中日2 種補(bǔ)償裝置接觸線伸縮量計(jì)算對(duì)比分析

蔣淵博

0 引言

電氣化鐵路中下錨補(bǔ)償裝置是接觸網(wǎng)的重要部件。它裝在錨段的兩端，并且串接在接觸線和承力索內(nèi)，其作用是補(bǔ)償線索內(nèi)的張力變化，使張力保持恒定。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，接觸線或承力索會(huì)產(chǎn)生伸長(zhǎng)或縮短，線索內(nèi)張力將隨之發(fā)生變化，進(jìn)而引起線索弛度變化，導(dǎo)致受流條件惡化。下錨補(bǔ)償裝置就是為改變這種狀況而設(shè)計(jì)，補(bǔ)償裝置性能的好壞直接影響著接觸網(wǎng)的懸掛彈性，對(duì)減少弓網(wǎng)故障起著至關(guān)重要的作用。

接觸網(wǎng)下錨補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)及使用取決于該補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償行程，而其補(bǔ)償行程又與接觸線或承力索的伸縮量有直接關(guān)系。因此接觸網(wǎng)線索伸縮量的計(jì)算方法非常重要。對(duì)于接觸網(wǎng)線索的伸縮量計(jì)算，中國(guó)和日本采用的方法存在差異。本文以滑輪組、彈簧2 種接觸網(wǎng)下錨補(bǔ)償裝置為例，對(duì)其計(jì)算方法及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

1 計(jì)算公式

不考慮新線延伸率，中國(guó)及日本接觸線伸縮量的計(jì)算公式分述如下。

1.1 中國(guó)計(jì)算公式

對(duì)于滑輪組、彈簧2 種接觸網(wǎng)下錨補(bǔ)償裝置，中國(guó)計(jì)算方法是同樣的，計(jì)算公式如式（1）：式中，l 為接觸線的伸縮量，m；L 為接觸線錨段長(zhǎng)度，m；α為線膨脹系數(shù)，1/℃；t1為最小溫度，℃；t2為最大溫度，℃。

由式（1）可以看出：當(dāng)材質(zhì)為銅或銅合金時(shí)，中國(guó)計(jì)算方法中接觸線的伸縮量大小只取決于接觸網(wǎng)錨段長(zhǎng)度及補(bǔ)償裝置使用地區(qū)的溫差。

1.2 日本計(jì)算公式

滑輪組補(bǔ)償裝置：計(jì)算公式與中國(guó)相同，均為式（1）。

而彈簧補(bǔ)償裝置，考慮了接觸線荷重產(chǎn)生形變的伸長(zhǎng)量，有：

式中，T1為最小溫度時(shí)張力，kN；T2為最大溫度時(shí)張力，kN；E 為楊氏模量，kN/mm2；A 為接觸線的截面積，mm2。

考慮接觸線松弛的伸長(zhǎng)量，有

式中，W 為接觸線的單位長(zhǎng)度重量，kg/m；S 為支柱平均跨距，m。

式（1）+式（2）+式（3），日本計(jì)算公式如式（4）：

由式（4）可以看出：當(dāng)材質(zhì)為銅或銅合金時(shí)，日本計(jì)算方法中接觸線的伸縮量大小除取決于接觸網(wǎng)錨段長(zhǎng)度及補(bǔ)償裝置使用地區(qū)的溫差外，還取決于接觸線隨金屬的荷重產(chǎn)生的形變以及接觸線松弛的伸長(zhǎng)量。

2 計(jì)算原理和伸長(zhǎng)量的對(duì)比分析

2.1 計(jì)算原理

（1）對(duì)于接觸網(wǎng)滑輪組、彈簧2 種下錨補(bǔ)償裝置，當(dāng)錨段長(zhǎng)度固定，中國(guó)計(jì)算接觸線伸縮量時(shí)僅考慮溫度變化，不考慮補(bǔ)償張力變化。

（2）當(dāng)錨段長(zhǎng)度固定，日本計(jì)算接觸線伸縮量時(shí)，對(duì)于滑輪組補(bǔ)償裝置，其補(bǔ)償張力按恒定值考慮，僅考慮溫度變化，計(jì)算方法與中國(guó)相同；但彈簧補(bǔ)償裝置除了考慮溫度變化外，還需要考慮因補(bǔ)償張力變化導(dǎo)致的接觸線線材荷重形變及接觸線松弛的伸長(zhǎng)量。

