接触网课程设计

接触网工程课程设计报告接触网工程课程设计报告 评语 评语 考 勤 10 守 纪 10 设计过程 40 设计报告 30 答辩 10 总成绩 100 专专 业 业 电气工程及其自动化 班班 级 级 01 姓姓 名 名 学学 号 号 2 指导教师 指导教师 兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州交通大学自动化与电气工程学院 20132013 年年 7 7 月月 1515 日 接触网工程课程设计报告 0 1 设计资料 1 1 题目 高速电气化铁路接触网悬挂模式设计 设计时速为 300 km h 高速电气化铁 路接触网在无外界因素影响下的悬挂模式 1 2 要完成的内容 对各种悬挂模式进行分析比较 确定适合高速运行接触网的悬挂模式 选择 接触线 承力索 吊弦 弹性辅助索等的型号 计算其张力 进行张力补偿的设 计 2 问题分析 现代高速铁路大多数都采用电力牵引方式 作为牵引供电系统的主体 接 触网 其性能的优劣直接决定着电力机车受电弓的受流质量 最终影响列车的运行 速度与安全 目前 世界各国为满足高速受流的要求 都根据自己国家高速铁路 规划的动力装置和受电弓的结构及性能的不同 而采用了不同的悬挂类型 悬挂 类型是高速铁路接触网设计和施工的最基本参数 高速铁路接触网对悬挂类型的 要求 是能够提供良好的受流质量 寿命长 少维修 故障率低 同时应该有较高 的性能价格比 目前国外高速铁路接触网大体有三种悬挂类型 以日本为代表的 复链型悬挂 以德国为代表的弹性链型悬挂和以法国为代表的简单链型悬挂 3 高速电气化铁路悬挂类型设计 3 1 不同类型接触网悬挂的分析比较 日本的东海道新干线及东北上越 山阳等新干线 采用的是复链形悬挂 复 链型悬挂图如图 1 所示 但是这种悬挂类型一次性投资太大 而且因为结构复杂 组成零部件太多 导致接触网运营的维修费用贵 发生事故时抢修难度大 运输中 断时间长 承力索 接触线 吊弦 图 1 复链型悬挂图 德国高速铁路接触网一直采用弹性链型悬挂 如图 2 所示 在总结 Re75 Re100 Re160 三种标准的基础上 形成了 Re200 Re250 和 Re330 标准系列 接触网工程课程设计报告 1 Re 表示为标准接触网 后边的数字为在该标准接触网形式下列车可运行的最大时 速 弹性链型悬挂带有弹性吊索 而弹性吊索的设置需要相当精确的计算和一套 严格的施工程序 其调整工作非常麻烦 而且很难进行检测 再加上弹性吊索本身 的长度和张力是随着温度发生变化的 要想保证它在各种温度条件下不使附近的 接触网变形 是一件相当困难的事情 承力索 吊弦 接触线 图 2 弹性链型悬挂图 法国在其建的大西洋新干线上试验运行速度达到515 3 km h 在其新建的大 西洋新干线上采用不带弹性吊索的简单悬挂 接触网采用CU150 机械张力加大到 20KN 运营速度为300 km h 1993 年开通的北大西洋新干线采用的仍为简单链 型悬挂 如图3所示 吊弦承力索 接触线 图 3 简单链形悬挂图 从各国的发展情况来看 总的发展趋势是尽可能地简化接触网的结构和提高 接触线的张力 从而提高接触网的可靠性和运营速度 积极研制和开发与接触网 参数及运营速度相匹配高速受电弓 综合以上对国际上技术比较先进的日本 德国 法国的接触网悬挂结构的 分析 复链型悬挂 弹性链型悬挂 全补偿简单链型悬挂均能满足高速运营的需要 从受流质量来看 复链型悬挂无疑是最好的 但从经济的角度讲 复链型悬挂使支 柱高度 隧道净空增加 一次性投资极高 出事故后难以恢复 因此选择弹性链型 悬挂 3 2 我国高速铁路宜采用的悬挂方式选择和设计 以京沪高速为例 鉴于复链型悬挂结构太复杂 投资太高 国内尚无成熟的设 计 施工和运营经验 故不宜在京沪高速中推荐采用 从悬挂方式对速度适应性 