高速鐵路接觸網(wǎng)第三輔助式無(wú)交分線岔布置技術(shù)

文/王小坤

1 前言

隨著國(guó)內(nèi)外電氣化鐵路的快速發(fā)展，速度的不斷提高使得對(duì)弓網(wǎng)關(guān)系要求更加嚴(yán)格。線岔作為高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，線索空間幾何參數(shù)關(guān)系和受流質(zhì)量的好壞直接影響著動(dòng)車(chē)組安全、平穩(wěn)通過(guò)正線和側(cè)線的進(jìn)出，對(duì)高速鐵路的安全、高速運(yùn)行起著舉足輕重的作用。

2 無(wú)交分線岔結(jié)構(gòu)形式及工作原理

根據(jù)線岔結(jié)構(gòu)形式的不同，可以將高速鐵路接觸網(wǎng)無(wú)交分線岔劃分為“兩支懸掛”無(wú)交分線岔和“三支懸掛”無(wú)交分線岔兩種形式。

2.1 兩種無(wú)交分線岔的區(qū)別

“兩支懸掛”無(wú)交分線岔布置時(shí)，在道岔區(qū)域側(cè)線相應(yīng)的抬升20mm，使得當(dāng)正線高速通過(guò)時(shí)，機(jī)車(chē)受電弓不與側(cè)線發(fā)生空間關(guān)系；由正線進(jìn)入側(cè)線時(shí)，受電弓平滑自然地過(guò)渡到側(cè)線接觸懸掛中，由側(cè)線進(jìn)入正線時(shí)，受電弓通過(guò)“擠壓”方式逐漸過(guò)渡到正線接觸懸掛中，始觸區(qū)是客觀存在的。側(cè)向允許通過(guò)最大速度85km/h。

“三支懸掛”無(wú)交分線岔布置時(shí)，在正線和側(cè)線之間增加一個(gè)第三輔助錨段，形成關(guān)節(jié)式過(guò)渡。基于關(guān)節(jié)式過(guò)渡的原理，當(dāng)電力機(jī)車(chē)從正線高速通過(guò)時(shí)，側(cè)線位于受電弓動(dòng)態(tài)包絡(luò)線之外，受電弓由正線過(guò)渡到輔助錨段接觸懸掛，通過(guò)道岔后將再次過(guò)渡到正線接觸懸掛。從側(cè)線通過(guò)原理類(lèi)似于正線通過(guò)原理。側(cè)線允許通過(guò)最大速度160km/h。

針對(duì)42號(hào)高速道岔比較狹長(zhǎng)的特點(diǎn)，“兩支懸掛”無(wú)交分線岔的始觸區(qū)內(nèi)不得有除吊弦線夾以外的其他零部件的這一基本布置原則已無(wú)法滿(mǎn)足，加之始觸區(qū)的存在，極大地限制了其側(cè)向通過(guò)速度?！叭覓臁钡谌o助式無(wú)交分線岔很好的彌補(bǔ)了“兩支懸掛”無(wú)交分線岔的不足之處，利用第三輔助錨段形成關(guān)節(jié)式過(guò)渡，極大的提高了側(cè)向通行速度，滿(mǎn)足安全運(yùn)營(yíng)的要求。

2.2 第三輔助式無(wú)交分線岔過(guò)渡原理分析

通過(guò)平面圖及通過(guò)狀態(tài)進(jìn)行第三輔助式無(wú)交分線岔過(guò)渡原理的分析，第三輔助式無(wú)交分線岔平面布置示意圖如圖1所示。

電力機(jī)車(chē)由正線高速依次經(jīng)過(guò)1至5狀態(tài)：在電力機(jī)車(chē)從 1至2過(guò)程中，正線接觸線逐漸被抬高，輔助懸掛的接觸線逐漸降低，實(shí)現(xiàn)由正線接觸懸掛到輔助接觸懸掛之間的過(guò)渡。在電力機(jī)車(chē)由2至3過(guò)程工作支為輔助接觸懸掛，在電力機(jī)車(chē)由3至4過(guò)程輔助懸掛逐漸升高，正線接觸懸掛逐漸降低，受電弓從輔助懸掛逐步過(guò)渡到正線接觸懸掛。

