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论文案例大全-哈尔滨—绥化接触网平面设计

2021-06-02 09:15:05

  这几年来,随着科学技术的不断成熟,铁路事业的不断不进步,高速电气化铁路也取得了蓬勃发展的喜人成绩。高速电气化铁路通常被人们称之为高铁,高铁之所以能够得到飞速发展,其中接触网设计很关键。设计工作是铁路基础建设的重要组成部分,同时也在在完成其他工作中扮演着重要角色。设计接触网是铁道电气化的重中之重。结合我国的政治、经济以及自然等多方面因素,基于其特征进行接触网技术设计策略的制定,也反应了研究和创新的有效性,引入国内外先进技术,基于相应的技术标准和国家交通部的规定展开研究。本文在对接触网的基本构成的前提下,比较系统的分析了其各个组成部分。例如支持装置、结构特点、供电的方式等,同时在研究中论述了高速接触网设计内容、原理。最后,本文根据以上观点展开了对哈尔滨至绥化区间接触网的平面设计的完成做了研究与分析。

  电气化铁路是以带有受电弓的机车作为第一动力的铁路。

  单相工频交流电气化铁路目前在国际上得到广泛使用。它能够实现电能的合理管控。基于此可以增加变电站间距离,确保有更低的投资运营成本。在供电设备设计上,牵引供电系统在过程中有关键作用发挥。为此,牵引变电所和接触网显得尤为重要。

  接触网是沿铁路竖立的一种特殊形式的传输线。通过接触网和受电弓的直接接触,可以实现电能到机车的传输。在接触网的构建上,其最早采取轨道电源布局。随着发展,电流负载随之升高,载客量也随之增加,为此技术也得到了升级。人类对人身安全有更高要求,而且接触网架构在采取上,架空式成为主要模式。接触网在电力中起重要作用,并直接影响电路的效率。因此,接触网始终处于良好状态,发电的电源也同样安全可靠。

  1.2接触网(平面)设计原则

  在铁路基建工作开展上,其中一个关键部分就是设计。在开展联络网的设计上,要结合我国的国情展开,同时要确保其规划设计要充分契合相应技术要求。基于此,确保在联络网的规划上,能够和科研以及创新成果融合。在过程中,引入国外先进技术,遵循相应的技术管理规定,以及国家政策规范。

  在接触网设计上,电路设计很关键,是核心部分。在进行设计上,要严格按照交通部要求合理设计,基于规范符号进行表述。接触网的平面设计应反映电气化铁路的各种装置的真实情况。

  1.3本论文的主要设计内容

  论文在观点分析上,基于电气化铁道接触网配置、结构、设备和接触网设计等扩展了哈尔滨至绥化区间接触网平面设计的设计标准、原理和方法。

  本文共分七章。前四章主要介绍了接触网设计的基础,原理和方法。第五章主要是接触网图形设计的基本内容。第六章和第七章是从哈尔滨到绥化的区间的具体设计。内容包括:区间原始数据,图形设计相关计算以及设备特定筛选等。

  2接触网的设备与结构

  2.1接触网悬挂类型

  接触网基于接触悬挂方式差异有不同区别。接触悬挂的类别也有较多差异。在区分上,若是人们基于结构进行分类,习惯把他们分为简单接触悬挂和链形接触悬挂。

  2.1.1简单接触悬挂

  简单接触悬挂是各种悬挂形式的其中一种,它的作用是在支柱支撑装置上把接触线直接固定,简单悬挂有无补偿简单悬架,补偿简单悬挂、吊索式简单悬挂三种[[[]于万聚.高速电气化接触网[M].成都:西南交通大学出版社,2017,30(3):5-9.]]。

  2.1.2链形接触悬挂

  在技术发展背景下,链形接触悬挂出现。

  链形悬挂有较为出色的行驶表现。根据线索两端的锚固方法,链形悬挂的类别有:

  1、未补偿简单链形悬挂

  对于该方式而言,承重电缆和接触线两侧不搭载补偿装置,为硬锚。为此在温度变化情况下,电缆和接触线的张力松弛程度也会发生较大变化,在一般情况下不予以使用。

  2、半补偿链形悬挂

  方式在接触线两侧进行补偿装置的搭载,承载电缆两侧是硬锚,该悬挂方式只能用在较低行驶速度的车站侧线和支线[[[]李伟.接触网[M].北京:中国铁道出版社,2018,6(4):3-8.]]。

  3、半补偿弹性链形悬挂

  在进行半补偿弹性以及简单链条悬架的区隔上,主要看支柱定点位置是否有悬挂线形成。行驶速度≦100km/h的线路可以采用这一悬挂方式[2]。

  4、全补偿链形悬挂

  全补偿的链形悬挂装置,即补偿装置安装在承重电缆和接触线的下部锚固件上,全补偿链形悬挂有全补偿简单、弹性链形悬挂两类,全补偿的弹性链形悬架通常用于相对高驱动速度的线路[2]。

  2.2接触网线索

  2.2.1接触线

  在中国电气化铁路建设的几十年中,已经使用了各种类型的接触线,类别有:

  (1)铜接触线

  铜接触线模式是在电气起步发展时期使用的方式。模型是TCG-100和TCG-85,分别用于干线和站线。

  (2)钢铝复合新接触线

  20世纪70年代,中国用铝代替铜开发了新型GLCA100/215和GLCB80/173钢铝复合接触线,215和173是A、B两种接触性的实际截面积,单以电导率的高低来说,A、B两种类型与TCG-100和TCG-85具有同等效果[[[]于万聚.接触网设计规范[M].北京:中国铁道出版社,2019,28(5):6-10.]]。电气和机械性能请参见表2-1。

  (3)内含钢的GLCN钢铝铝缆车线

  以解决钢表面腐蚀这一情况,中国自主研发的带有钢包层的GLCN型钢铝电车线应运而生。这一接触线保持钢包原有张力的基础上,保留了高磨性和拉伸性的特性,并且提高了其抗腐蚀性,因此大大提高了其使用寿命,并具有对于电流效果,电气和机械性能如表2-1所示。

