简单链型悬挂AT方式接触网设计——毕业设计

简单链型悬挂AT方式接触网设计Design of Overhead Contact System in SingleCatenarySystem with AT Way摘要电气化铁路因其运输能力强、运营成本低、能源消耗少和环境污染小等优点，受到世界各国的普遍重视，成为了当今铁路的发展方向。而接触网作为电气化铁路的重要组成部分，其状态的优劣直接影响到电气化铁路的运行安全。因此，合理的接触网设计，能够提高接触网系统的可靠性，保证铁路生产的正常运行。接触网设计特别是高速接触网设计过程包含了大量的设计计算、绘图、校验等工作。为了减少接触网设计人员的工作负担，缩短设计周期，提高设计质量，保证电气化铁路运行的安全性和可靠性，使用计算机辅助设计是非常必要的。本次设计就是采用AutoCAD为制图工具，依据相应的计算结果、设计手册和气象条件等对区间进行相关的跨距的选择，吊弦的设计，补偿装置的选取，锚段关节的选用，支柱布置和类型选取等。关键词：电气化铁路 接触网设计 简单链型悬挂 AT方式AbstractWith its advantages of stronger transport capacity, lower operating costs, less energy consumption, smaller environmental pollution and so on, the electrified railway is universally concerned and has became the railway development orientation. The overhead contact system, as one of the most important components in the electrified railway, its state has been taking great effects on the safe operating of the electrified railway. Therefore, reasonable design can improve reliability of the system, to ensure that the electrified railway would operate safely.Design of catenary especially for high-speed consists of a lot of design calculations, drawings, checking and so on.To reduce the work of designers of catenary, shorten the time of design cycle, improve design quality,ensure safety and reliability ofthe electrified railway operation, using computer-aided design is very necessary. This design is the use of AutoCAD as a drawing tool, based on the corresponding calculations, design manual and meteorological conditions for the associated section design about the selection of the span, the dropper, the compensation device , the overlap span,the mast and so on.Key words: electrified railway design of the overhead contact system singlecatenarysystem autotransformer