在電力機(jī)車(chē)由側(cè)線高速通過(guò)時(shí)，在電力機(jī)車(chē)由1至3狀態(tài)過(guò)程同上正線高速通過(guò)過(guò)程一致，此時(shí)側(cè)線接觸懸掛位于受電弓動(dòng)態(tài)包絡(luò)線之外。在電力機(jī)車(chē)由6至7過(guò)程中，側(cè)線接觸懸掛逐漸降低，受電弓在滑離輔助懸掛的同時(shí)靠近側(cè)線接觸懸掛，當(dāng)滑至7過(guò)程時(shí)輔助懸掛將逐步抬高下錨，受電弓只與側(cè)線發(fā)生空間關(guān)系，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡。

2.3 第三輔助式無(wú)交分線岔布置原則

第三輔助式無(wú)交分線岔的布置需要滿(mǎn)足如下兩條布置原則

（1）需要合理的設(shè)置過(guò)渡區(qū)的拉出值和導(dǎo)高，并分析通過(guò)道岔理論中心后等高點(diǎn)位置的弓網(wǎng)安全關(guān)系，保證受電弓正線高速通過(guò)時(shí)不與側(cè)線接觸懸掛發(fā)生關(guān)系；受電弓側(cè)線高速通過(guò)時(shí)不與正線接觸懸掛發(fā)生關(guān)系。

（2）根據(jù)高速電氣化鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范:“受電弓的最大擺動(dòng)量為250mm，最大抬升量150mm”。則受電弓活動(dòng)范圍L滿(mǎn)足式于（1）。

在過(guò)渡狀態(tài)通過(guò)線岔的時(shí)候始觸區(qū)范圍L1的需要滿(mǎn)足式（2）的要求。

根據(jù)式（1）和式（2）以及42號(hào)第三輔助式無(wú)交分線岔布置要求，則在圖1中，D柱與E柱之間即過(guò)渡轉(zhuǎn)換區(qū)可得到以下結(jié)論：

（1）當(dāng)正線和輔助懸掛等高點(diǎn)與側(cè)線和輔助懸掛等高點(diǎn)不在同一里程位置時(shí)，需滿(mǎn)足正線與側(cè)線在不等高區(qū)段其垂直投影距離相鄰線路中心距離大于L。

（2）當(dāng)正線和輔助懸掛等高點(diǎn)與側(cè)線和輔助懸掛等高點(diǎn)位于同一里程位置時(shí)，則在此等高點(diǎn)位置時(shí)不得形成始觸區(qū)，即正線與側(cè)線垂直投影距離相鄰線路中心距離大于L1max。

（3）除道岔后過(guò)渡區(qū)外的其他接觸網(wǎng)平、立面布置遵循錨段關(guān)節(jié)式過(guò)渡原理，起著安全平穩(wěn)過(guò)渡到第三輔助錨段的作用。

3 受電弓過(guò)渡狀態(tài)及特點(diǎn)

第三輔助式無(wú)交分線岔設(shè)置的關(guān)鍵技術(shù)包括平面布置、立面布置、拉出值以及抬升量的確定等內(nèi)容。第三輔助式無(wú)交分線岔每項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)都依賴(lài)于線索空間幾何關(guān)系以及受電弓高速通過(guò)時(shí)弓網(wǎng)關(guān)系來(lái)確定。

3.1 過(guò)渡狀態(tài)分析

受電弓基本參數(shù)示意圖如圖2所示。

如圖2所示，任何情況下工作支導(dǎo)線不得超出圖2中“區(qū)1”范圍外工作。任何方向通行情況下，正線接觸懸掛與側(cè)線接觸懸掛不得形成始觸區(qū)。當(dāng)相鄰支導(dǎo)線接觸線低于受電弓工作平面時(shí)，則該支導(dǎo)線垂直投影距離相鄰線路中心距離須大于1225mm。此時(shí)，在岔心附近的跨距中，正線與輔助懸掛等高點(diǎn)同側(cè)線與輔助懸掛等高點(diǎn)不在同一里程位置。其示意圖如圖3中圖II所示。

在上述情況下，需要D支柱向道岔開(kāi)口方向移動(dòng)，且在距離岔心距離大于15m的范圍之外安可調(diào)整實(shí)現(xiàn)。調(diào)整過(guò)程中將輔助懸掛作為共用工作支，其他兩支遵循一般錨段關(guān)節(jié)調(diào)整方式即可實(shí)現(xiàn)。