2.2 接觸線伸長(zhǎng)量

當(dāng)接觸網(wǎng)下錨采用彈簧補(bǔ)償裝置時(shí)，中國(guó)、日本計(jì)算接觸線伸長(zhǎng)量對(duì)比分析如下：

（1）當(dāng)溫度上升時(shí)，接觸線伸長(zhǎng)；但隨著溫度上升，彈簧補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償張力隨之下降，接觸線隨之縮短。

接觸線伸長(zhǎng)量對(duì)比示意圖見圖1。

（2）當(dāng)溫度下降時(shí)，接觸線縮短；但隨著溫度下降，彈簧補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償張力隨之上升，接觸線隨之伸長(zhǎng)。

接觸線伸長(zhǎng)量對(duì)比示意圖見圖2。

圖1 溫度上升時(shí)接觸線伸長(zhǎng)量對(duì)比圖

圖2 溫度下降時(shí)接觸線伸長(zhǎng)量對(duì)比圖

3 計(jì)算實(shí)例

3.1 普速鐵路

以普速鐵路，使用地區(qū)溫差80℃，接觸網(wǎng)采用彈簧補(bǔ)償裝置，錨段長(zhǎng)度為1 600 m，接觸線材質(zhì)為銅或銅合金（標(biāo)稱截面積為120 mm2），標(biāo)準(zhǔn)張力為15 kN 為例，中國(guó)、日本接觸線伸縮量計(jì)算對(duì)比如表1 所示。

表1 彈簧補(bǔ)償裝置接觸線伸縮量計(jì)算對(duì)比表

由表1 計(jì)算結(jié)果可知：普速鐵路，在接觸網(wǎng)半錨長(zhǎng)度為800 m 時(shí)，2 種計(jì)算公式得出的接觸線伸縮量差值為187 mm，占僅由溫度變化引起的伸縮量的17.2%。

3.2 高速鐵路

以高速鐵路，使用地區(qū)溫差100℃，接觸網(wǎng)采用彈簧補(bǔ)償裝置，錨段長(zhǎng)度為1 400 m，接觸線材質(zhì)為銅或銅合金（標(biāo)稱截面積為150 mm2），標(biāo)準(zhǔn)張力為25 kN 為例，中國(guó)、日本接觸線伸縮量計(jì)算對(duì)比如表1 所示。

由表1 計(jì)算結(jié)果可知，高速鐵路，在接觸網(wǎng)半錨長(zhǎng)度為700 m 時(shí)，2 種計(jì)算公式得出的接觸線伸縮量差值為101 mm，占僅由溫度變化引起的伸縮量的8.5%。

4 結(jié)論與建議

（1）對(duì)于滑輪組補(bǔ)償裝置，中國(guó)和日本的接觸線伸縮量計(jì)算方法相同。

（2）對(duì)于彈簧補(bǔ)償裝置，因中國(guó)接觸線伸縮量是以彈簧補(bǔ)償張力恒定為條件進(jìn)行計(jì)算，但實(shí)際上張力并不能達(dá)到完全恒定，也有±4%的張力偏差，故日本的計(jì)算方法更為合理。但因中國(guó)計(jì)算方法得出的接觸線伸縮量較日本的數(shù)值為大，故在考慮彈簧補(bǔ)償裝置額定工作行程時(shí)反而占了優(yōu)勢(shì)。

（3）在低凈空隧道等空間受限的特殊使用工況下，彈簧補(bǔ)償裝置的接觸線伸縮量計(jì)算可按日本方法，以降低補(bǔ)償裝置重量，縮小結(jié)構(gòu)尺寸，節(jié)約安裝空間。

[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，2003：148.

[2] 塚越 宏，尋田 伸幸.新幹線用新型ばねバランサーの開発[EB/OL].日本：東日本旅客鉄道株式會(huì)社，2003：051.http://www.jreast.co.jp/development/tech/pdf_2/50-56.p df.

[3] TB 10009-2005.鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] TB 10020-2009.高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）[S].