接觸網的性能改良措施論文

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摘要:本文簡單介紹了接觸網及其重要性，并從接觸懸掛、定位裝置、支柱基礎三方面存在的問題著手，提出了相關措施，對接觸網的性能進行改良。

關鍵詞:接觸網；支柱基礎；懸掛；彈性定位裝置

根據國家積極擴大內需、加快鐵路基本建設的戰略部署，到2010年，我國鐵路營業里程將達到11萬km，電氣化率達到50%以上。鐵路電氣化是中國鐵路發展的最終目標。而作為電氣化鐵路牽引供電系統的主體接觸網，其性能的優劣直接決定著電力機車受電弓的受流質量，最終影響列車的運行速度與安全。而且接觸網的特殊性主要表現在露天設置，對氣候變化敏感；無備用性(決定它的脆弱性和重要性)；機電復合性；負荷的不確定性和移動性。由于這些特殊性，接觸網故障復雜而頻發。因此對電氣化鐵路接觸網的探討任重而道遠。

接觸網擔負著把從牽引變電所獲得的電能直接輸送給電力機車使用的重要任務。因此接觸網的質量和工作狀態將直接影響著電氣化鐵道的運輸能力。接觸網是沿鐵路線上空架設的向電力機車供電的特殊形式的輸電線路。其由接觸懸掛、支持裝置、定位裝置、支柱與基礎幾部分組成。為了解決接觸網的一些常見故障和提高接觸網的性能，本文從接觸懸掛、定位裝置和支柱三個方面提出了自己的建議。

接觸懸掛接觸懸掛包括接觸線、吊弦、承力索以及連接零件。接觸懸掛通過支持裝置架設在支柱上，其功用是將從牽引變電所獲得的電能輸送給電力機車。接觸懸掛的彈性是其質量優劣的主要標志。接觸懸掛的彈性是指懸掛中某一點在受電弓的壓力下，每單位垂直力使接觸線升高的程度。

接觸懸掛彈性的衡量標準有二:一是彈性的大小，取決于接觸線的張力；二是彈性的均勻程度，它取決于接觸懸掛的結構。為了使接觸懸掛具有良好的彈性，以使受電弓高質量地取流，從而提高電力機車的運行速度，就必須對與懸掛彈性有關的設備結構進行研究和改革。

改善接觸懸掛彈性及取流的條件有二:其一，盡量使受電弓對接觸線的壓力不隨受電弓的起伏波動而變化，這就需要從受電弓結構方面研究改進；其二是使受電弓沿接觸線滑行時接觸點的軌跡，盡可能地近于水平直線。如果要達到上述后一種條件的要求，就要盡量地減小接觸線的馳度，改善接觸懸掛的彈性、性能。改善接觸懸掛的彈性性能，重點應在于提高定位點、分段分相、絕緣器、線岔等處的彈性，同時盡量使全線接觸懸掛的彈性均勻一致。有條件的話可以采用雙鏈形接觸懸掛和其它復合鏈形懸掛(即具有彈性裝置吊線的多鏈形懸掛)。改善張力自動補償裝置，研制新型補償器結構以保證懸掛中線索的恒定張力；減輕接觸懸掛(特別是接觸線上)的集中重量，采用輕型零件；研制新型高強度的接觸線以提高接觸線和輔助繩索的張力等都是改善接觸懸掛彈性的重要措施和手段。

改善接觸網彈性的措施很多，但由于這些辦法改造難度大，投資高，不適合我國的國情，基于我國的接觸懸掛的現狀，對于提高接觸懸掛的彈性，本文介紹以下兩個措施:

(1)采用帶彈性吊弦的接觸懸掛

我國電氣化鐵道大多采用簡單鏈形懸掛，這種懸掛型式在定位點處易產生硬點，受電弓在跨距中間和定位點處的導線抬高量相差較大，整個跨距內的接觸網彈性不均勻，高速行車時受電弓離線、拉弧現象比較明顯。根據資料顯示簡單鏈形懸掛彈性的非均勻度，在靜態情況下為25%，動態情況下為28%，而這些遠大于10%的非均勻度是不適合高速行車要求的(國外高速鐵路接觸網的彈性非均勻度標準為不大于10%)。根據國外比較成熟的經驗，電氣化水平較高的國家均采用帶彈性吊弦的接觸懸掛，這種懸掛型式在支柱處的彈性可達到跨中的90%，從而可以使非均勻度小于10%。低于10%的非均勻度是高速鐵路接觸網所追求的目標。所以必須從改善彈性的非均勻度人手，將現有的簡單鏈形懸掛改為帶彈性吊弦的鏈形懸掛，從而使整個跨距內彈性趨于均勻，采用此種措施后，列車速度可達到160km。

