接触悬挂是接触网的基本结构形式,它反映了接触网的空间结构和几何尺寸,不同的悬挂形式,在工程造价、受流性能、安全性能上均有差别。另外,对接触网的设计、施工和运营维护也有不同的要求,对接触网悬挂形式的要求是,受流性能满足铁路的运营要求、结构简单、安全可靠、维修方便、工程造价低。
接触悬挂的结构根据其性能方面的不同,经历了由简单悬挂到链形悬挂的过程,根据它们各自所具备的性能和特点,应用于不同场合。
(一)简单悬挂
由一根或两根平行的接触线直接固定在支柱支持装置上的悬挂形式。
1.种类
简单接触悬挂按其线索的固定方式可分为以下两种。
(1)未补偿简单接触悬挂:接触线直接固定于悬挂点。
(2)带补偿的弹性简单悬挂:在悬挂点处加装弹性吊索,在两端下锚处加装张力补偿器的简单悬挂称为弹性简单悬挂。弹性简单悬挂改善了悬挂点弹性,减小了接触线弛度,能适用于行车速度不大于80 km/h的线路上。
2.优点
结构简单、支柱高度和容量较小,支持装置承受的负荷较轻,施工、维修方便,造价低。
3.缺点
导线张力、驰度随温度变化较大,导线弹性不均匀,稳定性差,不利于高速受流。
图3-3-41 未补偿简单悬挂示意图
1—支柱;2—拉线;3—绝缘子串;4—接触线;
5—腕臂;6—棒式绝缘子。
图3-3-42 带弹性吊弦的简单悬挂示意图
1—坠砣;2—补偿滑轮;3—接触线;
4—定位器;5—弹性吊弦。
图3-3-43 弹性简单悬挂
(二)链形悬挂
链形悬挂是接触线通过吊弦(或辅助索)悬挂在承力索上的悬挂方式,是一种运行性能较好的悬挂形式。其结构特点是接触线通过吊弦悬挂在承力索上,承力索通过钩头鞍子、承力索座或悬吊滑轮悬挂在支持装置的腕臂上,接触线通过吊弦悬挂在承力索上,使接触线在不增加支柱的情况下增加了悬挂点,通过调节吊弦长度使接触线在整个跨距中对轨面的高度基本保持一致。
由于接触线是悬挂在承力索上的,因而基本上消除了悬挂点处的硬点,使悬挂线的弹性在整个跨度内都比较均匀,同时链形悬挂减小了接触线在跨中的弛度,增加了接触悬挂的重量,提高了稳定性,可满足高速列车高速运行时取流的要求。链形悬挂比简单悬挂性能好得多,但结构复杂、投资大、施工维修调整较为困难。
(1)链形悬挂根据悬挂链数分为单链形和复链形悬挂。
① 单链形。
接触线通过吊弦挂在承力索上的悬挂,根据悬挂点处吊弦形式不同可分为简单链形悬挂、弹性链形悬挂。
a.简单链形悬挂(使用的主要代表国家为法国)。
悬挂点处接触线通过环节吊弦挂到承力索上的悬挂,悬挂点处无弹性吊弦。
优点:结构简单、安全可靠、安装调整维修方便,能够满足高速弓网受流要求,接触网可达到预期的使用寿命(250万弓架次以上)。
缺点:定位点处弹性小,跨中弹性大,造成受电弓在跨中抬升量大,定位点处易形成相对硬点,磨耗大,静态弹性不均匀度较大,动态接触力标准偏差较弹性链形和复链形大。
如果选择结构形式合理、性能优良的定位器,则可消除这方面的不足,而且国内具有丰富的设计、施工及运营经验,是我国接触悬挂的主要形式。
b.弹性链形悬挂(主要代表国家为德国)。
悬挂点处设有弹性吊弦,悬挂点处接触线通过弹性吊弦悬挂到承力索上的悬挂,根据弹性吊弦的结构分为Π形弹性链形悬挂和Y形弹性链形悬挂。
优点:在简单链形悬挂的基础上,定位点处加装装设弹性吊索,改善了定位点处的弹性,使得定位点的弹性与跨中的弹性趋于一致,整个接触网的弹性均匀,能满足高速弓网受流质量要求。
图3-3-44 简单链形悬挂
1—承力索;2—吊弦;3—接触线。
图3-3-45 弹性链形悬挂
4—Π型弹性吊弦;5—Y型弹性吊弦。
缺点:存在弹性吊索调整维修比较复杂,定位点处接触线动态抬升量较大,容易产生疲劳,且弹性吊索安装、调整工作量大,事故抢修难度也较大,对定位器的安装坡度要求严格等缺点。
图4-3-46 简单链形悬挂
图4-3-47 弹性链形悬挂
② 复链形悬挂(使用主要代表国家为日本)。
复链形悬挂为接触线通过吊弦挂在辅助索上后再挂到承力索上的悬挂,如图3-3-49所示。
优点:性能最为优越,接触网张力大,弹性均匀,接触线的动态抬升量也最小,抗风能力强,接触线弛度小,受流稳定性和风稳定性都比较优越,有利于电动车组高速运行取流。(www.xing528.com)
缺点:因增加了一根辅助承力索,结构变得较复杂,施工及运营维护不方便,事故抢修难度大,我国仅在个别地段试用。
图3-3-48 复链形悬挂
