論文接觸網(wǎng)專業(yè)淺談接觸網(wǎng)道岔定位結(jié)構(gòu)優(yōu)化的技術(shù)方案在鐵路電氣化工程中的應(yīng)用完整版剖析

1、鐵道供電應(yīng)用技術(shù)淺談接觸網(wǎng)道岔定位結(jié)構(gòu)優(yōu)化的技術(shù)方案在鐵路電氣化工程中的應(yīng)用郭民祥 白永宏(中國鐵道建筑總公司中鐵二十一局集團(tuán)公司電務(wù)電化工程有限公司 蘭州730000)摘 要本文通過分析道岔定位的結(jié)構(gòu)特征，道岔定位單腕臂結(jié)構(gòu)與雙腕臂結(jié)構(gòu)懸掛定位的分析對比，根據(jù)道岔定位柱所懸掛定位的兩支線索隨溫度變化發(fā)生位移不同，優(yōu)化道岔定位結(jié)構(gòu)，合理應(yīng)用技術(shù)。達(dá)到一次到位，降低成本，消除接觸網(wǎng)事故隱患，提高鐵路電氣化運(yùn)營安全性、可靠性。關(guān) 鍵 詞接觸網(wǎng)；道岔定位結(jié)構(gòu)；技術(shù)方案；優(yōu)化與應(yīng)用；第一章 前言2015年全國鐵路營業(yè)里程將達(dá)12萬公里左右，截至2014年底，全國鐵路營業(yè)里程達(dá)11.2萬公里，其中高鐵1

2、.6萬公里。電氣化率達(dá)到52%以上。鐵路電氣化是中國鐵路發(fā)展的最終目標(biāo)。而作為電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的主體接觸網(wǎng)，其性能的優(yōu)劣直接決定著電力機(jī)車受電弓的受流質(zhì)量，最終影響列車的運(yùn)行速度與安全。而且接觸網(wǎng)的特殊性主要表現(xiàn)在露天設(shè)置，對氣候變化敏感；無備用性(決定它的脆弱性和重要性)；機(jī)電復(fù)合性；負(fù)荷的不確定性和移動性。由于這些特殊性，接觸網(wǎng)故障復(fù)雜而頻發(fā)。因此對電氣化鐵路接觸網(wǎng)的探討任重而道遠(yuǎn)。接觸網(wǎng)擔(dān)負(fù)著把從牽引變電所獲得的電能直接輸送給電力機(jī)車使用的重要任務(wù)。因此接觸網(wǎng)的質(zhì)量和工作狀態(tài)將直接影響著電氣化鐵道的運(yùn)輸能力。接觸網(wǎng)是沿鐵路線上空架設(shè)的向電力機(jī)車供電的特殊形式的輸電線路。其由接觸懸掛

3、、支持裝置、定位裝置、支柱與基礎(chǔ)幾部分組成。為了解決接觸網(wǎng)的一些常見故障和提高接觸網(wǎng)的性能，本文這次主要從道岔定位結(jié)構(gòu)探討改進(jìn)優(yōu)化，提出了技術(shù)方案。第二章 道岔定位結(jié)構(gòu)特征分析2.1接觸網(wǎng)工程道岔定位結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在運(yùn)營中引起的缺陷(1)單腕臂結(jié)構(gòu)道岔定位分析（見圖4a、4b所示）單腕臂結(jié)構(gòu)道岔定位有一個共同特點(diǎn)，當(dāng)兩支接觸懸掛受溫度變化時，定位器裝置隨腕臂及定位管有偏移。情況一(如圖1所示)：該兩支懸掛中錨均在道岔定位柱的同一側(cè)時，并且兩只懸掛中錨距道岔定位柱懸掛定位點(diǎn)距離相等,兩支懸掛的定位器裝置隨腕臂及定位管同步偏移,腕臂、定位管及定位器裝置之間無偏移量。圖1 中錨與道岔定位柱之間的關(guān)系情況二

