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

1、<p><b>　　接觸網(wǎng)工程課程設(shè)計</b></p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班 級： 電氣09 　 </p><p>　　姓 名： 　　 </p><p>　　學 號： 　　 &

2、lt;/p><p>　　指導教師： 　　 </p><p>　　2012 年 7月 13日</p><p><b>　　1基本題目</b></p><p><b>　　1.1 題目</b></p><p>　　高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)懸掛模式設(shè)計。<

3、;/p><p><b>　　1.2 題目分析</b></p><p>　　現(xiàn)代高速鐵路絕大多數(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車受電弓的受流質(zhì)量,最終影響列車的運行速度與安全。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類型。懸掛類型是高速鐵路接觸網(wǎng)

4、設(shè)計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。本報告結(jié)合所學高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)課程參考國外高速接觸網(wǎng)的發(fā)展狀況，運營經(jīng)驗以及不同國家的弓網(wǎng)受流質(zhì)量評價標準，對上述三種鏈型懸掛類型進行了較為全面的技術(shù)經(jīng)濟比較，并簡單分析了我國

5、高速（以京滬高鐵為例）宜采用簡單鏈型懸掛方式的原因。另外，對張力補償裝置的選擇也略作闡述。</p><p>　　2 高速電氣化鐵路懸掛類型設(shè)計</p><p>　　2.1 不同類型接觸網(wǎng)懸掛的分析比較</p><p>　　日本于1964年開通的世界上第一條高速鐵路—東京至新大阪的東海道新干線,采用的是復鏈型懸掛，復鏈型懸掛圖如圖1所示。九十年代以前,日本的高速鐵路接

6、觸網(wǎng)都采用復鏈型懸掛。但是這種懸掛類型一次性投資太大,而且因為結(jié)構(gòu)復雜、組成零部件太多,導致接觸網(wǎng)運營的維修費用高昂,發(fā)生事故時搶修難度大、運輸中斷時間長。</p><p><b>　　圖1 復鏈型懸掛圖</b></p><p>　　德國高速鐵路接觸網(wǎng)一直采用彈性鏈型懸掛，如圖2所示。在總結(jié)Re75,Re100,Re160三種標準的基礎(chǔ)上,形成了Re200,Re250

7、和Re330標準系列。Re表示為標準接觸網(wǎng),后邊的數(shù)字為在該標準接觸網(wǎng)形式下列車可運行的最大時速,BzII表示青銅絞線。彈性鏈型懸掛帶有彈性吊索,而彈性吊索的設(shè)置需要相當精確的計算和一套嚴格的施工程序,其調(diào)整工作非常麻煩,而且很難進行檢測。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,是一件相當困難的事情。</p><p>　　圖2 彈性鏈型懸掛圖</p

8、><p>　　法國在八十年代建成的巴黎一里昂東南新干線采用彈性鏈型懸掛，如圖3所示。但是在正式運營的三個月內(nèi),發(fā)生了兩次重大事故,造成導線拉斷、接觸網(wǎng)損壞。九十年代初,法國總結(jié)了東南新干線的經(jīng)驗教訓,在大量的理論和試驗研究的基礎(chǔ)上認為:彈性吊索對于時速超過250km的高速來說意義不是很大,反而成為影響行車安全的因素之一。因此,新建的巴黎一勒芒大西洋新干線采用了簡單鏈型懸掛。</p><p>　

9、　圖3 簡單鏈形懸掛圖</p><p>　　從各國的發(fā)展情況來看, 總的趨勢是:</p><p>　　(1)盡可能地簡化接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu), 以提高接觸網(wǎng)的可靠性。</p><p>　　(2)在材質(zhì)一定的條件下, 盡可能地提高接觸線的張力, 以提高接觸線的波動速度提高運營速度。</p><p>　　(3)積極研制和開發(fā)與接觸網(wǎng)參數(shù)及運營速度相匹配高

10、速受電弓。</p><p>　　復鏈、簡鏈和彈鏈三種接觸網(wǎng)懸掛型式雖然有各自的不同特點,但對于時速300 km/ h 以上的速度來說, 均能滿足高速受流要求,在國外都有成功的運營實踐。其技術(shù)經(jīng)濟比較如表1所示：</p><p>　　表1 復鏈、簡鏈和彈鏈的技術(shù)經(jīng)濟比較</p><p>　　綜合比較結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：</p><p>　　