接触网工程课程设计报告 2 的发展历程来看 四十年前东海道新干线 210 km h 采用复链型悬挂 当时人们认为 200 km h 速度应采用弹性均匀的复链型悬挂 现在 我国广深 秦沈 200 250 km h 运行速度采用简链就已经达到了令人满意的受流效果 再从法国的经验来看 300 km h 的简链接触网已经使用了十几年 350 km h 的简链接触网也已投入运行 这说明简链不仅在 200 250 km h 速度段的受流性能得到了确认 在 300 350 km h 速度段同样能满足运营要求 从德国的经验来看 从 160 330 km h 速度 弹链的使用已经有了成熟的经验 受流质量同样满足要求 弹链和简链在高速领 域均有出色的受流性能 主要原因是两种悬挂都加大了接触线的张力 提高了接触 线的波动传播速度 并有追随性能优越的受电弓相匹配 因此采用弹性链型悬挂 表1 京沪铁路接触悬挂的技术参数 名 称量 值名 称量 值 接触线 CuMg mm2 150最大跨距 m 63 接触线张力 KN 15正线相邻跨距之比1 15 1 承力索 Bz mm2 65结构高度 mm 1400 承力索张力 KN 15 8 5 出站 接触线高度 mm 5650 6000 最短吊弦 mm 600 500 350补偿装置铝合金大滑轮装置 3 3 接触网线索选择 3 3 1 接触线 接触线是接触网的主要组成部分 接触线的材质 工艺及性能对接触网起着 重要作用 要求它具有较小的电阻率 较大的导电能力 要有良好的抗磨损性能 具有较长的使用寿命有高强的机械性 具有较强的抗张能力 我国电气化铁路建 设在几十年的发展中 采用了多种类型接触线 并随着世界高速电气化铁路的不 断发展 又不断研制开发了新型接触线 我国电气铁路建设初期 采用的是铜接 触线 20世纪70年代我国研制了以铝代铜的钢铝复合新型接触线 为了解决钢表 面锈蚀的问题 我国又开发研制了内包钢的GLCN型钢铝电车线 随着电气化铁 路的大幅度提速和高速电气化铁路的建设 20时间90年代我国又研制了CTHA 110型 CTHB 120型银铜合金接触线 这种接触线既保留了耐磨性能和抗张性能 好的优点 又提高了它的抗腐蚀性能 可相应延长使用寿命 具有较好的受流效 果 3 3 2接触线材质性能的综合选型 接触网工程课程设计报告 3 各国高速电气化铁路设计中都十分注意研制 选择和使用新型接触线 并且 需考虑下诉诛因素 增大接触线张力 限制接触线横截面 提高接触线的导电率 增强耐磨耗性能 选择铜合金材质 所以 高速铁路的速度目标值为 300km h 以 上时 根据仿真研究并借鉴国外经验 对其接触线材提出以下倾向性意见 1 张力 25 30kN 2 线密度 1 1 1 2kg m 3 机械强度 60 70 2 N mm 4 拉断力 70 85kN 导线截面按 2 mm120 5 导电率 80 85 IACS 高温下机械强度的降低率在10 以下 耐磨和耐腐蚀性能与铜电车线相当 这样的接触线材所构成的接触网 当运行速度为300km h时 导线的波动传播速 度520 595km h范围内 列车速度和接触线波动传播速度之比为0 59 0 67 因此选 择银铜合金接触线 3 3 3 承力索选型 承力索的作用是通过吊弦将接触线悬挂起来 承力索根据材质一般可分为铜 承力索 钢承力索 铝包钢承力索三类 根据仿真研究 承力索对接触网的受流质量没有明显的影响 对承力索线材 的选取需综合考虑载流量 接触线影响和结构高度等因素 1 承力索材料 为减少由于承力索与接触线线胀系数不同而引起的吊弦顺线路偏斜 张力增 量加大等 承力索的材料应该与接触线相同 2 承力索张力 从受流角度来讲 对于 200km h 以上的铁路 为满足对隧道 跨线建筑物净 空的要求 承力索的张力取 20kN 为佳 3 承力索截面积 牵引网的最大电流将达到 1000A 