接觸網(wǎng)課程設(shè)計(jì)--高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)懸掛模式設(shè)計(jì)

1、<p>　　接觸網(wǎng)工程課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班 級： 01 </p><p>　　姓 名： 　　 </p><p>　　學(xué) 號： 2 　　 </p><p>　　指導(dǎo)教師：

2、 　　 </p><p>　　2013 年 7月 15日</p><p>　評語：</p><p>　考 勤（10）守 紀(jì)（10）設(shè)計(jì)過程（40）設(shè)計(jì)報(bào)告（30）答辯（10）總成績（100）</p><p><b>　　1設(shè)計(jì)資料</b></p><p><b>　　1.

3、1題目</b></p><p>　　高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)懸掛模式設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時速為300 km/ h高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)在無外界因素影響下的懸掛模式。</p><p><b>　　1.2要完成的內(nèi)容</b></p><p>　　對各種懸掛模式進(jìn)行分析比較，確定適合高速運(yùn)行接觸網(wǎng)的懸掛模式，選擇接觸線、承力索、吊弦、彈性輔助索等的型號，

4、計(jì)算其張力，進(jìn)行張力補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)。</p><p><b>　　2問題分析</b></p><p>　　現(xiàn)代高速鐵路大多數(shù)都采用電力牽引方式,作為牽引供電系統(tǒng)的主體——接觸網(wǎng),其性能的優(yōu)劣直接決定著電力機(jī)車受電弓的受流質(zhì)量,最終影響列車的運(yùn)行速度與安全。目前，世界各國為滿足高速受流的要求，都根據(jù)自己國家高速鐵路規(guī)劃的動力裝置和受電弓的結(jié)構(gòu)及性能的不同，而采用了不同的懸掛

5、類型。懸掛類型是高速鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)和施工的最基本參數(shù)。高速鐵路接觸網(wǎng)對懸掛類型的要求,是能夠提供良好的受流質(zhì)量、壽命長、少維修、故障率低,同時應(yīng)該有較高的性能價格比。目前國外高速鐵路接觸網(wǎng)大體有三種懸掛類型:以日本為代表的復(fù)鏈型懸掛、以德國為代表的彈性鏈型懸掛和以法國為代表的簡單鏈型懸掛。</p><p>　　3高速電氣化鐵路懸掛類型設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1不同類型接觸網(wǎng)懸掛的分析

6、比較</p><p>　　日本的東海道新干線及東北上越、山陽等新干線, 采用的是復(fù)鏈形懸掛,復(fù)鏈型懸掛圖如圖1所示。但是這種懸掛類型一次性投資太大,而且因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、組成零部件太多,導(dǎo)致接觸網(wǎng)運(yùn)營的維修費(fèi)用貴,發(fā)生事故時搶修難度大、運(yùn)輸中斷時間長。</p><p><b>　　圖1 復(fù)鏈型懸掛圖</b></p><p>　　德國高速鐵路接觸網(wǎng)一

7、直采用彈性鏈型懸掛，如圖2所示。在總結(jié)Re75,Re100,Re160三種標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,形成了Re200,Re250和Re330標(biāo)準(zhǔn)系列。Re表示為標(biāo)準(zhǔn)接觸網(wǎng),后邊的數(shù)字為在該標(biāo)準(zhǔn)接觸網(wǎng)形式下列車可運(yùn)行的最大時速。彈性鏈型懸掛帶有彈性吊索,而彈性吊索的設(shè)置需要相當(dāng)精確的計(jì)算和一套嚴(yán)格的施工程序,其調(diào)整工作非常麻煩,而且很難進(jìn)行檢測。再加上彈性吊索本身的長度和張力是隨著溫度發(fā)生變化的,要想保證它在各種溫度條件下不使附近的接觸網(wǎng)變形,是一件

8、相當(dāng)困難的事情。</p><p>　　圖2 彈性鏈型懸掛圖</p><p>　　法國在其建的大西洋新干線上試驗(yàn)運(yùn)行速度達(dá)到515. 3 km/ h。在其新建的大西洋新干線上采用不帶彈性吊索的簡單懸掛,接觸網(wǎng)采用CU150,機(jī)械張力加大到20KN，運(yùn)營速度為300 km/ h,1993 年開通的北大西洋新干線采用的仍為簡單鏈型懸掛。如圖3所示。</p><p>　　圖

