鄧誠(chéng) 黃河

摘要：本文先通過(guò)計(jì)算單根接觸線在直線和曲線段的理論最大風(fēng)偏以及最大風(fēng)偏產(chǎn)生的位置，再計(jì)算將承力索和接觸線綜合考慮的接觸懸掛的整體風(fēng)偏，同時(shí)考慮風(fēng)向?qū)佑|網(wǎng)在曲線內(nèi)側(cè)或外側(cè)的影響程度，并將承力索的風(fēng)偏影響通過(guò)吊弦作用至接觸線的風(fēng)偏，從而得出接觸懸掛的風(fēng)偏及最大風(fēng)偏位置。進(jìn)而針對(duì)大風(fēng)條件下接觸網(wǎng)懸掛的風(fēng)偏值進(jìn)行了分析，由于接觸懸掛結(jié)構(gòu)和受風(fēng)面不同，從接觸線和接觸懸掛兩方面進(jìn)行了比較和總結(jié)，得出了接觸懸掛的相互作用力并進(jìn)行了計(jì)算。針對(duì)大風(fēng)條件下分別從懸掛類型、支柱跨距和線索張力三個(gè)方面總結(jié)出了大風(fēng)條件下通過(guò)相互作用力計(jì)算，得出了不同懸掛類型下支柱跨距和線索張力的不同組合對(duì)接觸網(wǎng)風(fēng)偏的影響程度并得出了可以適當(dāng)增加定位點(diǎn)質(zhì)量，或采用雙定位器的定位方式以及增強(qiáng)吊弦硬度，以減小承力索對(duì)接觸線的相互作用力的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng);風(fēng)致偏移;接觸懸掛

中圖分類號(hào)：U225

1 前言

由于風(fēng)對(duì)架空接觸網(wǎng)的線和導(dǎo)線施加的力使其水平方向偏離，出現(xiàn) “風(fēng)偏”。與風(fēng)載成正比，而偏離與線張力成反比。接觸線的允許偏移（風(fēng)偏） 受到受電弓弓頭的工作范圍限制。架空接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)必須考慮確保橫向偏移是在允許極限內(nèi)，而受電弓運(yùn)行時(shí)不會(huì)脫離接觸線-這種現(xiàn)象稱為“離線”。對(duì)受到橫向風(fēng)作用的接觸網(wǎng)懸掛的運(yùn)動(dòng)目前尚未充分掌握，在陣風(fēng)引起的復(fù)雜的懸掛振動(dòng)，并且受到相鄰跨距的連帶影響下，現(xiàn)實(shí)中的旋轉(zhuǎn)腕臂支持的接觸線，與計(jì)算所得數(shù)值相比，有必要預(yù)想到可能有更大的偏移變動(dòng)實(shí)際值出現(xiàn)。我們可以從懸掛類型、支柱跨距、線索張力等幾方面，對(duì)大風(fēng)條件下接觸網(wǎng)的偏移進(jìn)行討論。

2 關(guān)于風(fēng)偏的計(jì)算

2.1 接觸線的偏移

（1）直線區(qū)段的風(fēng)偏移

對(duì)于直徑為d的圓形截面導(dǎo)線，單位長(zhǎng)度風(fēng)荷載（N/m）的計(jì)算為：[1]

（1）

式中， ——風(fēng)密度（kg/m3）;

——風(fēng)速（m/s）;

——空氣動(dòng)力阻力系數(shù);

——線索直徑（mm）。

單線的風(fēng)偏移，載懸掛點(diǎn)右側(cè)點(diǎn)x處（如圖1）的情況可用式（2）表示：

（2）

接觸線和承力索與腕臂的連接時(shí)交替橫向位移（拉出值），風(fēng)載情況下橫向位移是兩個(gè)系數(shù)yw（x）和ys（x）疊加的結(jié)果。

