接触网技术课程设计报告——京沪网悬挂类型的选择

自动化与电气工程学院接触网技术课程设计接触网技术课程设计报告班 级： 电气 学 号： 姓 名： 指导教师： 评语： 年 月 日1.基本题目1.1 题目高速电气化铁路悬挂类型设计；参考高速电气化铁路接触网京沪高速铁路接触类型。1.2 题目分析目前，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。其类型就现有情况而言，有弹性链型悬挂、简单链型悬挂、复式链型悬挂（或称双链型aa悬挂）。本文结合所学高速电气化铁路接触网课程参考国外高速接触网的发展状况，运营经验以及不同国家的弓网受流质量评价标准，对上述三种链型悬挂类型进行了较为全面的技术经济比较，并简单分析了我国京沪高速宜采用简单链型悬挂方式的原因。 2.题目：高速电气化铁路悬挂类型设计2.1国外高速接触网的发展状况国外高速接触网悬挂类型基本上也可归为三类：即以日本为代表的复链型悬挂，以法国为代表的简单链型悬挂和以德国为代表的弹性链型悬挂1（见下页图）。从国外高速接触网的发展情况来看, 总的趋势是:(1) 尽可能地简化接触网的结构, 以提高接触网的可靠性。(2) 在材质一定的条件下, 尽可能地提高接触线的张力, 以提高接触线的波动速度提高运营速度。（3） 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。2.2关于弓网受流质量的评价标准日本、法国、德国以及欧洲铁路联盟对弓网受流质量的评价标准不尽相同, 见表1（下页）。对比分析日、法、德及欧铁联盟的受流质量评价标准2可知:（1） 提高接触线的波动传播速度,是提高列车运营速度的最有效途径。对于这一点,各国的认识是一致的。（2）日、法、德三国对离线率及离线电弧的控制均较严格,如离线率一般不超过5% ,一次离线的最大时间不超过200ms。国别评价项目评价要点日本接触线的波动传播速度最高运营速度与接触线波动传播速度之比控制在70%以下离线及离线率一次离线时间不应大于200 ms, 离线率最好不超过5%, 在最差的情况下, 应不超过20%导线的最大允许抬升量180 mm导线的应力在设计中应妥善处理使用应力与疲劳振动关系法国速度超过250 km/ h 时, 受流质量与接触网的弹性均匀度关系不大, 而更大程度上取决于接触线的振动。弹性吊索意义不大, 可以取消弹性吊索; 足够大的接触线张力可以保证良好的弓网受流。可见弧控制标准1 次/160 m接触力标准偏差与平均接触压力的比值不大于33%定位器点的允许抬高与最大抬高的比值2 倍以上德国接触网的静态弹性跨中0. 36 mm/ N( Re330)接触网静态弹性不均度8%( Re330)最大接触力( N)250( Re330)最小接触力( N)50( Re330)接触力标准偏差与平均接触压力的比值20%离线率5%以下反射因数应尽可能的小多普勒因数应尽可能的大增强因数应尽可能的小( 主要依靠提高接触线的波动传播速度来实现)欧铁联盟平均接触力( N)160( V= 300 km / h);190( V = 350 km/ h)接触力最大标准偏差0.3Fm定位器允许抬升量与最大抬升量之比值2表1日、法、德及欧铁联盟高速受流质量评价标准（3） 德国对静态弹性的不均匀度要求较高,因此认为弹性吊索是不可或缺的。虽然如此,德国在修建法兰克福科隆( Re330) 高速铁路时,隧道内接触网已不再设置弹性吊索了。据ADt ranZ 公司Bernd-w olfgangZw eig博士介绍,隧道内取消弹性吊索,主要有下列两个原因:隧道内受净空所限, 接触网结构高度仅能达到1100 mm,不利于弹性吊索的设置。隧道内跨距仅为50 m,在( 21 kN + 27 kN)的接触网张力下跨中弹性已经较小, 接触网弹性不均匀度也相对变小( 虽然如此,其值仍远超过8%的标准),因此弹性吊索的意义已经不是很大。（4） 法国对静态弹性的不均匀度未作特殊要求, 且对接触力的标准偏差控制也不是很严格( 可达33% )。但自东南线发生事故以后,对定位器结构设计的安全性非常注重,在大西洋线、北方线上采用的定位器允许抬高量达400 mm,安全系数在2倍以上。（5） 欧洲铁路联盟对平均接触力和接触力最大标准偏差作了规定,同时对定位装置的结构设计作了规定,以保证行车的安全。2.3复链、简链和弹链的技术经济比较虽然复链、简链和弹链三种接触网悬挂型式有各自的不同特点,但对于时速300 km/ h 以上的速度来说, 均能满足高速受流要求,在国外都有成功的运营实践。其技术经济比较如表2（见下页）。（1）综合比较结果复链型悬挂静态弹性不均匀度最小,受电弓的运行轨迹最平缓。但投资较高, 结构比较复杂,施工调整及事故抢修难度大。 简单链型悬挂静态弹性不均匀度较大,导致受电弓运行轨迹的平缓度稍差, 但当接触线设置适当的预留弛度时可得到明显改善。简单链型悬挂的结构最为简单, 投资最省,施工调整、运营维护及事故抢修较容易。 弹性链型悬挂静态弹性不均匀度较小,受电弓的运行轨迹也较平缓。但接触网的平均抬升量大,稳定性较差,需专门的安装测试工具,施工调整及事故抢修难度大。