高速鐵路接觸線張力優(yōu)化方案

高速鐵路接觸線張力優(yōu)化方案摘要：本文詳細(xì)探討了接觸線磨耗與波傳播速度、接觸線張力、安全系數(shù)之間的關(guān)系，提出了350km/h運(yùn)營線路接觸線張力選擇的優(yōu)化方案。關(guān)鍵詞：高速鐵路張力磨耗方案一350km/h運(yùn)營速度接觸線張力要求國外300km/h及以上接觸網(wǎng)懸掛動態(tài)參數(shù)表 表1懸掛組合；運(yùn)行速度(km/h)接帥線張力(KN廠承力索張力(綁波動慎播速度fkrrVh)反射丟數(shù)務(wù)普勒盟子放大因數(shù)彈性非均勻度(謝法蜃TGV±西洋線：THJ-70+Cu-150(f^^:=204400.3570.1S71.90936籍國ReS30^鏈):THJ--T20+^uMg-l2027創(chuàng)5720.4680.2411.9388西班牙E處孵㈱:6U-95+GuMg-150350.3.1.515.75■5'53f0.360.2251.6C06.25國內(nèi)安全系數(shù)對接觸線張力選擇的影響接觸線最大允許張力及安全系數(shù)的選用直接關(guān)系到懸掛系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。目前國內(nèi)對安全系數(shù)的選用&;表2接融線磨耗現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定TB10009-93秦沈客運(yùn)專線暫規(guī)^[2000]25號京滬髙速鐵路設(shè)計(jì)暫規(guī)鐵連設(shè)[2003]1.3^磨耗＜15%>.2.5>2.115%<磨耗<25%送2225%選用秦沈客運(yùn)專線暫規(guī)及京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫規(guī)的安全系數(shù)進(jìn)行比較。銅合金接觸線的最大使用張力、波動傳播速度、0值表3接融戰(zhàn)類型拉斷力(KN)京滬＞^25%.安全丟數(shù)ED藁沈：磨耗15開:；安全系數(shù)21最丈餒用張力(炒J)波速度戟rri/h)-B值盤犬便用張±(KN)波速度認(rèn)rn/h)--B值CuMg-1.20(0.'^50.1017.048472750.74019.2654910.713.CuMg-120(0.5)60.0021.375517.^5067723/0715370651CuMg-150(0.2/6^-2022.301472.790.74024.0714910.71-3.CuMg-150(0.5)72.0025650507.05069027.6365270.664注：表中接觸線張力增量按5%考慮，列車運(yùn)行速度350km/h。由此可以看出，由于國內(nèi)安全系數(shù)的影響，鎂銅接觸線的最大使用張力只能達(dá)到21.375KN及25.65KN，其最大波傳播速度被限制在510km/h左右，接觸網(wǎng)的動態(tài)特性不能進(jìn)一步得到提高。三磨耗與速度的關(guān)系1磨耗與接觸線波傳播速度的關(guān)系接觸線波傳播速度的計(jì)算公式為：C=3.6*JFj/mj其中：C一波傳播速度（km/h）；Fj—接觸線張力（KN）；mj一接觸線的單位質(zhì)量（kg/m）；接觸網(wǎng)波傳播速度與接觸線的張力及單位質(zhì)量有關(guān)，隨著接觸線張力的增加，波傳播速度增大，接觸線單位質(zhì)量的減少，波傳播速度也會增大。在接觸網(wǎng)運(yùn)營過程中，受電弓與接觸線是一種動態(tài)接觸，受電弓與接觸線之間存在機(jī)械磨耗及電氣磨耗，隨著磨耗增加，接觸線單位質(zhì)量降低，同時(shí)也伴隨著接觸線最小拉斷力的降低，其關(guān)系如圖一、圖二所示。國1摟觸錢單菽質(zhì)艇與壷疑羌丟國----MgCulSO ^2整觸線控新力與底疑關(guān)丟唐耗〔￥〕MeCuI50 MeCuI-20

