全補(bǔ)償簡單直鏈型懸掛接觸網(wǎng)整體吊弦的精確安裝研究

鄧長安

(廣東珠三角城際軌道交通有限公司，廣州 510308)

1 概述

電氣化鐵路接觸網(wǎng)直接與電力機(jī)車受電弓相接觸，良好的“弓網(wǎng)”關(guān)系將提高受電弓的取流質(zhì)量，是機(jī)車高速運(yùn)行的重要保障。隨著我國接觸網(wǎng)設(shè)備制造技術(shù)水平的不斷提高，早期的環(huán)節(jié)吊弦由于易損害、導(dǎo)流性能不好等原因，正逐漸被采用壓接工藝制作，具有接續(xù)可靠，機(jī)械強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，有良好的導(dǎo)電性能等優(yōu)點(diǎn)的整體吊弦所取代。作為接觸網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分，整體吊弦準(zhǔn)確安裝到位，不但能提高接觸網(wǎng)整體性能和質(zhì)量，改善“弓網(wǎng)”關(guān)系，而且還能減少重復(fù)調(diào)整工作量，提高工作效率，縮短施工占用線路的時(shí)間，增加鐵路運(yùn)輸能力。現(xiàn)以全補(bǔ)償簡單直鏈型懸掛接觸網(wǎng)為例，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，分析了如何消除和減小整體吊弦測量、計(jì)算、制作、安裝環(huán)節(jié)中的誤差，以提高最終的整體安裝精度，確保整體吊弦能一次性、精確的安裝到位。

2 計(jì)算數(shù)據(jù)測量

整體吊弦的計(jì)算數(shù)據(jù)包括現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)和依據(jù)設(shè)計(jì)文件、相關(guān)技術(shù)資料而收集確定的數(shù)據(jù)。計(jì)算數(shù)據(jù)采集是否準(zhǔn)確直接影響到整體吊弦計(jì)算精度，因此對采集的每一項(xiàng)數(shù)據(jù)都要保證誤差最小，精度最高。

2.1 測量要求

整體吊弦的計(jì)算數(shù)據(jù)采集前，鐵路線路不再進(jìn)行起道和撥道，達(dá)到穩(wěn)定條件，接觸網(wǎng)安裝的設(shè)備已調(diào)整到位，支柱不再下沉和傾斜，腕臂支持裝置垂直線路中心。

對于測量數(shù)據(jù)，應(yīng)采用經(jīng)檢驗(yàn)合格的，測量精度高的專業(yè)儀器測量。如懸掛點(diǎn)處的軌距和曲線超高，應(yīng)采用工務(wù)專用道尺測量;承力索距軌面的高度及到兩鋼軌內(nèi)緣的距離應(yīng)采用多功能激光接觸網(wǎng)檢測儀測量;跨距應(yīng)采用全站儀測量;吊弦安裝位置距起始懸掛點(diǎn)的距離及吊弦間距測量應(yīng)采用吊弦間距測量儀或鋼尺測量［1］;承力索及接觸線的張力應(yīng)測量實(shí)際張力，采用下錨張力測量儀測量或采用電子稱分別測量墜陀、墜陀桿、補(bǔ)償繩等補(bǔ)償器件的重量后累加計(jì)算得到;集中荷載大小應(yīng)采用電子稱測量計(jì)算得到。

對于需收集確定的數(shù)據(jù)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)文件、材料設(shè)備等的技術(shù)資料確定。如線路平面曲線半徑、豎曲線半徑的大小及方向應(yīng)根據(jù)線路設(shè)計(jì)資料得到;承力索、接觸導(dǎo)線、整體吊弦的單位長度自重，接觸線的線密度等應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的線材技術(shù)參數(shù)確定或按照實(shí)際質(zhì)量進(jìn)行推算得到。

凡是距離大小方面的測量數(shù)據(jù)，應(yīng)精確到mm;凡是質(zhì)量大小方面的測量數(shù)據(jù)，應(yīng)精確到g。

2.2 原始數(shù)據(jù)測量

如圖1所示，依次測量每個(gè)錨段內(nèi)各支柱懸掛點(diǎn)處承力索距離2條鋼軌內(nèi)沿的距離LA和LB，軌距L軌和曲線超高h(yuǎn)w，并依次記錄下測量數(shù)據(jù)。

圖1 接觸網(wǎng)整體吊弦計(jì)算數(shù)據(jù)測量示意

2.3 原始數(shù)據(jù)處理

根據(jù)測量數(shù)據(jù)，按照下述公式，依次計(jì)算接觸網(wǎng)每個(gè)懸掛點(diǎn)的Hc、ac和h，并記錄備用。

(1)利用海倫公式，計(jì)算承力索對軌面的垂直距離Hc

式中 LA、LB——懸掛點(diǎn)處承力索中心分別距2根鋼軌內(nèi)緣的距離，mm;

L軌——懸掛點(diǎn)處的軌距，mm。

式中 ac——承力索對線路中心的偏移距離，mm;

