集裝箱站裝卸線不掛網列車牽引供電設計創新

萬一農

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

鐵路運輸集裝箱中心站，由于集裝箱的起重機吊裝工作需要，要求電氣化接觸網可移動或接觸網在集裝箱裝卸范圍內(裝卸區間)不懸掛接觸網(簡稱不掛網)，可移動接觸網我院在昆明集裝箱中心站得以成功實現，但只限于單邊裝卸站臺，對于有龍門吊的雙邊裝卸站臺就不實用了，比如我們設計的成都、蘭州、太原、銀川、西安等鐵路集裝箱中心站有龍門吊作業，要求雙邊站臺均可起吊裝卸，故上述鐵路集裝箱站貨物裝卸區域內均采用并實現了牽引供電系統不懸掛接觸網行車技術。

為解決我國電力機車牽引的貨物裝卸，提高列車調度效率，原鐵道部組織開展了電力機車不掛網行車研究，并組織出國考察，進行了行車試驗。研究表明，電力機車裝卸線不掛網行車是一項簡單、可靠、實用的貨場行車技術，在德國普遍采用，同樣不掛網行車在我國完全可行，具有普遍推廣意義。

按照鐵道行業運輸裝卸的要求[1]，集裝箱中心站按不掛網行車設計，建設為未來不掛網行車預留條件，這就是說建設項目前期就要考慮到裝卸場兩端接觸網與電力機車停靠的位置關系，綜合研究龍門吊、車擋、機車、車輛等因素，確定裝卸場兩端接觸網支柱位置，保證機車受電區長度，滿足電力機車不掛網直接行駛發車的條件。

在上述條件達到后，電力機車從有網區間進入不掛網的裝卸場，牽引供電系統接觸網終端下錨固定的結構設計就成了不掛網行車的關鍵技術。這個接觸網終端錨固結構方式擔負著承上啟下的作用，既要完成接觸網終錨的力學要求，還需要保證電力機車受電弓平滑到集裝箱站不掛網裝卸線或從不掛網裝卸場順勢導入接觸網上。為此設計了兩種接觸網終錨結構形式，第一種為門形接觸網終錨結構形式，第二種為“T”形接觸網終錨結構形式，及其配套的接觸網支持平滑定位器裝置。

1 門形接觸網終錨結構形式設計

1.1 門形終錨結構的安裝

接觸網采用門形終錨結構形式，詳見圖1，就是將門形架構架設置在集裝箱中心站場兩端，即龍門吊貨物裝卸區域的進出口兩端。接觸網終錨門形架構橫跨股道，其兩個邊柱及基礎設置在集裝箱站臺上，電力機車受電弓通過門形架構下的接觸網支持定位器，從有網區段(有電區)進入不掛網區段(無電區)，或是從不掛網區段(無電區)進入有網區段(有電區)，從而實現電力機車從有網區間進入不掛網的集裝箱裝卸場，在完成集裝箱裝卸工作后，同樣完成電力機車從不掛網裝卸場進入有網的區間。

圖1 門形終錨結構形式(單位：mm)

1.2 門形終錨結構優缺點

這種接觸網終錨采用門形結構形式[2]，其優點是接觸網終端下錨受力穩定，接觸網支持定位器安裝簡單并便于調節支持定位器位置，其缺點是用鋼量較大，兩個基礎設置在裝卸場站臺上，容易受到來往裝卸車輛(機動車)的碰撞，或給裝卸場站臺來往的裝卸車輛(機動車)造成視覺障礙，為保護門形終錨門形架構邊柱不被撞壞，還應在兩邊柱外側加防撞墩。

接觸網采用門形終錨結構形式，兩邊柱受力特點是只彎不扭的情況，結構計算相對簡單，是典型的偏心受力構件，整個結構的彎矩、變形量容易控制。

2 T形接觸網終錨結構形式設計

2.1 T形終端結構的安裝

接觸網采用T形終錨結構形式，詳見圖2，就是將T形架構設置在集裝箱中心站場兩端的股道之間，即龍門吊貨物裝卸區域的兩端的股道之間。接觸網終錨T形架構橫擔在兩股道上方，其T形終錨結構向兩側股道伸出懸臂梁位于股道正上方，其單柱及基礎不在集裝箱站臺上，而在兩股道中間，電力機車受電弓通過T形架構懸臂梁下接觸網支持定位器，從有網段(有電區)進入不掛網段(無電區)，或是從不掛網段(無電區)進入有網段(有電區)，從而實現電力機車從有網區間進入不掛網的集裝箱裝卸場，在完成集裝箱裝卸工作后，同樣完成電力機車從不掛網裝卸場進入有網的區間。

圖2 T形終錨結構形式(單位：mm)

2.2 T形終端錨固的優缺點

這種接觸網終錨采用T形結構形式，其優點是接觸網終端下錨的基礎不再設置于集裝箱站臺上，從而不影響來往裝卸車輛(機動車)的視線，站臺來往的裝卸車輛(機動車)行走可暢通無阻，只有一個基礎一個支柱，基礎設置在兩股道之間，基坑開挖時不破損站臺，結構用鋼量較小，接觸網支持定位裝置安裝簡單并便于調節定位器位置。其缺點是基礎設置在兩股道中間，基礎施工難度較大，同時由于T形終錨結構形式是單支柱托起對稱的兩個懸臂梁，正常工作時兩懸臂梁承受接觸網張力產生的彎矩相互抵消，當一側接觸網斷線后，T形終錨結構支柱的受扭變形較大，對T形終錨結構單支柱的抗扭強度要求較高，需采取特殊措施增強T形終錨結構單支柱的抗扭強度和剛度。

