重載鐵路接觸網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)方案應(yīng)用

陳立國

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

我國的能源資源特點決定了煤炭在國內(nèi)能源消費中長期占主導(dǎo)地位，一般以煤炭為主的礦產(chǎn)資源均通過重載鐵路進(jìn)行運輸。在重載鐵路中接觸網(wǎng)屬于關(guān)鍵設(shè)備，可以影響重載鐵路行車速度與效率。若不針對重載鐵路接觸網(wǎng)技術(shù)方案研究特殊技術(shù)，將無法滿足大型貨物的運輸需求，基于此，需要對重載鐵路接觸網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)方案進(jìn)行深入分析。

1 重載鐵路與接觸網(wǎng)的概念分析

1.1 重載鐵路概念

重載鐵路主要指貨運鐵路中的一種特殊鐵路，主要運輸目標(biāo)是大型貨物，對車輛載重具有一定要求，鐵路與其他鐵路差異較大，具備大功率、大取流等特性。以大功率特性為例，重載鐵路在功率比正常鐵路高出一倍，如果重載鐵路與正常鐵路同樣均為六軸列車，重載鐵路功率可達(dá)14 000 kW，正常鐵路功率約為7 200 kW；如果同樣為八軸列車，重載鐵路功率可以達(dá)到19 000 kW，正常鐵路功率約為9 600 kW。

1.2 接觸網(wǎng)概念

接觸網(wǎng)為柔性架空接觸網(wǎng)，主要包括接觸懸掛、支持與定位、支柱、支柱基礎(chǔ)以及其他電氣輔助設(shè)備。其中，接觸懸掛是接觸線、承力索、吊弦及線夾等各類安裝于支持與定位裝置上的結(jié)構(gòu)的總稱，主要作用是為機(jī)車提供電力；支持裝置主要有腕臂結(jié)構(gòu)及軟橫跨結(jié)構(gòu)，主要作用是將負(fù)荷傳遞到周圍建筑或支柱中；定位裝置主要對接觸網(wǎng)拉出值進(jìn)行定位，以保證受電弓具有良好的受流條件；支柱及支柱基礎(chǔ)主要作用是承受接觸網(wǎng)設(shè)備的機(jī)械負(fù)荷，確保接觸網(wǎng)處于穩(wěn)定狀態(tài)；其他電氣輔助設(shè)備包括附加導(dǎo)線，防雷、接地及回流等設(shè)施及設(shè)備。

2 重載鐵路接觸網(wǎng)應(yīng)用意義與現(xiàn)狀

2.1 應(yīng)用意義

接觸網(wǎng)對重載鐵路較為關(guān)鍵，如果沒有接觸網(wǎng)重載鐵路便無法繼續(xù)運輸貨物，社會各界將無法通過重載鐵路運輸?shù)V石與煤炭等資源，各類企業(yè)發(fā)展速度會受到限制。接觸網(wǎng)運行狀況可以直接決定重載鐵路運輸效率與質(zhì)量，如果接觸網(wǎng)可以保持良好狀態(tài)，可促使大型貨物及時抵達(dá)運輸?shù)?，避免各類企業(yè)由于運輸速度過慢導(dǎo)致一定損失。

2.2 應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，我國在重載鐵路方面已構(gòu)成基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，可以將大部分地區(qū)涵蓋其中，最為著名的是包神-神朔-朔黃鐵路、大秦鐵路、蒙華鐵路。目前，重載鐵路中的接觸網(wǎng)依然存在各種問題，如在重載鐵路中應(yīng)用的接觸網(wǎng)類型，已無法繼續(xù)為車輛運輸提供所需動力，這種問題會在后期發(fā)展中越發(fā)顯著。如今在重載鐵路中應(yīng)用的接觸網(wǎng)腕臂底座有三種類型，整體效果處于區(qū)間位置的腕臂底座最不穩(wěn)定，易導(dǎo)致弓網(wǎng)發(fā)生故障，處于隧道位置的腕臂底座會受到漏水問題的限制，一旦進(jìn)入冬季會出現(xiàn)大面積結(jié)冰，導(dǎo)致接觸網(wǎng)頻繁出現(xiàn)短路情況。