4、(如圖2所示)：該兩支懸掛中錨均在道岔定位柱的同一側(cè)時，并且兩只懸掛中錨距道岔定位柱懸掛定位點(diǎn)距離不相等：兩支懸掛的定位器裝置隨腕臂及定位管不同步偏移，一支懸掛的定位器裝置相對與另一支懸掛腕臂及定位管有一定偏移量及夾角，相應(yīng)之間偏移夾角較小。圖2 中錨與道岔定位柱之間的關(guān)系情況三(如圖3所示)：該兩支懸掛中錨均在道岔定位柱的異側(cè)時，并且兩只懸掛中錨距道岔定位柱懸掛定位點(diǎn)距離相等或不等，兩支懸掛的定位裝置隨腕臂及定位管的偏移是相反的，其偏移值是兩者之間的和值，一支懸掛的定位器裝置相對與另一支懸掛腕臂及定位管有一定偏移量及夾角，相應(yīng)之間偏移夾角較大。圖3 中錨與道岔定位柱之間的關(guān)系(2)硬橫跨水平

5、繩、軟橫跨固定繩結(jié)構(gòu)道岔定位分析（見圖4c、4d所示）硬橫跨水平繩、軟橫跨固定繩結(jié)構(gòu)道岔定位方式無論中錨在同側(cè)或異側(cè)兩支懸掛定位器裝置均隨溫度的變化相對水平繩或固定繩有一定的偏移量。 (3)雙腕臂結(jié)構(gòu)道岔定位分析（見圖4e、4f所示）雙腕臂結(jié)構(gòu)道岔定位方式的特點(diǎn)：兩支懸掛定位分別懸掛定位，無論中錨在同側(cè)或異側(cè)兩支懸掛腕臂、定位管及定位器裝置分別均在同一垂面上，溫度的變化時，整體分別有偏移量。圖4a 單腕臂結(jié)構(gòu)道岔定位 圖4b 硬橫梁水平繩道岔定位圖4c 硬橫梁水平繩道岔定位 圖4d 軟橫跨結(jié)構(gòu)道岔定位 圖4e 雙槽鋼雙腕臂道岔定位 圖4f 雙排架雙腕臂結(jié)構(gòu)道岔定位綜上分析，兩支懸掛中錨在道岔定

6、位柱異側(cè)時，由于溫度的變化，在極限溫度時，腕臂、定位管與定位器裝置的偏移量最大。如圖5所示，尤其單腕臂、水平繩、固定繩道岔定位結(jié)構(gòu)最為顯著，當(dāng)溫度最低或最高時，兩支懸掛定位均向相反方向偏移。最容易產(chǎn)生定位器扭曲拉斷，形成事故或事故苗子。采用雙腕臂道岔定位方式，其優(yōu)點(diǎn)受溫度變化引起的偏移腕臂、定位管、定位器裝置始終在同一斷面，定位器不會出現(xiàn)扭曲變形及甚至斷裂形成事故。因此，優(yōu)先采用雙腕臂結(jié)構(gòu)的道岔定位，具有安全性可靠性，可防止事故的發(fā)生。單腕臂道岔定位直股懸掛；中錨在右側(cè)曲股懸掛；中錨在左側(cè)線路中心線單腕臂道岔定位曲股懸掛；中錨在左側(cè)直股懸掛；中錨在右側(cè)線路中心線圖5a 單腕臂道岔定位(極限低溫

7、時) 圖5b 單腕臂道岔定位(極限高溫時)2.2接觸網(wǎng)工程站線+渡線的電化方式在運(yùn)營中引起的缺陷站場站線+渡線的電化方式，如圖6所示。該方式使錨段增長，在極限溫度情況下，咽喉區(qū)岔群會發(fā)生偏移量過大造成拉出值增大的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致弓網(wǎng)故障。圖6 站線+渡線的電化方式線索距中錨距離增長，在極限溫度時，道岔定位腕臂隨溫度變化有效長度在縮??；則定位支座位置同時向田野側(cè)縮回；定位器裝置隨溫度偏移有效長度也縮??；因此，在平均溫度時，腕臂、定位管及定位器裝置均垂直于線路，此時拉出值為設(shè)計(jì)拉出值，即為最小拉出值。當(dāng)溫度大于平均溫度或小于平均溫度時，腕臂、定位管及定位器裝置均有偏移量。達(dá)到極限溫度時，定位器的有效

