高速鐵路施工中接觸網(wǎng)彈性吊索張力調(diào)整的探討

任美燕

中鐵武漢電氣化局集團(tuán)有限公司，中國·湖北 武漢 430070

1 引言

高速鐵路一般采用彈性鏈形懸掛方式，彈性吊索是加裝在定位點(diǎn)處，用于改善定位點(diǎn)處接觸線的彈性，從而改變相鄰跨距內(nèi)的接觸網(wǎng)平順性的部件。接觸網(wǎng)的彈性是指接觸懸掛在受電弓抬升力作用下發(fā)生形態(tài)的變化，除去抬升力后能恢復(fù)到原來狀態(tài)的性質(zhì)。而彈性吊索張力直接影響著相鄰跨距內(nèi)的接觸線的導(dǎo)高，導(dǎo)高的變化直接影響接觸線整體的平順性，對(duì)接觸線的波動(dòng)性影響較大，從而影響弓網(wǎng)受流。因此，施工中對(duì)彈性吊索的張力控制尤其重要。

2 彈性吊索的張力設(shè)置

接觸網(wǎng)的彈性由下式公式求得：

式中：e——接觸網(wǎng)彈性，mm/N；

ystat——接觸線抬升，mm；

Fstat——抬升力，N。

在接觸網(wǎng)中，彈性吊索為非必備環(huán)節(jié)，它是為了改善接觸網(wǎng)彈性性能而采取的一種手段。電力機(jī)車的受電弓在高速運(yùn)行的時(shí)候要求接觸網(wǎng)的彈性盡可能均勻，彈性不均勻會(huì)引起受電弓工況的惡化，因此彈性不均勻系數(shù)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。通常用彈性不均勻系數(shù)作為一項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)，來反應(yīng)一跨內(nèi)接觸網(wǎng)的彈性均勻程度，由下式求得[1]

式中：u——彈性不均勻系數(shù)；

emax——該跨中彈性最大值，mm/N；

emin——該跨中彈性最小值，mm/N。

為了降低接觸網(wǎng)的彈性不均勻系數(shù)，將其彈性限定在一定范圍內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求和高速運(yùn)行的需要，高速鐵路必須加裝彈性吊索。以中國長昆高鐵為例，接觸網(wǎng)彈性吊索采用的接觸線張力、承力索張力和彈性吊索張力組合如 表1所示。

由于施工中所使用工器具的不同，測量方式的不同，彈性吊索的張力調(diào)整也會(huì)有誤差，但張力控制要符合《高速鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定：彈性吊索的安裝張力允許偏差為±0.1kN。

3 施工中彈性吊索張力調(diào)整

由于彈性吊索的張力直接影響著接觸線的高度，因此調(diào)整的最終目的是保證接觸線高度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，從而改善彈性不均勻度。在吊弦計(jì)算過程中，承力索、接觸線及彈性吊弦張力均按照標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行設(shè)置，事實(shí)上其張力均達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值，例如墜砣重量的誤差；由于棘輪補(bǔ)償裝置摩擦力或者溫度變化，補(bǔ)償張力由下錨方向向中錨方向的逐漸衰減；腕臂在隨溫度變化時(shí)偏移的摩擦力；彈性吊索張力誤差等。為了保證接觸線高度的一致，因此彈性吊索張力的調(diào)整，并非設(shè)計(jì)的彈性吊索張力達(dá)到3.5kN，接觸線高度就一定合適[2]。

4 彈性吊索張力與接觸線高度關(guān)系

彈性吊索張力偏差與接觸線高度變化是存在關(guān)系的。接觸網(wǎng)吊弦計(jì)算采用力學(xué)計(jì)算法，彈性吊索張力按設(shè)計(jì)張力輸入計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算。如果安裝時(shí)彈性吊索張力小于設(shè)計(jì)值，使彈吊線夾處承力索馳度變小，即該點(diǎn)高于設(shè)計(jì)值，由于該點(diǎn)上升，所以跨中會(huì)產(chǎn)生負(fù)馳度；如果安裝時(shí)彈性吊索張力大于設(shè)計(jì)值，使彈吊線夾處承力索馳度變大，即該點(diǎn)低于設(shè)計(jì)值，由于該點(diǎn)下降，所以跨中會(huì)產(chǎn)生正馳度，如圖1所示。