(2)技术比较时需要说明的几个问题2 关于静态弹性不均匀度在高速状态下,仅仅依靠静态指标来评价弓网受流 表2复链、简链和弹链的技术经济比较内容项目复链简链弹链技术比较静态弹性不均匀度小大较小动态接触力的标准偏差小较大较小定位点接触线的抬升量小较小大受电弓运行轨迹的平缓度好稍差（接触线设置预弛度时可明显改善）较好网的动态稳定性好较好差接触网的风稳定性好较好差环境温度变化对网的稳定性影响小小大零部件数量多少较多结构的复杂程度复杂简单较复杂施工的难易程度难容易较难日常维修的便利性较便利便利不便利事故抢修的难易程度难容易较难因接触网的震动引起螺栓松动的可能性小小大经济比较一次性投资高低较高运营维护费高低较高质量是不完善同时也是不科学的。静态弹性不均匀度不是影响高速受流质量好坏的决定条件, 动态接触力及其标准偏差才是弓网受流质量好坏的最终评价指标。静态弹性即使100% 的均匀, 但如果其值较大( 或者说接触线波动传播速度较小) , 同样不能实现高速受流。另外, 静态弹性无论如何均匀, 弓网间的动态接触力也是不均匀的, 而是在一定范围内变动, 具有较大的分散性。国外实际运营经验表明: 当车速超过250 km/ h 时, 受流质量与接触网的弹性均匀与否关系不大, 而更大程度上取决于接触线的振动情况。这是因为在高速状态下, 弓网间动态接触力的大小主要取决于动态分量, 即空气动力和受电弓对接触线的惯性力。空气动力与列车速度和受电弓的外形尺寸有关, 而与接触网的性能无关; 受电弓对接触线的惯性力与列车速度、接触网的弹性大小及受电弓的参数有关, 而与弹性的均匀度并无直接关系。 关于接触线的使用寿命接触线的使用寿命取决于接触线的允许磨耗。以下是磨耗( 包括电磨耗和机械磨耗) 的主要因素及简单解决办法4:最大、最小动态接触压力：磨损通常随接触力的增大而增大。其真实接触面积也随之增大，且伴随着摩擦，受到剪切的部分也相应变大，进而加大了磨损程度。主要解决办法是在允许范围内尽量提高受电弓抬升力。接触线的材质：使用硬质材料，以免固体内部产生剪切。接触网的振幅：接触网的振动主要会引起接触线的波状磨损，为防止波状磨损，在线盘上采用横向盘绕接触线的方法（以降低接触线的初始凹凸）和增加受电弓滑板的宽度（缓和波状磨损的生成），并在重叠处按照适当的高度架设接触线。列车运营速度：主要涉及到电弧对接触线温度的影响。机车功率大小：同上。受电弓的数量、间隔：决定摩擦时间的长短。受电弓滑板材质：滑动部位材料的组合应使用相互不易黏附的材料。受电弓的追随性能等接触网和受电弓共同组成电能传输系统, 只有在接触网和受电弓的共同作用下才能评价其性能的优劣。因此, 要想取得满意的行驶效果, 性能优越的高速接触网如果无合适的受电弓与之匹配, 不会获得满意的效果, 反之亦然。当接触网的有关参数确定之后, 接触线的使用寿命很大程度上取决于受电弓的性能。当接触网的平均弹性较小时, 接触线的使用寿命与弹性的不均匀性关系不大。以法国巴黎里昂的T GV 东南线为例, 虽然接触网采用的是弹性不均匀度较小的弹性链型悬挂,但因其受电弓使用很重的钢滑板, 因而需很大的抬升力, 在高速气流作用和接触网振动作用下, 接触力动态分量随速度以指数级数上升, 运行中产生强烈的电弧。由于动态分量增加过大, 使抬升量超过允许的240 mm范围, 曾发生了几次大的刮弓事故。综上，接触线的材质易采用铜镉合金。2.4京沪高速宜采用的悬挂方式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200250 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200250 km/ h 速度段的受流性能得到了确认, 在300350 km/ h 速度段同样能满足运营要求。从德国的经验来看, 从160330 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。对于京沪高速而言, 从受流质量要求来看, 弹链和简链均能满足要求, 但弹链施工调整麻烦, 运营维护和事故抢修难度加大, 同时弹链的稳定性不如简链。综合比较结果, 采用简单链型悬挂更适合我国的施工及维护环境。因此, 京沪高速推荐采用全补偿简单链型悬挂，具体参数如表三和图四所示。表三 京沪铁路接触悬挂的技术参数（网上收集）名 称量 值名 称量 值接触线 CuCa (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.结论与体会 课程设计是培养我们综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题的能力以及锻炼实践能力的重要环节,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程.在此次课程设计中，我们锻炼到了方方面面。通过对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，我们最终选择简单链型悬挂为京沪高速的悬挂类型。 在课程设计的起初阶段，我们感觉破题很棘手，问题的关键是我们不知以何作为选择悬挂的依据。后来，经过大量的查阅资料，我们找到了设计的依据，便是：通过对国外一些成功的悬挂类型的分析比较，再结合我国的国