(2)根据张力的补偿方式可分为无补偿、半补偿和全补偿链形悬挂。
① 未补偿简单链形接触悬挂:其承力索和接触线在下锚处为硬锚(即死固定),支柱定位点处的吊弦是普通吊弦,当温度变化很大时,承力索和接触线的张力和驰度变化亦很大,造成列车受电弓取流不好,一般不采用。
图3-3-49 未补偿简单链形接触悬挂
② 半补偿链形悬挂:承力索为硬锚,接触线装设张力补偿器,当温度变化时,接触线的张力不变,但是没有装设张力补偿器的承力索的驰度仍然有变化,承力索弛度变化直接影响着接触线的工作状况,存在明显吊弦偏斜和张力差,在站线和低速线上得到过采用。半补偿链形悬挂根据定位点处的吊弦形式分为半补偿简单链形悬挂和半补偿弹性链形悬挂两种。
a.半补偿简单链形悬挂:当温度变化时,接触线在坠砣的作用下,有纵向位移,而承力索基本上没有纵向位移,由此引起吊弦和定位器的偏移,每处的偏移在接触线上都产生水平张力,在极限温度下,会是接触线的张力在锚段中部和末端的数值相差很大,导致整个锚段内接触线的弹性不均匀,尤其在支柱定位点处,因采用普通吊弦,会造成明显的硬点,显然不利于列车取流,这种悬挂方式一般只用于车速不高的铁路支线上和车站侧线等处。
图3-3-50 半补偿简单链形悬挂
图3-3-51 半补偿弹性链形悬挂
b.半补偿弹性链形悬挂:弹性链形悬挂是指在支柱处的通过一根长15 m,型号为GJ-10镀锌钢绞线(弹性吊弦辅助绳)悬挂在承力索上,再在辅助绳上安装吊弦,称为弹性吊弦。
③ 全补偿链形悬挂:在锚段两端下锚处承力索和接触线均设有张力补偿器,当温度变化时,在补偿器的作用下,承力索和接触线均发生纵线位移,大大减小了吊弦的偏移,并且承力索和接触线的张力几乎保持不变,因此接触线高度变化很小,弹性较均匀,受流质量好。有利于列车高速取流,得到广泛应用。
全补偿链形悬挂按支柱定位处吊弦形式的不同可分为全补偿简单链形悬挂和全补偿弹性链形悬挂两种。
a.全补偿简单链形悬挂。
在支柱定位点处采用的是普通吊弦,此处仍会出现硬点,产生弹性不均匀的现象,这种悬挂形式使用得较少。
图3-3-52 全补偿简单链形悬挂
图3-3-53 全补偿弹性链形悬挂
b.全补偿弹性链形悬挂。
在支柱定位点处采用了弹性吊弦,使支柱处接触线的弹性得到了改善,并使全锚段内的弹性更趋于均匀,所以它用于高速行车的铁路干线的区段和站场的正线股道,是我国接触悬挂的主要形式。
(3)根据承力索和接触线的相对位置分为直链形悬挂、半斜链形悬挂和斜链形悬挂。
① 直链形悬挂。
接触线与承力索布置在同一垂直表面上的悬挂,他们在是水平面上的投影是一条直线,便于吊弦长度计算,提高了施工精度,避免接触线在吊弦存在纵向倾斜时出现接触线偏磨甚至受电弓与线夹的碰撞,是我国高速线在曲线区段接触网上优先选用的悬挂形式。
② 半斜链形悬挂。
承力索架设在线路中心的正上方成直线形,接触线在直线区段每一支柱定位点处,通过定位装置被布置成“之”字形,这种悬挂的吊弦在水平面的投影对线路中心的横向偏移值不大,与直链形相比,半斜链形悬挂风稳定性好,施工方便,所以应用广泛,提速改造以前,我国在直线区段采用这种悬挂方式。
图3-3-54 直链形悬挂示意图
图3-3-55 半斜链形悬挂示意图
③ 斜链形悬挂。
斜链形悬挂在直线区段承力索和接触线均匀布置成“之”字形,但两者的“之”字方向相反,在曲线上,承力索相对于接触线有一定的外侧位移,吊弦安装后与铅垂方向有较大的倾角。斜链形悬挂设计计算繁琐,施工、维修困难,造价较高,但它风稳定性好,可采用较大的跨距,目前我国没有采用这种悬挂形式。
图3-3-56 斜链形悬挂示意图
各国对以上三种悬挂形式有不同的认识和侧重,并根据各自的国情发展自己的悬挂形式。
日本的高速线路如东海道新干线、山阳新干线、东北新干线、上越新干线均采用复链形悬挂。
图3-3-57 日本高铁的简单链形悬挂和复链形悬挂
法国的巴黎—里昂的东南线采用弹性链形悬挂,巴黎—勒芒/图尔的大西洋线采用接触导线带预留弛度的简单链形悬挂。
德国在行驶速度低于160 km/h的线路采用简单链形悬挂,在160 km/h及以上的线路采用弹性链形悬挂。
中国接触网主要采用全补偿简单(弹性)直(半)斜链形悬挂。
图3-3-58 法国高铁的简单链形悬挂
图3-3-59 德国高铁的弹性链形悬挂
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