圖1 彈性吊索張力偏差與接觸線高度變化的關(guān)系

5 彈性吊索張力仿真計(jì)算

為了研究彈性吊索張力調(diào)整對(duì)接觸網(wǎng)系統(tǒng)彈性的影響，下面利用彈性鏈型懸掛靜力學(xué)模型對(duì)彈性吊索張力變化進(jìn)行仿真計(jì)算。彈性鏈型懸掛靜力學(xué)模型是在靜止及無外力狀態(tài)下對(duì)接觸網(wǎng)懸掛的幾何尺寸和內(nèi)部受力建立的模型。該模型在長昆高鐵項(xiàng)目的吊弦計(jì)算中使用，接觸網(wǎng)吊弦的現(xiàn)場安裝效果證明了該模型的準(zhǔn)確性。

以長昆高鐵的正線的張力體系為基礎(chǔ)，仿真計(jì)算采用的接觸網(wǎng)系統(tǒng)模型參數(shù)為承力索張力21kN，接觸線張力30kN，彈性吊索長度18m，跨距55m。仿真計(jì)算將采用論文開始所介紹的公式計(jì)算接觸網(wǎng)系統(tǒng)的彈性不均勻度。在計(jì)算接觸網(wǎng)系統(tǒng)的彈性過程中，設(shè)定受力點(diǎn)抬升高度為40mm。

彈性吊索張力的影響如表2所示。

表2 彈性吊索張力的影響

仿真計(jì)算結(jié)果的分析：

對(duì)張力組合為21kN＋30kN＋3.5kN的接觸網(wǎng)進(jìn)行彈性仿真計(jì)算可知，在彈性吊索張力從3.2kN變化到3.8kN的過程中，接觸網(wǎng)跨中彈性相對(duì)于彈性吊索張力3.5kN時(shí)變化小于0.07%，定位點(diǎn)彈性相對(duì)于彈性吊索張力3.5kN時(shí)變化小于4.1%，整體彈性不均勻度皆小于10%。

彈性吊索張力調(diào)整范圍：同樣張力組合為21kN＋30kN＋3.5kN的接觸網(wǎng)，彈性吊索張力調(diào)整范圍設(shè)定為3.2～3.8kN時(shí)，彈性吊索張力范圍不滿足《高速鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》0.1KN，但滿足《高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行維修規(guī)則》標(biāo)準(zhǔn)值的±10%。

通過現(xiàn)場施工總結(jié)發(fā)現(xiàn)，為保證接觸線的高度符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)相鄰定位點(diǎn)的導(dǎo)高差小于20mm，相鄰吊弦點(diǎn)的導(dǎo)高差小于10mm，接觸網(wǎng)的平順性及平直度最佳，滿足以上條件時(shí)彈性吊索張力調(diào)整范圍一般為：3.2～3.8kN，同時(shí)仿真計(jì)算結(jié)果也說明這個(gè)調(diào)整范圍具有合理性[3]。

6 結(jié)語

理論計(jì)算和現(xiàn)場調(diào)整都表明，彈性吊索張力的變化必然引起該彈性吊索范圍內(nèi)的彈性、接觸線高度、彈性吊索吊弦與相鄰吊弦處的接觸線高度差、定位器坡度等參數(shù)的變化。在確定吊弦測量、計(jì)算、預(yù)制及安裝過程無誤時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)彈性吊索范圍內(nèi)接觸線高度存在偏差，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整彈性吊索的張力以保證良好的弓網(wǎng)狀況。