  (4)TCW-110和TCW-85接触线

  该接触线用于连续铸造和轧制,无焊接接头。这一种类使其电源的抗拉强度和可靠性都得到了很大提升,与此同时,也是其使用寿命得以延长,

  (5)银铜合金接触线

  为了顺应电气化铁路的发展形势以及加快建设高铁这一目的,中国在20世纪90年代研发了CTHA-110和CTHB-120银铜合金接触线[[[]于万聚.接触网设计标准[M].北京:中国铁道出版社,2019,16(12):5-8.]]。

  2、接触线的主要技术要求

  拥有较高的电流流动性、稳定性与拉伸性,导电性出色。这也是接触线使用的基础要求。其性能应该具备:有较为出色的拉伸表现,电阻率较低,有较为出色的耐热、耐磨表现,长度长。

  2.2.2承力索

  承力索可以保证接触线通过吊弦悬挂。有铜质、钢质以及铝包钢质三类。如表2-2所示。

  1、铜质承力索

  铜质承力索可用于牵引电流通道的根本原因在于其具有较好的导电性。其与接触线共同承担供电工作,其目的是为了减少损失和降低耗能,同时拥有较好的抗腐蚀性。但是,铜承力索需要大批量的铜资源为基础,成本较高的同时,低机械强度也是其不可忽视的缺点之一,而且它也不能承受较大的张力。弛豫随着温度的变化也会出现大幅度改变。型号有TJ-95、TJ-100。在上述型号力,其中TJ指的是绞合铜线,数字指的是横截面对应的面积大小。

  2、钢制承力索

  镀锌钢绞线是这一种类的主要材料,这种承力索拥有较高的强度和抗拉强度,并且安装松动变化幅度较小,有效的降低了有色金属的消耗,进而降低了成本。但是,电阻大,导电性差。通常,不允许转让。值得注意的是,其抗腐蚀性较低,所以在使用时一定要注意防腐操作。一般的规格是GJ-100、GJ-70。

  3、铝包钢承力索

  铝包钢线和铝线通过绞合形成铝包钢承力索,承受钢丝张力的主要部分是其钢芯部分,而铝包层铝包层和载流率,良好的导电性,机械强度和良好的耐腐蚀性[4]。GJ代表绞合钢丝,数字代表未加载电缆的标称截面积。

  2.3支持装置

  2.3.1概述

  支持装置是一种为实现把导线悬挂在以固定位置的一种中间装置,由腕臂,软跨度和硬横梁组成[[[]于万聚.接触网工[J].北京:中国铁道出版社,2018,38(15):9-12.]]。而定位装置则是实现将导线维持在一个相对缩放仪中心的水平面这一状态的必要条件之一。

  2.3.2腕臂支持装置

  旋转绝缘腕臂是中国电气化铁路中应用次数最多的种类之一。以下分类是依照其在管道线路中发挥作用和所属性质的不同进行的区分。

  1、中心柱支持装置

  中心柱支持装置是指把称重电缆和接触线定位在仅有一个腕臂的触头悬架上。因为抛开锚固段连接处的支柱,其他部分都是中间柱,所以这是最重要的支持结构。

  2、非绝缘转换柱支持装置

  三个非绝缘锚段跨度接头,中间支柱是转换柱,有两个悬架,两个悬架只有一个工作。转换柱的悬架又分为两种:一种称为ZF1转换柱,工作的离支柱侧较近,另一个的距离相对较远;另外一个称为ZF2转换柱,Z、F分别是直线、非绝缘。1、2分别对应不同类型[5]。

  非绝缘过渡柱的组装形式在直截面和弯曲截面上也不同。弯曲部分的组合名为QF1和QF2,Q为曲线。Fl、F2含义如上。

  3、绝缘转换柱支持装置

  绝缘转换柱支持装置采取的悬挂方式,其是采取悬挂方式,接头是四跨度绝缘锚固段。接触有两个悬挂,分别是工作和分工作玄关。在悬架的选择上,有两种选择,分别是ZJ1、ZJ2。两个转换柱对应的工作方式不同,作用也有差异。

  4、中心柱支撑装置

  中心柱是指处于四跨度绝缘锚固接头的两个转换柱的中间,以ZJ2表示。在这一支柱上还配备两套支撑设备。工作支撑来自于两个接触悬架,而且接触线的相对位置一样。其目的是为了受电弓同时经过两条接触线是较为稳定。中心柱两侧的两个接触悬架通过转换柱固定在锚柱上。直立部分和弯曲部分中的中央支柱的组装形式也不同,分别由ZJ2和QJ2表示。

  5、软横跨

  对于站场的操作来说,在悬挂上,如果是有较多股道,在设计上,可以是通过一个或是较多个侧向线索来进行悬挂。悬挂的位置一般是线路旁边的支柱。为确保一定的安装效果,保证吊线处于固定水平面位置里。在进行悬挂上,一般是软横跨。结合电缆的不同定位,以及定位器固定来进行悬挂设计。形式十分多样[3]。

  6、硬横梁

  参考图2-1内容,其所展示的是一个在既有电气线路里有较为普遍应用的标准硬跨度。两侧安装的位置是钢柱。一般来说,硬横梁跨度能力十分出色,其可以实现立柱高度的降低,在表现上有较为出色的稳定效果,同时也有较为突出的经济效益。

  图2-1弹性链形悬挂硬横跨(梁)结构

  2.4定位装置

  2.4.1定位装置的作用

  对于支撑结构来说,安装位置选择很关键。一般在安装上,要结合不同工作要求,合理进行接触线横向定位。这也是其十分突出的功能。在具体的实现上,一般是直线,曲线部分,定位时。会有不同的定位表现。直线一般接触线和线中心是锯齿形绘制。若是弯曲部分,则一般采取的是切线绘制方式。

  2.4.2定位装置形式

  我们参照立柱的位置,作用的所处地形情况的不同,将定位装置分一下类型。

  1、正定位

  这一方法使用于直线段或曲线半径R=1200?4000 m的段。定位器一侧在进行接触线的固定上,采取的是定位线夹。另外一侧连接的是定位管,连接的方式是定位环。具体在图2-2里进行了对应的展示。

