關(guān)于接觸網(wǎng)直鏈形懸掛的探討

李 鵬

（遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 錦州 121000）

0 前言

自2004年至今，我國鐵路迅猛發(fā)展，先后經(jīng)歷了鐵路第五次、第六次大提速，并建成了津京城際、武廣客專、哈大高鐵等高速鐵路，但無論是既有線改造還是新建線路，我國除了老哈大線等個別線路采用半斜鏈形懸掛外，大部分均采用直鏈形懸掛。

根據(jù)懸掛鏈數(shù)的多少及懸掛點處吊弦的形式不同可大致分為3類，即以日本為代表的復(fù)鏈形懸掛、以法國為代表的簡單鏈形懸掛和以德國為代表的彈性鏈形懸掛[1]。值得注意的是，并不是接觸網(wǎng)懸掛形式越復(fù)雜就越代表穩(wěn)定，日本在1964年建成的新干線中之所以選擇復(fù)鏈形懸掛，一方面是認(rèn)為接觸網(wǎng)彈性更好，而其初衷卻是因為新干線接觸網(wǎng)采用80mm2的銅鎘線和110mm2的硬銅線，載流量不夠，故綜合決策選擇復(fù)鏈形懸掛。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、組成零部件太多，運營維修費用高昂，發(fā)生事故時搶修難度大、中斷時間長，隨著運行經(jīng)驗的積累及研究的深入，日本在北陸新干線又決定采用了簡單鏈形懸掛。因此，接觸網(wǎng)懸掛類型的選擇是夠用即可，并非越復(fù)雜越先進(jìn)。

1 我國普速鐵路與高速鐵路的懸掛形式

我國第一條電氣化鐵路是1958年開始修建的寶成鐵路寶雞至鳳州段。在有關(guān)人員赴蘇聯(lián)考察后，1958年底，中國試制出第一臺電力機車，采用蘇制ДЖ-5型受電弓，滑板長度達(dá)到1270mm，這也決定了當(dāng)時接觸網(wǎng)可采用大跨距，由于跨距較大，為使接觸網(wǎng)的彈性在跨距內(nèi)盡可能均勻，寶鳳鐵路接觸網(wǎng)在列車運行速度較高的區(qū)段采用了彈性鏈形懸掛，在列車運行速度較低的車站則采用了簡單鏈形懸掛。通過50余年的持續(xù)引進(jìn)、吸收與再創(chuàng)新，我國鐵路新建線路的接觸網(wǎng)懸掛形式基本定型為簡單鏈形懸掛和彈性鏈形懸掛兩種直鏈形懸掛形式，可參見表1。

表1 我國普速鐵路與高速鐵路懸掛形式

2 直鏈形懸掛形式的選擇和曲線區(qū)段的承導(dǎo)布置爭議

2.1 直鏈形懸掛形式的選擇

沿接觸網(wǎng)錨段變化的彈性會導(dǎo)致受電弓周期性上下振動，而振動幅度又與抬升力相關(guān)。接觸網(wǎng)的彈性可用單位垂直抬升力作用下的接觸線抬升表示。圖1列出了計算后的接觸網(wǎng)一跨內(nèi)各點接觸網(wǎng)的彈性曲線。圖中，津京為簡單鏈形懸掛，武廣、鄭西為彈性鏈形懸掛，由此可見，京津接觸網(wǎng)的彈性不均勻系數(shù)較大，而武廣、鄭西接觸網(wǎng)的彈性不均系數(shù)較低[2]。

彈性會影響到接觸線的振動狀態(tài)，但目前高速鐵路的張力普遍在25kN以上，接觸線的波動傳動速度很高，簡單鏈形懸掛結(jié)構(gòu)簡單，對于單弓運行的電力機車能夠滿足需求，但對于雙車重聯(lián)的動車組存在前后弓波動互相影響的現(xiàn)象，導(dǎo)致弓網(wǎng)不能安全接觸，受流質(zhì)量下降；而彈性鏈形懸掛雖然提高了接觸網(wǎng)的彈性，但由于增加了彈性吊索，使得施工調(diào)整較為復(fù)雜，施工成本高，且運營維護(hù)和事故搶修難度加大，兩者相比各有利弊。

圖1 高速鐵路接觸網(wǎng)彈性曲線

2.2 曲線區(qū)段的承導(dǎo)布置爭議

對于直鏈形懸掛方式中的曲線區(qū)段，無論是設(shè)計院在繪制接觸網(wǎng)安裝圖紙時，還是在施工單位編寫腕臂計算軟件時，均會按照承力索與導(dǎo)線的連線垂直于水平面的方式進(jìn)行編制。在各大鐵路院校的教材當(dāng)中也均定義為承導(dǎo)連線垂直于水平面，但在鐵道部文件鐵運〔2007〕69號《接觸網(wǎng)運行檢修規(guī)程》第五章第60條當(dāng)中卻明確指出：直鏈型懸掛，位于接觸線正上方。曲線區(qū)段承力索與接觸線之間的連線垂直于軌面連線。