8、長度縮小到最小，此時，拉出值為最大。很容易造成弓網(wǎng)事故，如圖7所示。圖7 道岔腕臂定位結(jié)構(gòu)定位器裝置偏移量分析2.3接觸網(wǎng)道岔定位結(jié)構(gòu)普通定位器裝置在運(yùn)營中引起的缺陷定位裝置包括定位管和定位器，其功用是固定接觸線的位置，使接觸線在受電弓滑板運(yùn)行軌跡范圍內(nèi)，保證接觸線與受電弓不脫離，并將接觸線的水平負(fù)荷傳給支柱。道岔定位結(jié)構(gòu)采用普通定位器(管)主要結(jié)構(gòu)采用鉤環(huán)連接形式，由于晝夜溫差變化大，定位器(管)每晝夜要偏轉(zhuǎn)2次，即定位器及定位管將每夜受到2次方向相反的扭矩的作用而產(chǎn)生一定的張力或壓力，在長期運(yùn)行中，定位環(huán)根部的點(diǎn)處終因長時間往復(fù)彎曲及扭曲而發(fā)生疲勞斷裂。一般距道岔定位處定位器及定位管所受張

9、力、壓力、扭曲力和曲線力大，定位器或定位管鉤環(huán)會發(fā)生斷裂越或定位鉤從開口處脫出的幾率也會增高。因腕臂定位環(huán)斷裂或定位環(huán)自定位鉤的開口處擠出而造成的弓網(wǎng)事故，如圖8所示。圖8 道岔定位定位管、定位器鉤環(huán)連接示意圖第三章 道岔定位技術(shù)方案的優(yōu)化與創(chuàng)新3.1接觸網(wǎng)工程道岔定位結(jié)構(gòu)技術(shù)方案分析與研究 現(xiàn)在對道岔定位腕臂結(jié)構(gòu)量化分析，已知：最高溫度，最低溫度，安裝定位無偏移時的溫度，線脹系數(shù) 1/,一支懸掛道岔定位距中錨距離L=500m，另一支懸掛道岔定位距中錨距離L=500m。(1)最低溫度 時計(jì)算腕臂及定位偏移量：；針對單腕臂道岔定位結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，當(dāng)兩支懸掛中錨在道岔定位柱同側(cè)時，腕臂、定位管及定位

10、器裝置在同一斷面，最低極限溫度同時向中錨方向偏移425mm；當(dāng)兩支懸掛中錨在道岔定位柱異側(cè)時，腕臂、定位管及定位器裝置不在同一斷面，最低極限溫度分別向中錨方向偏移425mm，這時一支懸掛隨腕臂、定位管定位器向一端中錨方向偏移425mm，則另一支懸掛的定位器裝置向另一側(cè)中錨方向偏移425mm，一支腕臂、定位管、定位器裝置與另一支定位器裝置之間的位移為和值425+425=850mm，嚴(yán)重超標(biāo)。一般定位器裝置的偏移量最大在450mm左右。(2)最高溫度 時計(jì)算腕臂及定位偏移量：；針對單腕臂道岔定位結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，當(dāng)兩支懸掛中錨在道岔定位柱同側(cè)時，腕臂、定位管及定位器裝置在同一斷面，最高極限溫度同時向下

11、錨方向偏移382.5mm；當(dāng)兩支懸掛中錨在道岔定位柱異側(cè)時，腕臂、定位管及定位器裝置不在同一斷面，最高極限溫度分別向下錨方向偏移382.5mm，這時一支懸掛隨腕臂、定位管定位器向一端下錨方向偏移382.5mm，則另一支懸掛的定位器裝置向另一側(cè)下錨方向偏移382.5mm，一支腕臂、定位管、定位器裝置與另一支定位器裝置之間的位移為和值382.5+382.5=765mm，嚴(yán)重超標(biāo)。一般定位器裝置的偏移量最大在450mm左右。 因此，得出結(jié)論，當(dāng)?shù)啦矶ㄎ粌芍覓斓闹绣^在異側(cè)時，單腕臂道岔定位結(jié)構(gòu)滿足不了接觸網(wǎng)運(yùn)營條件，應(yīng)采用雙腕臂道岔定位結(jié)構(gòu)方式，其結(jié)構(gòu)當(dāng)兩支線索隨溫度變化發(fā)生位移時，各自腕臂、定位管

12、及定位器裝置始終在同一斷面，位移時整體位移，具有安全性、可靠性、科學(xué)性。 站線+渡線的電化方式進(jìn)行定量分析，由于站線+渡線的電化方式無形中增長了錨段長度，當(dāng)錨段中錨距道岔定位柱距離L=600mm時，已知：最高溫度，最低溫度，安裝定位無偏移時的溫度，線脹系數(shù) 1/。 (1)最低溫度 時計(jì)算腕臂及定位偏移量：； (2)最高溫度 時計(jì)算腕臂及定位偏移量：；單腕臂道岔定位結(jié)構(gòu)、雙腕臂道岔定位結(jié)構(gòu)、水平繩道岔定位結(jié)構(gòu)、軟橫跨固定繩道岔定位結(jié)構(gòu)其定位器裝置最大偏移量均應(yīng)為450mm(L=1200mm定位器)，而上述分析結(jié)果顯示，在最高溫度時定位器偏移量459mm，在最低溫度時定位器偏移量510mm。其偏移