  2、反定位

  因为在一般情况下主定位管承载较大的压力。因此利用双定位电缆把定位管悬挂并使其稳固在称重电缆上。定位器需要利用长支架与主定位管相连接,已达到将定位器远离于主定位管(距离大于或等于300毫米)。结构如图2-3所示。

  3、组合定位

  组合定位装置用于定位过渡柱,中间柱和锚固接头的站线分支。在这些地方,两组悬挂在同一根支柱上,并固定在所需的位置。

  2.5支柱

  2.5.1支柱的分类原则

  支柱的种类有很多种。当今社会中,在应用上,对于筋混凝土柱以及钢柱来说,有最广泛应用的一般是一些混凝土材质的。

  图2-2正定位安装图

  图2-3反定位安装图

  结合支撑装置的差异,在进行区分上,不同的支柱类别包括软、硬不同跨度的支柱,以及定位或是腕臂支柱等。而根据使用途径的不同可划分为中间支柱、转换支柱和锚柱,有带或是不带拉线的类别划分[4]。

  2.5.2预应力钢筋混凝土支柱

  我国在进行铁路布局上,柱子一般是工形或是对角腹板截面的钢筋混凝土柱。在这些年,在某些区域使用了圆形等直径钢筋混凝土预应力混凝土柱。预应力混凝土柱用符号H表示。

  现如今,预应力钢筋混凝土柱被广泛应用。其中横梁类型凭借其与柱(圆锥形支撑杆)相比能够充分利用高强度钢筋这一优点,为工作人员提供更加便利的条件,尤其是针对开放式网络结构。

  2.5.3钢支柱

  目前,在悬链线项目中,特别是在较大的车站中,使用了大量的钢柱。然而,它的缺点是钢的消耗大,成本高和耐腐蚀性差,这需要定期除锈,保护油漆腐蚀和维护不便。若是从成本管控的角度来说,为了更好的确保有更少钢材使用,以及为了后续有更为轻松的操作和维护效果,一般在操作上,要确保方法尽可能少。在钢柱描述上,一般是G,G,50是分子,描述的是垂直于线路方向支柱容量(kN·m),9.5是分母,其所表达的意思是钢柱垂直距离的高度。

  2.6基础及其类型选择

  2.6.1基础类型

  支柱的基础直接埋在土壤中,埋深一般小于5m,是浅浅的平坦基础。悬链柱在应力表现上,最大的特点是有很大的水平载荷表现。所以在设计上,要求其必须有较为出色的稳定效果,尤其是抗倾覆表现。在载荷变化的情况下,其结构以及形式也会有一定的改变。

  2.7锚段关节

  锚段关节也是其中一个关键组成部分。类别包括以下几种:一种是不绝缘的,这种锚段关节在使用的过程中,仅仅能够被当作是机械段锚固接头使用。电气连接两个临近的锚段,而且在使用上,不是有机械段的使用,而且具有同相的锚段节段和电气段节段。这种一般是被叫做是绝缘锚段关节。在设计上,一般在内部会进行一个嵌入式节段的设计,它是中性的。在使用上,可以进行机械阶段作用的展现,也能够电相分离。这种是

  电分相锚段关节。按照锚影响功能的不同,将其进一步划分为非绝缘锚段关节、绝缘锚段关节及电分相锚段关节。三跨式锚段关节指的是在零部件设计上,在跨距的设计上,一共是有3个。通过这种方式不断的进行推断,可以了解到不同的类型。

  1、两跨非绝缘锚段关节

  通常,由于其不良的工作条件而未使用它。它仅在特殊情况下使用,例如在密集的隧道组中,比如在两条隧道之间,如果不管是从地形来说,还是从其它条件,都有较多的约束。那么在这种情况下,进行电气的设计上,一般不会进行高速电气规划。这是因为地形因素约束。

  2、三跨非绝缘锚段关节

  这一类型只用于触点悬挂的机械悬挂,连接方式依旧是通电。这个时候,两种不同工作状态的支路以电线连接分方式保证电流的通过。参见图2-4。

  图2-4三跨非绝缘锚段关节

  3、四跨绝缘锚段关节

  图2-5的内容。不考虑机械分段,四跨度绝缘锚段关节的作用也是进行电气段的拆分。一般是在车站的连接位置,或是一些有相交的区间位置。

  4、五跨非绝缘锚段关节

  这一类型是指在该设备在存在五个跨度,在高铁中被广泛运用,其中所有的绝缘锚段关节都是五节的。五节与四节跨绝缘锚段关节在满足各种工作需求方面基本一样。电缆要有绝缘操作,距离超500mm。对于两套悬挂来说,在他们的中间跨度中点位置上,就是过度点。以保证其拥有较高的稳定性和平稳的过渡要求。参见图2-6。

  图2-5四跨绝缘锚段关节

  图2-6五跨非绝缘锚段关节

  2.8中心锚结

  中心锚结位于锚段的中间,其作用如下:首先,当锚段的两端得到补偿时,尤其是在带有角度的线路侧,它可以防止补偿器向一侧滑动;其次,减小事故的范围[[[]张建斌.接触网运营检修与管理[M].北京:中国铁道出版社,2019,7(5):8-11.]]。

  由于悬挂的类型不同,所以对于中心锚结来说,其结构也会有变化,形式也不同。安装位置差异导致上面的变化。

  1、半补偿中心锚

  中心锚结的位置一般是在锚段中间跨度中间位置。在进行绳子长度设定上,对于其绳子的长度要满足所至少是电缆和接触线距离的20倍以上。一般至少是15米。

  2、全补偿中心锚结

  承载电缆的两端和完全补偿的链状悬架的接触线都是补偿锚,而且因为彼此之间张力的不相等,双方均有可能发生位移。这种形式同半补偿链形悬挂中心锚结与承力索中心锚结功能基本相同。如图2-7所示。