9、3 簡單鏈形懸掛圖</p><p>　　從各國的發(fā)展情況來看,總的發(fā)展趨勢是盡可能地簡化接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和提高接觸線的張力，從而提高接觸網(wǎng)的可靠性和運(yùn)營速度；積極研制和開發(fā)與接觸網(wǎng)參數(shù)及運(yùn)營速度相匹配高速受電弓。</p><p>　　綜合以上對國際上技術(shù)比較先進(jìn)的日本、德國、法國的接觸網(wǎng)懸掛結(jié)構(gòu)的分析。復(fù)鏈型懸掛,彈性鏈型懸掛,全補(bǔ)償簡單鏈型懸掛均能滿足高速運(yùn)營的需要。從受流質(zhì)量來看,復(fù)鏈型懸

10、掛無疑是最好的,但從經(jīng)濟(jì)的角度講,復(fù)鏈型懸掛使支柱高度、隧道凈空增加,一次性投資極高,出事故后難以恢復(fù)。因此選擇彈性鏈型懸掛。</p><p>　　3.2我國高速鐵路宜采用的懸掛方式選擇和設(shè)計(jì)</p><p>　　以京滬高速為例，鑒于復(fù)鏈型懸掛結(jié)構(gòu)太復(fù)雜,投資太高,國內(nèi)尚無成熟的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營經(jīng)驗(yàn),故不宜在京滬高速中推薦采用。從懸掛方式對速度適應(yīng)性的發(fā)展歷程來看,四十年前東海道新干線21

11、0 km/h采用復(fù)鏈型懸掛,當(dāng)時人們認(rèn)為200 km/ h速度應(yīng)采用彈性均勻的復(fù)鏈型懸掛?，F(xiàn)在,我國廣深、秦沈200～250 km/h運(yùn)行速度采用簡鏈就已經(jīng)達(dá)到了令人滿意的受流效果。再從法國的經(jīng)驗(yàn)來看,300 km/h的簡鏈接觸網(wǎng)已經(jīng)使用了十幾年,350 km/h的簡鏈接觸網(wǎng)也已投入運(yùn)行,這說明簡鏈不僅在200～250 km/h速度段的受流性能得到了確認(rèn), 在300～350 km/h速度段同樣能滿足運(yùn)營要求。從德國的經(jīng)驗(yàn)來看,從160～

12、330 km/h 速度, 彈鏈的使用已經(jīng)有了成熟的經(jīng)驗(yàn),受流質(zhì)量同樣滿足要求。彈鏈和簡鏈在高速領(lǐng)域均有出色的受流性能,主要原因是兩種懸掛都加大了接觸線的張力,提高了接觸線的波動傳播速度,并有追隨性能優(yōu)越的受電弓相匹配。因此采用彈性鏈型懸掛。</p><p>　　表1 京滬鐵路接觸懸掛的技術(shù)參數(shù)</p><p>　　3.3接觸網(wǎng)線索選擇</p><p><b&g

13、t;　　3.3.1接觸線</b></p><p>　　接觸線是接觸網(wǎng)的主要組成部分，接觸線的材質(zhì)、工藝及性能對接觸網(wǎng)起著重要作用，要求它具有較小的電阻率、較大的導(dǎo)電能力：要有良好的抗磨損性能，具有較長的使用壽命有高強(qiáng)的機(jī)械性，具有較強(qiáng)的抗張能力。我國電氣化鐵路建設(shè)在幾十年的發(fā)展中，采用了多種類型接觸線，并隨著世界高速電氣化鐵路的不斷發(fā)展，又不斷研制開發(fā)了新型接觸線。我國電氣鐵路建設(shè)初期，采用的是銅接觸

14、線；20世紀(jì)70年代我國研制了以鋁代銅的鋼鋁復(fù)合新型接觸線；為了解決鋼表面銹蝕的問題，我國又開發(fā)研制了內(nèi)包鋼的GLCN型鋼鋁電車線。隨著電氣化鐵路的大幅度提速和高速電氣化鐵路的建設(shè)，20時間90年代我國又研制了CTHA-110型、CTHB-120型銀銅合金接觸線。這種接觸線既保留了耐磨性能和抗張性能好的優(yōu)點(diǎn)，又提高了它的抗腐蝕性能，可相應(yīng)延長使用壽命，具有較好的受流效果。</p><p>　　3.3.2接觸線材質(zhì)