11、(1)復鏈型懸掛靜態(tài)彈性不均勻度最小,受電弓的運行軌跡最平緩。但投資較高, 結(jié)構(gòu)比較復雜,施工調(diào)整及事故搶修難度大。</p><p>　　(2)簡單鏈型懸掛靜態(tài)彈性不均勻度較大,導致受電弓運行軌跡的平緩度稍差, 但當接觸線設(shè)置適當?shù)念A留弛度時可得到明顯改善。簡單鏈型懸掛的結(jié)構(gòu)最為簡單, 投資最省,施工調(diào)整、運營維護及事故搶修較容易。</p><p>　　(3)彈性鏈型懸掛靜態(tài)彈性不均勻度較

12、小,受電弓的運行軌跡也較平緩。但接觸網(wǎng)的平均抬升量大,穩(wěn)定性較差,需專門的安裝測試工具,施工調(diào)整及事故搶修難度大。 </p><p>　　2.2 關(guān)于弓網(wǎng)受流質(zhì)量的評定標準</p><p>　　(1) 弓網(wǎng)間動態(tài)接觸壓力</p><p>　　定義：指受電弓滑板與接觸導線間的垂向接觸力。此接觸力包括所有接觸點的垂向力總和。分析區(qū)段一般定義為一個跨距，評定標準如表2所示

13、：</p><p>　　表2 弓網(wǎng)間動態(tài)接觸壓力評定指標</p><p><b>　　術(shù)語和符號：</b></p><p>　　Fmax—分析區(qū)段內(nèi)實際最大接觸壓力（N）；</p><p>　　Fmin—分析區(qū)段內(nèi)實際最小接觸壓力（N）；</p><p>　　σ— 分析區(qū)段內(nèi)接觸壓力標準差（N）；

14、</p><p>　　Fm—分析區(qū)段內(nèi)接觸壓力的平均值（N）；</p><p>　　Fmaxs—分析區(qū)段內(nèi)接觸壓力的統(tǒng)計最大值（N）；</p><p>　　Fmins—分析區(qū)段內(nèi)接觸壓力的統(tǒng)計最小值（N）；</p><p><b>　　(2) 離線</b></p><p>　　定義：指受電弓滑板脫

15、離接觸導線的時間。離線評定指標如表3所示。</p><p><b>　　術(shù)語和符號：</b></p><p>　　Tmax— 分析區(qū)段內(nèi)最大一次離線的時間（ms）;</p><p>　　—分析區(qū)段內(nèi)的離線率。區(qū)段內(nèi)離線之和與運行時間的比率(％)。</p><p><b>　　表3 離線評定指標</b>

16、;</p><p>　　(3) 受電弓滑板振動幅度</p><p>　　定義：指受電弓滑板在一個跨距內(nèi)的振動幅度，即上下振動的范圍，一般用2倍振幅表示。受電弓滑板振動幅度評定指標如表4所示。</p><p><b>　　術(shù)語和符號：</b></p><p>　　Hmax—跨距內(nèi)受電弓滑板的最大高度(mm)；</p&

17、gt;<p>　　Hmin—跨距內(nèi)受電弓滑板的最低高度(mm)；</p><p>　　跨距內(nèi)滑板振動幅度計算公式為：</p><p>　　表4 受電弓滑板振動幅度評定指標</p><p>　　說明：對于單臂受電弓CLOSE 方向指受電弓拐臂與前進方向一致,OPEN方向指受電弓拐臂與前進方向相反。</p><p>　　(4) 接觸

18、導線抬升量</p><p>　　定義：指受電弓經(jīng)過時，接觸導線的最大抬升量，用H表示。接觸線抬升量評定指標如表5所示。</p><p>　　表5 接觸導線抬升量評定指標</p><p>　　2.3 不同類型懸掛弓網(wǎng)受流質(zhì)量</p><p>　　日本、法國、德國以及歐洲鐵路聯(lián)盟對弓網(wǎng)受流質(zhì)量的評價標準不盡相同, 對比分析日、法、德及歐鐵聯(lián)盟的受

19、流質(zhì)量評價標準可知:</p><p>　　(1) 提高接觸線的波動傳播速度,是提高列車運營速度的最有效途徑。對于這一點,各國的認識是一致的。</p><p>　　(2) 日、法、德三國對離線率及離線電弧的控制均較嚴格,如離線率一般不超過5% ,一次離線的最大時間不超過200ms。</p><p>　　(3) 德國對靜態(tài)彈性的不均勻度要求較高,因此認為彈性吊索是不可或

20、缺的。雖然如此,德國在修建法蘭克?！坡? Re330) 高速鐵路時,隧道內(nèi)接觸網(wǎng)已不再設(shè)置彈性吊索了。據(jù)ADt ranZ 公司Bernd-w olfgangZw eig博士介紹,隧道內(nèi)取消彈性吊索,主要有下列兩個原因：</p><p>　?、?隧道內(nèi)受凈空所限, 接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)高度僅能達到1100 mm,不利于彈性吊索的設(shè)置。</p><p>　?、?隧道內(nèi)跨距僅為50 m,在( 21 kN