  图2-7全补偿链形悬挂中心锚结

  3、隧道内中心锚结

  隧道内中心锚结一个突出的优势就是可以在固定的时候,直接把接触线或是承力索安装到壁顶上。

  2.9张力自动补偿装置

  张力自动补偿装置(补偿器),安装在锚固部分的两端,其在和接触线以及承力索连接上,一般采取的方式是串联。在过程中可以实现对张力变化的补偿,以保证始终有稳定的张力。在锚固段两侧,将张力自动补偿装置串联在接触线和承载电缆中,然后降低锚固。

  张力自动补偿装置有多种类型。我国电气化铁路在进行的设计上,滑轮组式补偿装置很常用。在进行设计过程中,一般对于该装置来说,在设计上包括了补偿滑轮、补偿绳、杵环杆、锤砣杆、限制导管和坠砣等。具体参考图2-8。此完整补偿装置的制动装置已损坏,需另外安装,请参见图2-9中的10。

  图2-8半补偿链型悬挂

  图2-9全补偿链型悬挂

  2.10线岔及供电设施

  2.10.1线岔

  道岔形式多,导线岔也有很多形式。

  1、普通线岔

  道岔位置必须要相交的悬架存在。在两个悬架中加交汇地点安装的限流器或限制管称为线岔。

  2、高速交叉线岔

  由于作业标准高,所以在布局设计上要准确。尤其要规避交叉道岔的存在。

  3、高速无交叉线岔

  高这种线岔设计的目的是确保高速列车能够平稳通过。

  2.10.2接触网供电设施

  1、接触网的供电和分段

  (1)横向分段

  接触网分段一般采取横向方式。要进行绝缘器使用。

  (2)纵向分段

  接触网沿线是纵向分段,比如说,车站和断面交界的地方。车站和路段的联络网络应是相互独立的两个系统,所以在其交汇处分段。间隔接触网通常不进行电气分段,但是对于大型人造建筑物(长隧道和长桥),应将其分开分段。

  2、分段绝缘器

  在接触网分段处理上,常会使用分段绝缘器。在使用上,可以打开部分隔离开关以切断接触网的电源,而另一端仍可以正常供电。

  3、接触网的供电方式

  中国的市电电源系统采用工频单相交流系统,采取非对称电路来完成牵引网络设计。在过程中,要充分考虑干扰。在进行干扰防范上,有不同的方式。电源方法常用。

  在供电上,方式也有很多。比如一些常见的方式单设回流线或是吸流变压器-钢轨方式等。

  3接触网设计的基本内容

  3.1接触网的设计程序

  接触网一般是在铁路电气化项目运行中一个常见的设计。在进行设计上,其规划设计布局和总体的设计阶段相吻合。包括初步设计,技术设计和施工设计这三个阶段开展设计工作。

  3.1.1初步设计

  在设计上,相应的技术理论是:

  (1)分析车站以及线路情况。

  (2)分析气象条件,划分脏区。

  (3)明确需要进行接触网安装的区域。

  (4)合理进行接触网悬挂类型的界定。

  (5)平面布置。

  (6)支柱设备及支撑能力。

  (7)附加电线的安装标准。

  (8)防护措施:防雷保护以及接地、绝缘保护等。

  (9)其他原则。

  3.1.2技术设计

  在技术设计上,有出色的设备支持,也有出色的设备支撑保障,而且技术有突出先进保障。在进行技术设计上要考虑的内容:图纸的合理设计、技术规格的严格界定以及合理进行时间规划。

  3.1.3施工设计

  施工设计开展,必须要确保文件经过批准,是标准且经过认定的文件。在施工上,要求施工图完整。这也是施工必须的保障。

  3.2接触网设计的原始资料

  接触网设计有较高的复杂性,跨越了不同的学科和领域。在设计上,会有较多工程数据存在。在设计上,需要的信息是:

  1、气象数据:大气温度,最大风速,冰层厚度,雷电活动数据以及用于确定设计计算的其他气象数据。

  2、线路信息。

  3、车辆电源信息。

  4、桥梁隧道信息。

  5、地质资料。

  6、信号信息。

  7、站场信息。车站内的平交道口,水平通道和地下道路表。

  8、其它数据。

  3.3接触网设计的主要内容

  3.3.1设计计算

  接触网有较高的复杂性,所以在设计上,要必须保证其安全。而且要保证实现可靠且经济的运行。所以在设计上需要进行一系列计算。包括气象条件和负荷计算,悬索拉力和松弛计算,跨度允许长度计算,锚定长度计算和安装曲线计算等。

  3.3.2平面设计

  图形设计是接触网布局的总称。它比布局更广泛。不仅要做好计划,还要合理选择设备,同时还要作出合理的计算,并在完成设计后进行测试分析,验证和确认。最后,获得计划布局。联络网络计划在进行工程建设工作开展上,其是一项基础性的工作。在进行设计图的设计规划上,本身工作内容较为复杂,例如地形,地理,地貌,地质以及复杂且不断变化的线况。每条线和每个站都不同,有时差异仍然很大,因此有必要设计一个站和一个站,并一次执行一个分区。虽然有较多的重复工作,但是重复的工作会让工作更全面。所以在过程中,会有较高的技术含量,而且工作内容也相对复杂。

  3.3.3设备选择

  考虑到接触网会有较为丰富的电气设备,同时在施工过程中,也会有更多样类别的机械施工设备,在选择和购买之前应当对其进行全面的分析研究后做出适当的决定。

  3.3.4技术校验

  在进行技术验证上,涵盖的内容是:第一是要进行稳定性以及强度验证,例如腕臂,反向定位的主定位管的强度的验证,以及弯道内压力管的稳定性的验证。此外,还要对支柱是否稳定进行严验证。一般在验证上,采取的方式比如抗倾覆稳定性验证。第二是技术性能验证。在这方面的验证,主要是对一些参数设计是否合理进行验证,比如接触线最大偏移值等,各种高增量等等。