由于接觸線單位質(zhì)量的減少，在固定接觸線張力條件下，其波傳播速度隨著磨耗的增加逐漸增大，如圖3所示：MgCul20、MgCul50接觸線張力分別為27KN及30KN。國螢鏤觸歩麻耗與液佟暮速恵羌朿MeCuISO XeCuI202.磨耗與安全系數(shù)的關(guān)系接觸線磨耗達(dá)到25%時(shí)，接觸線波傳播速度較起始值增加了15%左右，也既是說，隨著接觸網(wǎng)運(yùn)營時(shí)間的推移，由于接觸線磨耗的增加，接觸網(wǎng)的動態(tài)特性得到了改善。但是這種改善是以犧牲接觸懸掛的安全性為代價(jià)的，圖4顯示了磨耗與安全系數(shù)的關(guān)系：（接觸線張力分別為30KN及27KN。）oooo_uoooo543210987222222111國4摟觸線衣全頁數(shù)與曆嶷羌玉3 5 7 9 11 13 15 17 “oooo_uoooo543210987222222111國4摟觸線衣全頁數(shù)與曆嶷羌玉3 5 7 9 11 13 15 17 “冷卷佔(zhàn)窖耗W.MeCu150 MeCuI-20d-u-：1r-uu^-i接觸線磨耗達(dá)到15%~18%時(shí)，其安全系數(shù)均已降到了2.0以下，不能滿足京滬暫規(guī)：磨耗25%、安全系數(shù)2.0要求；按照秦沈暫規(guī)安全系數(shù)2.1要求，磨耗也只能達(dá)到11%~14%。目前的解決方案是降低接觸線的張力，犧牲接觸網(wǎng)的動態(tài)特性，以確保接觸網(wǎng)的安全性。四.優(yōu)化方案由于受到安全系數(shù)的限制，目前接觸導(dǎo)線的張力不可能進(jìn)一步提高，但是波傳播速度與張力及導(dǎo)線單位質(zhì)量有密切的關(guān)系，假設(shè)波傳播速度固定不變，隨著磨耗增加，接觸線張力變化如圖5所示

O8O8642O832■?」22■?」13-左零1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25磨耗（約?--<uMgl50張力變化曲線 CuMglEO張力變化曲線即在固定波傳播速度下，隨著磨耗的增加，對接觸線張力要求呈下降的趨勢。利用該項(xiàng)特性，我們可以在接觸網(wǎng)運(yùn)營過程中，隨著接觸導(dǎo)線磨耗的變化，通過卸載的方式來保證任何磨耗情況下，接觸網(wǎng)的安全系數(shù)均保持在2.1以上，如圖6所示。.■按專催妾全系數(shù)展即堪點(diǎn)2.4502.4002.■按專催妾全系數(shù)展即堪點(diǎn)2.4502.4002：,:'3502：,:^002502001502.1000501 ? 5 7 9 11 13 15 17 19 23 -25CuXeISO CuMe1-：20以CuMgl50為例，磨耗小于10%,接觸線張力保持在30kN，磨耗在10%到16%之間時(shí),接觸線張力卸載為27kN,磨耗大于16%,接觸線張力卸載為25kN。接觸線張力需然經(jīng)過三次卸載，其波傳播速度始終保持在540km/h左右，安全系數(shù)均大于2.1。同時(shí)接觸網(wǎng)各項(xiàng)參數(shù)也進(jìn)一步得到優(yōu)化，多普勒因子：0.221，放大因數(shù)：2.012，B值：0.638，彈性懸掛時(shí)跨中彈性為：0.343mm/N。五方案對運(yùn)營維護(hù)的影響由于方案在接觸網(wǎng)運(yùn)營過程中，存在多次卸載，其是否可行性，必須解決兩方面的問題：第一是卸載點(diǎn)，即卸載時(shí)機(jī)的確定；其次是每次卸載對接觸網(wǎng)的影響有多大，這涉及到運(yùn)營維護(hù)單位的工作量問題。在高速鐵路的日常運(yùn)營維護(hù)中，普遍采用了高科技的接觸網(wǎng)檢測手段，定期對接觸網(wǎng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢測，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)安全隱患。接觸網(wǎng)檢測過程中，接觸線磨耗是其重要的檢測參數(shù)之一，因此通過接觸網(wǎng)的日常檢測，收集接觸線的磨耗資料，可以非常容易地確定接觸線的張力卸載時(shí)機(jī)。圖T卸載點(diǎn)接鈾線弾性伸長的變化時(shí)況接融線張力 L=1000m■-uL=800m L=700m接觸線卸載后對接觸網(wǎng)參數(shù)的影響，主要是卸載過程中，接觸線的位移引起的，導(dǎo)致這種位移的主要因素是張力的減小，引起接觸線彈性伸長的減小。以MgCu150為例，初始張力30KN,在卸載點(diǎn)卸載為27KN時(shí)，隨著錨段長度的不同，接觸線彈性伸長量減少了128~183mm,如圖7所示（圖中“L”為半錨長度）。接觸線的縮短會引起接觸網(wǎng)兩方面的變化，第一是接觸線弛度變化，另一方面會引起吊弦的偏斜。以700m半錨長度來研究該變化對最短吊弦及定位角度的影響（最短吊弦長度取800mm,定位器長度取1200mm），如圖8所示。圖8距中心錨接不同距離處最短吊弦及定位器的偏角距中心錨接距離（m）?最短吊弦傾角——定位器傾角由圖中所示可以看出，假設(shè)接觸線縮短對接觸網(wǎng)的影響全部作用在吊弦上時(shí)，最短吊弦傾角在10°以