Hc——承力索對軌面的垂直距離，mm。

(3)計(jì)算懸掛點(diǎn)處接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)高度h。

式中 h——懸掛點(diǎn)的結(jié)構(gòu)高度，mm;

H——接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)導(dǎo)高，mm。

3 整體吊弦長度計(jì)算

在現(xiàn)場施工時(shí)，由于接觸網(wǎng)并不是理想狀態(tài)下的等高懸掛狀態(tài)，實(shí)際上整體吊弦的長度除了受到各個(gè)懸掛點(diǎn)不等高的影響外，還與跨距大小、吊弦的安裝位置、集中荷載大小與位置、線路曲線以及錨段關(guān)節(jié)設(shè)置等多種因素有關(guān)。在計(jì)算整體吊弦長度時(shí)，應(yīng)考慮上述各個(gè)因素的影響，對等高懸掛狀態(tài)下的整體吊弦計(jì)算公式加以修正，減小誤差，使整體吊弦的長度計(jì)算得更精確，更加符合接觸網(wǎng)的實(shí)際安裝情況，確保接觸導(dǎo)線與軌面的距離始終保持相等。

3.1 等高懸掛整體吊弦長度計(jì)算公式

當(dāng)接觸網(wǎng)位于無豎曲線設(shè)置的直線區(qū)段上，且相鄰懸掛點(diǎn)等高時(shí)，整體吊弦長度為Dx

(2)計(jì)算承力索對線路中心的偏移距離ac。

式中 Dx——等高懸掛時(shí)吊弦長度計(jì)算值，mm;

h1——懸掛點(diǎn)1處結(jié)構(gòu)高度，mm。

g——單位懸掛自重，kN/m;

g=gc+gj+gd。

其中，gc為承力索單位自重，kN/m;gj為接觸導(dǎo)線單位自重，kN/m;gd為吊弦分?jǐn)偟絾挝凰骄嚯x上的自重，kN/m;

X——計(jì)算點(diǎn)距懸掛點(diǎn)的距離，m;

L——跨距，m;

Tc——平均溫度時(shí)承力索的張力大小，kN。等高懸掛整體吊弦的計(jì)算［2］如圖2所示。

圖2 等高懸掛整體吊弦長度計(jì)算示意

3.2 整體吊弦長度計(jì)算修正公式(圖3)

(1)如圖3所示，當(dāng)相鄰懸掛點(diǎn)不等高懸掛時(shí)，整體吊弦長度應(yīng)增加一個(gè)h＆值［3］。

圖3 不等高懸掛及有集中荷載整體吊弦長度計(jì)算示意

式中 h2——懸掛點(diǎn)2處結(jié)構(gòu)高度，mm。

(2)如圖3所示，當(dāng)有集中荷載時(shí)，整體吊弦長度應(yīng)減去一個(gè) hv值［4］。

此處所指的集中荷載，是指接觸懸掛中的絕緣分段、線岔、電連接等集中負(fù)荷。

當(dāng)e≤X≤Y時(shí)，

式中 V——集中荷載，集中荷重應(yīng)包括兩端的連接件，kN;

Y——集中荷載作用點(diǎn)距吊弦計(jì)算原點(diǎn)的距離，m。

(3)當(dāng)線路有平面曲線時(shí)，因?yàn)橥廛壋叨鸬恼w吊弦長度應(yīng)增加一個(gè)hr值［5］。

當(dāng) Y＜X≤L-e時(shí)，

式中 Tj——平均溫度時(shí)接觸線的張力，kN;

hw——曲線處的外軌超高，mm;

R——線路平面曲線半徑，m。

(4)當(dāng)線路有豎曲線時(shí)，整體吊弦長度應(yīng)增加一個(gè)hr0值。

式中 R0——線路豎曲線半徑，“︶”為正(即圓心在上)，“︵”為負(fù)(即圓心在下)，m;

e——第一根吊弦距懸掛點(diǎn)的距離，m。

(5)如圖4所示，絕緣關(guān)節(jié)、非絕緣錨段關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換跨整體吊弦長度的修正計(jì)算［4］。

圖4 絕緣、非絕緣錨段關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換跨整體吊弦的計(jì)算示意

式中 fi——第i根吊弦處接觸線抬升值，mm;

F——控制點(diǎn)i處接觸線抬高值，mm;Lj——控制點(diǎn)J距懸掛點(diǎn)2的距離，m;Gj——接觸線的線密度，N/m。

3.3 整體吊弦長度計(jì)算公式

綜上所述，當(dāng)考慮各種影響因素時(shí)，全補(bǔ)償簡單直鏈型懸掛整體吊弦的長度計(jì)算公式如下

式中 Cx——所求整體吊弦長度，mm。

利用式(11)進(jìn)行接觸網(wǎng)整體吊弦的長度Cx的計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的具體情況選用 hv、h＆、hr、hr0、fi等修正公式，如當(dāng)接觸網(wǎng)位于直線豎曲線區(qū)段、不等高懸掛、有集中荷載、無圓曲線、無絕緣和非絕緣錨段關(guān)節(jié)時(shí)，其整體吊弦的計(jì)算公式為