way目录第1章 绪论11.1 课题研究的目的意义11.2 国内外发展现状11.3 设计的目的及主要任务1第2章 牵引网简介32.1 牵引网供电方式32.2 接触网简介32.2.1 接触悬挂及类型42.2.2 支持装置52.2.3 定位装置62.2.4 支柱与基础62.3 接触网的特点及要求6第3章 区间接触网设计73.1 气象条件的确定73.2 计算负载的确定73.2.1 线索自重负载73.2.2 覆冰负载83.2.3 风负载93.2.4 合成负载103.3 支柱负载的计算113.3.1 垂直负载113.3.2 水平负载123.4 设备选择133.4.1 线索的选取133.4.2 腕臂的选取143.4.3 定位装置的选用153.4.4 支柱及基础163.5 设计参数183.5.1 接触线高度和结构高度的选取183.5.2 跨距的选择183.5.3 拉出值选用193.5.4 侧面限界选用193.5.5 支柱类型193.6 参数校验203.6.1 最大允许跨距的确定203.6.2 锚段长度的校验计算203.6.3 支柱容量校验21第4章 吊弦计算244.1 基本条件分析244.2 参数说明244.3 计算内容25第5章 锚段及锚段关节275.1 锚段的划分275.2 锚段关节285.2.1 五跨绝缘锚段关节285.2.2 七跨电分相锚段关节29第6章 补偿装置的选取306.1 补偿装置方案的选择306.2 补偿装置的计算31第7章结论与展望337.1 结论337.2 展望33参考文献34致谢35附录A 外文资料翻译36A.1 英文36A.2 译文42附录B 图纸47附录C48第1章 绪论1.1 课题研究的目的意义随着京津城际、石太、京沪等客运专线的投入运营，我国电气化铁路已经有了很大的发展和长足的进步。人们常说,铁路是国民经济的动脉,而接触网则是电气化铁路的动脉。通过接触网才能将电能输送到电力机车上去,驱使电力机车运行。它直接架设在铁路线路的上方,工作环境恶劣,而且没有备用,一旦发生故障,电力机车就不能运行了，导致的运输中断会给国民经济造成重大损失。因此设计出工作可靠性高的接触网,是一项非常重要的任务。1.2 国内外发展现状自从1825年第一条铁路在英国建成以后，以其先进技术经济优势迅速风靡世界。随着科学技术和社会经济发展，高速铁路应运而生并得到很大发展。1964年10月，日本建成了世界上第一条高速铁路东海道新干线，以210km时速令人瞻目，把世界铁路推向新的发展阶段。接着，德国建成时速为250km的高速铁路。法国建成时速为300km的高速铁路，不少欧洲国家铁路时速已达200km以上。在亚洲、美洲，有的国家正在积极筹建高速铁路。依靠科技进步发展起来的高速铁路，使传统的铁路获得崭新的生机，展示出光辉的前景。我国铁路系统瞄准世界铁路先进水平，运用后发优势，博采众家之长，坚持原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新，用短短几年时间，推动我国高速铁路技术走在世界最前列。中长期路网规划提出，到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里，主要繁忙干线实现客货分线，建设客运专线 1.2万公里以上。2008年，对规划进行了调整，确定到2020年，全国铁路营业里程达到12万公里以上，建设客运专线 1.6万公里以上。以上规划将提前到2015年完成。到2015年，我国铁路营业里程将达到12万公里以上。其中，新建高速铁路将达到1.6 万公里以上；加上其他新建铁路和既有线提速线路，我国铁路快速客运网将达到5万公里以上，连接所有省会城市和 50 万人口以上城市，覆盖全国 90%以上人口，“人便其行、货畅其流”的目标将成为现实。高速铁路的发展在面向21世纪的中国可持续发展战略中，将产生深远的意义和影响。491.3 设计的目的及主要任务通过对区间接触网设计，进一步熟悉和掌握电气化铁路接触网设计中的设计内容和技术规范，使在校所学的理论知识与实际相结合，建立对区间接触网设计的完整概念，加强对区间接触网设计中技术标准的理解，以至达到在将来的实际工作中能够熟练应用和指导。