第10讲 支柱负载分析与工作力矩计算

1、接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算主讲人主讲人 董昭德董昭德西南交通大学电气工程学院西南交通大学电气工程学院2011.11.接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算一、教学目的一、教学目的 1 1 掌握腕臂支柱的常见装配结构；掌握腕臂支柱的常见装配结构； 2 2 掌握腕臂支柱负载分析的原则和方法；掌握腕臂支柱负载分析的原则和方法； 2 2 掌握腕臂支柱工作力矩的计算方法；掌

2、握腕臂支柱工作力矩的计算方法； 3 3 掌握支柱型号的选用与校验方法。掌握支柱型号的选用与校验方法。二、重点与难点二、重点与难点 1 1 重点：支柱负载的分析和计算方法重点：支柱负载的分析和计算方法 2 2 难点：下锚分力的分析与计算难点：下锚分力的分析与计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算支柱支柱软横跨软横跨硬横跨柱硬横跨柱10.1 10.1 本讲中几个重要的基本概念本讲中几个重要的基本概念1 1 支柱支柱 以腕臂作为支持悬挂主体的支柱的统称，它是相对于软(硬)横跨支

3、柱而言的。接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.112 2 支柱负载及其分类支柱负载及其分类支柱在实际工作状态下所支柱在实际工作状态下所承受的各种力的总称。承受的各种力的总称。时间特性：固定、变化时间特性：固定、变化方向特性：垂直、水平方向特性：垂直、水平10.1 本讲中几个重要的基本概念本讲中几个重要的基本概念第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11l 固定负载：只要支柱处于工作状态就一定存在的负载。固定负载：只要

4、支柱处于工作状态就一定存在的负载。l 如导线的自重、支持与定位装置的自重；如导线的自重、支持与定位装置的自重；l 直线区段因线索之字形布置产生的张力分量；直线区段因线索之字形布置产生的张力分量；l 曲线区段因曲线使线索成折线形布置产生的曲线力；曲线区段因曲线使线索成折线形布置产生的曲线力；l 因线索下锚而产生的下锚分力。因线索下锚而产生的下锚分力。l 变化荷载：只有在一定条件下才可能出现的负载变化荷载：只有在一定条件下才可能出现的负载l 如冰负载、风负载等附加负载。如冰负载、风负载等附加负载。第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算负载的时间特性负载的时间特性10.1 10.1

5、本讲中几个重要的基本概念本讲中几个重要的基本概念接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算负载的方向特性负载的方向特性垂直负载垂直负载 跨距内线索自重跨距内线索自重 跨距内线索覆冰重跨距内线索覆冰重 支持与定位装置自重支持与定位装置自重 支持与定位装置覆冰重支持与定位装置覆冰重水平负载水平负载 线索风负载线索风负载 线索因改变方向产生的线索因改变方向产生的水平分力水平分力(之字力或曲线力、之字力或曲线力、下锚分力下锚分力) 支柱风负载支柱风负载10.1 10.1 本讲中几个重要的

6、基本概念本讲中几个重要的基本概念接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.1110.1 本讲中几个重要的基本概念本讲中几个重要的基本概念第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算3 3 支柱负载分析支柱负载分析 分析支柱处于实际工作状态分析支柱处于实际工作状态下的负载分布状况，并计算这些下的负载分布状况，并计算这些负载对支柱基础面可能形成的最负载对支柱基础面可能形成的最大弯矩值，为设计、选用或者校大弯矩值，为设计、选用或者校验支柱容量提供理论依据。验支柱容量提供理论依据。接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG

7、 2011.11SWJTUDONG 2011.113 3 支柱工作力矩支柱工作力矩 以支柱基础面为计算基点的，由支柱实际工作状态、工作环境以支柱基础面为计算基点的，由支柱实际工作状态、工作环境和实际所受负载大小决定的，支柱和实际所受负载大小决定的，支柱基础面处基础面处可能出现的最大弯可能出现的最大弯矩值。单位矩值。单位 kN.mkN.m4 支柱容量支柱容量 以支柱基础面为计算基点的，由支柱本身以支柱基础面为计算基点的，由支柱本身物理结构和材质特性物理结构和材质特性所决定的，支柱所能承受的最大弯矩值。支柱容量与所处位置所决定的，支柱所能承受的最大弯矩值。支柱容量与所处位置和负载大小无关。单位和负

8、载大小无关。单位 kN.m5 支柱安全系数支柱安全系数 支柱容量与支柱实际工作力矩的比值，一般为支柱容量与支柱实际工作力矩的比值，一般为2.02.5。10.1 本讲中几个重要的基本概念本讲中几个重要的基本概念第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11 (1) 按支柱实际装配结构和所处工作环境进行分析计算； (2) 根据支柱装配图逐一计算悬挂零部件重量，注意新材料的应用； (3) 凡是安装在支柱上的线索和设备均应计算其产生的各类负载； (4) 进行力矩计算时，除找准力的大小、方向、

9、作用点以及力臂外， 还应考虑各种负载对基础面力矩的最大化可能； (5) 一般取指向线路中心方向的力矩为正值，背向线路中心方向的力矩为负值； (6) 计算曲线区段的力矩时，应恰当选取风吹方向，计算支柱处于最危险的情况；6 分析原则分析原则第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算运行风速与结构风速!10.1 本讲中几个重要的基本概念本讲中几个重要的基本概念接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11l 支柱类型；支柱类型；l 支柱安装位置和线路条件；支柱安装位置和线路条件；l 支柱的装配形式和几何尺寸支柱的装配形式和几何尺寸

10、；l 接触悬挂类型及相关数据；接触悬挂类型及相关数据；l 设计气象条件。设计气象条件。10.2 10.2 支柱负载分析应具备的条件支柱负载分析应具备的条件第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算重点讲解支柱装配形式重点讲解支柱装配形式!接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11接触网支柱的装配类型接触网支柱的装配类型(普速接触网普速接触网)第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11直线区段直线区段中间柱中

11、间柱正定位安装图正定位安装图第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11直线区段直线区段中间柱中间柱( (双绝缘双绝缘) )正定位安装图正定位安装图几种典型支柱的装配结构几种典型支柱的装配结构第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11中间柱中间柱腕臂双底座非工作支过渡安装图腕臂双底座非工作支过渡安装图几种典型支柱的装配结构几种典型支柱的装配结构第第1010讲讲 支柱负

12、载分析与计算支柱负载分析与计算用于高速过渡下锚接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11直线区段四跨非绝缘锚段关节转换柱正定位安装图几种典型支柱的装配结构几种典型支柱的装配结构第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11直线区段四跨绝缘锚段关节转换柱正定位安装图几种典型支柱的装配结构几种典型支柱的装配结构第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011

13、.11SWJTUDONG 2011.11直线区段四跨绝缘锚段关节中心柱正定位安装图几种典型支柱的装配结构几种典型支柱的装配结构第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11直线区段五跨绝缘转换柱安装图(外侧)几种典型支柱的装配结构几种典型支柱的装配结构第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11直线区段五跨绝缘锚段关节转换柱(内侧)安装图几种典型支柱的装配结构几种典型支柱

14、的装配结构第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11全补偿软横跨节点全补偿软横跨节点第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算软横跨支柱装配软横跨支柱装配接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11(1) (1) 支持与定位装置自重支持与定位装置自重 斜

15、腕臂、平腕臂、定位管、定斜腕臂、平腕臂、定位管、定位器、绝缘子及紧固件。位器、绝缘子及紧固件。 为便于习作，本教材规定：为便于习作，本教材规定：l中间柱装配中间柱装配500500N/N/套；套；l中心柱中心柱600N/600N/套套10.3 各类支柱负载的计算各类支柱负载的计算第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算 在接触网实际工程中，新材料和在接触网实际工程中，新材料和新零件使用较多，应根据实际情况具新零件使用较多，应根据实际情况具体问题具体分析。体问题具体分析。(2) 支挂与定位装置、绝缘子覆冰重支挂与定位装置、绝缘子覆冰重bSQbbbkN（） 1 1 垂直负载垂直负载接触

