接觸網(wǎng)課程設(shè)計1

1、接觸網(wǎng)工程課程設(shè)計報告評語： 考 勤（10）守 紀（10）設(shè)計過程（40）設(shè)計報告（30）小組答辯（10）總成績（100）專 業(yè)：電氣工程及其自動化 班 級： 電氣 1104 姓 名： 學(xué) 號： 201109456 指導(dǎo)教師： 王秀華 蘭州交通大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院2013 年7月 12日 1 設(shè)計原始題目1.1具體題目 高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)懸掛模式設(shè)計1.2 設(shè)計內(nèi)容 對各種懸掛模式進行分析比較，確定適合高速運行接觸網(wǎng)的懸掛模式，選擇接觸性、承力索、吊弦等的型號，計算其張力，進行張力補償?shù)脑O(shè)計。2 高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)懸掛類型 目前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

2、設(shè)置和受電弓的結(jié)構(gòu)及性能的不同采用了不用的懸掛模式。主要有簡單鏈性懸掛、彈性鏈性懸掛和復(fù)鏈性懸掛三種。2.1接觸網(wǎng)的各種懸掛類型2.1.1簡單鏈型懸掛 簡單鏈形懸掛是一條接觸線通過吊弦懸掛在一條承力索上,承力索通過鉤頭鞍子或懸吊滑輪懸掛在支持裝置上。此種懸掛方式穩(wěn)定性的好壞主要取決于接觸網(wǎng)系統(tǒng)的跨距、接觸線和承力索的張力、吊弦長度、吊弦間距、支持裝置及支柱穩(wěn)定性等技術(shù)參數(shù)的好壞。如圖1所示。 圖1 簡單鏈型懸掛 2.1.2彈性鏈性懸掛 彈性鏈型懸掛是在簡單鏈型懸掛基礎(chǔ)上在每處懸掛點增加Y形彈性吊索,長度一般為816m,仍為單鏈形懸掛。此懸掛方式穩(wěn)定性好與壞,除受跨距、承力索和接觸線的張力、吊弦

3、、支持裝置及支柱穩(wěn)定性影響外,彈性吊索張力對其穩(wěn)定性的影響也十分的大。德國、法國、日本等多國已經(jīng)在行駛試驗中證實該接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式適合于高速行駛。如圖2所示。 圖2 彈性鏈性懸掛2.1.3復(fù)鏈性懸掛 復(fù)鏈型懸掛是接觸線經(jīng)短吊弦懸掛在輔助吊索上,輔助吊索又通過吊弦懸掛在承力索上。增加的輔助吊索大大降低接觸網(wǎng)系統(tǒng)的垂直擺動幅度,更加提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,跨中與懸掛點彈性幾乎相當(dāng),所以此種懸掛方式接觸網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性最好,西門子公司于1912年就曾提出這種設(shè)計方案。德國聯(lián)邦鐵路在開發(fā)高速接觸網(wǎng)的過程中,再次對這種復(fù)鏈形懸掛形式進行試驗,證實這種結(jié)構(gòu)形式確實具有非常好的高速行駛特性。如圖3所示。 圖3 復(fù)鏈性懸掛

4、2.2各種懸掛類型的綜合比較編號 項目簡單鏈型懸掛彈性鏈性懸掛復(fù)鏈性懸掛1接觸網(wǎng)的動態(tài)穩(wěn)定性較好差好2接觸網(wǎng)的風(fēng)穩(wěn)定性較好差好3靜態(tài)彈性不均勻度大較小小4環(huán)境溫度變化對網(wǎng)的影響小大小5零部件數(shù)量少較多多6結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度簡單較復(fù)雜復(fù)雜7施工的難易程度容易較難難8事故搶修的難易程度容易較難難9日常維修等的便利性便利不便利較便利10一次性投資低較高高11運營維護費低較高高12受電弓運行軌跡的平緩度稍差較好好綜合比較后，可得出以下結(jié)論： （1）簡單鏈型懸掛靜態(tài)彈性不均勻度較大,導(dǎo)致受電弓運行軌跡平緩度稍差, 但當(dāng)接觸線設(shè)置適當(dāng)?shù)念A(yù)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

5、、運營維護及事故搶修較容易。 （2）彈性鏈型懸掛靜態(tài)彈性不均勻度較小,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。 （3）復(fù)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(fù)雜,施工調(diào)整及事故搶修難度大。3 接觸網(wǎng)各線索作用3.1 接觸線接觸線是接觸網(wǎng)的主要組成部分，直接和受電弓滑板摩擦接觸取流的部分，電力機車從接觸線取得電能。因此接觸線的材質(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；要有高強度的機械性，具有較強的抗張能力。接觸

