接触线风偏移计算与跨距确定.ppt

电气工程系精品课程接触网,主讲人： 王毅非 吴卫伟,第五章 接触悬挂风偏移及跨距值的确定,第一节 前 言,本讲主要内容 一 选择跨距大小需要考虑的因素 二 简单悬挂风偏移的计算方法 三 链形悬挂风偏移的计算方法,跨距的取值应考虑的因素：,跨距的大小与接触悬挂弹性、接触线磨耗、接触线风偏移有密切关系。 跨距偏大，跨中弹性偏大、弹性差异系数偏大、跨中接触线的磨耗偏大，接触线的疲劳应力增加，疲劳断裂的概率随之增加； 跨距偏小，跨中弹性与定位点弹性差异降低，接触悬挂的弹性均匀度增加，但一方面不经济、另一方面增大产生硬点的概率，定位点磨耗增大，对受流不利，同时接触线寿命缩短。因此，在大跨距和小跨距之间有一个最佳跨距问题，研究和实践都表明，在高速接触网中采用60m跨距较为合理。,第一节 前 言,8 线路状况（横断面、纵断面） 9 机车的横向摆动量：取决于轨距及游间距、曲线半径及外轨超高（过渡超高、超高不足）、横向跨顶高差和公差不足。 10、支柱型号与材质,第一节 前 言,客运专线设计暂规对跨距的规定： 1 正线接触线对受电弓中心的最大风偏不宜大于400mm；直线困难地段不 得大于500mm； 2 相邻跨距之差不得大于10m； 3 简链的标准跨距为5055m；困难：60m； 4 弹链的标准跨距为5560m；困难：65m；,相关规范：,05版设规： 1 最大65m； 2 两相邻跨距之比不宜大于1.5：1，桥梁、隧道口、站场咽喉区等困难地段 不宜大于2：1； 3 山口、谷口、高路堤等风口地段，绝缘锚段关节和分相所在跨距均应比正 常跨距缩小510m。,第一节 前 言,精确分析、建立分析模型很困难 1 风负载是时间和距离的函数，但如何表述这一 函数？ 2 风对导线的作用过程、机理、状态难于定量描 述。 基于以上两点，通过考虑最大风偏来确定的跨距 应为一个概率跨距。,确定跨距的理论基础：,第一节 前 言,1 技术要求：接触线在最大风速情况下能满足受电弓取流。 2 计算方法：静力学分析法，按给定的最大计算风速，计算接触 线在水平面内的最大偏移，由此确定最大跨距的取值。 3 假设条件： （1）只考虑极限条件下风对接触线的作用，将这一状态作为静止状态来分析，不考虑动态过程； （2）只考虑水平吹动的极限风速，不考虑风速的变化； （3）不考虑补偿对导线弛度的影响，即假定悬挂线索在支柱定位点死固定； （4）不考虑导线在风作用下产生的弹性伸长。,确定跨距的理论基础：,第一节 前 言,两端固定的悬挂线索的风偏移,基本风偏移计算用图,(1) 基本风偏移,第二节 简单悬挂的风偏计算,直线区段接触线的受风偏移,跨距中接触导线任一点相对于受电弓中心线的偏移值,等之字值布置示意图,第二节 简单悬挂的风偏计算,不等之字值的接触线风偏移的计算是通过将中心线AB平移到A1B1，使其呈等之字值布置利用等之字值的处理方法 。,不等之字值布置示意图,第二节 简单悬挂的风偏计算,思考：在计算接触线风偏 移值时， 计算公式中有：支柱挠度、拉出 值、接触线张力、风负载、跨距 等参数，如何确定这些参数呢？,第二节 简单悬挂的风偏计算,由最大风偏移值计算公式，推出最大跨距的计算式如下：,第二节 简单悬挂的风偏计算,两个主要因素： 水平方向：风偏； 垂直方向：弛度 在接触网设计中，一般是先选定最大风偏移值和拉出值，计算出最大跨距值，然后利用该值验算接触网线索的弛度是否满足要求,以此检验跨距值的选取是否合理。