参考所查阅的资料，根据接触网设计程序，完成接触网初步设计，包括确定设计任务区间的气象资料，线路资料，选择合适的材料和设备，确定接触网悬挂模式，补偿形式及接触网的相关参数，锚段的划分及走向，拉出值的大小及方向，支柱的侧面限界，支柱的位置、类型等。第2章 牵引网简介最简单的牵引网是由馈电线、接触网、轨道和大地、回流线构成的供电网的总称。牵引电流从牵引变电所主变压器流出，经由馈电线、接触网供给电力机车，然后沿轨道和大地、回流线流回牵引变电所主变压器1。2.1 牵引网供电方式牵引网供电方式主要有直接供电、BT供电、带回流线的直接供电和AT供电四种方式。(1)直接供电方式它以接触网为火线，以钢轨为回流导线。直接供电方式有牵引网阻抗小、电压质量好、能耗小、投资省等优点。但对邻近通信线路干扰大。(2)BT供电方式沿线路架设一条回流线，每隔一定距离在接触网和回流线内串联接入吸流变压器，使回流由回流线返回牵引变电所。BT供电方式减轻了对邻近通信线路的干扰。但牵引网阻抗大、能耗大、造价较高。(3)带回流线的直接供电方式这种供电方式就是保留供电方式中增加的回流线，而把吸流变压器取消掉。回流电流一部分经回流线，一部分经钢轨和大地返回牵引变电所。这种供电方式阻抗低、供电性能好、造价低。但防干扰性能差。(4)AT供电方式沿线路架设一条正馈线，每隔一定距离在接触网与正馈线之间并联接入自耦变压器，其中性点与钢轨相接。这种供电方式阻抗小，供电距离长，防干扰效果好。但造价高，结构复杂。AT供电方式是一种适于高速、重载等大电流运行的牵引供电方式。一般AT间隔约10km。2.2 接触网简介接触网是沿铁路上空架设的一条特殊形式的输电线路，它由接触网悬挂，支持装置，定位装置，支柱与基础等几部分组成。图2-1 接触网的组成示意图2.2.1 接触悬挂及类型接触悬挂包括接触线，吊弦，承力索和补偿器及连接零件。接触悬挂通过支持装置架设在支柱上，其作用是将牵引变电所的电能输送给电力机车。电力机车运行时，受电弓顶部的滑板紧贴接触线摩擦滑行得到电流。为了保证滑板的良好取流，接触悬挂应达到下列要求。(1)弹性均匀接触悬挂弹性是指接触悬挂在受电弓抬升力作用下所具有的抬高性能，用单位垂直力使接触线升高量表示。衡量弹性好坏的标准有：弹性的大小(取决于接触线索的张力)；弹性均匀程度(取决于悬挂结构、悬挂类型和某些负载接触上的集中负载的集中程度)。当接触线本身不平直或者在接触线的某一位置存在较大的集中负载，接触线将出现硬点，影响接触网质量。(2)接触线坡度适当接触线对轨面的高度应尽量相等，以限制接触线坡度。接触线坡度对机车运行速度有很大影响，坡度选择不当，会产生离线、起弧等不正常情况。(3)良好的稳定性接触悬挂在受电弓压力及风力作用下，应有良好的稳定性，即电力机车运行取流时，接触线不发生剧烈的上、下振动。在风力作用下不发生大的横向摆动，这就要求接触线有足够的张力，并能适应气候的变化。(4)结构标准化接触悬挂的结构及零部件应力求轻巧、简单、可靠，做到标准化，以便检修和互换，缩短施工及运行维护时间。同时还应有一定的抗腐蚀能力和耐磨性，以延长使用寿命。此外，要结合国情尽量节省有色金属及钢材，降低造价。接触网的分类大多以接触悬挂的类型来区分。接触悬挂的分类是对接触网的每个锚段而言的。接触悬挂的种类较多，一般根据其结构的不同分成简单接触悬挂和链形接触悬挂两大类。简单接触悬挂是由一根接触线直接固定在支柱支持装置上的悬挂形式。国内外对简单悬挂做了不少研究和改进。我国现采用的带补偿装置的弹性简单悬挂是在接触线下锚处装设了张力补偿装置，以调节张力和弛度的变化。在悬挂点上加装816m长的弹性吊索，通过弹性吊索悬挂接触线，这就减少了悬挂点处产生的硬点，改善了取流条件。另外跨距适当缩小，增大接触线的张力去改善弛度对取流的影响。链形悬挂的接触线是通过吊弦悬挂在承力索上。承力索悬挂于支柱的支持装置上，使接触线在不增加支柱的情况下增加了悬挂点，利用调整吊弦长度，使接触线在整个跨距内对轨面的距离保持一致。链形悬挂减小了接触线在跨距中间的弛度，改善了弹性，增加了悬挂重量，提高了稳定性，可以满足电力机车高速运行取流的要求。