接觸網(wǎng)定位器的張力分析

蔣 杰

0 引言

在國內(nèi)現(xiàn)行的接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)、施工規(guī)范和工程質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)文件中，對接觸網(wǎng)定位器的討論大都是關(guān)于其坡度、限位間隙的大小等，幾乎沒有關(guān)于定位器張力的相關(guān)描述。實(shí)際上，在弓網(wǎng)關(guān)系中，忽略對定位器張力的規(guī)定是片面的。

通常情況下，接觸線對定位器施加的張力過大會造成定位器非正常損壞；施加的張力過小又會使定位器連接鉤與定位支座在受電弓通過定位點(diǎn)時(shí)容易發(fā)生相互碰撞而導(dǎo)致過度磨損，并形成技術(shù)上的硬點(diǎn)。例如，德國鐵路采用輕型定位器，它的力FH就應(yīng)該在大于80 N小于2 500 N范圍之間。如果未達(dá)到最小徑向力，定位器連接鉤在定位支座上就會出現(xiàn)較松配合和出現(xiàn)過度磨損。如果徑向力超過了允許值，會使接觸線過度彎曲，導(dǎo)致定位器損壞[1]。所以，在現(xiàn)行技術(shù)文件中，應(yīng)補(bǔ)充對定位器正常使用條件下的最大和最小張力的明確規(guī)定。

1 典型工況下定位器受力分析

任何情況下定位器都不能承受壓力，只能夠承受拉力。正常使用條件下，定位器的最大許用張力應(yīng)保證定位器工作在正常受力狀態(tài)下，在設(shè)計(jì)的工作壽命內(nèi)，定位器不會出現(xiàn)非正常疲勞損壞；定位器的最小許用張力應(yīng)保證定位器連接鉤對定位支座有足夠的拉力，受電弓在通過定位點(diǎn)時(shí)使定位器以定位支座為圓心產(chǎn)生弧形抬升，在兩零件的連接處，定位器只有轉(zhuǎn)動，沒有滑動，所以，定位器連接鉤和定位支座在連接處不會出現(xiàn)相互沖撞。

下面對曲線線路和直線線路 2種典型工況下接觸網(wǎng)定位器的受力情況進(jìn)行理論分析。

1.1 曲線工況下定位器受力分析

曲線上接觸線的拉出值總是布置成拉向曲外的，在定位點(diǎn)處因改變方向，接觸線向定位器施加了一個(gè)指向曲內(nèi)的拉力，也就是定位器的張力。

如圖1所示，半徑為R的線路曲線上有3個(gè)定位點(diǎn)A、B、C，拉出值均為a，AB段和BC段接觸線的張力為T，它們指向曲內(nèi)的分量的合力為P。

圖1 曲線上接觸網(wǎng)定位器受力示意圖

由圖1可知，ΔFBE∽ΔOBC相似，所以，有

因?yàn)閍＜＜R，忽略a，有

當(dāng)兩側(cè)跨距不相等時(shí)，有

1.2 直線工況下定位器受力分析

為避免接觸線在受電弓的某一點(diǎn)上局部不均勻磨耗，直線線路上接觸線的拉出值呈“之”字型布置，所以，在定位點(diǎn)處接觸線施加給定位器一個(gè)水平“之”字力。

如圖2所示，A、B、C分別為直線上的3個(gè)定位點(diǎn)，拉出值均為a，由圖可知，B定位點(diǎn)處的“之”字力P為

因?yàn)棣冉且话愣己苄。詓in θ≈tan θ，即

圖2 直線上接觸網(wǎng)定位器受力示意圖

在直線工況中，有一種情況值得注意：當(dāng)需要調(diào)整拉出值布置時(shí)，不能簡單地使某定位點(diǎn)的拉出值為零，必須結(jié)合左右跨距值、拉出值和導(dǎo)線額定張力來確定定位點(diǎn)的最小拉出值。

如圖3所示，A、B、C分別為直線上的3個(gè)定位點(diǎn)，A、C拉出值均為a，AB、BC間的跨距均為l，接觸線的張力為T。在平面布置中，布置到點(diǎn)A時(shí)拉出值是向上的，出于某種考慮，可能會需要把 C點(diǎn)的拉出值布置成向下的，如果簡單地使定位點(diǎn)B處的拉出值為0，則，定位點(diǎn)B處的定位器張力必為零，假設(shè)定位器的最小許用張力為Pmin，這時(shí)定位器的工作張力小于最小許用張力，這是不合適的。假設(shè)定位點(diǎn)B處的拉出值向下拉，其值為a1，由圖3可知，B定位點(diǎn)處的“之”字力P為AB、BC間接觸線張力垂直方向的分力之和。在B定位點(diǎn)處，AB間接觸線張力的垂直分力向上，其值P1為

BC間接觸線張力的垂直分力向下，其值P2為

定位點(diǎn) B處的定位器張力必須大于最小許用張力Pmin，即P1- P2≥Pmin。所以，定位點(diǎn)B的拉出值a1必須滿足下式：

圖3 直線上拉出值過渡情況下接觸網(wǎng)定位器受力示意圖

2 定位器最大和最小張力取值分析

目前接觸網(wǎng)定位器采用的材質(zhì)有鋼質(zhì)和鋁質(zhì)2種，一般在正線上使用帶限位功能的鋁質(zhì)組合定位器，在站線上使用普通的鋼質(zhì)定位器。某種型號定位器最大許用張力和該定位器的生產(chǎn)工藝、組成該定位器的全部零件的材質(zhì)等因素有很大關(guān)系，其最小許用張力和接觸線的額定張力、該定位器的重量等因素密切相關(guān)。具體到工程設(shè)計(jì)中，定位器最大和最小張力的取值可以在參考國外資料的基礎(chǔ)上，采用試驗(yàn)的方法來確定。

3 結(jié)束語

綜上所述，在現(xiàn)行接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范文件中，應(yīng)補(bǔ)充對定位器正常使用條件下最大和最小張力進(jìn)行明確規(guī)定的條款。具體的工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)定位器設(shè)計(jì)選型結(jié)果給定該型號定位器的最小和最大許用張力，特別要避免出現(xiàn)直線上拉出值過渡時(shí)定位器張力小于最小許用張力的情況。

[1]Kie?ling, Puschmann, Schmieder.電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M].中鐵電氣化局集團(tuán)譯.北京：中國電力出版社，2004.