3 重載鐵路接觸網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)方案

3.1 零件的選擇

接觸網(wǎng)在重載鐵路中需要承受諸多沖擊，如設(shè)備振動沖擊、寒冷溫度沖擊、粉塵污染沖擊、巨大承載量沖擊等。如果接觸網(wǎng)零件整體性能較差，會導(dǎo)致接觸網(wǎng)在大量沖擊下出現(xiàn)各種事故，導(dǎo)致重載鐵路無法正常運輸。因此，接觸網(wǎng)零件最好具備抗磨損、抗低溫、抗沖擊等性能，以下對接觸網(wǎng)中重要零件的類型選擇技術(shù)展開分析。

其一，電連接線夾。主要有螺栓與全壓接兩種類型，其中螺栓類型在安裝環(huán)節(jié)較為簡單，但具備大電阻特性；全壓接類型具備穩(wěn)定、可靠、安全、小電阻等特點。在實際應(yīng)用中對技術(shù)工藝有一定標(biāo)準(zhǔn)，可以滿足重載鐵路的大量電流，因此，可優(yōu)選這種類型的電連接線夾。

其二，終端錨固線夾。這種零件主要有錐套與雙耳楔形兩種類型，其中雙耳楔形屬于鋼材，整體結(jié)構(gòu)為鑄造技術(shù)，錐套類型材質(zhì)有不銹鋼和鋁合金，整體結(jié)構(gòu)為鍛造技術(shù)與加工技術(shù)。在重載鐵路實際需求上，可選擇錐套類型的終端錨固線夾。

其三，定位線夾。這種零件類型較多，如T形、有插銷以及無插銷等，其中T形定位線夾屬于鑄造技術(shù)，整體性能較差；有插銷類型可能會在長時間振動中出現(xiàn)斷裂情況。因此，為了避免在設(shè)備高強震動下出現(xiàn)位移問題，可選用無插銷類型的定位線夾，以保證接觸網(wǎng)線路足夠牢固。

其四，腕臂底座。這種零件可以根據(jù)技術(shù)工藝分成鍛造與鑄造兩種類型，其中鍛造類型主要材質(zhì)為鋼材，正常使用型號是Q235A，如果在低溫狀態(tài)下可以使用Q345B型號；鍛造類型材質(zhì)為中碳鑄鋼，具備一定強度、韌性以及硬度，但鑄造效果比低碳鋼材質(zhì)差。在最終選擇零件類型時，可根據(jù)接觸網(wǎng)性能、制造成本與效率等多方面展開綜合判斷，優(yōu)先選擇模鍛類型。

其五，補償裝置。這種零件需要根據(jù)重載鐵路特性進(jìn)行選擇，由于重載鐵路運輸路線通常處于山區(qū)之間，對制動效果沒有過多需求，且由于運輸物品大多為礦石與煤炭，整條運輸線路上會遺留大量粉塵。因此，可選擇輪滑補償裝置，這種裝置具備密封結(jié)構(gòu)與雙面軸承，在使用期間無須頻繁維護(hù)，能夠避免接觸網(wǎng)部分位置磨損過于嚴(yán)重，可保證重載鐵路穩(wěn)定運輸。

3.2 規(guī)格與配置

在重載鐵路接觸網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)方案中，導(dǎo)線規(guī)格與張力配置均屬于主要環(huán)節(jié)，其中核心技術(shù)主要有以下幾點。

其一，導(dǎo)線截面。在重載鐵路中運輸貨物較重，因此，在對其展開牽引時，牽引電流與功率均會比正常鐵路牽引大，需要適當(dāng)增加導(dǎo)線截面?？砂凑瘴覈蟛糠种剌d鐵路接觸網(wǎng)運輸情況、供電信息、功率變化等條件展開分析，并將這些條件作為基礎(chǔ)模擬牽引方案，有關(guān)人員完成多次模擬后表示，可將重載鐵路的接觸網(wǎng)導(dǎo)線截面控制在150 mm2，選擇銅作為導(dǎo)線主要材質(zhì)。

