电气化铁路接触网无交叉线岔的分析与设计

1、电气化铁路接触网无交叉线岔的分析与设计1 题目分析与方案设计1.1 题目分析在铁路的站场上，站线、侧线、到发线总是并入正线的。如果线路设一个道岔，那么接触网就必须设一个线岔。就像道岔的形式多种多样，线岔的形式也是多种多样的。 目前，在我国的普通线路上使用的是普通交叉线岔，而在武广、郑西、京沪客专等高速铁路接触网上，除部分交叉线岔外，大多数都采用高速无交叉线岔。无交叉线岔就是在道岔处，正线和侧线两组接触网悬挂无相交点。随着无交叉线岔方式的提出，线岔的概念也发生相应的变化，如今，线岔应理解为电气化铁路的接触网在站场轨道道岔上方两组接触悬挂汇交（过渡）的特殊结构。有交叉线岔是电气化铁路创建之初便采用

2、的结构形式，在我国施工、运营也已有约40年的历史，实践证明，这种结构形式简单可靠，便于施工和维修，适于低速和中速运行，故在我国得到普遍采用。对于电气化铁路而言,要提高电力机车运行速度，必须通过减少离线率来提高受电弓的受流质量，这就需要通过改善接触网的弹性来改善弓网关系。有交叉线岔的集中重量、硬点及受电弓相对于两支接触线压力的不均匀性，成了改善接触网弹性的制约点，从而制约了电气化铁路的提速与发展。为了适应电气化铁路提速的需要，无交叉线岔应用而生。无交叉线的优点：无交叉线岔的优点是正线和侧线两组接触线既不相交、不接触，也没有线岔设施，因此既不会产生刮弓事故，也没有因线岔形成的硬点，提高了接触网悬挂

3、的弹性均匀性，从而保证在高速行车时，消除了打弓、钻工及刮弓的可能性。无交叉线岔的主要表现为：道岔处两支悬挂在空间是分开的，不像普通线岔那样有交点，相对于交叉线岔，无交叉线岔的安装与调整比较麻烦，但它能满足高速电气化铁路的要求，机车经过线岔时平稳良好的受流优越性是其他结构无法替代的。无交叉线岔应能保证正线高速通过时不受侧线接触悬挂的影响，同时在机车从正线驶向侧线或从侧线驶入正线时都能平稳顺利的过渡。1.2 方案设计当机车从正线进入侧线时，在线间距126526mm之间为受电弓与侧线接触线的始触。此时，因侧线接触悬挂被抬高下锚，侧线接触线高于正线接触线，过岔时，侧线接触线比正线接触线高度以-3/10

4、00坡度降低，因而，受电弓可以顺利过渡到侧线接触悬挂。在机车由正线向侧线过渡时，由于侧线接触线比正线接触线有较大的抬高，因此，受电弓不会接触侧线接触线而从正线接触线上受流。随着机车的前进，由于在定位点处受电弓中心与正线接触线之间的距离较小，受电弓经过等高区后逐渐降低至正常高度。因而，受电弓可以顺利过渡到测线接触悬挂。当机车从正线进入侧线时，在线间距126526mm之间为受电弓与侧线接触线的始触。此时，因侧线接触悬挂被抬高下锚，侧线接触线高于正线接触线，过岔时，侧线接触线比正线接触线高度以-3/1000坡度降低，因而，受电弓可以顺利过渡到侧线接触悬挂。在机车由正线向侧线过渡时，由于侧线接触线比正

5、线接触线有较大的抬高，因此，受电弓不会接触侧线接触线而从正线接触线上受流。随着机车的前进，由于在定位点处受电弓中心与正线接触线之间的距离较小，受电弓经过等高区后逐渐降低至正常高度。因而，受电弓可以顺利过渡到测线接触悬挂。在机车从侧线向正线开始过渡时，由于侧线低于正线，所以仍由侧线供电，受电弓进入正线接触悬挂的始触区，受电弓滑板的侧面与正线接触线开始接触。经过等高区以后，由于侧线接触线比正线接触线抬高，随着机车的继续前进，受电弓将逐步脱离侧线接触悬挂而平滑地过渡到正线接触悬挂。2 高速电气化铁道接触网无交叉线岔的平面布置2.1 线岔的作用线岔是电力牵引中电气化接触网的关键部位,其质量的高低定张力