但面對(duì)圖1所示通用定位方式，要求三支接觸懸掛在過(guò)渡轉(zhuǎn)換點(diǎn)三支等高點(diǎn)位于同一里程位置，才能夠調(diào)整滿(mǎn)足要求。

3.2 第三輔助式無(wú)交分線岔特點(diǎn)

（1）引入第三輔助錨段形成關(guān)節(jié)式過(guò)渡，改善了受流質(zhì)量以及側(cè)向通行能力。但同時(shí)面臨著結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整不易等挑戰(zhàn)；

圖1：第三輔助式無(wú)交分線岔平面布置示意圖

圖2：受電弓基本參數(shù)示意圖

圖3：第三輔助式無(wú)交分線岔過(guò)渡分析示意圖

（2）從輔助錨段過(guò)渡到正線和從輔助錨段過(guò)渡到側(cè)線時(shí)是關(guān)鍵要素，要求在保證任何情況下接觸線不得滑離受電弓中心400mm的前提下三支等高點(diǎn)位于同一里程位置，并且在正線和側(cè)線不會(huì)形成始觸區(qū)。

（3）通過(guò)調(diào)整D支柱與E支柱處三支腕臂的對(duì)應(yīng)的抬升量來(lái)促成等高點(diǎn)的縱向移動(dòng)，調(diào)整三支對(duì)應(yīng)的拉出值來(lái)滿(mǎn)足于線索空間幾何關(guān)系的要求。

4 施工及調(diào)整操作要點(diǎn)

面對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜多變的施工環(huán)境，在進(jìn)場(chǎng)作業(yè)區(qū)應(yīng)對(duì)原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行精確測(cè)量并利用專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行計(jì)算。隨著施工現(xiàn)場(chǎng)里程的縱向偏差，需更多的利用專(zhuān)業(yè)化三維軟件進(jìn)行仿真與參數(shù)優(yōu)化分析，確保一次到位。

鑒于42號(hào)第三輔助式無(wú)交分線岔“狹長(zhǎng)”且至少存在三處三支腕臂懸掛的特點(diǎn)，每處三腕臂抬高值應(yīng)設(shè)置為階梯狀，即限界參數(shù)越小者其對(duì)應(yīng)的抬升量越高，最大程度上減少線索之間的相互穿插。在采用T型定位器后確保坡度，防止由于上拔力的作用導(dǎo)致線索扭面。

第三輔助式無(wú)交分線岔的核心點(diǎn)在于通過(guò)道岔后由輔助懸掛過(guò)渡到正線和側(cè)線過(guò)程中等高點(diǎn)位置的確定以及在該跨距中三支線索的空間幾何關(guān)系。為了滿(mǎn)足于運(yùn)營(yíng)要求，此等高點(diǎn)位置垂直投影必須位于線間距小于800mm的范圍之內(nèi)，并且正線與側(cè)線不得形成始觸區(qū)。

5 結(jié)論

第三輔助無(wú)交分線岔布置方式是充分運(yùn)用輔助錨段形成過(guò)渡，實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)從正線高速通過(guò)以及進(jìn)出側(cè)線等各種工作情況下的弓網(wǎng)受力良好，可以滿(mǎn)足側(cè)向通過(guò)要求更高的道岔區(qū)域。整個(gè)過(guò)程中正線過(guò)渡與進(jìn)出側(cè)線方式都與相鄰接觸懸掛不發(fā)生作用，因此在過(guò)渡過(guò)程中不存在對(duì)鄰近接觸懸掛的沖擊，這樣既能保障安全性又能顯著提高側(cè)向通過(guò)速度。與此同時(shí)，此種方式至少需要三支轉(zhuǎn)換支柱進(jìn)行過(guò)渡，則此種線岔布置方式至少需要150m～200m的空間位置，且每根轉(zhuǎn)換支柱均需三支腕臂，而三支腕臂的安裝及調(diào)整工作量大大的增加。另外，隨著技術(shù)的不斷成熟，此種布置方式的空間距離的因素的特點(diǎn)，也可做為分相關(guān)節(jié)投入運(yùn)營(yíng)，減少分相關(guān)節(jié)設(shè)置數(shù)量，尤其是對(duì)于兩大干線的聯(lián)絡(luò)線，采用此種布置方式不僅提高運(yùn)營(yíng)效率，還可以節(jié)約因?yàn)閱为?dú)設(shè)立分相而產(chǎn)生的成本。