高速鐵路42#道岔接觸網(wǎng)無交叉布置方式存在問題及對策

魏 博

0 引言

目前，42#道岔接觸網(wǎng)無交叉布置方式已較為成熟[1]，且已在眾多高速鐵路線路中成功應(yīng)用[2]，但也存在一些設(shè)計細(xì)節(jié)不合理的問題，需要從接觸網(wǎng)系統(tǒng)功能需求出發(fā)進(jìn)行優(yōu)化。本文對高速鐵路42#道岔接觸網(wǎng)無交叉布置方式中存在的問題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的對策。

1 42#道岔接觸網(wǎng)無交叉布置設(shè)計細(xì)節(jié)問題

我國高速鐵路42#道岔接觸網(wǎng)無交叉布置方式主要有兩種方案[3]，如圖1所示?？梢钥闯觯瑑煞N方案都采用第3組輔助錨段型式的無交叉布置，但均存在設(shè)計細(xì)節(jié)不合理的問題。

圖1 42#道岔接觸網(wǎng)無交叉布置方案（單位：mm）

1.1 G柱位置接觸網(wǎng)安裝方案（方案一）

該方案接觸網(wǎng)布置由A、B、C、D、E、F、G、I柱共同組成的正線錨段、側(cè)線錨段、導(dǎo)向錨段構(gòu)成。其中G柱位置道岔開口2 m，分別由位于側(cè)線側(cè)支柱懸掛側(cè)線的雙支腕臂結(jié)構(gòu)和正線側(cè)支柱懸掛正線的單支腕臂結(jié)構(gòu)組成[4]，安裝方案見圖2。

圖2 G柱位置接觸網(wǎng)安裝方案（單位：mm）

從圖2可以看出，G柱位置接觸網(wǎng)安裝方案存在以下問題：（1）側(cè)線位置的雙支腕臂結(jié)構(gòu)中，工作支腕臂結(jié)構(gòu)定位器根部及定位支座已侵入正線側(cè)動車組受電弓動態(tài)包絡(luò)線范圍，存在觸碰受電弓的風(fēng)險；（2）正線位置的工作支腕臂結(jié)構(gòu)中，定位器根部及定位支座與側(cè)線側(cè)動車組受電弓動態(tài)包絡(luò)線距離約45 mm，極端情況下存在觸碰受電弓的風(fēng)險；（3）正線、側(cè)線位置的工作支腕臂結(jié)構(gòu)均采用反定位形式，平面布置時，如果上述腕臂結(jié)構(gòu)位于同一里程位置，兩支腕臂結(jié)構(gòu)的定位管存在互相沖突的問題。

1.2 CF柱位置接觸網(wǎng)安裝方案（方案二）[5]

該方案接觸網(wǎng)布置由CA、CB、CC、CD、CE、CF柱共同組成的正線錨段、側(cè)線錨段、輔助錨段構(gòu)成。其中CF柱位置道岔開口2 m，由位于側(cè)線側(cè)的兩根支柱分別懸掛側(cè)線的雙支腕臂結(jié)構(gòu)和正線的單支腕臂結(jié)構(gòu)組成，具體安裝方案如圖3所示。

圖3 CF柱位置接觸網(wǎng)安裝方案（單位：mm）

從圖3可以看出，CF柱位置接觸網(wǎng)安裝方案用于懸掛正線的反定位腕臂結(jié)構(gòu)，平腕臂長度約4.7 m，斜腕臂長度約4.6 m。

目前國內(nèi)設(shè)計時速350 km的高速鐵路接觸網(wǎng)腕臂結(jié)構(gòu)為鋁合金材質(zhì)，張力配置有21 kN（承力索）+ 30 kN（接觸線）和23 kN（承力索）+ 28.5 kN（接觸線）兩種組合[6-7]，CF柱位置接觸網(wǎng)安裝方案用于懸掛正線的反定位腕臂結(jié)構(gòu)受力見表1。

表1 懸掛正線的反定位腕臂結(jié)構(gòu)受力 N

為了得到CF柱位置接觸網(wǎng)安裝方案用于懸掛正線的反定位腕臂結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和變形量，采用專業(yè)有限元軟件進(jìn)行建模受力分析，在構(gòu)建相關(guān)模型的基礎(chǔ)上，通過人為設(shè)置荷載、循環(huán)計算，從而得到比較準(zhǔn)確的模型受力狀態(tài)。CF柱位置接觸網(wǎng)安裝方案用于懸掛正線的反定位腕臂結(jié)構(gòu)有限元模型如圖4所示。