15、性能的綜合選型</p><p>　　各國高速電氣化鐵路設(shè)計(jì)中都十分注意研制、選擇和使用新型接觸線，并且需考慮下訴誅因素：增大接觸線張力、限制接觸線橫截面、提高接觸線的導(dǎo)電率、增強(qiáng)耐磨耗性能、選擇銅合金材質(zhì)。所以，高速鐵路的速度目標(biāo)值為300km/h以上時，根據(jù)仿真研究并借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，對其接觸線材提出以下傾向性意見：</p><p>　　1)張力:25-30kN；</p>&l

16、t;p>　　2)線密度:1.1-1.2kg/m；</p><p>　　3)機(jī)械強(qiáng)度:60-70；</p><p>　　4)拉斷力:70-85kN(導(dǎo)線截面按)；</p><p>　　5)導(dǎo)電率:80%-85%IACS；</p><p>　　高溫下機(jī)械強(qiáng)度的降低率在10%以下；耐磨和耐腐蝕性能與銅電車線相當(dāng)；這樣的接觸線材所構(gòu)成的接觸網(wǎng)，

17、當(dāng)運(yùn)行速度為300km/h時，導(dǎo)線的波動傳播速度520-595km/h范圍內(nèi)，列車速度和接觸線波動傳播速度之比為0.59-0.67。因此選擇銀銅合金接觸線。</p><p>　　3.3.3承力索選型</p><p>　　承力索的作用是通過吊弦將接觸線懸掛起來。承力索根據(jù)材質(zhì)一般可分為銅承力索、鋼承力索、鋁包鋼承力索三類。</p><p>　　根據(jù)仿真研究，承力索對接

18、觸網(wǎng)的受流質(zhì)量沒有明顯的影響。對承力索線材的選取需綜合考慮載流量、接觸線影響和結(jié)構(gòu)高度等因素。</p><p><b>　　1)承力索材料</b></p><p>　　為減少由于承力索與接觸線線脹系數(shù)不同而引起的吊弦順線路偏斜、張力增量加大等，承力索的材料應(yīng)該與接觸線相同。</p><p><b>　　2)承力索張力</b>

19、;</p><p>　　從受流角度來講，對于200km/h以上的鐵路，為滿足對隧道、跨線建筑物凈空的要求，承力索的張力取20kN為佳。</p><p><b>　　3)承力索截面積</b></p><p>　　牽引網(wǎng)的最大電流將達(dá)到1000A，考慮載流，承力索截面積不宜小于.</p><p>　　鋁包鋼承力索是鋁覆鋼線和

20、鋁線姣合而成，主要以鋁覆鋼線中的鋼芯部分承受張力，覆鋁層和率線截流，導(dǎo)電性能好，機(jī)械強(qiáng)度和抗腐蝕性能好。GJ表示鋼絞線，數(shù)字表示承力索的標(biāo)稱截面積。因此承力索選擇GJ-100。</p><p><b>　　3.3.4吊弦選型</b></p><p>　　在高速接觸網(wǎng)接觸懸掛中，吊弦是其中的主要環(huán)節(jié)，為適應(yīng)高速的要求，吊弦向整體式和輕型式發(fā)展。因此選用整體吊弦。<

21、/p><p><b>　　4接觸線張力計(jì)算</b></p><p>　　經(jīng)過以上的討論，我們接觸線選擇銀銅合金接觸線(CTHA)、承力索(GJ-100)、整體吊弦。</p><p>　　取列車實(shí)際運(yùn)行速度：V=300km/h，β=0.65。</p><p><b>　　根據(jù)公式：</b></p&g

22、t;<p><b>　　V=</b></p><p><b>　　得波動速度：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=461.5km/h</p><p>　　其中：V— 實(shí)際運(yùn)行速度(km/h)</p><p&g

23、t;　　—波動速度(km/h)</p><p>　　— 無量綱系數(shù)，一般取為0.65~0.70。</p><p><b>　　由公式：</b></p><p><b>　　Cp = </b></p><p>　　式中T、m ——分別為接觸線的張力（N）及接觸線的單位長度的質(zhì)量(kg/m)；</

24、p><p>　　、 ——分別為接觸線的應(yīng)力（N/mm2）及接觸線密度（kg/m·mm2）；</p><p><b>　　因此接觸線張力為</b></p><p>　　5 承力索的張力計(jì)算 </p><p>　　承力索選用標(biāo)稱截面積為的GJ-100。查詢得

25、該承力索最大允許使用張力為。</p><p>　　則接觸線無馳度時的張力近似為</p><p>　　式中 —承力索張力;</p><p>　　—無量綱系數(shù)，對于銅承力索其值為；</p><p>　　—承力索最大允許使用張力。</p><p><b>　　6張力自動補(bǔ)償裝置</b></p>

