第三章 高速鐵路接觸網(wǎng)懸掛形式

第三章高速鐵路接觸網(wǎng)懸掛形式第三章高速鐵路接觸網(wǎng)懸掛形式第一節(jié)高速鐵路接觸網(wǎng)懸掛形式接觸懸掛形式是指接觸網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)形式，它反映了接觸網(wǎng)的空間結(jié)構(gòu)和幾何尺寸。不同的懸掛形式，在工程造價、受流性能、安全性能上均有差別，另外，對接觸網(wǎng)的設計施工和運營維護也有不同的要求。對高速接觸網(wǎng)懸掛形式的要求是：受流性能滿足高速鐵路的運營要求、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、工程造價低。世界上發(fā)展高速鐵路的主要國家如：日本、德國、法國的高速接觸網(wǎng)懸掛形式是在不斷改進中發(fā)展起來的，主要有三種懸掛形式：簡單鏈形懸掛、彈性鏈形懸掛、復鏈形懸掛各國對這三種懸掛形式有不同的認識和側(cè)重，根據(jù)各自的國情發(fā)展自己的懸掛形式。日本的高速線路如：東海道新干線、山陽新干線、東北新干線、上越新干線均采用復鏈形懸掛近幾年來，日本高速鐵路又采用了簡單鏈形懸掛；法國的巴黎一里昂的東南線采用彈性鏈形懸掛，巴黎一勒芒／圖爾的大西洋線采用接觸導線帶預留弛度的簡單鏈形懸掛；德國在行車速度低于160km/h的線路采用簡單鏈形懸掛，在160km/h及以上的線路采用彈性鏈形懸掛。下面分別介紹簡單鏈形懸掛、彈性鏈形懸掛和復鏈形懸掛三種形式的結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能。一、簡單鏈形懸掛簡單鏈型懸掛結(jié)構(gòu)簡單，彈性均勻度較好，接觸懸掛穩(wěn)定性好，施工及運營管理方便是世界上使用最多的一種懸掛類型。我國絕大部分電氣化鐵路都采用這種懸掛方式。結(jié)構(gòu)形式如圖3—1所示。123圖3—1簡單鏈型懸掛（1—承力索2—吊弦3—接觸線）性能特點：結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、安裝調(diào)整維修方便，適應于高速受流。定位點處彈性小，跨中彈性大，造成受電弓在跨中抬升量大，跨中采用預留弛度，受電弓在跨中的抬升量可降低；定位點處易形成相對硬點，磨耗大。如果選擇結(jié)構(gòu)形式合理、性能優(yōu)良的定位器，則可消除這方面的不足。二、彈性鏈懸掛彈性鏈形懸掛在簡單鏈型懸掛基礎(chǔ)上增加了一根彈性吊索，改善了接觸網(wǎng)的彈性不均勻度。但結(jié)構(gòu)比較復雜，彈性吊索安裝、調(diào)整工作量大。在跨距較小時，彈性鏈形懸掛和簡單鏈形懸掛彈性均勻性差別不大。結(jié)構(gòu)形式如圖3—2所示。1234圖3—2彈性鏈形懸掛1—彈性吊索2—承力索3—吊弦4—接觸線在結(jié)構(gòu)上，相對于簡單鏈形懸掛在定位點處裝設彈性吊索，主要有兩種形式：“n”形和“Y”形。彈性吊索的材質(zhì)一般與承力索相同，其線脹系數(shù)與承力索相匹配。性能特點：結(jié)構(gòu)比較簡單，改善了定位點處的彈性，使得定位點處的彈性與跨中的彈性趨于一致整個接觸網(wǎng)的彈性均勻，受流性能好。其缺點是彈性吊索調(diào)整維修比較復雜，定位點處導線抬升量大，對定位器的安裝坡度要求也較嚴格。三、復鏈型懸掛復鏈型懸掛在簡單鏈型懸掛的基礎(chǔ)上增加了一根輔助承力索，使接觸網(wǎng)彈性更加均勻。但結(jié)構(gòu)太復雜，施工及運營維護不方便，事故搶修難度大。目前只在日本使用。結(jié)構(gòu)形式如圖3—3所示。12345圖3—3復鏈型懸掛1—承力索2—吊弦3—輔助承力索4—輔助吊弦5—接觸線復鏈型懸掛在結(jié)構(gòu)上，承力索和接觸導線之間加了一根輔助承力索。性能特點：接觸網(wǎng)的張力大，彈性均勻，安裝調(diào)整復雜、抗風能力強。總之三種懸掛類型在結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能方面存在著一定的差異，但理論研究與各國的運營實踐都表明，三種懸掛類型均可滿足客運專線列車高速運行要求。在我國TB10621-2021《高速鐵路設計規(guī)范》規(guī)定高速鐵路接觸網(wǎng)懸掛類型采用全補償簡單鏈形懸掛或全補償彈性鏈形懸掛。