链形悬挂比简单悬挂得到了较好的性能，但也带来了结构复杂、造价高、施工和维修任务量大等许多问题。链形悬挂分类方法较多，按悬挂链数的多少可分为单链形，双链形和多链形。目前我国采用单链形悬挂。链形悬挂根据线索的锚定方式(即线索两端下锚的方式)，可分为下列几种方式未补偿链形悬挂、半补偿链形悬挂、全补偿链形悬挂。2.2.2 支持装置支持装置是接触网中支持接触悬挂，并将其机械负荷传给支柱固定的部分。支持装置包括腕臂、平腕臂(或水平拉杆、悬式绝缘子串)、棒式绝缘子及接触悬挂的悬吊零件。根据接触网所在区间、站场和大型建筑物所需要的不同，支持装置表现为不同的形式。如腕臂结构、软横跨、硬横跨(多股道站场使用)，以及隧道、桥梁和其它大型建筑物上的特殊支持结构。2.2.3 定位装置定位装置包括定位管、定位器、定位线夹及其连接零件。其作用是固定接触线的横向定位置，使接触线水平定位在受电弓滑板运行轨迹范围内，保证接触线与受电弓不脱离，使受电弓磨耗均匀，同时将接触线的水平负荷传给支柱。2.2.4 支柱与基础支柱与基础用以承受接触悬挂、支持和定位装置的全部负荷，并将接触悬挂固定在规定的位置和高度上。在中国，接触网主要采用预应力钢筋混凝土支柱和钢柱，其基础用来承载支柱负荷，即将支柱固定在用钢筋混凝土支撑的地下基础上，由基础承受支柱传给的全部负荷，并保证支柱的稳定性。预应力钢筋混凝土支柱也可不设单独的基础，支柱直接埋入地下，起到基础的作用。2.3 接触网的特点及要求接触网担负着把从牵引变电所获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务。因此接触网的质量和工作状态将直接影响着电气化铁道的运输能力。由于接触网是露天设置，没有备用，线路上的负荷又是随着电力机车的运行而沿接触线移动和变化的，对接触网提出以下要求：(1)在高速运行和恶劣的气候条件下，能保证电力机车正常取流，要求接触网在机械结构上具有稳定性和足够的弹性。(2)接触网设备及零件要有互换性，应具有足够的耐磨性和抗腐蚀能力并尽量廷长设备的使用年限。(3)要求接触网对地绝缘好，安全可靠。(4)设备结构尽量简单，便于施工，有利于运营及维修。在事故情况下，便于抢修和迅速恢复送电。(5)尽可能地降低成本，特别要注意节约有色金属及钢材。总的来说，要求接触网无论在任何条件下，都能保证良好地供给电力机车电能，保证电力机车在线路上安全，高速运行，并在符合上述要求的情况下，尽可能地节省投资、结构合理、维修简便、便于新技术的应用。第3章 区间接触网设计3.1 气象条件的确定接触网是置于铁路沿线的供电装置，它要经受一切自然条件的影响，主要有：风吹、日晒、雨淋和覆冰等。计算气象条件正确与否，直接影响着接触网建设的经济性与运营的安全可靠性。若选择数值过大，以偶尔出现的极不利条件作为设计依据，必然将造成各种强度的增大、数量的增加，从而增加了投资；若选择的数值偏小，对于一些频繁出现的恶劣情况没有考虑到，则会导致支柱等设备相应的强度降低，数量减少，显然其安全可靠性就大打折扣了。因此，在确定计算气象条件时，应进行广泛深入的调查研究，详细收集气象资料，认真分析、研究，正确合理地确定采用的计算气象条件2。为了便于开展设计标准化的工作，我国在1972年进行的全国设计规范改革中，结合各地的情况，将全国划分为九个标准气象区(见附录表C)。本文所设计的区间属于气象区。该区域的气象计算条件如下：最高大气温度：+40 最低大气温度：-20 覆冰温度：0最大风速时温度：-5 大气过电压温度：+15 安装温度：-10内部过电压年平均气温：+15最大风速：25 m/s 覆冰风速：10 m/s大气过电压风速：15 m/s 内部过电压风速：15 m/s 安装风速：10 m/s覆冰的密度：900 kg/m3 覆冰厚度：5 mm 3.2 计算负载的确定在接触网设计计算中用到的负荷有自重负荷、冰负荷、风负荷及综合负荷(也叫合成负荷)等。下面开始研究接触网负载的计算。3.2.1 线索自重负载接触线、承力索或其它供电导线，如供电线、回流线、加强导线等，它们的自重负载是垂直的，固定起作用的负载，在实际中影响很大。