  4接触网设计计算基础

  4.1气象条件的确定

  4.1.1概述

  接触网是为了确保铁路顺畅运行进行布局的供电设施。所以其需要满足各种自然环境下使用的需求。主要是风,太阳(温度),雨和冰。气象数据是联系网络设计中最原始,最重要的数据。气象数据的完整性和选取适当的参数值将是影响接触网的设计质量的重要因素,为了方便设计工作和执行设计标准化工作,在1972年对标准进行改革时,如表4-1内容,我国共计有9个标准气象区[6],对应的范畴划分是:

  表4-1九个区域范围划分

  4.1.2接触网设计计算气象条件的确定

  接触网在设计上,对气象条件要求较高。所以在设计计算上,首先通过气象、供电、铁路通信等有关部门掌握并了解有关信息和数据,这是非常必要的。同时,还要依照具有普遍特性的气象来统筹全面的该这片区域进行分析研究和确定。在下表中,针对气象条件的计算方式进行了相应的解读:

  表4-2标准典型气象区

  1、最大风速

  接触网的设计使用计算出的最大风速,同时应当记录和采纳垂直地面高度十米15年内最大平均值。在进行最大风速的计算上,一般常用的方式是:平均法,弹性法和数理统计法。最大风速频率是依靠数理统计方法计算出来的,所以其别称为频率方法。

  2、最高温度与最低温度度

  最高以及最低温度计算,一般是结合所经过区域和特殊气象区域的实际极限温度确定。将数值设置为接近极限温度的五倍,已达到便利计算的目的。

  3、最大风速出现时的温度

  4、接触线无弛度时的温度。

  5、吊弦及定位器处于正常位置时的温度。

  6、接触线和承力索的覆冰厚度b。

  7、线索覆冰时的风速。

  4.2计算负载的确定

  计算负载分为水平负载和垂直负载。

  4.2.1自重负载

  自重负载的表达式为

  =γ×式(4-1)

  式中,—线索单位长度重力负载(kN/m);

  —线索的横截面积(mm2);

  —自由落体重力加速度(m/s2);

  γ—所求线索的密度9.81(kg/m3)。

  在进行垂直负载计算上,计算的过程中,要充分融入对吊弦、线夹重力负载的考量,在进行计算上,一般是基于其实现对应单位长度负载的计算。在取值上,通常是kN/m。

  4.2.2冰负载

  以及在过程中,接触线与受电弓之间会存在摩擦力,所以在进行计算实现上,一般是要进行合理调整,具体的方式是实现厚度调整成相当于承载电缆的冰层厚度的1/2。承载电缆覆冰厚度有一致体现。一般将其看作是圆柱形。其为垂直方向,基于其作用时间来说,应该将其认定为瞬时负载。

  4.2.3风负载

  在进行电气化铁路联络网的设计上,若在设计时,无法获取到当地实际数据做支撑,为了确保有出色的设计成果,一般可以通过基本风压分布图来进行相应条件的评估分析。由于投资以及其回收期限问题,所以在进行计算上,会有不同的最大风速保证率要求。因此,相对于=10分钟这一30年内的标准风压,它是从一般的开放地面和平坦地面上,离地面10米处获得的,将其和标准风压相乘,而后基于像一个你的因子调整,则可以获取不同复发周期的相应风压。

  接触网悬挂线索风负载计算方式是:

  sinθ式(4-2)

  式中,—线索所受的实际风负载(kN);

  —风速不均匀系数(见表4-2);

  K—风负载体型系数(见表4-3);

  —线索的直径(mm);

  —接触悬挂跨距(m);

  —设计计算风速(m/s);

  θ—风向与线路方向的夹角。

  在上述公式里,其中式(4-2)代表在一个跨距内线索实际上风负载。为了确保有更出色的计算结果,一般θ=90°,sinθ=1。为获取单位长度风负载取值,在进行计算实现上,若的取值是1 m,则对上述公式(4-2)进行变形,则有:

  式(4-3)

  上述公式,单位长度风负载用表述,单位是kN/m,其它和以前没有差异。对于线索强度的计算来说,要充分考虑到实际情况,同时要融入到风速不均匀系数的考量。具体在下表4-3里做出了系数的阐释。

  那么在针对支柱风负载的计算上,公式应该是:

  注:覆冰时,虽然d≧17mm,但K仍取1.2。

  式(4-4)

  式中,—支柱风负载(kN);

  —风负载体型系数(见表4-4);

  —塔身迎风面的构件投影面积(㎡);

  —设计计算风速(m/s)。

  表4-3风速不均匀系数

  4.3全补偿链形悬挂的安装曲线

  全补偿链形悬挂基本上可以定性为和均无限接近于常数(其中不将受温度影响的张力增量)当温度变化时,接触线和负载电缆同时会发生数值上的变化。因为没有任何相关的补偿设备,温度的变化不会对两者的张力产生影响,进而推断它们的松弛也与温度变量无关(实际上是由于张力的增加而引起的。量的影响也将相应地改变松弛)。

  对于全补偿链形悬挂来说,其在覆冰情况下,此时接触线呈无弛度状态,那么在进行承力索弛度的计算上,应该是:

  ==式(4-5)

  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。

  结合式(4-4)的内容,全补偿链形悬挂承力索弛度,是受悬挂负载和承力索张力在一定的跨距内数值的变化所影响的[[[]刘丽.接触网零部件手册[J].北京:中国铁道出版社,2017,14(4):7-13.]]。在一般的温度下,和均无限接近于常数(将冰、风等附加负载变量排除在外),但是是没有发生变化的,然而其大小是受到补偿设备设定的影响。

  在温度变化的情况下,此时会导致接触线以及承力索有线性延伸的情况。为确保其顺畅工作,不会有最高温度,由于补偿器掉落到地面而导致补偿效果丧失,并且由于皮带轮的卡死而在最低温度下发生事故。坠砣在安装上,其高度可以叫做是完全补偿链状悬挂安装高度曲线。在记性具体计算上,要进行安装距离的计算。对于其和下面地面之间的距离计算,主要是通过安装高度来进行管控,所以在进行计算上,针对安装曲线的表述,代表的是坠砣串底部至基础面(钢筋混凝土支拄为至地面)的高度,那么在计算上,使用的公式应该是:

  =+θ+α()式(4-6)