6、应相同且线索的伸缩方向应一致。交叉线岔平面布置将直接关系到电力机车的安全过岔速度。线岔在道岔处对接触图线起定位作用,能够保证机车受电弓从一支悬挂顺利地过渡到另一支悬挂,目前在我国电气化铁道中主要采用以下两种方式:交叉线岔和无交叉线岔。2.2 高速接触网对线岔的要求机车在正线可实现高速行车,不受站线接触悬挂的影响;必须保证两支悬挂过渡平滑,机车从正线驶入站线,受电弓可以平稳过渡到站线线,不出现打弓、钻弓等现象;必须保证线岔处的弹性,减少硬点; 要求施工时安装简单,运营时减少维修,事故时容易恢复。2.3 交叉线岔平面布置道岔定位不分标准和非标准,道岔柱一般设在两线间距200 mm400 mm 范围

7、内,两支接触线在间距500 mm600 mm 处交叉,并尽可能向岔心侧靠近。始触点处, 两支接触线应位于受电弓的同侧且间距尽可能小,以免钻弓。两支接触线采用正线与站线交叉吊挂形式,交叉吊弦把两支相互交叉的接触悬挂有机地联系起来。两支互相交叉的接触悬挂,其额定张力应相同且线索的伸缩方向一致。图1 交叉线岔平面布置示意图2.4 无交叉线岔的平面布置标准定位时接触网支柱位于两线间距600mm处，正线支拉出值为400mm，站线支拉出值为350mm，站线接触线距正线线路中心为950mm,两接触线水平距为550mm。交叉线岔与无交叉线岔平面布置上的一个明显区别便是两支接触悬挂是否相交。由于交叉线岔两支接触

8、悬挂相互交叉，平面布置相对复杂，施工难度大，事故状态下不易 恢复，但无明显效果。无交叉线的布置规则：(1)侧线接触悬挂应尽量远离正线线路中心，使其处于从正线高速通过的受电弓的动态包络线之外，保证受电弓以最大允许抬升量和最大允许摆动量高速通过正线接触线时碰触不到侧线接触线。(2)正线接触悬挂应尽量靠近侧线线路中心，使受电弓能顺利地在正线接触线与侧线接触线间相互转换。(3)道岔区域上空的正线接触悬挂的技术参数和结构形式尽量与道岔区域外的悬挂一致，以保证受电弓在正线上的受流环境不产生变化。(4)为便于受电弓在正线接触线与侧线接触线间相互转换，侧线接触悬挂应按一定坡度布置，使侧线悬挂在道岔前端高于正线

9、接触线，道岔后端低于正线接触线，保证受电弓无论从正线进侧线或从侧线进正线都是由低向高运行。(5)为降低外界因素对无交叉线岔的影响，正线接触悬挂和侧线接触悬挂的悬挂类型、线索和零部件型号、技术参数应尽量一致。(6)对于350 km/h 的正线，接触线的变化坡度为0 。侧线由于速度较低，其坡度的变化应考虑受电弓在正线和侧线转换运行时，任何方向都应满足始触区范围内无线夹。(7)将正线或侧线线路中心线两侧600-1050mm的区域内设置为无线夹区，以保证在受电弓限界范围内无接触网零部件。 图2 无交叉线岔平面布置示意图2.5 无交叉线岔工作原理列车沿正线通过时,由于侧线接触线相对正线拉出值为950 m