该负载强度决定了导线的密度。其单位长度(1m)导线的自重负载计算公式为： (3-1)经相应变换可得：(3-2)式中，导线计算截面积(mm2)；导线计算直径(mm)；导线线密度(kg/m)。多股导线的重力负载，因扭绕长度变化，根据规定，将式(3-2)乘以系数1.025。对于一跟吊弦(含线夹)所产生的负载取5N，按吊弦为10m长的间距，且按均匀分布的负载考虑，吊弦均布负载为kN/m。设计中线索的单位自重分别是=1.35kg/m和=1.065kg/m 接触线自重负载： kN/m承力索自重负载：kN/m吊弦及线夹重力负载：kN/m3.2.2 覆冰负载覆冰有三种类型，即密度为600900kg/m3的坚硬透明的覆冰；密度为20100kg/m3的薄层结晶的白霜；密度为200600kg/m3的冰霜混合物。接触悬挂或接触网支持构件上的覆冰按第一种类型考虑。冰负载也是垂直方向的重力负载，属于暂时性的负载。一般线索上的覆冰强度按式(3-3)确定： (3-3)式中，覆冰厚度(mm)；覆冰密度(kg/m3)，这里取900(kg/m3)；重力加速度(m/s2)；覆冰导线计算直径(mm)。承力索上的冰负载： 接触线上的冰负载：3.2.3 风负载风负载是水平方向的负载，同时也是属于暂时性负载。风压是以速度v运动的1m3空气平直地作用于物体平面上所产生的动能。在大气温度为+15、大气压为760mm汞柱、空气密度为1.23kg/m3时，其风压与风速的关系用式(3-4)来确定： (3-4)在已知风速的条件下，垂直作用于某物体上的风负载计算公式，可以表示为式(3-5)来确定： (3-5)式中，计算最大风速(m/s)；风速不均匀系数，见表3-1；K受风悬挂的体形系数，见表3-2；S受风面计算面积(m2)。表3-1 风速不均匀系数计算风速（m/s）20以下2030313535以上1.000.850.750.7表3-2 风负载体型系数受风件特征系数K圆形钢筋混凝土支柱0.60矩形钢筋混凝土支柱1.40四边形角钢支柱1.4(1+)链形悬挂1.25一般悬挂d17mm1.20一般悬挂d17mm1.10对于每米长度导线的风负载，可由式 (3-6)和(3-7)确定：无冰线索上的风负载：(3-6)覆冰线索上的风负载：(3-7)式中，覆冰时的风速(m/s)；覆冰厚度(mm)；d受风导线直径(mm)。上式中风速不均匀系数和风负载体型系数K见表3-1和表3-2。接触线风负载：承力索风负载：承力索覆冰时单位长度的风负载：接触线覆冰时单位长的风负载：3.2.4 合成负载合成负载分为最大风速及最大覆冰时两种情况：在无冰无风时合成负载即为悬挂自重：(3-8)最大风速时的合成负载由下式决定：(3-9)最大覆冰时的合成负载由下式决定：(3-10)式中，最大风速时合成负载(kN/m)；最大覆冰时合成负载(kN/m)；无冰无风时合成负载(kN/m)；链形悬挂时为接触线冰负载与承力索冰负载之和(kN/m)；承力索单位长度重力负载(kN/m)；接触线单位长度重力负载(kN/m)；吊弦的单位长度重力负载(kN/m)。在求承力索自重负载时，不考虑接触线的受风负载，一般认为接触线的水平风负载传给定位器了。无冰无风时的合成负载：最大风速时的合成负载： 覆冰时的合成负载： 3.3 支柱负载的计算支柱的负载是支柱在工作状态下所承受的垂直负载和水平负载的统称。支柱负载越大，支柱基底面处所受的弯矩也越大。支柱的负载计算，就是计算基底面处可能出现的最大弯矩值，其目的是根据计算结果来选择适当容量的支柱。我们通常所说的支柱容量，是指支柱本身所能承受的最大许可弯矩值。一个支柱容量的大小，是指承载能力的大小，它取决于支柱的自身结构3。支柱的最大弯矩，除了与支柱所在的位置、支柱类型、接触悬挂类型、线索悬挂高度、支柱跨距及支柱侧面限界有关外，还与计算气象条件有直接关系。最大弯矩可能出现在最大风速、最大附加负载(覆冰)或最低温度的时候。在计算最大弯矩时，一般应对三种气象条件进行计算，取其中最大值作为选择支柱容量的依据。一般来说，支枝的最大计算弯短多发生在最大风速及最大冰负载时。进行支柱负载计算时，应根据支柱悬挂类型，按水平负载和垂直负载分别计算。