高速接觸網定位管拉線不受力簡析

摘要：杭長客專接觸網正、反定位的定位管均采用拉線形式，尤其是在曲線半徑較小的曲外支柱正定位的正定位管拉線不受力。文章針對定位管拉線不受力，根據腕臂安裝結構進行受力分析，提出了具體的解決體方案，為高速接觸網安全運營提供了借鑒。

關鍵詞：高速接觸網；定位管拉線；受力分析；具體措施；高速鐵路 文獻標識碼：A

中圖分類號：U225 文章編號：1009-2374（2017）06-0131-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.066

杭長客專接觸網正、反定位的定位管均采用拉線形式，尤其是在曲線半徑較小的曲外支柱正定位的正定位管拉線不受力，本文就此問題簡析如下，供同行研究。

1 旋轉腕臂安裝形式

旋轉腕臂安裝在腕臂底座旋軸上，腕臂承載著自動補償的接觸懸掛，它可在接觸懸掛因溫度變化發生位移時跟著移動。見下圖1，腕臂從功能上可分為接觸線支持裝置和承力索支持裝置，接觸線支持裝置包括定位管、定位支座、定位器（含定位線夾）、防風拉線和定位管拉線（定位管支撐）。承力索支持裝置包括腕臂管（平、斜腕臂）、承力索座和腕臂支撐。腕臂通過棒式絕緣子與旋轉腕臂底座固定在支柱或吊柱上。接觸線定位裝置為滿足受電弓均勻磨耗，一般正定位時，接觸線偏移向支柱側拉，而反定位時，接觸線向遠離支柱側拉，詳見圖1所示：

2 定位器

定位器是支持裝置中的主要部件，一般只允許受拉，其荷重為80～2500N，不允許受壓。根據歐標EN50119規定，不限位的定位器，在動態應保證向上運動。為最大拉（抬）升量的2倍[高速一般最大拉（抬）升量為150mm]，有限位作用的定位器，在動態向上抬升為最大抬升量的1.5倍，即225mm限位。

2.1 定位器的受力分析

直線區段跨距大、拉出值小，則角最大；曲線區段曲線半徑越小，跨距越小、拉出值比直線區段大，則角越小。從上述分析來看，曲線區段定位器受到的拉力遠大于直線區段，同為曲線區段，曲線半徑越小定位器受到拉力Fr越大。這也是曲線區段定位管拉線不受力情況嚴重的重要原因；同理，拉出值越大角越小，定位器受到拉力Fr越大；另外導線張力F也是影響定位器受力Fr的主要因素，普速鐵路接觸網導線張力一般F=15kN，而高速鐵路一般為F=28.5kN（如滬寧客專）或F=30kN（如杭長客專），在結構安裝參數恒定的情況下，張力F越大，定位受力Fr越大，這也是定位管拉線不受力情況多出現在高速鐵路的重要原因。

水平方向上定位器垂直分力：FL=sin（）·F-sin（）·F=0，定位器處于平衡狀態，無偏移。

2.2 定位器的狀態分析

接觸線在定位管的鉸接點上作用一個順時針力矩M=a·FC（FC為定位器拉力Fr的垂直分力與定位器、定位管、導線荷載垂直方向合力，此處為分析方便簡化為FC），但由接觸線的徑向力，即水平力（之字力）會產生一個逆時針的力矩-m=h·FS（FS為定位器拉力Fr的水平分力），見圖2。如a·FC>h·FS，則在定位管處產生向下旋轉的力矩，即順時針力矩m，它被吊線（定位管拉線）抵消掉，也就是說，只能由定位管和斜腕臂之間的定位支撐抵消掉。

如a·FC

3 定位管

4 定位管拉線不受力原因分析

假設接觸導線設計張力F和設計跨距L恒定的情況下，對定位管受力情況進行分析。

反定位情況下：根據定位器及定位管受力分析，Fs與FC作用在定位管上的作用力方向一致，合力會一直產生一個向下的旋轉的力矩，使得定位管拉線一直處于受力（拉力）狀態，且曲線情況下，定位管拉線受力（拉力）越大，越不會產生定位管拉線不受力情況。