,第二节 简单悬挂的风偏计算,第二节 简单悬挂的风偏计算,圆曲线区段接触线的受风偏移,圆曲线区段接触线的受风偏移,第二节 简单悬挂的风偏计算,线路的基本概念： 铁路线路在空间的位置是用它的线路中心线表示的。 线路中心线在水平面上的投影叫做线路平面，它反映线路的曲直 变化和走向。 线路中心线在垂直面上的投影叫线路纵断面，它反映线路的起伏 变化和高程。,缓和曲线概念：,第三节 缓和曲线的风偏计算,接触线在缓和曲线区段相对于受电弓中心线轨迹的最大偏移包括五大要素： （1）最大风时接触线的风偏移 ； （2）接触线对受电弓中心线轨迹的静态偏移； （3）线路外轨超高引起的受电弓中心对线路中心的偏 移； （4）接触线拉出值造成的负偏移； （5）最大风时支柱挠度造成的偏移。,第三节 缓和曲线的风偏计算,缓和曲线的受风偏移：,第三节 缓和曲线的风偏计算,第三节 缓和曲线的风偏计算,第三节 缓和曲线的风偏计算,链形悬挂受风状态及跨中悬挂纵断面受力示意图,链形悬挂的受风偏移与其结构形式、线材材料及形状、接触线和承力索受力、风负载大小、拉出值、线路情况均有相当密切的关系，加之承力索和接触线的相互作用，情况比简单悬挂复杂，,第四节 链形悬挂的风偏计算,(1) 平均法 分别计算接触线和承力索的风偏移，考虑到二者之间的相互影响，取二者代数和的一半作为接触线的风偏值 。,第四节 链形悬挂的风偏计算,(2) 当量系数法 在接触网设计中，链形悬挂的受风偏移一般是通过“当量理论公式”来处理的。链形悬挂“当量理论公式”是基于将链形悬挂的接触线和承力索通过吊弦的连结看成一个整体，抛开承力索和接触线间的繁琐约束，在简单悬挂风偏移计算公式中加入当量系数得出链形悬挂风偏移计算公式 。,m的取值与线材有关，新型线材的m值须通过反复试验验算。目前常用接触线，铜线取0.9，钢铝线取0.85。,第四节 链形悬挂的风偏计算,公式中几个技术参数的选取： 支柱偏移： 一般情况下，钢筋混凝土支柱可取为0.02m，钢支柱取为0.03m，最大可取到0.05m。 拉出值的取值： 拉出值的大小与受电弓滑板的最大工作宽度、外轨超高、列车运行速度有关。 拉出值的确定要考虑：应在保证安全的情况下，尽量使滑板的实际工作范围大；定位器的受力应在80N2500N之间；跨中偏移值。 考虑高速列车的摆动情况，高速客专接触网的拉出值在直线区段宜取为200300mm之间；曲线区段的取值则要通过计算确定 。,第四节 链形悬挂的风偏计算,曲线区段拉出值的计算方法：,第四节 链形悬挂的风偏计算,拉出值的参考取值 直线区段取为 300mm；高速取为200mm;R大于1800m时,取为150mm；1200mR1800m时, 取为250mm；180mR1200时, 取为400mm。,接触悬挂张力的大小应根据悬挂类型和最高运行速度来确定，在高速接触网中，主要由接触网波动速度的大小以及接触线线材的最大允许抗拉强度和安全系数确定。,京沪高速设计暂行规定规定，接触线额定张力不小于20kN。 当接触线磨耗达到25%时，其安全系数不小于2.0。,张力的取值,第四节 链形悬挂的风偏计算,影响锚段长度取值的基本因素：,（1）接触网所在地区的最高温度、最低温度和最大风速； （2）温度变化时，悬挂线索内部的张力变化情况； （3）补偿装置的结构形式及其有效工作范围； （4）由温度变化引起的接触线在悬挂点的横向位移； （5）接触导线的架设高度； (6) 锚段关节处两组悬挂间的绝缘间隙； （7）腕臂和线路情况； (8) 投资和受流质量,第四节 锚段长度的计算,确定锚段长度应考虑的基本因素,（1）温差对锚段长度的影响 温度引起线索的伸长或缩短，最高温度与最低温度差大，则因温度变化引起的线索变化量大，线索变化量大会造成整个悬挂的纵向移动，对定位装置、支持物、线索、补偿装置均产生许多负效应，因此接触网所在地区的温差是确定锚段长度应考虑的一个重要困素。