài),此時承力索弛度可由下式決定 == (3-17) 式中,――錨段內的實際跨距值(m); ――承力索換算張力(kN); ――承力索最大許用張力(kN); ――鏈形懸掛合成自重負載(kN/m); ――鏈形懸掛換算負載? 由上

43、式可知,全補償鏈形懸掛承力索弛度,在跨距一定時,由懸掛的負載和承力索張力決定?在常溫下,若不考慮冰?風等附加負載的影響,和;均近似地被認為是常數(shù),而承力索弛度是不變的,但它的大小由補償器給定的承力索張力決定? 隨著大氣溫度的變化,承力索和接觸線會發(fā)生線性改變?為了不使承力索和接觸線在最高溫度時,因補償器墜砣著地而失去補償作用及在最低溫度時補償裝置因卡住滑輪而發(fā)生事故,一般根據(jù)錨段長度的不同,計算出在極限范圍內墜砣串的安裝高度,稱為全補償鏈形懸掛墜砣安裝高度曲線?安裝曲線通常是受上端和下端兩端控制,由于我國疆域遼闊,南北方的極限溫度的溫差較大,一般在北方由上端控制,計算出的安裝距離(墜砣頂部至

44、滑輪組);在南方由下端距地面的安裝高度控制,其安裝曲線是表示墜砣串底部至基礎面(鋼筋混凝土支拄為至地面)的高度,計算公式為 (3-18) (3-19) 式中,――墜砣串底部基礎面(或地面)的最小允許距離(m); ――墜砣串頂部至滑輪組的最小允許距離(m); ――半個錨段的長度(m); ――新線延伸率,承力索取,接觸線取; ――承力索或接觸線的線脹系數(shù)(); ――補償滑輪傳動比? 表3-3 導線新線延伸系數(shù) 序號 導線類型 新線延伸系數(shù) 1 鍍鋅鋼絞線承力索 2 鍍鋁鋅鋼絞線承力

45、索 3 鋼芯鋁絞線承力索 4 銅絞線承力索 5 銅?銅合金接觸線 6 鋼?鋁接觸線 綜合電力工程使用經驗及國內外資料,接觸線?鋼絞線及鋼芯鋁絞線的新線延伸率見表3-3?全補償安裝曲線圖見圖3-6? 圖3-6 全補償鏈型懸掛安裝曲線圖 則根據(jù)上述資料可知:,,,? 故: (3-20) 則: , , 第

46、4章 接觸網設備選擇 4.1 支持裝置 4.1.1 腕臂支持裝置 支持裝置是接觸懸掛的支撐與定位結構,將接觸懸掛的全部機械負荷傳遞給支柱,其結構形式有腕臂式,軟橫跨式,硬橫跨式?而腕臂式支持結構在接觸網中應用最廣,而且分為拉桿—斜腕臂,平腕臂—斜腕臂兩種結構形式?現(xiàn)在一般都采用平腕臂—斜腕臂形式[1],如圖4-1所示? 圖4-1 平腕臂-斜腕臂示意圖 平腕臂—斜腕臂支撐裝置由上下腕臂底座?棒式絕緣子?平腕臂?承力索底座?斜腕臂等零部件組成?平腕臂—斜腕臂支撐結構更為簡潔?零件數(shù)更少?穩(wěn)定性更高,在新建的接觸網和高速接觸網中得到廣泛的應用? 4.1.2 硬橫跨 硬橫跨

47、是一鋼架結構,由硬橫跨支柱?硬橫梁?吊柱組成?與軟橫跨相比較,硬橫跨具有結構簡單穩(wěn)定?機械獨立性強?各股道懸掛不相互影響,站場懸掛形式可與區(qū)間懸掛形式一致,站場更加整潔美觀等諸多優(yōu)點,在高速接觸網中應用較多,但用鋼量大?造價較高? 本設計主要采用的是鋼柱硬橫跨設計,由于本站場僅僅只是跨越四個股道,不需要采用軟橫跨,用簡單穩(wěn)定?機械獨立性強?事故范圍小?整潔美觀的硬橫跨更為實用? 我國廣州-深圳線路采用硬橫跨支持結構,已充分顯示出高速受流質量穩(wěn)定的優(yōu)點? 4.2 定位裝置 定位裝置系指有定位管?定位器?支持器?定位線夾?定位環(huán)以及定位鉤等零部件組成的定位結構,其主要作用是將接觸線定