  θ+α式(4-7)

  将国内外资料和各项工程经验整理概括相关的信息和指数在表4-5里进行了表述。

  表4-5导线新线延伸系数

  4.4接触线跨距许可长度的计算

  受到强风的影响,应≦500mm(在线路直线区段不0),≦450mm(在曲线区段)。链状悬架接触线的风偏受很多因素的影响,其中链状悬架的结构是其主要的因素,导线参数(材料和形状),接触线的受力状态以及承重电缆,风荷载和接触线的拔出值等。

  跨度代表的是临近支柱距离。在进行距离的界定上,会有很多问题,比如经济问题,或是技术问题等等。这也成为我们在设计中必须要关注的内容。在进行跨度概念的解读上,会从两方面进行分析,分别是经济和技术。仅从经济角度确定的跨度就是经济跨度;同样,符合技术方面标准的则属于技术跨度。技术范围依据接触线受到横向水平力时受电弓中心线的可控范围内的误差所影响。对于不复杂的接触悬挂而言,松弛也是其中一个很关键的要素。一般来说,在表现上,经济要比技术跨度更大。所以在研究上,核心是技术跨度。

  确定跨度长度在经济上是合乎需要的,以实现较低的投资和运营成本。

  1、若是直线区段,那么在进行接触线的布置上,采取的布置方式是等之字。那么在这样的情况下,针对最大跨度的计算,公式应该是:

  式(4-8)

  式(4-9)

  2、若是曲线区段,则进行最大跨度计算时,采取的方式为:

  式(4-10)

  3、在缓和曲线上,最大跨距由下式确定。

  式(4-11)

  以上各式中,―最大风偏移值(m);

  ―最大许可跨距长度(m);

  ―当量系数;

  ―接触线单位长度风负载kN/m);

  ―接触线张力(kN);

  ―接触线之字值(mm);

  ―支柱挠度,可以忽略;

  ―所在曲线区段半径(m);

  ―缓和曲线长度(m);

  ―直缓点至观测点的距离(m)。

  4.5链形悬挂锚段长度的计算

  为充分确保电源以及机械需求的达成,一般会合理进行悬链线的区分。而且在划分上,要求不同段是独立存在的,其被称作锚段。之所以要划分,目的是进行补偿器的加入。。接触线间的张力差和从中心锚结与补偿设备的张力是影响锚段的长度的主要因素之一。张力增量是一种是指温度变化和补偿器工作时,接触线和定位器的挠曲和运动,因此位于接触线和定位器的固定点处之间的张力不一样。在现阶段的进程中,张力差值≦±15%。

  1、吊弦造成的张力增量

  对于直线部分来说,在温度变化情况下,接触线也拉长,并且接触线中的张力由于悬架线偏移而变化。通过以下公式计算:

  式(4-12)

  2、张力增量

  由定位器的偏移引起的由接触线引起的张力增加可通过以下公式计算:

  式(4-13)

  5接触网平面设计基础

  5.1概述

  接触网在进行设计的过程中,具体涉及到的是:接触悬挂类别的界定,支柱类别、数量以及安装位置,划分锚段,合理进行提取值界定,进行地质条件分析,进行水平板设置,完成道岔组区域的放大图;桥梁和隧道的设置和布局;回油管,吸油回油管,正馈线和其他附加电线的设置和安装状态等。

  接触网的图形设计分为多个方面,如车站,断面,桥梁和隧道的设计。论文的核心是针对哈尔滨至绥化铁路的接触网进行设计。

  5.2区间接触网平面设计

  区域间联系网络的布局的主要依据是线的纵剖面图以及桥梁,涵洞和隧道的图表数据。间隔计划的比例通常为1:2000。在站场中布置路段和支柱的原则很多。间隔条件相对简单,与间隔相比,站点上要考虑和解决的问题更多。

  5.2.1区间锚段长度的划分

  我们需要依据区间的实际情况来选择适当的锚段长度,接触线张力增量值≦15%时,承力索张力增量≦10%。但有时很有可能只是理论上顺应了技术的需要,但在最终的锚段中会出现不适应的情况,为此需要明确:

  5.2.2区间支柱的平面布置

  支柱布局一般是在站点两侧锚定位置,若其比站场有更早支柱布置,则锚固区段的联合位置应保留在车站的两端,并且有可能在此位置进行调整和更改。

  支柱应尽可能以最大跨度排列,彼此相近跨度之间的差值应≦小跨度的1/4。在单线部分,悬链支柱应在曲线外侧安装悬链支柱。过渡曲线属于r值变动曲线的一种,并且安装位置同单线部分。在直段上,支柱应该在管线右侧沿着下行方向安装。因为其左侧通常情况下回表明公里以及弯道举升点等一些抗干扰的设备。

  5.3相应说明

  5.3.1侧面限界及拉出值

  现场中,在将跨度数值确定下来时,其绝对坐标也随之确定。为了实现铁路平稳运行这一目标,所有内部构造和相应的其他电气装置均不能跳脱出铁路通行限制。根据《标准轨距铁路建设限值》国际GBl46.2建筑物逼近极限如表5-1所示,接触线拉出值选用表如表5-2所示。

  表5-1支柱侧面限界选用表

  表5-2接触线拉出值选用表

  5.3.2支柱类型

  在立柱类型栏中,应注明每根立柱材料模型的容量,高度和数量。支柱的种类分为钢型和钢筋混凝土型。钢型主要应用在站场,钢筋混凝土型主要用于路段。悬链支柱应尽可能使用应力增强的混凝土支柱。

  具体的选择方法和依据,请参见第二章第四节和第四章第六节。

  5.3.3地质情况

  土壤承载压力表达方式为:

  1、允许承压力

  其为土壤最基础的力学性质表现之一。其代表的是土壤的承载力。150kPa里“-”、“+”分别代表的是区段挖方、填方。

  2、安息角

  表述的是砂性土自然坡度角,在一些情况下也可以用该指标进行土壤抗剪强度的表述。比如。在进行相应正负号的意义表述上,和前面的表述一致。在表5-3里所表述的是不同对应关系。