圖4 懸掛正線的反定位腕臂結(jié)構(gòu)模型

基于表1所示的受力狀態(tài)，利用有限元軟件進(jìn)行分析，輸出位移變形云圖，如圖5所示。

圖5 不同張力組合下腕臂位移變形云圖

從圖5可以看出，CF柱位置接觸網(wǎng)安裝方案用于懸掛正線的反定位腕臂結(jié)構(gòu)的最大變形量，21 kN（承力索）+ 30 kN（接觸線）張力組合下為6.25 mm，23 kN（承力索）+ 28.5 kN（接觸線）張力組合下為5.74 mm。根據(jù)TB/T 2073—2020規(guī)定：“鋁合金材質(zhì)腕臂及定位管的撓度小于或等于支撐裝置中各部件撓度不大于1%L（L為腕臂或定位管受力支點(diǎn)間的最大長度）”，此處工作支平腕臂長度為4 644 mm，則撓度應(yīng)不大于46.44 mm。雖然實(shí)際受力狀態(tài)下有限元軟件計算的位移變形量滿足規(guī)范允許的變形量，但從現(xiàn)場實(shí)施效果來看，能直接觀察到腕臂已產(chǎn)生變形。

2 改進(jìn)建議

2.1 對方案一的改進(jìn)建議

為了保證側(cè)線位置的雙支腕臂結(jié)構(gòu)中工作支腕臂結(jié)構(gòu)定位器不侵入正線側(cè)動車組受電弓動態(tài)包絡(luò)線，同時加大正線位置的工作支腕臂結(jié)構(gòu)定位器及定位支座與側(cè)線側(cè)動車組受電弓動態(tài)包絡(luò)線距離，將上述兩工作支的直形定位器調(diào)整為特型定位器，其中側(cè)線工作支采用長度1 385 mm、圓弧內(nèi)徑429 mm的特型定位器，正線工作支采用長度1 100 mm、圓弧內(nèi)徑319 mm的特型定位器；為了避免側(cè)線位置的雙支腕臂結(jié)構(gòu)中非工作支與調(diào)整后的特型定位器發(fā)生沖突，將非工作支的抬高值由500 mm調(diào)整為350 mm，拉出值由400 mm調(diào)整為500 mm。調(diào)整后安裝方案如圖6所示。

圖6 G柱位置調(diào)整后接觸網(wǎng)安裝方案（單位：mm）

平面布置時，用于懸掛側(cè)線位置雙支腕臂結(jié)構(gòu)的支柱與用于懸掛正線工作支腕臂結(jié)構(gòu)的支柱在橫斷面位置錯行布置，間距不小于2 m。

2.2 對方案二的改進(jìn)建議

為了改善CF柱位置用于懸掛正線的反定位腕臂結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，減少腕臂結(jié)構(gòu)變形，滿足工程項(xiàng)目靜態(tài)驗(yàn)收階段運(yùn)營單位要求，同時不影響42#道岔接觸網(wǎng)布置整體結(jié)構(gòu)設(shè)計狀態(tài)，將平、斜腕臂管壁厚度由6 mm調(diào)整為12 mm，腕臂支撐管壁厚度由5 mm調(diào)整為9 mm，定位管支撐管壁厚度由5 mm調(diào)整為9 mm，基于表1所示的受力狀態(tài)，輸出位移變形云圖如圖7所示。

圖7 不同張力組合下腕臂位移變形云圖

可以看出，CF柱位置接觸網(wǎng)安裝方案用于懸掛正線的反定位腕臂結(jié)構(gòu)的最大變形量，21 kN（承力索）+ 30 kN（接觸線）張力組合下為5.49 mm，23 kN（承力索）+28.5 kN（接觸線）張力組合下為5.02 mm。相較于原設(shè)計方案，腕臂變形量和受力狀態(tài)均有所改善，基本上無法直接觀察到腕臂產(chǎn)生的變形，滿足工程靜態(tài)驗(yàn)收階段運(yùn)營單位要求。

3 結(jié)語

本文分析了高速鐵路42#道岔接觸網(wǎng)無交叉布置方案中存在的定位器侵入受電弓動態(tài)包絡(luò)線、腕臂結(jié)構(gòu)不合理等問題，并針對上述問題提出相應(yīng)的改進(jìn)建議，后續(xù)還需結(jié)合工程實(shí)踐不斷完善。