10、m , 侧线支接触线在受电弓运动范围以外,受电弓只与正线导线接触,与侧线接触悬挂没有任何关系。 列车沿侧线进入正线时,当机车受电弓进入始触区范围内(两接触线间距1 025 mm 前后各1 m) ,受电弓的侧面与正线接触线开始接触,由于侧线接触线较正线接触线略高,因此正线接触线位于受电弓导角下方。随着机车前进,正线支接触线由于拉出值的不断变小,将顺着受电弓导角逐步上滑到工作面,侧线支由于越抬越高而终于在某一点脱弓成为非工作支。这样,受电弓就由侧线支顺利地过渡到正线支接触悬挂。列车沿正线进入侧线时,在定位点处正线接触线的拉出值为200 mm(600 mm400 mm) ,侧线接触线的拉出值为350

11、 mm , 二者都位于受电弓上方,此时由于侧线接触线比正线接触线有较大的抬高,机车不会接触侧线而从正线取流。随着机车的前进,正线接触线将慢慢滑离受电弓,同时侧线接触线高度逐渐降低与受电弓接触,受电弓顺利地过渡到站线接触悬挂。交叉线岔与无交叉线岔在工作原理上各有其特点,首先,机车在高速通过正线时,交叉线岔与侧线接触,并有相当长的一段始触区,如果调整不当容易产生硬点及发生钻弓事故,而无交叉线岔由于受电弓始终不与侧线接触,如同区间行车一样,不会产生以上问题;其次,机车由侧线进入正线时,交叉线岔利用始触区侧线、正线同时抬高顺利地完成过渡,而无交叉线岔时正线接触线则利用受电弓导角的弧度强行上滑到接触面,

12、这就要求两线的高度调整必须精确,否则极易发生钻弓事故。 图3 无交叉线岔工作原理示意图3 无交叉线岔的分析与计算3.1 无线夹区的确定 对于350km/h的正线，接触线的变化坡度为0。侧线由于速度较低，其坡度的变化应考虑受电弓在正线和侧线转换运行时，任何方向都应满足始触区范围内无线夹。在距线路中心600-1050mm范围为无线夹区，在此区域内接触线不得安装任何线夹，包括定位线夹、吊弦线夹、电连接线夹等。在道岔区，当接触网无线夹区内有接触悬挂时，此区域称为道岔始触区。3.2 无交叉线岔“三区”的确定 无交叉线岔有两个始触区和一个等高区。平面布置时，应使侧线接触线和正线线路中心的距离大于两接触线间

13、的距离。 以1/18号可动心轨高速单开道岔为例，受电弓最外端尺寸的半宽为673mm，摆动量为250mm(考虑 350km/h速度)，升高后的加宽为120mm。所以受电弓在侧线侧最外端可触及到的尺寸限界为： 673+250+120=1043(mm)。 18号道岔无交叉线岔考虑到整个渡线的长度及道岔布置的对称性，单边采用一根道岔定位柱和一组硬横梁定位，其中B柱正线拉出值200mm，侧线拉出值 -1000mm，支柱位置处道岔导曲线两外轨之间的距离150mm。受电弓在侧线侧最外端可触及到的尺寸限界为： 1043mm1000+150=1150mm。 C2柱侧线拉出值-300mm，支柱位置处道岔导曲线两外

14、轨之间的距离1400mm，受电弓在侧线侧最外端可触及到的尺寸限界为： 1043mm1400-300=1100mm。 因而机车从正线高速通过岔曲时，与区间接触网一样正常受流，不会触及侧线接触线，而与侧线接触悬挂无关。 图4 定位柱在直股侧的岔后定位分析 岔后定位柱距理论岔芯25m由上面的分析可知，在受电弓由正线通过时，可以保证侧线接触线与正线线路中心间的距离始终大于受电弓的工作宽度之半加上受电弓的横向摆动量，因而正线高速行车时，受电弓滑板不可能接触到侧线接触线，从而保证了正线高速行车时的绝对安全性，并且在道岔处不存在相对硬点。表1 两线技术数据对比 (1)正线进度线的始触区：当机车从正线进入侧线

