接觸網(wǎng)定位器的張力分析

蔣 杰

0 引言

在國(guó)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(duì)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(méi)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(duì)定位器張力的規(guī)定是片面的。

通常情況下，接觸線對(duì)定位器施加的張力過(guò)大會(huì)造成定位器非正常損壞；施加的張力過(guò)小又會(huì)使定位器連接鉤與定位支座在受電弓通過(guò)定位點(diǎn)時(shí)容易發(fā)生相互碰撞而導(dǎo)致過(guò)度磨損，并形成技術(shù)上的硬點(diǎn)。例如，德國(guó)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(huì)出現(xiàn)較松配合和出現(xiàn)過(guò)度磨損。如果徑向力超過(guò)了允許值，會(huì)使接觸線過(guò)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(duì)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(huì)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(duì)定位支座有足夠的拉力，受電弓在通過(guò)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(dòng)，沒(méi)有滑動(dòng)，所以，定位器連接鉤和定位支座在連接處不會(huì)出現(xiàn)相互沖撞。

下面對(duì)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(mén)，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(jiǎn)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(lái)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(mén)。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(huì)需要把 C點(diǎn)的拉出值布置成向下的，如果簡(jiǎn)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(mǎn)足下式：

圖3 直線上拉出值過(guò)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(hào)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(guó)外資料的基礎(chǔ)上，采用試驗(yàn)的方法來(lái)確定。

3 結(jié)束語(yǔ)

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(duì)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(hào)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(guò)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(guó)電力出版社，2004.