6、線制成帶溝槽的圓柱狀，溝槽是為了便于安裝固定接觸線的線夾，同時又不能影響受電弓取流。我國電氣化鐵路建設(shè)初期（1961-1972），采用的是銅接觸線，型號為TCG-100型和TCG-85型，分別用于正線和站線。其導(dǎo)電性能好，但機械強度差。20世紀70年代（1972-1980）我國研制了以鋁代銅的GLCA型和GLCB型鋼鋁復(fù)合新型接觸線。其機械強度好，導(dǎo)電性差，不耐腐蝕，且剛度較大，形成的硬彎和死彎不易整直，影響受流。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。將承受張力的鋼包在鋁內(nèi)，既保留了耐磨性能和抗張性能，又提高了它的防腐蝕性能，可相應(yīng)延長其壽命，具有較好的受流效

7、果。20世紀80年代，為了適應(yīng)電氣化鐵路運量大、車流密度高、載流量大的需要，我國又研制了連鑄連軋、無焊接接頭的TCW-110型和TCW-85型接觸線。其相應(yīng)的提高了抗拉強度和供電可靠性，同時又可延長使用壽命，因而得到廣泛使用。隨著電氣化鐵路的大幅度提速和建設(shè)，20世紀90年代我國又研制了CTHA-110型和CTHB-120型銀銅合金接觸線。已在（北）京鄭（州）電氣化線路上投入試運行，效果良好。3.2 承力索接觸網(wǎng)承力索的作用是通過吊弦將接觸線懸掛起來。承力索還可承載一定電流來減小牽引網(wǎng)阻抗，降低電壓損耗和能耗。承力索根據(jù)材質(zhì)可分為銅承力索、鋼承力索、鋁包鋼承力索。銅承力索導(dǎo)電性能好，可做牽引電

8、流通道之一，和接觸線并聯(lián)供電，降低壓損和能耗，且腐蝕性能強。但銅承力索消耗銅多，造價高且機械強度低，不能承受較大的張力，溫度變化時馳度變化也大。規(guī)格型號有TJ-95、TJ-100等幾種。TJ表示銅絞線，數(shù)字表示截面積。鋼承力索用鍍鋅鋼絞線制成，強度高耐張力大，安裝馳度小切馳度變化也小，節(jié)省有色金屬又造價低。但電阻大，導(dǎo)電性能差，一般是不容許導(dǎo)流的。鋼承力索不耐腐蝕，使用時要采取防腐蝕措施。常用規(guī)格有GJ-100、GJ-70兩種。鋁包鋼承力索是鋁覆鋼線和鋁線姣合而成，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，機械強度和抗腐蝕性能好。GJ表示鋼絞線，數(shù)字表示承力索的標(biāo)稱截面

9、積。從受流角度來講，對于300km/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。牽引網(wǎng)的最大電流將達到1000A，考慮載流，承力索截面積不宜小于120mm。3.3吊弦 在鏈形懸掛中，接觸線通過吊弦懸掛在承力索上。按其使用位置是在跨距中、軟橫跨上或隧道內(nèi)有不同的吊弦類型，吊弦是鏈形懸掛中的重要組成部件之一。在鏈形懸掛中安設(shè)吊弦，使每個跨距中在不增加支柱的情況下，增加了對接觸線的懸掛點，這樣使接觸線的弛度和彈性均得到改善，提高了接觸線工作質(zhì)量。另外，通過調(diào)節(jié)吊弦的長度來調(diào)整，保證接觸線對軌面的高度，使其符合技術(shù)要求。吊弦有普通吊弦和整體吊弦，普通環(huán)節(jié)吊弦以直徑4m

10、m（一般稱為8號鐵線）的鍍鋅鐵線制成。整體吊弦種類也比較多，老的整體吊弦采用不銹鋼直吊弦，一般由兩段構(gòu)成，中間增加調(diào)節(jié)螺扣，方便長度調(diào)節(jié)，現(xiàn)在普遍采用軟銅鉸線載流整體吊弦，有可調(diào)節(jié)和一次壓死兩種形式，吊弦兩端均有載流環(huán)。高速普遍采用壓死不可調(diào)整體吊弦，這樣可增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4張力自動補償裝置 張力自動補償裝置有許多種類，有滑輪式、棘輪式、鼓輪式、液壓式及彈簧式等。對張力自動補償裝置的要求有二：其一，補償裝置應(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，補償裝置還應(yīng)有一種制動功能。一般對于

11、全補償?shù)某辛λ鲀?nèi)的補償裝置，如不具備這種功能時，還需專門加有斷線制動裝置，以防止在一旦發(fā)生斷線時，墜砣串落地而造成事故擴大、恢復(fù)困難。4.1 滑輪式張力自動補償裝置 對于半補償鏈型懸掛，承力索為硬錨，就是直接下錨，接觸線通過滑輪組補償裝置后下錨，如圖4所示。全補償鏈形懸掛：接觸線和承力索均通過滑輪組補償裝置后下錨，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，墜砣重均為5KN，如圖5所示。全補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。不同材質(zhì)、不同截面線索，所選用的張力不