(2)增加接觸線的張力

考慮到線索的安全系數及接觸線磨耗后能夠承受的張力減小，我們可以適當地增加接觸線和承力索的設計張力，如將接觸線的張力增加到15kN，承力索的張力增加到20kN，即接觸線的張力增大50%，根據有關數據顯示，接觸網的彈性可以減小33%。由此可見增大張力可有效地減小接觸懸掛的彈性。而減小彈性正是我們提速所追求的目標。

定位裝置包括定位管和定位器，其功用是固定接觸線的位置，使接觸線在受電弓滑板運行軌跡范圍內，保證接觸線與受電弓不脫離，并將接觸線的水平負荷傳給支柱。

因腕臂定位環斷裂后定位器(管)脫落低于接觸線以及定位環斷裂后接觸線失去定位使拉出值發生變化造成的弓網事故屢見不鮮。這類事故一般發生在定位偏移量大、偏轉活動頻繁的錨段關節處以及曲線內側反定位和靠近錨段關節反定位的腕臂定位環處。接觸網運行時間越長，這類事故的發生就越頻繁。為防止以上事故的發生，本文采取的措施是:用靈活偏轉且各零部件之間的連接沒有開口的新零件取代反定位處的腕臂定位環。

開口的新零件取代反定位處的腕臂定位環。

腕臂定位環斷裂的現象96%均發生在錨段關節處的非支反定位、曲線內側支柱反定位和靠近錨段關節反定位處。造成以上部位定位鉤環經常斷裂及環鉤脫離的原因除部分屬材質問題外，95%以上的是定位處的定位鉤與定位環之間一直處于非正常的受壓狀態造成的。在反定位支柱上，腕臂與反定位管間的定位環承受著壓力，鉤與環間產生2個接觸點:定位鉤頂部外緣與定位環根部內緣的點和定位環頂部側緣與定位鉤根部內緣的點。當定位管受力偏轉時，由于壓力作用使定位環根部將對定位鉤頂部產生一個摩擦阻力，此時定位環頂部的點將同時受到定位環根部側緣給它的推力的作用，其大小與相等且與定位環所受壓力成正比。推力將使定位環頂部產生一個以定位環根部為軸心的轉動扭矩。該扭矩將使定位環以定位環根部內緣的點為支點發生一定程度彎曲，其彎曲程度與定位環所受壓力大小及定位管偏轉角度有關。同時，當定位管偏轉角度較大時，定位環很容易從定位鉤的開口處擠出而使定位鉤失去固定。

經過計算，對于全補償接觸懸掛的一般錨段，在靠近錨段關節附近，定位器(管)的最大偏量亦有145mm(晝夜溫差取20℃)，由于溫差變化，定位器(管)每晝夜要偏轉2次，即定位環頂部的點將每夜受到2次方向相反的扭矩的作用而產生彎曲(盡管彎曲程度很小)，在長期運行中，定位環根部的點處終因長時間往復彎曲而發生疲勞斷裂。而且距錨段關節越近和反定位管所受力和曲線力越大的定位處，定位環的斷裂越頻繁，定位鉤從開口處脫出的幾率也就越高。

由上述分析得知，定位鉤環的連接方式不適應在受壓力狀態下的反定位處工作。因此，只有研制一種在受壓狀態下能靈活偏轉且各零部件之間的連接沒有開口的新零件，以取代反定位處(下轉286頁)(上接284頁)的腕臂定位環，才能從根本上增強定位裝置的性能，防止因腕臂定位環斷裂或定位環自定位鉤的開口處擠出而造成的弓網事故。