,第四节 锚段长度的计算,(2) 温度变化时，线索内部张力差变化 对于补偿悬挂而言，虽然增加了张力补偿装置，宏观上讲，张力不会产生很大范围内的变化，但微观而言，在线索内部不同点上线索本身受到的内部应力并不相等，接触网线索内部间存在不同张力差，张力差需严格控制，它是决定锚段长度的一个关键因素。 为了保证弓网受流效果，张力差不应超过设计工作张力的10%,第四节 锚段长度的计算,（3）补偿装置的结构形式及其有效工作范围 安装高度、坠砣串长度、零部件尺寸和离地间距决定了补偿器的正常工作范围，张力越大，坠砣串越长，工作范围越小。就工作范围和坠砣串长度而言，滑轮传动比为1:3最好，传动比可从1:21:5,第四节 锚段长度的计算,（4）由温度变化引起的接触线在悬挂点的横向位移； 由于温度的变化，定位点和承力索安装点均会发生横向偏移，横向偏移会使线索的风偏增大，使线索内部各点产生张力差，在某种特定条件下，可能引起线索的应力集中，增加支柱负载，除此而外，对接触线而言，横向偏移还会使接触线拉出值产生变化，使定位器的受力产生变化，特殊情况下，有可能使定位钩与定位环之间产生较大的剪切应力。 对于锚段关节，由于两组悬挂随温度变化的方向是相反的，横向偏移过大将使两组悬挂的线间距和设备间距难以保证，绝缘锚段关节处有可能因此而发生电击穿现象。,第四节 锚段长度的计算,（5）接触导线的架设高度 导线高度高，支柱也需更高的高度，从而使补偿坠砣的工作空间增大。在相同条件下，导高降低，补偿器的工作范围减小，则须靠缩短锚段长度来保证补偿器的正常工作。 （6）腕臂长度和线路情况对锚段长度的影响,第四节 锚段长度的计算,（7）投资和受流质量 在一定区段，锚段长，相应的锚段关节小，投资偏少，节约成本，但不能满足张力差和偏移的要求；锚段短，在一定长度内的锚段关节增加，投资增加，弓网受流的薄弱环节增加。运营维护的安全性变差，运营成本增大。,相关规范：,高客设计暂规规定： 正线区段，锚段长度不宜大于2X700m。 个别困难地段不宜大于2X750m。 05版设计规范 接触网锚段长度应根据补偿的接触线和承力索的张力差、补偿器形式以及补偿导线的高度等综合因素确定，接触线和承力索的张力差均不得大于其额定张力的正负10%,第五节 张力差的计算,假设条件： 1 锚段内各跨距长度相同； 2 吊弦的长度相同，均为吊弦在跨距内的平均值； 3 吊弦重量分布均匀，其负载集中于支柱定位处； 4 吊弦线夹不滑动。,半补偿链形悬挂张力差分析,第五节 张力差的计算,第五节 张力差的计算,吊弦张力差分析用图,（1）吊弦偏斜引起的张力差计算,第五节 张力差的计算,第五节 张力差的计算,第五节 张力差的计算,（2）定位器偏移引起的张力差计算,第五节 张力差的计算,第五节 张力差的计算,该结论适用于曲线区段定位器形成的张力差。,第五节 张力差的计算,在直线区段，如果定位器交替安装(正反定位交替安装)，其形成的张力差相互抵消，因而不用计算定位器引起的张力差。但当出现定位器全部受拉的情况时，其计算式如下：,第五节 张力差的计算,任何一组接触悬挂引起的张