48、位在受電弓取流所必須的空間位置? 定位方式是指接觸懸掛與支持定位裝置以及支柱的連接方式,支柱所處位置不同,其定位方式也就不同? 定位器從形狀上課分為直管式定位器?彎管式定位器?特型定位器等數(shù)種,一般均采用直管式定位器? 在曲線區(qū)段上,由于線路的外軌超高,機車受電弓隨之向曲線內側發(fā)生傾斜,為避免定位器碰撞受電弓,要求定位器具有一定的傾斜度,其傾斜度規(guī)定在1:5~1:10之間? 定位器部分規(guī)格型號如表4-1所示?由下表數(shù)據(jù),結合本設計的數(shù)據(jù)要求,可選擇定位器型號為1/2的定位管? 表4-1 直管定位器規(guī)格型號表 類別 定位管類型 焊接套筒形式 定位器鋼管外徑(mm) 安裝傾斜

49、度 總長(mm) 單件重量(kg) 備注 直管定位器 1/2 有環(huán) 21.25 1:10 970 1.51 直線或R>1000m曲線定位 3A/4 無環(huán) 26.75 1:10 970 1.88 R≤1000m曲內反定位 3B/4 無環(huán) 26.75 1:6 1145 2.20 軟橫跨定位 4.2.1 正定位和反定位 正定位用于直線區(qū)段或半徑在1200-4000m的曲線區(qū)段的支柱定位,如圖4-2所示? 反定位用于曲線內側支柱或直線區(qū)段拉出值方向與支柱位置相反的支柱定位,如圖4-3所示? 圖4-2 正定位結構圖

50、 圖4-3 反定位結構 4.2.2 組合定位 組合定位是指在一個支柱上完成兩組以上接觸懸掛定位的定位形式?轉換柱?中心柱等的定位均為組合定位,分別如圖4-4,圖4-5所示? 圖4-4 轉換柱組合定位 圖4-5 中心柱組合定位 4.3 支柱負載計算與校驗 柱的負載是支柱在工作狀態(tài)下所承受的垂直負載和水平負載的統(tǒng)稱?支柱負載越大,支柱基底面處所受的彎矩也越大?支柱的負載計算,就是計算基底面處可能出現(xiàn)的最大彎矩值,其目的是根據(jù)計算結果來選擇適當容量的支柱?我們通常所說的支柱容量,是指支柱本身所能承受的最大許可彎矩

51、值?一個支柱容量的大小,是指承載能力的大小,它取決于支柱的自身結構? 支柱的最大彎矩,除了與支柱所在的位置?支柱類型?接觸懸掛類型?線索懸掛高度?支柱跨距及支柱側面限界有關外,還與計算氣象條件有直接關系?最大彎矩可能出現(xiàn)在最大風速?最大附加負載(覆冰)或最低溫度的時候?在計算最大彎矩時,一般應對三種氣象條件進行計算,取其中最大值作為選擇支柱容量的依據(jù)?一般來說,支枝的最大計算彎短多發(fā)生在最大風速及最大冰負載時? 進行支柱負載計算時,應根據(jù)支柱懸掛類型,按水平負載和垂直負載分別計算? (1)垂直負載 ①懸掛結構自置負載 懸掛結構包括支持裝置?定位裝置?絕緣部件及其他相應懸掛零件的重量,

52、在覆冰時,還應包括冰重? ②鏈形懸掛的自重 鏈形懸掛包括承力索及接觸線的重量;在覆冰時,還應包括覆冰負載,即 (4-1) 式中,――懸掛數(shù)目; ――鏈形懸掛單位長度自重負載(kN/m); ――錐形懸掛單位長度覆冰負載(kN/m) ――跨距長度(m)? (2)水平負載 ①支柱本身的風負載 支柱的風負載由下式決定,即: (4-2) 式中,――支柱風負載(kN); ――風負載體型系數(shù); ――塔身迎風面的構件投影面積(㎡); ――設計計算風速(m/s)?

53、 ②線索傳給支柱的風負載 線索傳給支柱的風負載包括:接觸線的風負載;承力索的風負載;附加導線(回流線?供電線及加強導線等)的風負載; 線索傳給支柱的風負載由下式決定,即: (4-3) 式中為跨距長度,其實際長度為支柱所在兩側跨距長度之半,即?為計算簡便,在直線區(qū)段取跨距最大值,在曲線區(qū)段取最大跨距允許值,而系數(shù)和分別參見表2-2和表3-2? ③曲線形成的水平分力 線索在曲線區(qū)段布置時呈折線形狀?在支柱點處因線索改變方向而產生指向曲線內側的水平分力,由曲線形成的水平分力