支柱基礎

支柱與基礎用以承受接觸懸掛、支持和定位裝置的全部負荷，并將接觸懸掛

固定在規定的位置和高度上。

隨著電氣化鐵道的運營，接觸網支柱基礎長期遭受環境和列車載荷的反復作用，并由于線路路基修建以及電氣化改造時受技術條件、經濟條件、施工質量與工藝標準的限制和影響，接觸網支柱基礎存在著一些影響安全供電的潛在隱患，如:支柱基礎下沉、基坑土質沉陷流失、支柱基礎邊坡滑塌等，接觸網支柱基礎病害的存在，直接影響了接觸網檢修質量的穩定性，加重了接觸網養護維修工作質量，也縮短了支柱所掛接觸網維護周期。隨著鐵路運輸向高速、重載方向的發展，線路路基的荷載條件會發生變化，接觸網支柱基礎情況也將隨之發生變化，支柱基礎病害的產生、發展和整治，應當引起與安全供電有關管理和技術人員的高度重視，并作為一項影響安全供電的潛在重要隱患予以充分重視并加以研究。本文提出以下五個建議:公務員之家

(1)改造支柱基礎底部。在既有營運線上施工改造，這項措施工程量大，在支柱基礎下沉量大的情況下才可采用，否則盡量不動支柱基坑基礎。采用這種整治辦法，主要用于以下幾種情況:1)分層夯實基坑底部土質，提高基坑下基床密實度；2)更換土質，可采用生石灰磨粉、425號水泥、中粗河沙、水配合比為8:8:65:19(重量比)的改性材料，作為基坑底部填充材料，這種材料可以吸收土中水分，并與軟弱土體產生離子交換以及凝硬反應，形成具有一定強度、整體性好、水穩定性好的復合支柱基礎基底；3)采用漿砌一定厚度片石，甚至澆筑一定強度的鋼筋混凝土法，加固支柱基礎基底。

(2)加固支柱基礎周圍空洞及邊坡等病害。可采用:1)回填改良土的方法，在支柱基礎周圍更換按比例石灰:河沙:膨脹土:水=10:25:50:22配置的改性土，并分層夯實(每層300mm)，增強土質穩定性；2)在支柱基礎表面鋪砌干砌片石，或用三七灰土封閉支柱基礎周圍；3)用漿砌300mm厚片石的方法進行邊坡表面加固；4)在支柱基礎表面周圍設置排水設施，及時、便捷地排走支柱基礎周圍積水，對于未影響支柱基礎穩固的空洞、浮土，可采用通過鉆孔、花管方式，用壓力注入水泥或化學漿液方式壓實、充填、改良支柱基礎周圍土體。

(3)整治電化改造所遺留支柱基礎工程質量問題以及因支柱上部接觸網縱向受力不均引起的支柱基礎偏斜，按不同情況，可采用檢調接觸網支柱附加懸掛、支持定位裝置等方式改善支柱縱向受力、橫向受力情況，或采用裝設臨時鋼支柱架空接觸網外三線、去除混凝土支柱受力方式，再進行支柱基礎的扶正、加固措施。

(4)對于早期出現的支柱基礎沉陷，在不影響接觸網安全供電的情況下，可采用做好加固措施后，在基礎周圍換填三合土以及在支柱基礎上裝設現澆鋼筋混凝土橫臥板，即:在基面以下一定深度處安裝鋼支架(類似安裝承錨角鋼)、并焊接上一定厚度鋼筋網格(厚度據支柱基礎周圍土質情況決定)，用混凝土澆筑成砼橫臥板的方法進行綜合整治，現澆鋼筋混凝土橫臥板面積大小、厚度、數量可根據支柱周圍土體條件以及基礎外載荷情況決定，達到增強支柱基礎穩定性，以防支柱基礎的繼續沉陷。

(5)為增強受力支柱抗傾覆能力，還可對支柱基礎進行棱柱形基礎具體設計、整體澆筑杯基形基礎具體設計等設計方法，以達到支柱受力狀態的平衡和基礎的穩定。

總結

接觸網是一種特殊的供電線路，本文通過對接觸網各部分的認識以及對現存問題的建議，希望可以提高接觸網的運行品質和安全可靠性，為正在進行的大規模鐵路建設，尤其是電氣化鐵路建設提供有利的幫助，促進鐵路事業更加飛速的發展。

參考文獻

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