接触网刚性跨距布置方案研究

接触网刚性跨距布置方案研究

1接触网的挠度目前，我国长距离铁路工业快速发展。在已经建成的地铁中，牵引网主要采用三种形式：空腔悬索、空腔悬索和接触轨。对刚性架空接触网而言,弓网之间的受流质量是否良好,主要是由汇流排的挠度、悬挂点的定位精度来控制的。其中,挠度的大小由刚性汇流排的跨距值及材料属性决定,悬挂点的定位精度主要由施工精度决定,也就是由施工误差决定。当列车高速运行时,为获取优异的受流质量,要求汇流排和接触线与轨面之间的垂直距离保持统一的高度,保证受电弓的接触平滑顺直。一般来说,汇流排的中间挠度越小,受流质量越高;但挠度越小,跨距越小,接触网系统的投资就越大。因此,合理地选用接触网的跨距值,不仅可以在一定程度上降低工程投资,而且还可以改善系统的弓网关系,从而实现整个系统的优化。刚性悬挂接触网是由汇流排及接触线等组成、以跨距为周期出现的连续系统,受流过程就是指运行的受电弓以一定的抬升力与接触线进行滑动接触。在此过程中,由于受电弓抬升力的作用,会使接触悬挂发生振动。2影响刚性悬臂的交叉配置的因素2.1刚性接触网振动特性仿真分析根据经验值及以往的工程实践,在不同的行车速度条件下,刚性悬挂系统跨距值一般可选用6、8、10、12m。跨距值的选用与行车速度、悬挂点弹性、受电弓的匹配性等多个因素有关。当列车高速运行时,由于受电弓的垂直振动加剧,接触线的抬升量也加大,受电弓与接触线均会发生与自己固有特性相关的振动。若跨距值选用也较大,相应跨中的挠度值也较大,从而影响汇流排的平直度,势必造成系统动态受流的破坏或恶化。因此,一般选用较小的跨距值。在移动荷载的作用下,不同跨距下列车以80km/h速度通过时,用模拟法对接触网刚性悬挂的振动特性进行仿真,刚性梁振幅随时间变化曲线和振动速度随时间变化曲线的比较见图1～图6。分析比较发现,在一定速度下,并非吊点间距越小,刚性接触网振动幅度越小,弓网受流越好。吊点间距为8m时,振动幅度较小,受流质量较好;吊点间距为10m时,振动幅度增大;当吊点间距为6m时,中点位移振动响应滞后。对于地铁工程而言,最高行车速度一般为80km/h,受电弓自身产生的振动较小,受电弓滑板与接触线的接触较平稳,受流的基础条件相对较好。2.2刚性悬挂跨距的确定为了分析刚性悬挂的凸凹不平直度和运行速度的关系,在工程实施中有如下关系:aλ2≤g4π2⋅1v2⋅PoWaλ2≤g4π2⋅1v2⋅ΡoW式中:a——刚性悬挂凸凹不平直度,m;λ——悬挂点支持间隔,m;g——重力加速度,m/s2;v——行车速度,m/s;Po——受电弓的静态压力,N;W——受电弓的归算质量,N。刚性悬挂跨距的选用需要满足受电弓无离线取流的基本条件。要满足这一条件,需合理确定刚性悬挂的跨距。经计算,理论上无离线速度v所要求的刚性悬挂的凸凹不平直度允许值a如表1所示。由表1中的数据可见,当行车速度为80km/h时,在同等跨距条件下刚性悬挂不平直度的允许值较大,适当地增大选用跨距值,也能够得到满意的受流质量。跨距值稍大时,相应整个悬挂系统的悬挂点数量减少,从而减少了整个系统的硬点,使系统的刚度一致性更好。同时,就工程投资而言,有效地减少悬挂点的数量,能够在一定程度上降低工程投资,但此时跨中挠度增大,又成为影响受流质量的负面因素。2.3刚性悬挂跨距的设置两个悬挂点之间梁跨中的计算模型如图7所示。汇流排跨中最大挠度计算公式为fmax=5qL4/384EI式中:fmax——跨中挠度,mm;q——均布载荷集度,kg/m;L——跨距值,m;E——汇流排弹性模量,N/mm2;I——汇流排横截面惯性矩,dm4。经计算,汇流排挠度值与跨距之间的关系见图8。借鉴国内外成功经验及其仿真计算,悬挂间距、自重挠度与行车速度之间的关系见表2。由表2可见,在行车速度80km/h时,可以选用12m的跨距值。但实际工程中,存在悬挂结构形式的差异以及施工水平误差的影响等因素,同时车辆采用的受电弓与接触网的匹配性能能否达到仿真模型中的效果还有待于进一步论证,因此在留有一定裕度的基础上,设计中的刚性悬挂跨距可采用8～10m。在道岔及锚段关节处,刚性悬挂接触网采用两根汇流排终端平行并列,互相错开重叠放置。为方便悬挂点的调整,避免两支汇流排由于振动产生相互影响,关节及道岔处均采用单独的悬挂点。与柔性悬挂相同,刚性悬挂在关节及道岔处同样是弓网受流的薄弱环节。因此,为保证受电弓通过时平稳取流,需要适当地减小跨距值,同时对悬挂跨距的匹配进行一定的分析,以便提高刚性悬挂的平直度和受流质量。锚段终端处第一个悬挂点产生挠度的计算模型如图9所示。汇流排梁体的最大挠度为fmax=qL4/8EI式中:fmax——最大挠度,mm;q——均布载荷集度,kg/m;L——悬臂梁长度,m;E——汇流排弹性模量,N/mm2;I——汇流排横截面惯性矩,dm4。锚段关节处悬挂点的设置原则是:根据基本跨距进行结构计算,分别对不同匹配跨距和终端长度的挠度进行比较,从而确定最佳技术参数。锚段关节的一般形式如图10所示。从理论分析可知,在关节重叠处靠近终端的第一跨与第二跨的挠度差越小,刚性悬挂的相对平直度就越高。汇流排终端悬挂长度设定值的不同,会引起第一跨与第二跨设置匹配的不同。根据国内外的工程经验,在重叠范围处可采用4个悬挂点(每根终端用2个)固定终端汇流排,以便安装中容易调整两终端汇流排间的水平度,两悬挂点相距为2m,重叠的长度(不包括弯翅部分)为3m。随后的第二跨、第三跨、第四跨为初始跨向正常跨的过渡,当标准跨距值选用较大时,通过第二、第三跨过渡即可。根据计算并综合以上分析,在锚段关节处悬挂点的布置如表3所示。当选用表3中匹配的跨距布置时,刚性悬挂的挠度曲线过渡得较为平缓(见图11),有效避免了跨距不匹配时过渡跨与正常跨之间的冲突,改善了受流条件。3刚性悬挂标准跨距设计分析综合悬挂跨距对刚性悬挂