（3）

表示橫向位置的完整公式為：

（4）

通過(guò)求微分并把微分視為零，得出最大偏移值：

（5）

這樣，因風(fēng)單獨(dú)作用造成的最大偏移為：

（6）

式（6）中用于單位長(zhǎng)度風(fēng)負(fù)載F大于 的情況。如果不是的話，最大偏移點(diǎn)將不會(huì)存在于所研究跨距之中。

對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)， ，采用公式為：

（7）

（2）曲線區(qū)段的風(fēng)偏移

確定風(fēng)荷載狀態(tài)下接觸線偏移時(shí)，還應(yīng)區(qū)分風(fēng)向是在曲內(nèi)還是曲外。

在曲線上，接觸線偏移位必須考慮線路的超高值。

圖2中的坐標(biāo)系中，從左至右，中心線右側(cè)為正，左側(cè)為負(fù)。線路中心線用下式表示：

（8）

由圖2可得yk：

（9）

因?yàn)閘i/2R遠(yuǎn)小于1，式（9）可簡(jiǎn)化為：

（10）

把 遠(yuǎn)小于1代入式（8）～式（10）可得：

（11）

根據(jù)線索弛度公式和式（2）可得線索的橫向風(fēng)偏移值：

（12）

圖2中下方為正，上方為負(fù)。

2.2 架空接觸懸掛的偏移

承力索和接觸線在受到風(fēng)作用時(shí)，由于線徑和受風(fēng)面不同，所產(chǎn)生的偏移也一定是不同的。在風(fēng)作用下，承力索通過(guò)吊弦作用，對(duì)接觸線的偏移產(chǎn)生影響，結(jié)合本文2.1節(jié)所述，將承力索和接觸線捆扎在一起綜合考慮受風(fēng)作用，如圖3所示：

接觸線通過(guò)吊弦作用于承力索的相互作用力FCWCA，可得：

（13）

計(jì)算風(fēng)載下接觸懸掛的偏移，必須分別考慮承力索和接觸線的風(fēng)荷載，F(xiàn)CAF和FCWF。

承力索：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（14）

接觸線：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（15）

以上所述，在承力索張力與接觸線張力相等的情況下，由于線徑和受風(fēng)面不同，接觸線的偏移大于承力索的偏移。式（13）中沒(méi)有考慮拉出值的存在，在跨中，其相互影響而產(chǎn)生的橫向偏移Δe為：

（16）

從圖3中可得：

（17）

通過(guò)式（16）等于式（17），可得出與長(zhǎng)度相關(guān)的風(fēng)負(fù)載下接觸線和承力索相互作用力：

（18）

3 關(guān)于接觸網(wǎng)參數(shù)的討論

3.1 懸掛類型

對(duì)于簡(jiǎn)單鏈形懸掛，風(fēng)速45m/s，密度0.73 kg/m3。設(shè)承力索JTMH95（線徑12.5mm）、接觸線CTA120（線徑12.9mm）、接觸線空氣動(dòng)力阻力系數(shù)取1.2、承力索空氣動(dòng)力阻力系數(shù)取1.1、結(jié)構(gòu)高度1.4m、接觸線和承力索張力均為20kN，跨距50m。根據(jù)上述算法可得出相互作用力為0.63N/m。

對(duì)于彈性鏈形懸掛，風(fēng)速45m/s，密度0.73 kg/m3。設(shè)承力索JTMH120（線徑14.21mm）、接觸線CTA150（線徑14.4mm）、接觸線空氣動(dòng)力阻力系數(shù)取1.2、承力索空氣動(dòng)力阻力系數(shù)取1.2、結(jié)構(gòu)高度1.6m、接觸線張力27 kN、承力索張力21kN，跨距50m。根據(jù)上述算法可得出相互作用力為1.574N/m。

相比之下，彈性鏈形懸掛由于懸掛線索較多，受風(fēng)面積更大，整體更容易受風(fēng)的影響。

3.2 支柱跨距

仍以3.1節(jié)計(jì)算參數(shù)為例，改變支柱跨距，得表1：

從表1中可看出，相互作用力是隨支柱跨距增加而增加但并不明顯。對(duì)線索的最大偏移有顯著的影響。特別是對(duì)于彈性鏈型懸掛，支柱跨距從40米變化到55米的情況下，其懸掛風(fēng)偏增加181mm，為40米情況下的72%。

