吳昊

摘 要：對(duì)京廣擴(kuò)能工程中鄭州北站既有的錨段關(guān)節(jié)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，提出改進(jìn)方案。通過(guò)論證后指出對(duì)既有關(guān)節(jié)進(jìn)行稍加改造后便可提高線(xiàn)路穩(wěn)定性，滿(mǎn)足繁忙站場(chǎng)運(yùn)輸需要。

關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng);錨段關(guān)節(jié);鐵路

在我國(guó)電氣化鐵路的接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)中，錨段布置長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況各不相同，錨段兩頭通過(guò)下錨補(bǔ)償裝置使接觸線(xiàn)和承力索可以隨溫度變化自由伸縮，以保持其張力恒定。而在兩個(gè)錨段的過(guò)渡區(qū)域需要設(shè)置一段重疊區(qū)，以保證受電弓的平順運(yùn)行，該重疊區(qū)稱(chēng)之為錨段關(guān)節(jié)。按其電氣是否連接可以分為“非絕緣錨段關(guān)節(jié)”與“絕緣錨段關(guān)節(jié)”，根據(jù)其跨數(shù)可以分為3跨、4跨、5跨、7跨等錨段關(guān)節(jié)，在中國(guó)使用最為廣泛的時(shí)3跨和4跨錨段關(guān)節(jié)。鄭州北站是亞洲最大的編組站，每天都有繁忙的貨運(yùn)運(yùn)輸，然而既有未經(jīng)改造的“三跨”絕緣錨段關(guān)節(jié)弓網(wǎng)關(guān)系存在缺陷，在京廣線(xiàn)擴(kuò)能改造之際，從功能性、安全性、改造成本等方面考慮，探討既有錨段關(guān)節(jié)改造的可行性。

1 關(guān)于錨段關(guān)節(jié)的選用條件

對(duì)于各種形式的接觸網(wǎng)來(lái)說(shuō)錨段關(guān)節(jié)部位都是容易產(chǎn)生硬點(diǎn)的部位。在硬點(diǎn)部位容易出現(xiàn)磨損嚴(yán)重、產(chǎn)生電弧及瞬時(shí)過(guò)大接觸壓力等情況，所以，需要優(yōu)化錨段關(guān)節(jié)處的接觸網(wǎng)彈性，使這些部位的最大正壓力與其他工作點(diǎn)的壓力值保持順滑平穩(wěn)。而改進(jìn)方案主要通過(guò)增加接觸線(xiàn)的張力使錨段關(guān)節(jié)處彈性降低，或者縮短錨段關(guān)節(jié)處每跨的間距來(lái)縮小懸掛點(diǎn)的彎矩。

1.1 錨段關(guān)節(jié)的選用條件

（1）錨段關(guān)節(jié)的跨距數(shù)。既有的3跨式錨段關(guān)節(jié)中，兩錨段是在中間跨進(jìn)行過(guò)渡的。電力機(jī)車(chē)在低速行駛時(shí)至兩轉(zhuǎn)換柱之間時(shí)，受電弓將同時(shí)與兩條接觸線(xiàn)相接觸，并滑過(guò)約1/3跨距的距離。所以非工作支的接觸線(xiàn)在兩個(gè)轉(zhuǎn)換柱處需要分別抬高約500毫米。但是如果將跨距縮短并且將接觸線(xiàn)張力提高那么受電弓同時(shí)接觸兩條接觸線(xiàn)的距離將達(dá)不到1/3跨距的要求，因而如若要提高錨段關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性則必須增加跨數(shù)，使其大于三個(gè)跨距。

而四跨式錨段關(guān)節(jié)，受電弓同時(shí)與兩條接觸線(xiàn)接觸的區(qū)域僅為一個(gè)懸掛點(diǎn)，并且兩條接觸線(xiàn)懸掛等高，容易造成懸掛負(fù)載集中。使此處懸掛點(diǎn)產(chǎn)生較高的正壓力，在受電弓長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)容易使該處加速磨損。

（2）錨段關(guān)節(jié)抗風(fēng)性。檢驗(yàn)承導(dǎo)線(xiàn)結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性的關(guān)鍵在于，驗(yàn)證承導(dǎo)線(xiàn)在大風(fēng)天氣下的動(dòng)態(tài)包絡(luò)線(xiàn)是否滿(mǎn)足弓網(wǎng)關(guān)系，確保其滿(mǎn)足正常工作狀態(tài)。在強(qiáng)風(fēng)下偏移時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)也直接關(guān)系到承導(dǎo)線(xiàn)供電穩(wěn)定性以及弓網(wǎng)的取流。在風(fēng)向與承導(dǎo)線(xiàn)越接近垂直時(shí)，承導(dǎo)線(xiàn)所收的風(fēng)力也最大。根據(jù)準(zhǔn)靜態(tài)空氣動(dòng)力學(xué)方法。

式中C為載體系數(shù)，A為結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面積（m2），ρ為空氣密度（kg/m3）。