3.3.1 垂直负载(1)悬挂结构自重负载悬挂结构包括支持装置、定位装置、绝缘部件及其他相应悬挂零件的重量，在覆冰时，还应包括冰重。(2)链形悬挂的自重链形悬挂包括承力索及接触线的重量；在覆冰时，还应包括覆冰负载，即(3-11)式中，悬挂数目； 链形悬挂单位长度自重负载(kN/m)； 链形悬挂单位长度覆冰负载(kN/m)。 跨距长度(m)。3.3.2 水平负载(1)支柱本身的风负载支柱的风负载由式(3-12)决定，即(3-12)式中，支柱风负载(kN)；风负载体型系数(见表3-2)；塔身迎风面的构件投影面积(m2)；设计计算风速(m/s)。 (2)线索传给支柱的风负载线索传给支柱的风负载包括：(1)接触线的风负载；(2)承力索的风负载；(3)附加导线(回流线、供电线及加强导线等)的风负载。线索传给支柱的风负载由式(3-13)决定，即(3-13)式中，l为跨距长度，其实际长度为支柱所在两侧跨距长度之半，即。为计算简便，在直线区段取跨距最大值，在曲线区段取最大跨距允许值，而系数和分别参见表3-1和表3-2。(3)之字值形成的水平分力图3-1 接触线之字形布置接触线在直线区段时是之字形布置，因而产生水平分力，简称之字力，如图3-1所示。 (4)下锚分力接触线或承力索下锚时，锚支对线路垂直方向将产生水平分力，简称下锚分力，当在曲线区段上时，因有曲线力同时存在，与在直线区段上时的求法不尽相同，应分别确定。锚支水平分力的大小可以用求之字水平力的方法确定。若为同侧下锚，转换支柱所受的下锚水平分力为 (3-14)若为异侧下锚，转换支柱所受的下锚水平分力为(3-15)式中、的取值视锚段关节的类型而异。对于非绝缘转换支柱 (3-16)对于绝缘转换支柱(3-17a)(3-17b)式中，代表支柱侧面限界；表示锚柱地面处宽度。中间支柱、转换支柱及锚支柱等由于悬挂的数目不一样，受力条件也不尽相同，因此，支柱的计算负载也是不相同的。为了经济合理地使用支柱，应该是承受负载大时使用大容量的支柱；负载小时使用小容量的支柱。各种支柱的负载除与悬挂条件有关外，还受气象条件的影响。在选择支柱之前，对不同类型的支柱应经计算确定其负载。进行支柱负载计算时，一般是先假定一个已知的支柱类型。根据悬挂结构和气象条件，进行各力的分析计算，找出各力的力臂关系，求出各力对支柱地面处的力矩之和，则此总力矩即为选据支柱容量的依据。3.4 设备选择3.4.1 线索的选取根据高速铁路设计规范11.5.3-2：接触线、承力索应采用铜合金材质。当采用铜合金150mm2接触线时，额定工作张力一般不应小于25kN；当采用铜合金120mm2承力索时，额定工作张力一般不应小于15kN4。由于本设计的时速是250km/h，则对于承力索和接触线的线形的选取选用承力索JTMH-120(21kN)型号，接触线CTMH-150(25kN)型号搭配。其字母代表意思解释如下：J承力索；C接触线；TMH高强度铜镁合金；120、150规格：标称横面积数值；21kN、25kN线索的拉断力。表 3-3 承力索的规格结构及尺寸性能承力索股数标称截面积（）计算截面积（）计算外径（）拉断力不小于（kN）单位质量（）JTMH-12019120116.9914.067.571065表 3-4 接触线的规格结构及尺寸性能接触线标称截面积（）计算截面积（）截面直径A（mm）截面宽度B（mm）参考单位质量（）CTMH-15015015114.4014.4013503.4.2 腕臂的选取腕臂的长度与腕臂所跨越的线路数目、接触悬挂结构高度、支柱侧面限界、支柱所在位置(即直线还是曲线)等因素有关。腕臂的类型按跨越股道的数目可分为单线路腕臂、双线路腕臂和三线路腕臂。按电气性能可分为绝缘腕臂和非绝缘腕臂5。绝缘腕臂便于接触悬挂带电检修，对支柱容量要求低；混合牵引区段绝缘子不易污染，结构灵巧、简单，技术性能好，施工与维修方便。非绝缘腕臂笨重，结构不理想，安装维修不便，要求支柱容量大、高度高，应尽量避免采用。在我国电气化铁路中，广泛采用的是旋转绝缘腕臂，其型号见表3-5。