16、网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11(3) 线索自重和线索覆冰重线索自重和线索覆冰重10.3 支柱负载的计算支柱负载的计算第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算lnqlnqQbg01 1 垂直负载垂直负载接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.112 水平负载水平负载10.3 支柱负载的计算支柱负载的计算第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算(1) (1) 支柱风负载支柱风负载260.625(2 )10/cbZcbPKdb VkN m26m

17、ax0.62510/cVZcPKdVkNm支柱风负载支柱风负载接触悬挂风负载接触悬挂风负载附加导线风负载附加导线风负载 230.62510ZzPK S V接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11(2) 线索风负载线索风负载10.3 支柱负载的计算支柱负载的计算第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算承力索风负载承力索风负载接触线风负载接触线风负载的计算用途？的计算用途？2 水平负载水平负载接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11(3) 直线之字力直线之字

18、力10.3 支柱负载的计算支柱负载的计算第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算 定位器受到的由接触线水平张力产生的水平分力。其值应控制在802500N之间。2 水平负载水平负载接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11(4) 曲线水平分力曲线水平分力10.3 支柱负载的计算支柱负载的计算第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算曲线力分析用图曲线力分析用图2 水平负载水平负载接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11l 因下锚，线索改变了方向因

19、下锚，线索改变了方向, ,补偿张力将在转换柱处产生一个补偿张力将在转换柱处产生一个垂直于支柱的水平分力垂直于支柱的水平分力, ,这一水平分力就是下锚分力。这一水平分力就是下锚分力。l 下锚分力的计算与以下因素有关：下锚分力的计算与以下因素有关： 直线与曲线；直线与曲线； 绝缘锚段关节与非绝缘锚段关节；绝缘锚段关节与非绝缘锚段关节； 同侧下锚与异侧下锚。同侧下锚与异侧下锚。(5) 下锚分力下锚分力10.3 各类支柱负载的计算各类支柱负载的计算第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算2 水平负载水平负载接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUD

20、ONG 2011.11(a)直线区段的下锚分力直线区段的下锚分力10.3各类支柱负载的计算各类支柱负载的计算第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算2 水平负载水平负载(5) 下锚分力下锚分力接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.1110.3 支柱负载的计算支柱负载的计算(a) 直线区段的下锚分力直线区段的下锚分力第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11B B、因下锚引起的偏移值；、因下锚引起的偏移值；

21、x x、因曲线造成的偏移值；、因曲线造成的偏移值；Z Z、实际偏移值。实际偏移值。10.3 支柱负载的计算支柱负载的计算(b) 曲线区段的下锚分力曲线区段的下锚分力第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算2 水平负载水平负载(5) 下锚分力下锚分力下锚和曲线造成偏移的几何关系下锚和曲线造成偏移的几何关系接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.1110.3 支柱负载的计算支柱负载的计算(b)(b)曲线区段的下锚分力曲线区段的下锚分力第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算S

22、WJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.1110.4 10.4 案例分析案例分析第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算1 1 曲线区段某绝缘转换柱的水平负载分析曲线区段某绝缘转换柱的水平负载分析接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.1110.4 案例分析案例分析第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算异侧下锚异侧下锚)2 . 0)()()21(12110cMCcvCcZcvgHPPHPpZQQMzzjjMjvjjZjvHPHPPHPP21)2 . 0)()(21套/600kgQ )