接觸網采用T形終錨結構形式時，要求T形終錨結構支柱水平截面上的剪力流布局合理，在設計T形底柱構造尺寸時，加強了柱平面的閉合構件剛度，控制整個結構不同特征變形的矢量合成方向在允許范圍內，筆者對T形終錨結構的計算特點做重點論述。

2.3 T形終端錨結構的特征計算

接觸網采用T形終錨結構形式時，其單支柱受力特點是同時受彎和受扭的情況，結構計算相對復雜，支柱截面環形剪力流計算不易簡化，整個結構變形量不容易控制。經過對各類工況的比較，認為T形終錨結構接觸網單邊斷線是最不利工況，其計算過程方法如下[3-4]。

接觸網采用T形終錨結構在接觸網單邊斷線后，其單支柱截面受力，按箱形斷面的翹曲扭轉特征計算方法，控制其正應力、剪應力、變形值。

(1)箱形斷面的翹曲扭轉的正應力

(2)箱形斷面的翹曲扭轉的剪應力

(3)箱形斷面的翹曲扭轉變形

式中，T為總扭矩；G為剪切模量；K為扭轉常數。

接觸網采用T形終錨結構在接觸網單邊斷線后，其水平橫梁可按典型的懸臂梁結構計算，同門形終錨橫梁相似按受彎強度計算即可。

3 接觸網終錨結構實現有網無網之間的過渡方式

電力機車牽引車輛進入集裝箱中心站裝卸股道區域過程中，電力機車受電弓滑板平穩地從接觸線滑脫或導入接觸線的過渡構造方式，是接觸網終錨結構實現有網無網之間的過渡的關鍵[5-6]，具體詳見圖3。接觸網的承力索通過絕緣子與帶電體隔開，承力索帶張力15 kN錨接在鋼梁上方，接觸網的接觸線的帶槽溝夾在π形鋁質梁槽縫中，通過π形鋁質梁端頭彎起和夾具緊握，接觸線帶張力10 kN鑲嵌錨固在π形鋁梁夾角中，π形鋁梁由3個支持絕緣子與帶電體隔開。

圖3 終錨結構過渡安裝形式

4 接觸網終錨定位裝置

接觸網終錨結構鋼橫梁(或懸臂梁)下方安裝的接觸網支持定位裝置[7-10]，詳見圖4，主要用途和功能如下。

圖4 終錨定位裝置

接觸網支持定位裝置主要完成接觸線的錨固、張力傳遞、電絕緣隔斷、電力機車受電弓滑板平穩滑脫或導入[11-12]。同時要保證受電弓有一定的抬起值，將3個支持絕緣子中的2個支持絕緣子底座做成上下活動的創新型活塞連接方式，最端頭的一個支持絕緣子底座做成螺栓鉸鏈連接方式，以防止π形鋁質梁滑動[13-14]，成功避免了受電弓導入接觸網的硬點碰撞。接觸網支持定位裝置的高度要滿足接觸網的6.45 m導高要求。

5 結論

綜上所述，門形接觸網終錨結構和T形接觸網終錨結構兩種形式各有利弊，T形終錨結構形式可避免集裝箱中心站臺上裝卸車輛與如同門形終錨結構的邊柱相碰撞的問題，采用T形終錨結構形式，可使集裝箱站臺視野開闊，裝卸車輛暢通無阻。只是T形終錨結構形式，結構變形復雜，鋼結構加工、安裝精確度要求較高，同時T形終錨結構形式的荷載傳遞，使基礎工況組合主次不明顯，設計時各種工況均應考慮比選，在選擇基礎方案時必須考慮基礎的剛度和強度與T形終錨結構的整體剛度和強度相適應，并且要考慮基礎的抗扭曲剛度。采用門形終錨結構形式，雖然在集裝箱站臺兩端占地空間大，給裝卸車輛運輸帶來不暢，兩個邊柱需要設置防撞墩，但門形終錨結構形式穩定，鋼結構安裝簡單，施工方便，基礎工況組合是明確的單向抗傾覆結構，基礎滿足抗彎強度要求即可[15]。

門形終錨結構形式可以通過正在運營的成都集裝箱中心站，牽引供電設計案例中現場照片得到佐證[16-17]，詳見圖5。

圖5 成都集裝箱中心站接觸網終錨結構現場

建議在鐵路集裝箱裝卸線站場坪較平展，車輛運行遠離牽引供電接觸網終錨架構的集裝箱站，牽引供電接觸網設計采用門形終錨結構形式，較為合理。在鐵路集裝箱裝卸線站場坪兩端彎道大，車輛運行接近接觸網終錨架構的集裝箱站，且運輸繁忙，裝卸車輛往來頻繁時，牽引供電接觸網采用T形終錨結構形式，較為依據合理。只是要在兩股道間設置接觸網T形終錨結構時，必須在前期考慮基本限界的要求。