  表5-3承压力与安息角对应表

  允许承压力(kPa)100 150 200 250 300

  安息角(°)17~20 30 35 40 40以上

  5.3.4基础(横卧板)类型

  1、钢柱基础

  钢柱在进行建造上,主要是通过混凝土浇筑的方式完成。

  在钢柱基础筛选上,采取的指标一般是立柱类型,承载力,地质条件和管线状态等。

  2、横卧板

  在进行我国电气发展过程中,立足国情出发,在进行电气设立上,钢筋混凝土由于有较多出色优势,所以在市场应用上较为广泛。当使用该材料时,为实现了增加其横截面与土壤的接触面积,降低支柱的倾覆几率,同时提高其稳定性。松散土壤段中的钢筋混凝土臂支撑支柱应根据支柱的承载能力,地质条件和路线条件配备水平板。

  6哈尔滨—绥化接触网平面设计

  6.1原始资料

  6.1.1气象资料

  在此设计中,选择的是哈尔滨-绥化区间。这个区间所在的位置是我国黑龙江地区。是东北区域。所以在进行气象数据的是应用上,要结合东北地区的气象条件来进行相应的分析。哈尔滨到绥化区间的基本气象条件基本上可以从表4-1上确定,具体内容参考表6-1。

  表6-1哈尔滨至绥化区间气象条件

  最高温度40℃最大风速25m/s

  最低温度-40℃覆冰时风速10m/s

  最大风速时温度-5℃安装风速10m/s

  安装温度-10℃覆冰厚度及密度5mm 900

  6.1.2线路资料

  本次设计选择的哈尔滨至绥化段是交通部第一勘察设计院设计的哈尔滨至伊春段第二条线路施工图的一部分。它包含哈尔滨至绥化线的水平和垂直截面,双线截面的线规,现有线(单线)千分表以及沿线的电缆管道的埋入位置。

  1.从该结构图可以看出,哈尔滨到绥化的间隔包含三个曲线段,如表6-2所示。括号中的数字表示双线曲线部分的两个部分不同。

  表6-2哈尔滨至绥化区间的曲线段

  半径曲线长度缓和曲线长度

  曲线区段1 2500 544.64 129

  曲线区段2 5000 412.46 79

  曲线区段3 2500 633.73 118

  2、结合施工图的信息,在该施工路段中,其共计有6个不同样式的涵洞,4个道路立交(平交路口),2座小型桥和2座中型桥(长41m)。

  3、地质资料:安息角30°。

  6.2设计计算(调整校验)

  在哈尔滨至绥化段的平面设计中,为了准备该段接触网的最终布局,进行了一些必要的设计计算(验证)其中的重中之重就是进行气象条件和负荷的分析与计算。

  在上一节中,详细介绍了从哈尔滨到绥化区间的气象条件。在这部分不针对气象条件进行计算分析,而是结合其它方面要素作出计算分析。

  6.2.1全补偿链形悬挂的安装曲线计算

  1、全补偿链形悬挂中,在没有冰附着其表面时,此时接触线呈无弛度状态,那么在进行承力索弛度的计算上,应该是:

  ==

  式中,——锚段内的实际跨距值;

  ——承力索换算张力;

  ——承力索最大许用张力;

  ——链形悬挂合成自重负载;

  ——链形悬挂换算负载。

  其中,我们在设计时可以把接触线的张力和承力索的张力当作一个常数,可以不随天气的变化而变化。我在本次设计中把哈尔滨至绥化区间所使用的承力索和接触线的型号分别用作TC120和CTHB—120。

  承力索的每米的重量是=1.061kg/m,接触线的每米的重量是=1.069kg/m。g=0.5×10-3kN/m。

  悬挂自重负载:

  =(1.061+1.069)×9.81+0.5×10-3

  =21.395×10-3kN/m

  在设计中锚段内跨距的标准取值有=50m,55m,60m,65m。

  由此可得=0.2510m,0.3214m,0.4150m,0.4946m。

  2、安装曲线值的确定

  、值所表述的是极限情况下,坠砣串安装高度。其目的是确保补偿装饰能够基于预期实现其作用发挥。所以结合式4-6和4-7,则、值的计算方式是:

  =+θ+α()

  θ+α

  式中,—坠砣串底部至基础面(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);

  —半个锚段的长度(m);

  θ—线索的延伸率,承力索取,接触线取;

  α—承力索或接触线的线胀系数();

  —补偿滑轮传动比;

  —安装时大气温度(℃)。

  、最小值=0.3m、=0.3m,2,α=/℃。

  结合本文的设计来说,在目标区间,哈尔滨-绥化,其共计进行了四个锚段的划分,对应的长度是1685m,1525m,1465m,1625m,取值是其一半。结合上面的分析,在进行安装温度指标的界定上,=-10℃。

  结合式4-6以及4-7,那么:

  (1)当锚段长度为1685 m时:

  =

  (2)同理当锚段长度分别为为1525m,1465m和1625m时:

  =

  。

  6.2.2最大跨距许可长度的校验计算

  哈尔滨-绥化区间在进行电气设计上,其过程中不仅有直线,同时也会有曲线,所以在进行跨距的计算上,要针对直线以及曲线分别进行对应的计算分析。

  1、直线区段跨距长度的验证计算

  直线区段,所以跨距在进行设计上,其能够和具体实践契合就可以。

  结合式4-8,针对直线区段跨距长度展开对应的计算分析。

  式中参数说明:

  (1)是当量系数,其在进行取值上,一般是-,针对本文的计算来说,在进行分析上,针对其取值,设定是;

  (2)代表的是接触线最大张力,结合本文设计的需求,考虑到区段的具体情况,为此在进行选择上,为CTHB-120型银铜接触线,=15kN;

  (3)是直线区段拉出值,=;

  (4)是支柱扰度,在进行本文的计算分析上,无需考虑该指标。

  (5)为接触悬挂单位长度所受风负载,其取值可以结合公式4-4获取。

  为风速不均匀系数,结合表5-2的内容,=;K是风负载体形系数,结合表5-2查表的内容,K=;为线索直径,=;为设计计算风速,由于考虑到区段是在我国东北地区,所以在进行风速的取值上,本文是选择了最大的风速,即25m/s。