4 整體吊弦預(yù)配

(1)整體吊弦下料、測量、制作應(yīng)由專業(yè)預(yù)配小組負(fù)責(zé)，使用專用壓接鉗、力矩扳手等工具，采用成熟的工藝方法，在工廠內(nèi)的預(yù)配平臺(tái)上制作。

(2)整體吊弦制作前應(yīng)對吊弦線進(jìn)行張力預(yù)拉。

(3)整體吊弦預(yù)制時(shí)，其長度要精確到mm，誤差不得超過±1.5 mm［6］。

(4)整體吊弦制作完成后，應(yīng)按站場/區(qū)間、錨段號(hào)、支柱跨號(hào)及吊弦順序等做好標(biāo)識(shí)［7］，沿計(jì)算方向依次對應(yīng)安裝。

5 整體吊弦安裝

(1)對于新建接觸網(wǎng)，在整體吊弦安裝前，應(yīng)對承力索和接觸導(dǎo)線進(jìn)行超拉，以克服新線蠕變而引起吊弦偏離正常位置。

(2)整體吊弦安裝位置應(yīng)從懸掛點(diǎn)沿導(dǎo)線向跨中測量得到，其偏差應(yīng)在跨中調(diào)整，各吊弦安裝位置偏差不得超過±50 mm［1］。

(3)整體吊弦安裝應(yīng)在平均氣溫下進(jìn)行，順線路方向應(yīng)垂直安裝［8］，承力索吊弦線夾與接觸線吊弦線夾在垂直方向的相對允許偏差±20 mm。

(4)整體吊弦應(yīng)采用接觸網(wǎng)作業(yè)車或梯車進(jìn)行安裝，安裝時(shí)采用力矩扳手安裝，安裝過程中不得踩踏接觸網(wǎng)線［1］，也不得給導(dǎo)線施加外力。

(5)全補(bǔ)償簡單直鏈型懸掛接觸網(wǎng)的承力索和接觸線布置在同一垂直面，否則應(yīng)按照整體吊弦半斜鏈型、斜鏈型懸掛處理，對長度再進(jìn)行修正計(jì)算。

6 結(jié)論

對于全補(bǔ)償簡單直鏈型懸掛接觸網(wǎng)，影響整體吊弦安裝精度的因素很多，只有結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，對這些因素進(jìn)行全面、細(xì)致、深入地分析，并逐一加以克服，或盡量減小每個(gè)施工環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的誤差，提高每個(gè)安裝環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性，才能提高最終的整體安裝精度，確保整體吊弦一次性的、準(zhǔn)確安裝到位，使之符合設(shè)計(jì)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。在焦柳洛張段電氣化改造工程、改建鐵路滬漢蓉通道增建第二線武襄段工程的建設(shè)中，按照上述方法計(jì)算和制作的整體吊弦，均能一次性安裝到位，經(jīng)檢查合格率在98%以上。

提高整體吊弦的安裝精度，具有重大的意義。對于施工單位來講，整體吊弦一次性的、準(zhǔn)確安裝到位，既減少了由于測量、計(jì)算等不準(zhǔn)確而造成的吊弦材料浪費(fèi)，又避免對接觸懸掛反復(fù)進(jìn)行調(diào)整，提高了工作效率，因此能大大節(jié)約施工成本;對于鐵路運(yùn)營單位，由于縮短了施工占用線路的時(shí)間，可以開行更多的列車，因此能提高鐵路的運(yùn)輸能力，取得更大的經(jīng)濟(jì)效益;此外，整體吊弦的一次性的精確安裝到位，還能提高接觸網(wǎng)的整體運(yùn)行性能，保證“弓網(wǎng)”之間的良好關(guān)系，減少運(yùn)行事故，提高列車運(yùn)行速度。

［1］鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院.TB10208—2008 客貨共線鐵路電力牽引供電工程施工技術(shù)指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［2］于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)［M］.成都:西南交通大學(xué)出版社，2003:20-22.

［3］徐金平.接觸網(wǎng)施工計(jì)算軟件編制及應(yīng)用［D］.成都:西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，2007:13.

［4］鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院.改建鐵路滬漢蓉通道武漢至老河口增建二線工程施工圖［Z］.武漢:鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院，2006.

［5］劉正大.簡單鏈型懸掛接觸網(wǎng)整體吊弦計(jì)算［J］.鐵道建設(shè)，2004(3):54-55.

［6］衛(wèi)明博.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)施工技術(shù)研究-整體吊弦技術(shù)［J］.科技資訊，2009(36):22.

［7］周巍.高速鐵路接觸網(wǎng)整體吊弦施工技術(shù)探討［J］.電氣化鐵道，2006(5):37.

［8］中華人民共和國鐵道部.TB10421—2003 鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國鐵道出版社，2004.