15、时，距悬挂点约6.5米范围内为受电弓与侧线接触线的始触区。因侧线接触悬挂在道岔定位点处被抬高，且经道岔定位点后被抬高下锚，所以侧线接触线高于正线接触线,过岔时,侧线接触线比正线接触线高度又以4/1000坡度始降低，因而，受电弓可以顺利过渡到侧线接触悬挂。 (2)侧线进正线的始触区：当机车由侧线进入正线时，受电弓存在约9m的始触区域。受电弓由侧线经C2处悬挂定位点后与正线接触线接触，因 C2位置处，侧线接触线高度比正线接触线高度要低(约30mm)，因此，受电弓能够顺利的从侧线过渡到等高区。此时，因侧线接触线比正线接触线高度要低，且正线接触线偏离侧线线路中心较远，受电弓由侧线接触线取流。受电弓滑过

16、等高区后，受电弓逐渐滑离侧线接触线，同时，侧线接触线高度又以4/1000坡度开始抬高，过等高区后，侧线接触线比正线接触线要高，所以受电弓能够顺利的过渡到正线接触线上。这时，受电弓将逐步脱离侧线接触悬挂而平滑地过渡到正线接触悬挂。3.3 无交叉线岔的“三区”图4为无交叉线岔进出正线时受电弓始触区范围示意图，无交叉线岔有两个始触区和一个等高区。在两线路中心线线间距126mm至526mm之间为第一始触区，在此区内渡线接触线比正线接触线高。在两线路中心线线间距526mm至806mm之间为等高区，在此区内两接触线等高；在两线路中心线线间距806mm至1306mm之间为第二始触区，在此区内正线接触线比渡线

17、接触线高。抬高值与道岔型号和行车速度有关。图5 始触区两线间距范围示意图3.4 始触区的确定方法不同型号的道岔，其线间距相同的点距理论岔心的距离是不同的。确定始触区，除了研究线间距的范围以外，还要确定所研究点距岔心的里程坐标点。确定受电弓始触区的位置取决于两个方面的因素：其一是受电弓的工作宽度，在直线上考虑受电弓中心与线路中心相重合，受电弓的工作宽度一半为673mm，加上机车横向摆动量左右各为200mm，再考虑100mm富余量，计为=673+200+100=973(mm)，其二是道岔相关参数，不同型号的道岔，岔心角不同。图6 18号道岔机车从正线进入侧线设定已知侧线的圆曲线半径为，岔心角为，其

18、道岔参数为，令某点线间距为，其值为 (1) 若道岔的理论岔心为A，道岔圆曲线的终点为B，则有 (2) 以京沪线上海安亭段250km/h提速工程18号道岔无交叉线岔布置为例，R=1100717.5mm,岔心角，PC至PS距离为31.729m，PE至PS距离为69m，岔前定位距PC点16m，岔后定位距PC点25m，具体见图10，先假设受电弓中心与道岔导曲线线路中心线是重合的，受电弓半宽为,受电弓标准宽度为1950mm。从图6中，可以得知：岔前定位柱F1距PS的距离为=31.729-16=15.729m,岔后定位柱F2距PS距离为，=31.729+25=56.729，将带入公式(1)中，可得岔前定位

19、柱处的线间距，此线间距即为机车从正线进入侧线的始触点，由公式(1)得：=112.39mm则，18号道岔无交叉线岔，当机车从正线进入侧线时的始触点为，线间距112.39mm处。4 结论结合高速高速网对线岔的要求，综合以上分析可以得出：交叉线岔和无交叉线岔都能满足列车高速运行的要求，但无交叉线岔平面布置简单，对侧线没有特殊要求，列车正线通过时不与侧线接触，弹性好，没有硬点，更适合高速列车运行时的要求；无交叉线岔侧线与正线没有联系，互相独立，更方便运营维修和事故抢修。因此，在高速电气化铁道中应优先采用无交叉线岔。5 体会经过一个星期的奋战我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积