考虑载流 承力索截面积不宜小于 2 mm120 铝包钢承力索是铝覆钢线和铝线姣合而成 主要以铝覆钢线中的钢芯部分承受张 力 覆铝层和率线截流 导电性能好 机械强度和抗腐蚀性能好 GJ 表示钢绞线 数字表示承力索的标称截面积 因此承力索选择 GJ 100 3 3 4 吊弦选型 在高速接触网接触悬挂中 吊弦是其中的主要环节 为适应高速的要求 吊 弦向整体式和轻型式发展 因此选用整体吊弦 4 接触线张力计算 接触网工程课程设计报告 4 经过以上的讨论 我们接触线选择银铜合金接触线 CTHA 承力索 GJ 100 整体吊弦 取列车实际运行速度 V 300km h 0 65 根据公式 V pC 得波动速度 pC V 461 5km hpC 其中 V 实际运行速度 km h 波动速度 km h pC 无量纲系数 一般取为 0 65 0 70 由公式 Cp T m 式中T m 分别为接触线的张力 N 及接触线的单位长度的质量 kg m 分别为接触线的应力 N mm2 及接触线密度 kg m mm2 因此接触线张力为 2 6 3 p CmT kN 9 16 T 5 承力索的张力计算 承力索选用标称截面积为的 GJ 100 查询得该承力索最大允许使用 2 mm150 张力为 kN37 86 则接触线无驰度时的张力近似为 maxcc TT 37 8675 0 cT kN78 64 cT 式中 承力索张力 c T 无量纲系数 对于铜承力索其值为 75 0 承力索最大允许使用张力 maxc T 6 张力自动补偿装置 张力自动补偿装置有许多种类 有滑轮式 棘轮式 鼓轮式 液压式及弹簧 接触网工程课程设计报告 5 式等 日本采用的是变比鼓轮补偿装置 德国采用的是棘轮补偿装置 法国采用 的是滑轮组补偿装置 对张力自动补偿装置的要求有二个 其一 补偿装置应灵 活 在线索内的张力发生缓慢变化时 应能及时补偿 传送效率要高 其二 具 有快速制动作用 一旦发生断线事故或者其他异常情况 线索内的张力迅速发生 变化时 补偿装置还应有一种制动功能 法国的滑轮组补偿装置制造相对简单 传动比可调 适用范围较大 是高速 铁路接触网首选的张力补偿装置 其组成 补偿滑轮 补偿绳 杵环杆 锤铊杆 限制导管和坠砣 锤铊 对于半补偿链型悬挂 承力索为硬锚 就是直接下锚 全补偿链形悬挂 接触线 和承力索均通过滑轮组补偿装置后下锚 承力索三个滑轮 张力为 15kN 传动 比 3 1 接触线两个滑轮 张力为 10 kN 传动比为 2 1 如图 5 和图 6 所示 坠 砣重均为 5kN 全补偿装置的断线制动装置是另外加设的 应给指出 各种线索 的张力值不是任意选用的 而是根据线索的拉断力除以安全系数决定的 不同材质 不同截面线索 所选用的张力不同 因而坠舵重量和传动比都会 有所变化 由于接触悬挂是露天装置 因此 大气温度对 它将产生较大的影响 在温 度变化较大时 线性伸长必须不影响张力的变化 因此 为了保证接触线和承力 索的恒定张力 应采用全补偿链型悬挂的结构 7 总结 世界各国为了满足高速受流的要求 都根据自己国家高速铁路规划的动力设 置 动力集中式或动力分散式 和受电弓的结构及性能的不同 而采用了不同的 悬挂类型 对于高速接触网的悬挂类型就其现有的情况而言 有日本高速铁路采 用的简单复链型悬挂 德国高速电气化铁路采用的弹性链型悬挂 法国高速铁路 采用的简单悬挂 为了提高我国高速铁路接触网的设计和施工水平 推动我国高 速铁路技术发展 随着社会及经济的发展 必然对铁路交通提出更高的要求 然 而 要大程度的提高列车的运行速度 接触网悬挂起着举足轻重的作用 通过对 各种悬挂类型的经济效益 技术要求以及抗环境影响能力等方面的比较 可以得 出以下结论 要尽可能地简化接触网的结构和提高接触线的张力 从而提高接触网的可靠 性和运营速度 而积极研制和开发与接触网参数及运营速度相匹配高速受