3.3 線索張力

線索張力的大小對(duì)接觸網(wǎng)風(fēng)偏是有直接影響的，具體可表現(xiàn)在其相互作用力和仍以3.1節(jié)計(jì)算參數(shù)為例，跨距同為50m，改變線索張力或不同張力組合，得表2：

從表2看出，無(wú)論是哪種懸掛類型，所產(chǎn)生的相互作用力的大小，很大一部分取決于張力的差值，雖然承力索的張力和接觸線的張力相等所帶來(lái)的是最小相互作用力，但是其最大偏移比承力索的張力和接觸線的張力不相等時(shí)的要大。從表2還可以看出，不論是簡(jiǎn)單鏈型懸掛還是彈性鏈型懸掛，其最大風(fēng)偏都隨懸掛張力的增加而減小，承力索與接觸線的張力差倒不是影響懸掛偏移量的主要因素。

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析，可得出以下結(jié)論：

（1）簡(jiǎn)單懸掛在張力超過(guò)25kN后，相互作用力變化較為明顯。而彈性鏈形懸掛由于懸掛線索較多，整體抗風(fēng)性不如簡(jiǎn)單鏈形懸掛。在我國(guó)西部及沿海地區(qū)普遍存在大風(fēng)的情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮使用簡(jiǎn)單鏈形懸掛。

（2）支柱跨距對(duì)相互作用力影響較小，但對(duì)線索的最大偏移值影響較大，在計(jì)算風(fēng)速小于40m/s時(shí)，支柱跨距不應(yīng)超過(guò)50m，在計(jì)算風(fēng)速為45m/s時(shí)，支柱跨距不應(yīng)超過(guò)45m。特別是對(duì)于彈性鏈型懸掛，在施工過(guò)程中不能隨意調(diào)整跨距。

（3）線索張力綜合其影響來(lái)看，無(wú)論是張力相等還是不相等，建議采用超過(guò)30kN的方案以獲得更小的相互作用力。從最大偏移值來(lái)看，在懸掛張力綜合不變的情況下，建議采用張力不等的方案。

基于以上三點(diǎn)結(jié)論，還應(yīng)考慮增加接觸懸掛自身剛性，如：一是在不產(chǎn)生懸掛硬點(diǎn)的條件下，適當(dāng)增加定位點(diǎn)質(zhì)量，或采用雙定位器的定位方式;二是可考慮增強(qiáng)吊弦硬度，以減小承力索對(duì)接觸線的相互作用力等。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)單根接觸線的風(fēng)負(fù)載所引起的偏移分析入手，進(jìn)一步分析了承力索通過(guò)吊弦作用對(duì)接觸線的風(fēng)致偏移，得出了其相互作用力。并對(duì)主要影響風(fēng)偏的懸掛結(jié)構(gòu)、支柱跨距以及線索張力三個(gè)方面進(jìn)行了不同條件下的計(jì)算，并得出了相應(yīng)的結(jié)論，對(duì)設(shè)計(jì)和施工有重要的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 于萬(wàn)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.

[2] 潘洪海.基ANSYS的接觸線風(fēng)偏計(jì)算[J].電氣化鐵道.2009.

[3]中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司譯.電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[4]田志軍.電氣化鐵路接觸網(wǎng)防風(fēng)技術(shù)研究[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理.2017

[5] 杜熙.吳積欽.鐘源.韓峰.沿海大風(fēng)區(qū)的線岔平面布置[J].接觸網(wǎng)技術(shù).2020

[6]陳立明. 高速受電弓作用下接觸網(wǎng)整體吊弦動(dòng)態(tài)力研究[J].中國(guó)鐵道科學(xué).2018

作者簡(jiǎn)介：鄧誠(chéng)，男，本科，四川遂寧人，1983年生，高級(jí)工程師，中鐵八局電務(wù)公司，主要從事內(nèi)接觸網(wǎng)施工、管理工作

黃河，男，本科，四川簡(jiǎn)陽(yáng)人，1982年生，高級(jí)工程師，中鐵八局電務(wù)公司