表3-5 绝缘腕臂类型和规格表型号，规格外径（mm）长度（mm）重量（kg）2.7548275011.03.048300012.03.1548315012.623.060300015.223.1560315016.023.5560355018.0综合考虑，本设计采用单线路绝缘腕臂。选型号 ，长度为2750mm，质量为11kg。3.4.3 定位装置的选用正定位：在直线区段或曲线半径R12004000m区段，就采用这种定位方式。该定位装置由直管定位器和定位管组成。定位器的一端利用定位线夹固定接触线，另一端通过定位环与定位管衔接，定位管又通过定位环固定在腕臂上6。反定位：反定位一般用于曲线内侧支柱或直线区段之字值方向与支柱位置相反的地方。定位器附挂在较长的主定位管上，呈水平工作状态。主定位管受压力较大，为了使定位管保持水平，一般用两条斜拉线将定位管吊住，固定在承力索上。定位器通过长支持器与主定位管连接。软定位：这种定位装置只能承受拉力，而不能承受压力，因而它用于曲线只用于曲线R1000 m的区段，为避免在某些特殊情况下拉力过小，经过计算，在曲线力抵消反方向的风力之后，拉力需保持0.2kN以上方能使用这种方式。组合定位：用在锚段关节的转换支柱、中心支柱及站场线岔处的定位，这些地方均有两组悬挂在同一支柱处，分别固定在所要求的位置上。组合定位的方式较多，各种组合定位的作用也不相同，这主要是根据各种各样的地形条件及悬挂条件决定的。为了适应高速电气化铁路的要求，定位器的重量要轻，一般采用铝合金材料，在定位点处不产生硬点。定位管及定位器的规格如表3-6和表3-7所示。表3-6 普通定位管型号规格表型 号适用范围（mm）（mm）重量（kg）JL6（）85 -700正反定位21.257001.12JL6（）85 -960正反定位21.259601.52JL6（）85 -1350正反定位21.2513502.02JL6（）85 -960正反定位26.759601.81JL6（）85 -1150正反定位26.7511502.21表3-7 定位器型号规格表定位器型号焊接套筒形式套管外径（mm）安装倾斜度总长（mm）单件重量（kg）使用范围-960有环21.251：109701.51直线或R1000m曲线定位A-960无环26.751：109701.88曲线内侧反定位R1000m定位B-1150无环26.751：611452.20软横跨定位定位管：查表3-6，选型号，长度为700mm，质量为1.12kg；定位器：查表3-7，选型号，长度为960mm，质量为1.51kg。3.4.4 支柱及基础目前，几乎全部钢筋混凝土支柱都采用预应力钢筋混凝土支柱。这种支柱在安装使用之前，混凝土处于受压状态，而钢筋则处于受拉状态。当支柱承受负载以后，混凝土里将出现拉应力，它等于弯矩引起的拉应力与预压应力之差，这样，采用混凝土的负载能力就可使支柱的负载能力大大提高。受拉层里的钢筋的总张力等于预拉应力和弯矩作用引起的拉应力之和。但是这不会使支柱承受负载的能力受到什么限制，因为此时钢筋还远没有达到满载，钢筋混凝土支柱型号及规格见表3-8。正定位：在直线区段或曲线半径R12004000m区段，就采用这种定位方式。该定位装置由直管定位器和定位管组成。定位器的一端利用定位线夹固定接触线，另一端通过定位环与定位管衔接，定位管又通过定位环固定在腕臂上6。反定位：反定位一般用于曲线内侧支柱或直线区段之字值方向与支柱位置相反的地方。定位器附挂在较长的主定位管上，呈水平工作状态。主定位管受压力较大，为了使定位管保持水平，一般用两条斜拉线将定位管吊住，固定在承力索上。定位器通过长支持器与主定位管连接。表3-8 钢筋混凝土支柱型号及规格型号L（m）a（mm）b（mm）支柱重量（kg）迎风面积S（）H11.326755013302.04H10.828055012602.04H11.741370517302.11H11.242570516202.11H12.240070518402.21H11.741370517302.11目前，在接触网工程中，特别是较大站场上，大量利用钢拄，它是由角钢焊接成的立体桁架结构支柱，具有重量轻、耐碰撞、运输及安装方便。钢柱型号参考表3-9。