其二，懸掛種類。通過導(dǎo)線截面確定為150 mm2后，便可將此作為基礎(chǔ)對懸掛種類展開挑選，主要可以在彈性鏈與簡單鏈兩種懸掛種類中進(jìn)行挑選。其中，彈性鏈種類較為簡單，但自身彈性較強，對重載鐵路無法提供顯著幫助；簡單鏈種類無須過多成本，在前期安裝、中期運行、后期維護(hù)等環(huán)節(jié)中較為方便。因此，在作用、成本以及性能等角度上，可選擇簡單鏈型懸掛。

其三，張力配置。將以上導(dǎo)線截面與懸掛種類作為基礎(chǔ)，可通過弓網(wǎng)模擬軟件對張力配置展開動態(tài)仿真，可得出三組配置情況，分別是15 kN+10 kN、15 kN+15 kN、15 kN+20 kN。為了確定張力的最終配置，可以在三組配置基礎(chǔ)上，對重載鐵路接觸網(wǎng)展開數(shù)據(jù)統(tǒng)計，可選取中間配置作為張力的最終配置。

3.3 電分相確定

在重載鐵路接觸網(wǎng)電分相中，主要有器件與關(guān)節(jié)兩種形式，如果在實際應(yīng)用中無法確定適宜形式，會造成諸多困擾與限制。因此，以下對電分相兩種形式展開深入分析。

其一，器件形式的電分相。在大部分車型與升弓中均比較適用，如果重載鐵路在運輸中導(dǎo)致接觸網(wǎng)出現(xiàn)晃動時，會導(dǎo)致絕緣裝置遭到?jīng)_擊，電分相會無法穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，影響整個接觸網(wǎng)。這種不足對接觸網(wǎng)較為關(guān)鍵，但這種形式在安裝環(huán)節(jié)十分簡單，目前大部分重載鐵路大多處于山區(qū)中，運輸路線坡度較大，運輸速度基本會保持在勻速狀態(tài)，這種速度不會產(chǎn)生較大的晃動，可在重載鐵路接觸網(wǎng)中使用器件形式的電分相。

其二，關(guān)節(jié)形式的電分相。其具備兩斷口類型、三斷口類型兩種類型，在重載鐵路接觸網(wǎng)中實際效果存在差異。如果使用兩斷口類型的關(guān)節(jié)式電分相，應(yīng)盡可能通過短分相技術(shù)方案進(jìn)行落實。由于在重載鐵路中的車輛行駛較多，如果雙弓之間距離大于1 km，易導(dǎo)致車輛處于失點狀態(tài)，但通過短分相技術(shù)方案，可在雙弓之間安設(shè)高壓線路，且雙弓距離比電分相距離短，可保證重載鐵路車輛時刻處于電力充沛狀態(tài)。如果使用三斷口類型的關(guān)節(jié)式電分相，能夠保證重載鐵路車輛不會出現(xiàn)短路情況。由于其中蘊含三個斷口，即便雙弓間距離過遠(yuǎn)，將在一瞬間導(dǎo)致三個斷口全部短路，可降低短路故障發(fā)生率。這種電分相安裝難度較大，在山區(qū)間安裝，會增加安裝難度，同樣也會增加檢修工作和維護(hù)工作的難度。

4 結(jié)語

綜上所述，在我國鐵路發(fā)展中，重載鐵路屬于重要的組成部分。在重載鐵路中接觸網(wǎng)屬于主要動力，目前我國在重載鐵路中應(yīng)用接觸網(wǎng)時存在較多不足，需要對重載鐵路中的接觸網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)方案做好全面分析，針對其中零件的選擇、規(guī)劃與配置、電分相確定等方面進(jìn)行有效優(yōu)化，重載鐵路可在實際運輸中獲取更多動力，以滿足社會各界對礦石與煤炭的實際需求。