正定位情況下：根據定位器及定位管受力分析，FS作用在定位管上的力的方向向上，會產生一個使定位管向上旋轉的力矩，FC作用在定位管上的力方向向下，會產生一個使定位管向下旋轉的力矩，當≥時，作用在定位管上的合力使定位管產生向上旋轉的力矩，使得定位拉線處于受壓狀態，即不受力。根據上述定位器受力分析，在曲線地段正定位情況，向上旋轉的力矩要遠大于直線段，曲線半徑越小向上的旋轉力矩越大，拉出值越大，則向上旋轉力矩越大。因此正定位情況下會出現定位管拉線不受力情況，曲線地段和拉出值較大區段尤為嚴重。

5 解決方案比選與案例分析

方案一：在不改變接觸網結構形式的情況下，設定曲線半徑與跨距恒定的情況下，通過調整結構參數來增加FC向下力的作用效果。

（1）減小拉出值，并在滿足受電弓動態包絡線的情況下盡量采用較短的定位器，使得定位管向下作用力臂AB變大，同時減小了定位器拉力Fr；（2）在接觸網彈性允許的情況下調整定位器兩側最近吊弦位置，使其遠離定位器，加大定位器處的接觸網導線荷載；（3）在不改變定位器狀態情況下，調整定位管拉線線夾位置，使定位管向上傾斜，使得定位拉線受力。

此方案優點為不改變接觸網懸掛結構，操作簡單易行，適用于已施工完成項目，且不增加額外成本；缺點為效果不明顯，即使通過調整參數使得定位管拉線處于受力（拉力）狀態，也是處于向上與向下作用力矩平衡的臨界值，接觸懸掛結構穩定性較差，特別是在曲線半徑較小且拉出值較大地段，導線張力較大的鐵路線路；另外通過調整定位管拉線線夾位置會使定位器限位間隙變大，使機車通過時的限位抬升量變大，限位抬升量有可能超過設計最大抬升值（一般設計最大抬升值為225mm），限位定位器限位作用被弱化。

杭長客專實際就是采用此方案，如下：

杭長曲線外側支柱正定位采用1350型定位器，導線張力30kN，拉出值300mm，逆時針的力矩-m大于順時針的力矩m，所以定位管拉線不受力，建設單位組織專家現場解決，鑒于接觸網已成形，開通在即，采用了方案一進行調整，把拉出值由設計300mm改為250mm時，即見效。這是因為拉出值減小定位管向下作用力臂AB變大，從而使得作用在定位管上的向下的力矩變大，使≤，作用在定位管上的合力力矩方向向下，使得定位管拉線受力（拉力）。如果設計時定位器為1150型，在曲線區段機車車體由于超高因素，向區內傾斜，定位管長度加拉出值為1450mm，受電弓一半為975mm，再加上動態水平擺動量300mm，共計1275mm，完全可以保證受電弓高速安全牽引，使得AB值進一步加大，效果會更明顯。

方案二：在設計時正定位考慮采用定位管硬支撐，反定位采用拉線，曲線正定位采用機車受電弓包絡線允許情況下盡量采用較短的定位器。

此方案優點是能夠徹底改善定位拉線不受力情況，由于采用硬支撐，在作用在定位管上的合力力矩方向向上時，定位管支撐處于受壓狀態，如使用定位管拉線則達不到此效果，且此方案接觸網懸掛結構穩定，安全可靠。雖然定位管硬支撐造價遠大于定位管拉線，但是采用較短定位器會節省部分成本，總體成本變化不大。

6 結語

本文重點分析了高速鐵路定位管拉線不受力情況產生原因及影響因素，定位管拉線不受力的決定性因素有接觸網導線設計張力、曲線半徑、拉出值、選定定位器長度等，同時根據實踐情況、設計、投資變化角度給出了解決方案。綜上所述，建議今后高速鐵路設計時采用方案二，能夠保證接觸網懸掛結構穩定，同時有利于高速鐵路運行的安全性，從而徹底解決定位不受力問題。

參考文獻

[1] [德]基布嶺（KieBling），中鐵電氣化局集團有限公司，等.電氣化鐵道接觸網[M].北京：中國電力出版社，2003.

[2] 高速鐵路設計規范（TB10621-2014）[S].

作者簡介：尹利賓（1983-），男，山東曹縣人，中鐵電氣化局集團有限公司工程師，研究方向：工程施工。

（責任編輯：王 波）