在實際現(xiàn)場，對于一些改造工程、過渡工程則會出現(xiàn)兩種均存在的現(xiàn)象，施工、運營各執(zhí)一詞，各有依據(jù)。

2.2.1 定位點受力分析

定位點受力分為垂直分力和水平分力，以下僅為有爭議的曲線區(qū)段的受力分析。

對于承導(dǎo)連線垂直于水平面，定位器在定位點所受垂直分力的組成部分為：定位線夾自重、定位器所受重力的一半、定位點兩側(cè)吊弦之間由于高差引起的的小部分接觸線的重力；水平分力的組成部分為：線索張力在兩側(cè)拉出值不同的情況下引起的水平分力、曲線區(qū)段定位器因接觸線折線布置受到的指向曲線內(nèi)側(cè)的水平分力。

對于承導(dǎo)連線垂直于軌面，其定位點垂直分力與前者一致，但水平分力上除了前者兩種之外，還存在接觸線自重的水平分力。由于存在外軌超高，承力索通過吊弦承載接觸線的重量會產(chǎn)生一定的角度（可由外軌超高和軌距計算求得），圖2當(dāng)中的吊弦承載力F可劃分為垂直分力F1和水平分力F2，F(xiàn)1即為定位點兩側(cè)接觸線自重的一半，定位器所受的水平分力Fj=F2。假設(shè)跨距均為50m，超高50mm，接觸線自重參考表1取1.35kg/m，通過計算可得Fj≈23N，對定位器的受力有一定的影響。

圖2 承導(dǎo)連線垂直于軌面示意圖及受力分析

2.2.2 接觸線磨耗分析

在曲線段當(dāng)承導(dǎo)連線垂直于水平面時，由于受電弓滑板與水平面存在一定夾角，接觸線會產(chǎn)生一定的偏磨，承導(dǎo)連線垂直于軌面則無此問題。但根據(jù)理論計算和現(xiàn)場運營經(jīng)驗，夾角不大于18°的情況下，仍然可以保證局部磨耗達(dá)到20%也不會打弓。而我國規(guī)定的曲線軌道最大外軌超高不大于150mm，也就說夾角不會大于12°，因此承導(dǎo)連線垂直于水平面對于接觸線的偏磨影響可以忽略不計。

2.2.3 腕臂及定位結(jié)構(gòu)分析

以曲外正定位支柱為例，當(dāng)承導(dǎo)連線垂直于水平面時，不考慮支柱斜率及棒瓷底座等扣料，平腕臂上承力索座位置只依據(jù)接觸線的偏移值即可，平腕臂長度=限界-拉出值+偏移值+腕臂露頭，給定以上參數(shù)（定位器長度以1100mm計算），一般計算結(jié)果當(dāng)中定位器的定位支座至定位管定位環(huán)的距離為200-400mm范圍內(nèi)，很方便拉出值的后續(xù)調(diào)整。

當(dāng)承導(dǎo)連線垂直于軌面時，平腕臂上承力索座位置須依據(jù)承力索的偏移值，此時，定位管定位環(huán)會隨著斜腕臂向曲內(nèi)偏移，定位器的定位支座則需向定位管根部調(diào)整，如果調(diào)整至根部沒有到位，只能選擇更短的定位器，而選用短定位器則有可能導(dǎo)致定位器坡度過大，影響弓網(wǎng)狀態(tài)。

3 結(jié)論與建議

我國在懸掛類型選擇中基本趨于設(shè)計時速300km/h以下的采用簡單鏈形懸掛，300km/h以上的采用彈性鏈形懸掛，但并非必須這樣設(shè)計，對于新建線路接觸網(wǎng)懸掛方式的選擇，應(yīng)遵循夠用就好、簡單可靠、注重弓網(wǎng)狀態(tài)的原則。

高鐵發(fā)展迅速，鐵路技術(shù)日新月異，雖然各鐵路局針對高鐵接觸網(wǎng)維護(hù)制訂了一些實施細(xì)則，但《接觸網(wǎng)運行檢修規(guī)程》一直沿用鐵道部文件鐵運〔2007〕69號文件，中國鐵路總公司應(yīng)結(jié)合設(shè)計指導(dǎo)和現(xiàn)場實際運營經(jīng)驗盡快修訂規(guī)程，明確直鏈形懸掛承導(dǎo)連線垂直于水平面的定義，為接觸網(wǎng)檢修做到有據(jù)可依，保障鐵路供電的安全運營。

［1］吉鵬霄.電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M].北京∶化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

［2］吳積欽.受電弓與接觸網(wǎng)系統(tǒng)[M].成都∶西南交通大學(xué)出版社,2010.