  所以可得:

  kN/m

  (6)是实际跨距值,在进行其取值的设定上,结合经验分析,设定其是65m,这也是最大跨距。基于该取值展开相应验证计算。

  结合式4-4,=65m,则最大风偏移值应该是:

  =<

  针对直线段的设计,考虑到哈尔滨至绥化区间的具体情况,为此在进行跨距的筛选上,本文设定的标准跨距是65m、60m、55m,同时也进行了少于65m的非标准跨距的设计。结合相应的结果计算,证实了所筛选的跨距能够和接触网设计的相关技术标准契合。

  2、曲线区段跨距长度的验证计算

  对于曲线区段而言,在进行跨度选取上,其会受到多方面要素的综合影响。因此,在曲线区段。

  在进行曲线区段跨距长度的验证计算上,本文是结合式4-10完成。

  式中参数说明:

  在上述公式里,参数的设计基本和直线段一致。但是需要提出的是,曲线区段值是曲线之字值,为此在进行相应数值选取上,要结合曲线半径相数值来进行相应的判定。

  并且由于小半径对于曲线来说是最需要人注意的,所以我在验证计算过程中尤为计算的就是小半径曲线的风偏移值。

  为此,R=2500m,=150mm。=55m,针对以上取值进行验证计算。

  =55m,最大风偏移值:

  =<

  针对直线段的设计,考虑到哈尔滨至绥化区间的具体情况,为此在进行跨距的筛选上,本文设定的标准跨距是55m、50m,同时也进行了少于55m的非标准跨距的设计。结合相应的结果计算,证实了所筛选的跨距能够和接触网设计的相关技术标准契合。

  6.2.3锚段长度的校验计算

  结合本文的设计来说,在目标区间,哈尔滨-绥化,其共计进行了四个锚段的划分,对应的长度是685m,1525m,1465m和1625m,取值是其一半。结合上面的分析,在进行计算上,使用式4-12来进行锚段的计算验证。

  式中参数说明:

  (1)为接触线单位长度自重负载(kN/m),取值基于式5-2实现;

  (2)为由中心锚结至补偿器间距离(m),=1685/2=842.5m;

  (3)吊弦长度,取平均值,,为最短吊弦,取值是0.25m;

  (4)α为承力索或接触线的线胀系数(),α=/℃;

  (5)为平均温度与计算之差,平均温度=℃,==30℃;忽略。

  结合式4-12,若忽视其它因素,仅进行温度变化因素分析,则接触线的张力增量是:

  kN

  =kN%15=kN

  所以由上面的计算结果可以知道该锚段的选取均符合接触网设计中的技术要求。

  6.2.4支柱容量的校验计算

  在针对支柱容量的验证上,结合所选区段,其主要是直线,所以不需要进行曲线力的计算。

  ―支柱地面以上的高度(m),=9.2 m

  ―接触线至地面的高度()(m);

  本设计中可取为:

  ―接触线工作高度(m);本设计中可取为:=6000mm

  ―承力索至地面的高度()(m);

  本设计中可取为:=6800+1100=7900mm

  ―接触悬挂结构高度(m),本设计中可取为:=1100mm。

  ―悬挂点至支柱中心水平距离(m);

  支柱=413 mm,16型号拉杆,长度1600 mm,质量2.79kg

  所以,本设计中:

  接触线、承力索质量分别是1071kg/km、1058 kg/km,吊弦自重0.5×kN/m。则:

  =(1070+1388)kg/km×9.81m/s2+0.5×kN/m m

  =897N

  ―接触悬挂支持及定位装置的重量(N);

  本设计中:接触悬挂包括

  腕臂,选型号,长度为2750 mm,质量为11 kg;

  拉杆,选16型号的,长度为1600 mm,质量为2.79kg;

  定位管,选型号,长度为700 mm,质量为1.12 kg;

  定位器,选型号,长度为960 mm,质量为1.51 kg;

  QBN1-25型棒式绝缘子,质量为16.0 kg;

  XWP2-6防污型绝缘子,总质量为5.5 kg×3=16.5 kg;

  所以,=(11+2.97+1.12+1.51+16.0+16.5)kg×9.81 m/s2=479.905 N。

  ―支柱侧面限界(m);

  由表4-3可知,直线段,=2.5 m

  ―支柱地面以上本身承受的风负载(N);

  由下式可知:

  查表4-3得=0.6,支柱的迎风面积为2.11m2,=25m/s。

  则=0.615×0.6×2.11×252×10-3=487N

  ―接触线的风负载(N/m);

  由第四章第二节可知,接触线单位长度的风负载为

  =(kN/m);

  所以,=()==193.725N

  ―承力索的风负载(N/m);

  承力索的计算直径为15.8mm

  则

  =235N

  ―接触线的“之”字力(N);

  支柱处的拉出值=300mm,=15kN,

  ===36.49m

  则==493.286N

  ―承力索的“之”字力(N)。

  =19.6kN

  则==483.420N

  ―下锚支接触线的下锚力

  可知:

  式中,=15kN,=2.5m,=39.66 m

  则kN

  ―下锚支承力索的下锚力

  可知

  =19.6 kN,则=1.754 kN

  6.3设备选择及设计参数

  1﹑哈尔滨-绥化区间接触网设计的设备包括:

  表6-1本设计采用的设备表

  接触线CTHB—120拉杆16 14 T18

  承力索TJ—120定位管—960正—700反1—3200 1—2350

  支柱H60/9.2 Hm60/9.2 HL60/9.2 H78/9.2定位器2×

  横卧板1—Ⅱ2—Ⅱ腕臂1—2.75 2

  1—3.15 2—3.15

  2﹑哈尔滨-绥化区间接触网设计的参数包括:

  表6-2本设计采用的参数备表

  侧面限界2.50m(直线)

  2.60m(曲线)拉出值

  300mm(直线)

  150mm(曲线)

  接触线工作高度6000mm结构高度1100mm