13、量嚴(yán)重超標(biāo)，根據(jù)定位器裝置極限偏移放樣，拉出值在設(shè)計(jì)拉出值的基礎(chǔ)上增大130mm左右，如果設(shè)計(jì)a=375mm時，則最大偏移時拉出值a=505mm.為了滿足道岔定位的定位器裝置良好的運(yùn)營狀態(tài)。站線與渡線錨段分開設(shè)置，錨段長度相應(yīng)縮短，減少了偏移量并滿足拉出值要求。以免弓網(wǎng)事故的發(fā)生，確保鐵路運(yùn)輸安全。接觸網(wǎng)露天設(shè)備隨溫度變化，其一直處于動態(tài)運(yùn)營狀態(tài)，道岔定位結(jié)構(gòu)采用普通定位器(管)主要結(jié)構(gòu)采用鉤環(huán)連接形式，每天晝夜變化反復(fù)位移產(chǎn)生扭曲力、拉力、曲線力、壓力等，零部件抗疲勞強(qiáng)度減弱，脫口、斷裂發(fā)生弓網(wǎng)故障，影響正常的鐵路運(yùn)輸安全。現(xiàn)階段一般正線道岔定位結(jié)構(gòu)采用軸銷連接，站線道岔定位結(jié)構(gòu)采用鉤環(huán)連接

14、，為了確保接觸網(wǎng)良好的運(yùn)營狀態(tài)，道岔定位定位管及定位器裝置之間的連接均應(yīng)全部采用軸銷連接。3.2接觸網(wǎng)工程道岔定位結(jié)構(gòu)技術(shù)方案的優(yōu)化與創(chuàng)新接觸網(wǎng)工程道岔定位結(jié)構(gòu)技術(shù)方案優(yōu)化及改進(jìn)如下：(1) 道岔定位結(jié)構(gòu)均應(yīng)優(yōu)先采用雙腕臂懸掛定位方式，盡量不采用硬橫梁水平繩、軟橫跨固定繩及單腕臂的道岔定位方式，避免了相互牽制而發(fā)生事故苗子；(2) 站線與渡線分別形成錨段，中錨距道岔定位柱距離不宜過大，嚴(yán)格控制不超過600mm，以免定位器裝置受溫度影響偏移量過大，進(jìn)而拉出值超標(biāo)，造成弓網(wǎng)故障；(3) 道岔定位結(jié)構(gòu)腕臂定位管、定位器裝置間，采用軸銷連接，取消鉤環(huán)連接方式，確保接觸網(wǎng)良好的運(yùn)營狀態(tài)；第四章 道岔定位

15、優(yōu)化技術(shù)方案在工程中的應(yīng)用蘭新線奎屯至阿拉山口段鐵路電氣化改造工程中，全段車站道岔定位有136處均采用該項(xiàng)技術(shù)方案，2010年10月份交付運(yùn)營，至今道岔定位結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，至今5年未發(fā)生弓網(wǎng)故障。受到業(yè)主及運(yùn)營維修單位的好評。柳敦線柳溝至敦煌段，全面推廣該道岔定位技術(shù)方案，得到業(yè)主和運(yùn)營維修單位的大力支持。為準(zhǔn)備開通的鐵路電氣化設(shè)備運(yùn)營狀態(tài)，接觸網(wǎng)工程施工達(dá)到運(yùn)營安全、優(yōu)質(zhì)、可靠的條件。對該技術(shù)方案的應(yīng)用，使整個工程在確保安全、質(zhì)量的可控狀態(tài)下順利實(shí)施非常必要?；谶@方面的技術(shù)方案研究，也為今后我國類似工程積累一定經(jīng)驗(yàn)，以便在此基礎(chǔ)上不斷提高我國電氣化鐵道技術(shù)水平。參考文獻(xiàn)1、參考著作【德】Kieling Pusch Mann Schmieder電氣化鐵道接觸網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工中鐵電化局集團(tuán)有限公司譯 中國電力出版社（2003年）劉啟明主編 最新電氣化鐵道接觸網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)