54、 (4-4) 當支柱兩側跨距值不相等時,則 (4-5) ④之字值形成的水平分力 圖4-5 接觸線之字形布置 接觸線在直線區(qū)段時是之字形布置,因而產生水平分力,簡稱之字力,如圖4-5所示? 在支柱兩側的跨距,均以最大跨距考慮,對支柱形成的之字力為 sin (4-6) ⑤下錨分力 接觸線或承力索下錨時,錨支對線路垂直方向將產生水平分力,簡稱下錨分力,當在曲線區(qū)段上時,因有曲線力同時存在,與在直線區(qū)段上時的求法不盡相同,應分別確定?錨支水平分力的大小可以用求之字水平力

55、的方法確定? 直線區(qū)段上的下錨水平分力: (4-7) 若為同側下錨,轉換支柱所受的下錨水平分力為: (4-8) 若為異側下錨,轉換支柱所受的下錨水平分力為: (4-9) 式中?的取值視錨段關節(jié)的類型而異? 對于非絕緣轉換支柱: (4-10)

56、 (4-11) 對于絕緣轉換支柱: (4-12) (4-13) 式中,代表支柱側面限界;表示錨柱地面處寬度? 在曲線區(qū)段上的下錨水平分力 在曲線區(qū)段上,對于轉換支柱的受力參考直線區(qū)段上下錨水平分力公式,并考慮錨柱在曲線內外側的位置可得: (4-14) 式中,負號表示轉換支柱和錨柱同時位于曲線側的情況;正號表示因下錨而產生之水平力與曲線力方向一致?則轉換支柱所受的總水平力為:

57、 (4-15) 中間支柱?轉換支柱及錨支柱等由于懸掛的數(shù)目不一樣,受力條件也不盡相同,因此,支柱的計算負載也是不相同的?為了經濟合理地使用支柱,應該是承受負載大時使用大容量的支柱;負載小時使用小容量的支柱?各種支柱的負載除與懸掛條件有關外,還受氣象條件的影響?在選擇支柱之前,對不同類型的支柱應經計算確定其負載?進行支柱負載計算時,一般是先假定一個已知的支柱類型?根據(jù)懸掛結構和氣象條件,進行各力的分析計算,找出各力的力臂關系,求出各力對支柱地面處的力矩之和,則此總力矩即為選據(jù)支柱容量的依據(jù)[3]? 4.3.1 中間柱容量校驗 假設中間支柱型號為,跨距為60m?

58、 相關參數(shù)的確定及計算: 支柱地面以上的高度H=8.7m; 接觸線至地面的高度Hj=6450mm; 接觸懸掛的結構高度h=1400mm; 承力索至地面高度Hc=Hj+h=6450+1400=7850mm; 支柱的側面限界CX=2.5m; 懸掛點至支柱中心水平距離Z H38支柱的a=267mm,拉桿長度為1600mm,則: (4-16) 接觸懸掛垂直負載Qg,包括承力索?接觸線?吊弦線夾和冰負載重量? (4-17) 接觸懸掛支持及定位裝置負載Q0 腕臂?拉桿?定位管為正定位管?定位器為型號,XWP2-6型懸式絕緣子

59、質量為5.5kg,QBN1-25型質量為16kg則: (4-18) 支柱的風負載 支柱的受風面積F為2.04m2,為25? (4-19) 接觸線風負載 (4-20) 承力索風負載 (4-21) 接觸線之字力 (4-22) 找出各力對支柱地面中點處的力臂,求出力矩,合力矩之和即為所計算的支柱負載? (4-23) 因此,選中間柱為是符合設計要求的? 4.3.2 轉換柱容量校驗 假設支柱型號為,跨距為65m (1) 相關參數(shù)的確定和計算 支柱的側面限界

60、CX=2.6m; 懸掛點至支柱中心水平距離Z H78支柱的a=413mm,拉桿長度為1600mm,則 (4-24) 接觸懸掛垂直負載Qg (4-25) 接觸懸掛及定位裝置負載 (4-26) 接觸線風負載 (4-27) 承力索風負載 (4-28) 支柱的風負載 支柱的受風面積F為2.11m2,K為1.3,為25? (4-29) 接觸線之字力 (4-30) 承力索之字力 (4-31) 下錨支接

61、觸線的下錨力 (4-32) 下錨支承力索的下錨力 (4-33) 接觸線曲線力 (4-34) 承力索曲線力 (4-35) 另外,其它參數(shù)同中間柱參數(shù)相同? 找出各力對支柱地面中點處的力臂,求出力矩,合力矩之和即為所計算的支柱負載 (4-36) 因此,選轉換柱為是符合設計要求的? 4.3.3 錨柱容量校驗 假設支柱型號為,跨距為65m? (1)相關參數(shù)的確定和計算 查表得,H48-250支柱的a=400mm,拉桿長度為1600mm? 懸掛點至支柱中心水平距離 接