然而風(fēng)載并不是平均的，需要考慮脈動(dòng)風(fēng)對(duì)其影響。脈動(dòng)風(fēng)的風(fēng)速V（t）為：

式中，U 為平均風(fēng)速，v（t）為脈動(dòng)風(fēng)速。瞬時(shí)風(fēng)壓為：

由公式可以看出接觸線(xiàn)越粗，其受風(fēng)面積越大。但隨著截面積增大，線(xiàn)索的結(jié)構(gòu)剛度也會(huì)變大，故線(xiàn)索的直徑粗細(xì)對(duì)承導(dǎo)線(xiàn)抗風(fēng)性影響效果不明顯。然而通過(guò)增加承力索初始張力，可以使結(jié)構(gòu)防風(fēng)性增強(qiáng)[1]。

1.2 錨段關(guān)節(jié)跨距長(zhǎng)度

要提高錨段關(guān)節(jié)的安全性穩(wěn)定性，需要增加錨段關(guān)節(jié)的跨數(shù)，如今廣泛應(yīng)用的是4跨錨段關(guān)節(jié)。如果利用現(xiàn)有支柱，保持既有支柱布局則需要延錨，就會(huì)造成既有支柱負(fù)荷大大增加降低了運(yùn)行的安全性。并且延錨會(huì)使導(dǎo)線(xiàn)的接頭數(shù)量變多，使運(yùn)行的可靠性反而更低。同時(shí)也使得工程成本大大增加。

鄭州北站上直通場(chǎng)1錨段與3錨段的錨段關(guān)節(jié)跨距為65米，如若利用本次擴(kuò)能改造，在更換舊支柱的同時(shí)增加1根新支柱，可以將舊3跨改為4跨，每跨僅為49米，不但縮短了跨距，也增強(qiáng)其抗風(fēng)性。

2 關(guān)節(jié)處的導(dǎo)高與拉出值

2.1 關(guān)節(jié)處的導(dǎo)高

跨距在55米以?xún)?nèi)的3跨錨段關(guān)節(jié)和4跨錨段關(guān)節(jié)，接觸線(xiàn)非支抬高均為500毫米?？缇嘣?5米以上時(shí)，非工作支的抬高為600毫米。而京廣擴(kuò)能改造工程設(shè)計(jì)的，絕緣錨段關(guān)節(jié)或非絕緣錨段關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)換柱處接觸線(xiàn)非支抬高均為500毫米。

2.2 關(guān)節(jié)處的拉出值

非支接觸線(xiàn)在轉(zhuǎn)換柱的拉出值控制在不超過(guò)在400毫米，以使得每個(gè)定位器均保持在受拉狀態(tài)。

2.3 分析

（1）3跨關(guān)節(jié)：

圖1中，每個(gè)轉(zhuǎn)換柱非工作支接觸線(xiàn)抬高為500毫米，工作支的拉出值為200毫米而非工作支的拉出值700毫米，假設(shè)受電弓在運(yùn)行中抬升100毫米，則在兩轉(zhuǎn)換柱間受電弓將同時(shí)接觸兩條接觸線(xiàn)，而非制的接觸線(xiàn)拉出值有可能達(dá)到500毫米，如若再考慮到有風(fēng)情況下風(fēng)偏200毫米，使得非支拉出值偏大，會(huì)導(dǎo)致受電弓鉆入非支。而在本次擴(kuò)能改造工程中，為減小轉(zhuǎn)換柱間的接觸線(xiàn)斜率，把原瓷絕緣子換成了體積更小的復(fù)合絕緣子，使得抬高量更小，很容易造成非工作支的鉆弓。

為保證錨段關(guān)節(jié)處工作支與非工作支運(yùn)行順滑，需要使過(guò)渡區(qū)域的接觸線(xiàn)等高，或者在交叉點(diǎn)略微抬高。在受電弓運(yùn)行中，出現(xiàn)了硬點(diǎn)，容易造成打弓或拉弧的情況。

（2）4跨錨段關(guān)節(jié)。本次擴(kuò)能改造采用的4跨絕緣錨段關(guān)節(jié)的平面圖見(jiàn)圖2。圖2中ZF1、ZF2轉(zhuǎn)換柱處，非工作支抬高為500毫米，接觸線(xiàn)是在ZF1、ZF2間過(guò)渡。能夠使得電力機(jī)車(chē)在錨段關(guān)節(jié)處運(yùn)行不會(huì)鉆入非支。

2.4 小結(jié)

將既有的3跨絕緣關(guān)節(jié)改為4跨絕緣關(guān)節(jié)，并通過(guò)調(diào)整跨距、轉(zhuǎn)換柱處拉出值、接觸線(xiàn)高度、風(fēng)偏等，使受電弓運(yùn)行可靠性大大增加，避免受電弓鉆入非工作支。

3 結(jié)束語(yǔ)

錨段關(guān)節(jié)的弓網(wǎng)特性影響著列車(chē)的安全運(yùn)行，通過(guò)調(diào)整接觸線(xiàn)高度、跨距與拉出值的布置方式即可提高安全運(yùn)行條件，并且將3跨改為4跨錨段關(guān)節(jié)只需稍加改造，在不過(guò)多增加成本的基礎(chǔ)上即可滿(mǎn)足大運(yùn)量站場(chǎng)的需要，性?xún)r(jià)比十分優(yōu)越。

參考文獻(xiàn)：

[1]王迎波.四跨絕緣錨段關(guān)節(jié)風(fēng)振相應(yīng)影響分析[D].西南交通大學(xué)，2012.