21、 + 27 kN)的接觸網(wǎng)張力下跨中彈性已經(jīng)較小, 接觸網(wǎng)彈性不均勻度也相對變小,因此彈性吊索的意義已經(jīng)不是很大。</p><p>　　(4) 法國對靜態(tài)彈性的不均勻度未作特殊要求, 且對接觸力的標準偏差控制也不是很嚴格( 可達33% )。但自東南線發(fā)生事故以后,對定位器結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性非常注重,在大西洋線、北方線上采用的定位器允許抬高量達400 mm,安全系數(shù)在2倍以上。</p><p>

22、;　　(5) 歐洲鐵路聯(lián)盟對平均接觸力和接觸力最大標準偏差作了規(guī)定,同時對定位裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計作了規(guī)定,以保證行車的安全。</p><p>　　3 高速鐵路宜采用的懸掛方式</p><p>　　鑒于復鏈型懸掛結(jié)構(gòu)太復雜, 投資太高, 國內(nèi)尚無成熟的設(shè)計、施工和運營經(jīng)驗, 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210 km/ h 采用復鏈型懸掛

23、, 當時人們認為200 km/ h 速度應(yīng)采用彈性均勻的復鏈型懸掛。現(xiàn)在, 我國廣深、秦沈200～250 km/ h 運行速度采用簡鏈就已經(jīng)達到了令人滿意的受流效果。再從法國的經(jīng)驗來看, 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, 在300～350 km/ h 速度段同樣能滿足運營要求。從德國的經(jīng)驗來看, 從

24、160～330 km/ h 速度, 彈鏈的使用已經(jīng)有了成熟的經(jīng)驗, 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。</p><p>　　對于京滬高速而言, 從受流質(zhì)量要求來看, 彈鏈和簡鏈均能滿足要求, 但彈鏈施工調(diào)整麻煩, 運營維護和事故搶修難度加大, 同時彈鏈的穩(wěn)定性不如簡鏈。綜合比較結(jié)果

25、, 采用簡單鏈型懸掛更適合我國的施工及維護環(huán)境。因此, 京滬高速推薦采用全補償簡單鏈型懸掛，具體參數(shù)如圖4和表6所示。</p><p>　　圖4 京滬高鐵懸掛類型—簡單懸掛</p><p>　　表6 京滬鐵路接觸懸掛的技術(shù)參數(shù)</p><p>　　4 張力補償裝置的設(shè)計</p><p>　　目前的張力自動補償裝置主要有日本的變比鼓輪補償裝置、

26、德國的棘輪補償裝置和法國的滑輪組補償裝置。張力自動補償裝置應(yīng)具備如下技術(shù)性能:</p><p>　　(1) 機械傳動變比1:3-1:5;</p><p>　　(2) 機械傳動效率不低于0.97;</p><p>　　質(zhì)量不大于30kg。</p><p>　　相比之下，法國的滑輪組補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)

27、首選的張力補償裝置。</p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p>　　研究高速鐵路接觸網(wǎng)的最終目的，是為了提高我國高速鐵路接觸網(wǎng)的設(shè)計和施工水平，推動我國高速鐵路技術(shù)發(fā)展。隨著社會及經(jīng)濟的發(fā)展，必然對鐵路交通提出更高的要求，當今世界的鐵路，提高列車運行速度是一項共同追求得目標。然而，要大程度的提高列車的運行速度，接觸網(wǎng)懸掛起著舉足輕重的作用。目前，世

28、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。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鏈型懸掛、德國高速電氣化鐵路采用的彈性鏈型懸掛、法國高速鐵路采用的簡單懸掛。本次課程設(shè)計通過對各種懸掛類型的經(jīng)濟效益、技術(shù)要求以及抗環(huán)境影響能力等方面的比較，得出以下結(jié)論：</p><p>　　(1)接觸網(wǎng)

29、的結(jié)構(gòu)要盡可能地簡化, 以提高接觸網(wǎng)的可靠性。</p><p>　　(2)在材質(zhì)一定的條件下, 盡可能地提高接觸線的張力, 以提高運營速度。</p><p>　　(3)積極研制和開發(fā)與接觸網(wǎng)參數(shù)及運營速度相匹配高速受電弓。</p><p>　　通過對不同類型接觸網(wǎng)懸掛的比較，最終選擇簡單鏈型懸掛為京滬高速的懸掛類型。</p><p><