26、;<p>　　張力自動補(bǔ)償裝置有許多種類，有滑輪式、棘輪式、鼓輪式、液壓式及彈簧式等。日本采用的是變比鼓輪補(bǔ)償裝置、德國采用的是棘輪補(bǔ)償裝置、法國采用的是滑輪組補(bǔ)償裝置。對張力自動補(bǔ)償裝置的要求有二個：其一，補(bǔ)償裝置應(yīng)靈活。在線索內(nèi)的張力發(fā)生緩慢變化時，應(yīng)能及時補(bǔ)償，傳送效率要高；其二，具有快速制動作用，一旦發(fā)生斷線事故或者其他異常情況，線索內(nèi)的張力迅速發(fā)生變化時，補(bǔ)償裝置還應(yīng)有一種制動功能。</p><

27、;p>　　法國的滑輪組補(bǔ)償裝置制造相對簡單，傳動比可調(diào)，適用范圍較大，是高速鐵路接觸網(wǎng)首選的張力補(bǔ)償裝置。</p><p>　　其組成：補(bǔ)償滑輪、補(bǔ)償繩、杵環(huán)桿、錘鉈桿、限制導(dǎo)管和墜砣（錘鉈）。對于半補(bǔ)償鏈型懸掛，承力索為硬錨，就是直接下錨。全補(bǔ)償鏈形懸掛：接觸線和承力索均通過滑輪組補(bǔ)償裝置后下錨，承力索三個滑輪，張力為15kN，傳動比3:1；接觸線兩個滑輪，張力為10 kN，傳動比為2:1。如圖5和圖6所

28、示。墜砣重均為5kN。全補(bǔ)償裝置的斷線制動裝置是另外加設(shè)的。應(yīng)給指出，各種線索的張力值不是任意選用的，而是根據(jù)線索的拉斷力除以安全系數(shù)決定的。</p><p>　　不同材質(zhì)、不同截面線索，所選用的張力不同，因而墜舵重量和傳動比都會有所變化。</p><p>　　由于接觸懸掛是露天裝置，因此，大氣溫度對 它將產(chǎn)生較大的影響，在溫度變化較大時，線性伸長必須不影響張力的變化。因此，為了保證接觸線

29、和承力索的恒定張力，應(yīng)采用全補(bǔ)償鏈型懸掛的結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　7總結(jié)</b></p><p>　　世界各國為了滿足高速受流的要求，都根據(jù)自己國家高速鐵路規(guī)劃的動力設(shè)置（動力集中式或動力分散式）和受電弓的結(jié)構(gòu)及性能的不同，而采用了不同的懸掛類型。對于高速接觸網(wǎng)的懸掛類型就其現(xiàn)有的情況而言，有日本高速鐵路采用的簡單復(fù)鏈型懸掛、德國高速電氣化鐵路采用的彈性鏈

30、型懸掛、法國高速鐵路采用的簡單懸掛。為了提高我國高速鐵路接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)和施工水平，推動我國高速鐵路技術(shù)發(fā)展。隨著社會及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，必然對鐵路交通提出更高的要求，然而，要大程度的提高列車的運(yùn)行速度，接觸網(wǎng)懸掛起著舉足輕重的作用。通過對各種懸掛類型的經(jīng)濟(jì)效益、技術(shù)要求以及抗環(huán)境影響能力等方面的比較，可以得出以下結(jié)論：</p><p>　　要盡可能地簡化接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和提高接觸線的張力, 從而提高接觸網(wǎng)的可靠性和運(yùn)營速度；

31、而積極研制和開發(fā)與接觸網(wǎng)參數(shù)及運(yùn)營速度相匹配高速受電弓同樣非常重要。</p><p>　　圖5 半補(bǔ)償鏈型懸掛</p><p>　　圖6 全補(bǔ)償鏈型懸掛</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M].西南交通大學(xué)出版社,2002:234～269.

32、</p><p>　　[2] 丁為民.高速客運(yùn)專線接觸網(wǎng)懸掛方式的選擇[J].電氣化鐵道,2005刊:84～87.</p><p>　　[3] 李偉主編.接觸網(wǎng).北京:中國鐵道出版社,2000.</p><p>　　[4] 于萬聚著.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng).成都:西南交通大學(xué)出版社,2002.</p><p><b>　　附錄：<