62、觸懸掛垂直負載Qg,包括承力索,接觸線,吊弦線夾重量? (4-37) 接觸懸掛支持及定位裝置負載Q0=0.38kN 接觸線風負載 (4-38) 承力索風負載 (4-39) 支柱的風負載P0 支柱的受風面積F為2.21m2,查表得,K為1.3,為25? (4-40) 接觸線之字力 (4-41) 承力索之字力 (4-42) 接觸線曲線力PRj (4-43) 承力索曲線力PRc

63、 (4-44) 墜陀傳遞的拉力 找出各力對支柱地面中點處的力臂,求出力矩,合力力矩之和即為所計算的支柱負載,即: (4-45) 通過對支柱容量的校驗,所選擇的支柱容量符合設計的技術要求? 第5章 表格欄及相應說明 完成跨距劃分?支柱編號?錨段劃分后?拉出值確定后就可以繪制CAD平面圖了對于CAD平面圖不光要有以上內容還要有相關的表格和說明,包括側面限界?支柱類型?地質條件?基礎選擇?和安裝圖號?同時要在CAD圖上列出所有選擇的器件的型號和使用的數(shù)量? 5.1

64、 側面界限 側面限界是要確定支柱的橫向位置,實際上是在跨距已確定的情況下,確定支柱的絕對坐標? 為了確保行車安全,要求接觸網支柱及其他電氣裝置的建筑物不得侵入《鐵路技術管理規(guī)程》規(guī)定的鐵路接近限界?根據(jù)《標準軌距鐵路建筑限界》國際GB146.2建筑接近限界的規(guī)定,直線上建筑接近限界寬度為2440mm?但在機車走行線上允許降為2000mm? 目前在設計中,有接觸網支柱內緣至線路中心線的距離,習慣上被稱為“支柱側面限界”,用符號CX表示?實際上,為安全起見,支柱側面限界的設計取值比建筑接近限界的規(guī)定值要大,其常用值見表5-1? 表5-1 支柱側面限界選用表 曲線半徑(m) 200

65、300~599 600~1000 >1000 ∞ 曲線外側限界(m) 2.850 2.70 2.60 2.60 2.50 曲線內側限界(m) 3.10 3.10 2.80 2.70 — 對于軟橫跨支柱,側面限界一般取3.0m,位于基本站臺上時,取6.0m?軟橫跨支柱的側面限界比腕臂柱大,不是因受建筑接近限界的限制?而是為了照顧到車站的美觀以及客流行人的方便,同時也是因安全檢修的需要,其橫向承力索及定位繩上的絕緣子串尾端至支柱內緣需保持有600mm以上的距離? 5.2 支柱類型 在支柱類型欄內要標明每一個支柱的材質?型號?容量?高度及數(shù)量?支柱從材質上又有鋼支

66、柱和鋼筋混凝土支柱? 本設計所需用的支柱型號為: (1)錨柱: (2)轉換柱: (3)中間柱: (4)鋼柱: 5.3 地質情況 在接觸網設計的平面圖上要清晰的標明沿線路的地質情況?因為支柱埋設地點?基礎的穩(wěn)固程度與地質情況有密切關系,不同的地質情況表明其承壓力不同?因此,選擇鋼柱基礎的類型及鋼筋混凝土支柱的橫臥板類型和數(shù)量都與該支柱埋設的地質情況有關,即和該地段的土壤類型(砂性土?粘性土?碎石土和巖石地段等)及線路狀態(tài)(挖方?填方)等有關?不同的土壤種類,其承壓力不同?在相同支柱容量情況下,所選擇的基礎類型(或橫臥板的類型與數(shù)量)也有差異?土壤的承壓力有以下兩種表示方法: (1)允許承壓力[R] 土壤的允許承壓力,表示土壤基本力學性質,也就是土壤承載能力的大小?如,其中負號“-”表示該區(qū)段挖方,正號“+”表示填方? (2)安息角[] 土壤的安息角是表示砂性土的自然坡度角,它與砂性土的內摩擦角相接近,在一定程度上可以表示土壤的抗剪強度,所以在習慣上也可以用安息角表示土壤承壓力,如,其中正?負號與前述意義相同?在接觸網下部工程中,也常用安息角表示地質條件,因