12、同，因而墜舵重量和傳動比都會有所變化。組成：補償滑輪、補償繩、杵環(huán)桿、錘鉈桿、限制導(dǎo)管和墜砣圖4 半補償鏈性懸掛圖5 全補償鏈性懸掛方式4.2鼓輪式張力自動補償裝置我國在（北）京-秦（皇島）線部分站場及正線上，試行裝設(shè)無中心錨結(jié)、帶變化鼓輪補償裝置的并聯(lián)下錨方式，以便在無中心錨結(jié)狀況下防止接觸懸掛的竄動。這種結(jié)構(gòu)的自動補償裝置如圖6所示。特點就在于用平衡板將承力索與接觸線平行地“并聯(lián)”在一起下錨，以便只利用一套特殊的補償滑輪（鼓輪）裝置就可以預(yù)防整個接觸懸掛的竄動。墜砣通過補償繩對整個錨段的接觸懸掛施加規(guī)定的張力，張力分配決定于平衡板上中間與絕緣子串的聯(lián)結(jié)點和其兩端與承力索、接觸線的聯(lián)結(jié)點之間

13、兩段距離的比值。組成：補償滑輪、補償繩、杵環(huán)桿、錘鉈桿、限制導(dǎo)管和墜砣圖6 鼓輪式張力自動補償裝置4.3 Re200C型非并聯(lián)棘輪式補償裝置我國哈（爾濱）大（連）線電氣化技術(shù)改造，引進了德國非并聯(lián)棘輪補償裝置。這種棘輪，從結(jié)構(gòu)上看，接觸線和承力索不是并聯(lián)連接到補償器上，而是分別連接到補償器上，同時，棘輪的中間有一個齒輪，它是起斷線制動作用的。這種補償器的優(yōu)點是不僅在承力索斷線時具有快速制動功能，而且在發(fā)生事故后，能夠較易于修復(fù)，影響面較小。 圖7 Re200C型非并聯(lián)棘輪式補償裝置4.4 張力計算在高速電氣化鐵路中，波動速度被一致認為是控制運行速度的重要條件并表示為： (4.1)式中，實際運行

14、速度（km/h）；波動速度（km/h）；無量綱系數(shù)，一般取為0.65-0.70。假設(shè)列車實際運行速度= 350km/h，取0.65。那么波動速度：=538.46km/h接觸線的波動速度值表示為： (4.2)式中，接觸線的張力（N）；接觸線的單位長度的質(zhì)量（kg/m）。查得=1.071kg/m，最后計算得接觸線張力為：=23.96kN5適宜高速化電氣鐵路采用的懸掛方式鑒于復(fù)鏈性懸掛結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，投資太大，國內(nèi)尚無成熟的技術(shù)、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210km/h采用復(fù)鏈性懸掛，當(dāng)時人們認為200km/h速度應(yīng)采用彈性均勻

15、的復(fù)鏈性懸掛?，F(xiàn)在我國廣深、秦深200250km/h速度應(yīng)采用簡單鏈型懸掛就已達到了令人滿意的受流效果。再從法國的經(jīng)驗來看，300km/h的簡單鏈型懸掛接觸網(wǎng)已經(jīng)使用了十幾年，350km/h的簡單鏈型懸掛也已投入運行，這說明簡單鏈型懸掛不僅在200-250km/h速度段的受流性能得到了確認，在300-350km/h速度段同樣能滿足運營要求。從德國的經(jīng)驗來看，從160-330km/h速度，彈性鏈性懸掛的使用已經(jīng)有了成熟的經(jīng)驗，受流質(zhì)量同樣滿足要求。彈性鏈性懸掛和簡單鏈型懸掛在高速領(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的傳播速度，并有追隨性能優(yōu)越的受電弓

16、相匹配。 對于京滬高速而言，從受流質(zhì)量要求來看，兩者均能滿足要求，但彈性鏈性懸掛施工調(diào)整麻煩，運營維護和事故搶修難度加大，同時彈性鏈性懸掛的穩(wěn)定性不如簡單鏈型懸掛。綜合比較，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，如圖8所示。具體參數(shù)如表2。圖8 京滬高速鐵路懸掛類型簡單鏈型懸掛圖9 全補償型張力自動補償裝置表2 京滬高速鐵路接觸懸掛的技術(shù)參數(shù)名稱量值名稱量值接觸線MgCu（mm2）150接觸線高度（mm）5000-5500承力索BzII（mm2）90-120接觸線張力（KN）20-25彈性吊弦BzII（mm2）30承力索張力（KN）15-20最大跨距（m）63吊弦張力3.0結(jié)構(gòu)高度（mm）區(qū)間：1300-1800隧道：1100-1300吊弦標(biāo)準(zhǔn)長度16-18正線相鄰跨距之比1.15:1補償裝置鋁合金大滑輪裝置6總結(jié) 在本次的設(shè)計過程中，我了解了在各個國家不同的大氣環(huán)境條件下各種不同懸掛模式的應(yīng)用情況，接著我又從經(jīng)濟技術(shù)方面比較了這幾種適合高速電氣化鐵路的懸掛模式的優(yōu)缺點。最后以