雙弓或多弓取流時宜采用全補償彈性鏈形懸掛。這是因為世界各國在確定懸掛類型時，除考慮接觸網(wǎng)自身的和彈性不均勻度因素外，對取流受電弓的個數(shù)、受電弓的彈性受流的評價標準也是重要的考慮因素，同時，國際上在研發(fā)階段通常采用計算機仿真手段，并結(jié)合具體工程及經(jīng)濟技術(shù)分析比較后，最終確定其采用何種懸掛類型。根據(jù)各國的仿真研究及運行結(jié)論，在單弓取流條件下，采用全補償簡單鏈形懸掛或全補償彈性鏈形懸掛均可符合受流要求兩者性能幾乎相當。單弓取流或運輸網(wǎng)絡通道上的列車分布密度較小的高速線路、跨距相對較小、接觸線張力相對較大的接觸網(wǎng)系統(tǒng)可采用簡單鏈型懸掛。根據(jù)仿真研究和運營經(jīng)驗表明，彈性鏈型懸掛和加大張力、減小跨距的簡單鏈型懸掛(采用全補償簡單鏈型懸掛時，需根據(jù)仿真結(jié)果適當預留跨中弛度)相比，均可取得符合要求的受流效果，適應不同速度的動車組運行。但雙弓或多弓取流時，彈性鏈型懸掛具有優(yōu)良的彈性均勻度，對雙弓或多弓運行條件產(chǎn)生的弓網(wǎng)系統(tǒng)振動和導線波動傳播均有明顯的改善，可延長弓網(wǎng)壽命、改善接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)強度。因此，雙弓或多弓取流時，宜采用彈性鏈型懸掛，但懸掛類型的設計需結(jié)合具體工程情況及經(jīng)濟技術(shù)綜合分析比較后合理而定。第二節(jié)高速鐵路接觸網(wǎng)、接觸懸掛的技術(shù)參數(shù)接觸懸掛技術(shù)參數(shù)的定義波動傳播速度C：由于受電弓抬升力的作用，引起接觸導線的振動，該點的振動傳播速度稱為波動傳播速度。C與接觸導線張力T和線密度P的關(guān)系如下：C=(T/p)1/2(3.2.1)式中：C—波動傳播速度T—接觸導線張力P—接觸線線密度無量綱速度：列車運行速度u與波動傳播速度C之比，當列車速度越接近C,即口接近于1時，弓網(wǎng)振動越劇烈。B與列車運行速度u與波動傳播速度C的關(guān)系如下：B=u/C°(3.2.2)式中：C—波動傳播速度B—無量綱速度u—列車運行速度多普勒系數(shù)a：是無量綱速度的另一種表達式，a=(C-u)/(C+u)°u為列車行駛速度；C為接觸線波動傳播速度。反射系數(shù)：指接觸網(wǎng)的振動波在非均質(zhì)點被反射。這些非均勻質(zhì)點如：吊弦線夾接頭線夾等，反射系數(shù)Y用下式表示：丫二?vPmXFm?wl/2/[?vPcXFc?vPmXFm?wl/2](3.2.3)式中：Pm—接觸導線的線密度Fm—接觸導線的張力Pc—承力索的線密度Fc—承力索的張力。(5)增強因數(shù)：r=Y/a接觸網(wǎng)的振動波在非均質(zhì)處被反射，被反射回的波形與該物體相向運動，并被繼續(xù)向前運動的物體以輸入能量的方式再次反射回去，波的能量被增強增強因數(shù)用下式表示：r=Y/a(3.2.4)式中：Y—反射系數(shù)；a-多普勒系數(shù)。(6)彈性不均勻系數(shù)&：反映一跨內(nèi)跨中彈性和定位點彈性的差異程度。&二?vEmax—Emin?w/?vEmax+Emin?wXlOO%(3.2.5)式中Emax一跨內(nèi)最大彈性Emin一跨內(nèi)最小彈性二、高速接觸網(wǎng)的主要技術(shù)參數(shù)1．導線高度：指接觸導線距鋼軌面的高度。它的確定受多方面的因素制約，如：車輛限界、絕緣距離、車輛和線路振動、施工誤差等。一般地，高速鐵路接觸導線的高度比常規(guī)電氣化鐵路的接觸導線低，這主要因為：高速鐵路一般無超級超限列車通過，車輛限界為4800mm;為了減少列車空氣阻力及空氣動態(tài)力對受電弓的影響，受電弓的底座沉于機車車頂頂面，受電弓的工作高度較小。所以，高速鐵路接觸導線的高度一般在5300mm左右。2．結(jié)構(gòu)高度：指定位點處承力索距接觸導線的距離。它由所確定的最短吊弦長度決定的，吊弦長時，當承力索和導線材質(zhì)不同時，因溫度變化引起的吊弦斜度小，使錨段內(nèi)的張力差小，有利于改善弓網(wǎng)受流特性；長吊弦的另一個優(yōu)點是高速行車引起的導線振動時，吊弦彎度