23、(3Z当为直链形悬挂时，laTPcclaTPjj4ZlCTPxccM2 . 1lCTPxjjM2 . 1同侧下锚同侧下锚ZQQgM)21(0（后面部分与异侧下锚相同） 2 2 直线区段某非绝缘转换支柱弯矩计算直线区段某非绝缘转换支柱弯矩计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11l 支柱选型是根据计算弯矩与实际容量的比值即安全系数来确定支柱选型是根据计算弯矩与实际容量的比值即安全系数来确定的，其具体步骤如下。的，其具体步骤如下。 通常选择一个已知的同类型的支柱、根据选定支柱的结构通常选择一个已知的同类型的支柱、根据选定支柱的结构尺

24、寸和线路的气象条件、受力情况进行分析计算，求出支尺寸和线路的气象条件、受力情况进行分析计算，求出支柱处于实际工作状态时可能产生的最大力矩；柱处于实际工作状态时可能产生的最大力矩； 将计算出的实际最大力矩将计算出的实际最大力矩( (工作力矩工作力矩) )同已选支柱的容量同已选支柱的容量( (支支柱的最大允许力矩柱的最大允许力矩) )相比较，若其比值在相比较，若其比值在1.51.5至至2.02.0之间，则之间，则所选支柱合理；否则、应另选支柱重复上述计算。所选支柱合理；否则、应另选支柱重复上述计算。10.5 支柱型号选用支柱型号选用第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算接触网支柱负

25、载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11l 作业作业1 1 支柱的装配结构由哪些主要零部件组成？支柱的装配结构由哪些主要零部件组成？2 2 支柱负载的种类有哪些？请写出其基本计算式。支柱负载的种类有哪些？请写出其基本计算式。3 3 请解释支柱容量和支柱工作力矩，并说明二者有何关系。请解释支柱容量和支柱工作力矩，并说明二者有何关系。4 4 为什么要使用运行风速和结构风速的概念？为什么要使用运行风速和结构风速的概念？5 5 计算题：计算题：第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG

26、 2011.11SWJTUDONG 2011.11课 间 休 息第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.1110.6软横跨支柱负载分析与容量计算（1）只考虑支柱可能出现的最危险情况；（2）纵向悬挂及软横跨节点的垂直负荷由横向承力索承担；（3）纵向承力索的水平负载由上部固定绳承担；（4）接触线的水平负载由下部固定绳承担；（5）假设所有水平负载均朝向一个方向，以便算出最大值；（6）承受六组以上悬挂的软横跨，采用双横承力索。第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算一般原则一

27、般原则接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11软横跨支柱负载计算与支柱负载计算基本相同；求横承力索、上部绳、下部绳对软横跨支柱的作用力；根据装配尺寸求各力力矩；具体求法与支柱各力的求法有所不同。与支柱负载计算的差别第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算10.6软横跨支柱负载分析与容量计算软横跨支柱负载分析与容量计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11垂直负载：软横跨线索重量、纵向悬挂重量、节点重量水平负载：横承力索水平负载，上、下部固定绳水平负载第

28、第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算10.6软横跨支柱负载分析与容量计算软横跨支柱负载分析与容量计算负载的种类及其计算负载的种类及其计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11垂直负载计算（软横跨线索重量）垂直负载计算（软横跨线索重量）第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算10.6软横跨支柱负载分析与容量计算软横跨支柱负载分析与容量计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算10.6

29、软横跨支柱负载分析与容量计算软横跨支柱负载分析与容量计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11垂直负载计算（节点重量）垂直负载计算（节点重量）iijyiaxZQa1ijyixZQajyQkN绝缘子重量第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算10.6软横跨支柱负载分析与容量计算软横跨支柱负载分析与容量计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11水平负载计算（横承力索张力）水平负载计算（横承力索张力）第第1010讲讲 支柱负载分析与计算支柱负载分析与计算10.6软横跨支柱负载分析与容量计算软横跨支柱负载分析与容量计算接触网支柱负载计算接触网支柱负载计算SWJTUDONG 2011.11SWJTUDONG 2011.11水平负载计