表3-9 钢柱型号参考表型号L（m）a（mm）b（mm）质量（kN）G92876002.688G92876003.102G9.52706002.470G9.52706003.240G102506002.910G102506003.420钢柱主要用于跨越股道比较多、需要支柱高度较高、容量较大的软横跨柱，其次用作桥梁墩台上的安装。但存在用钢量大、造价高、耐腐蚀性能差，需定期进行除锈、涂漆防腐，且有维修不便等缺点。从节约钢材及方便运营维护的角度出发，要求尽量少采用。现在涂漆防腐已改为热镀锌防腐，提高了防腐性能，延长了维修周期。钢柱基础类型大致有混凝土实体基础，钻孔基础，管桩基础。该三种基础的结构示意图见图3-2。图3-2 支柱基础结构示意图全补偿链形悬挂要比半补偿链形悬挂结构高度低，所以全补偿采用的支柱也比半补偿链形悬挂采用的支柱低(低0.5)，故有8.2及8.7两种。腕臂柱和软横跨支柱都可用作下锚柱，下锚柱要承担顺线路方向(设下锚拉线后)的下锚力，故其支柱容量表示为48250、170250，其中250是表示顺线路方向的支柱容量。3.5 设计参数3.5.1 接触线高度和结构高度的选取根据高速铁路设计规范(试行)11.5.3：接触线悬挂点高度不宜小于5300mm，最低点高度不宜小于5150mm。本设计中接触线高度选用5.4m。根据高速铁路设计规范(试行)11.5.3：结构高度宜选用1.6m。特殊情况下，速度在300350km/h区段，最短吊弦长度不小于600mm，结构高度不得小于1.1m；速度250 km/h区段，最短吊弦长度不小于400mm。本设计中结构高度选用1.6m。3.5.2 跨距的选择根据高速铁路设计规范（试行）表11.5.31：时速250km/h，简单链形悬挂的标准跨距为50m，最大跨距为55m，相邻跨距之差不宜大于10m。相邻两跨距之比，不宜大于1.5:1，桥梁、隧道口、站场咽喉等困难地段，不宜大于2.0:1。绝缘锚段关节的转换跨距和分相装置所在跨距应较正常跨距值缩小510m。详见表3-10。表3-10 跨距选用设计速度250km/h300km/h350km/h简单链型悬挂标准跨距（m）505050简单链型悬挂最大跨距（m）555555弹性链型悬挂标准跨距（m）606055弹性链型悬挂最大跨距（m）6565603.5.3 拉出值选用在进行接触网平面设计时，在定位点处，应标明接触线拉出值的大小和方向。设置拉出值的目的是使受电弓滑板磨损均匀在直线区段，接触线应按之字形布置，支柱处的拉出值宜采用200300mm。在曲线区段，接触线应由受电弓中心向外侧拉出，并宜使接触线与受电弓中心点的轨迹相割，详见表3-11。表3-11 接触线拉出值选用曲线半径R（m）300R12001200R18001800R直线拉出值（mm）400250150200隧道内拉出（mm）3001501002003.5.4 侧面限界选用接触网支柱的侧面限界是指轨平面处，支柱内缘至线路中心的距离。为了确保行车的安全，正线支柱侧面限界任何时候不得小于2440mm(在机车走行线可降为2000mm)；曲线区段应适当加宽。但是随着铁路的发展，采用大型养路机械进行线路修理是铁路现代化的重要标志，接触网的侧面限界就要考虑这个因素。根据高速铁路设计规范(试行)11.5.7：接触网支柱距正线的侧面限界在无砟轨道地段不应小于3.0m；有砟地段不应小于3.1m；车站内困难条件下直线地段不应小于2.5m。3.5.5 支柱类型在支柱类型栏内要标明每一个支柱的材质、型号、容量、高度及数量。设计选的支柱型号为：中间柱：转换柱：锚柱： 3.6 参数校验在区间的平面设计中，为了为最后对区间接触网的平面布置做准备，要进行一些必要的设计计算(校验)。3.6.1 最大允许跨距的确定根据受电弓滑板的最大工作宽度，铁路工程技术规范规定，在最大计算风速条件下，接触线对受电弓中心的最大水平偏移值不应超过500mm，在曲线区段不应超过450mm。在接触网设计中，仍按此规定处理。在本设计中，可以根据以往经验取直线段最大跨距为55m，即，可带入下式中进行验算。其中：m为当量系数，可取m=0.85，为接触线之字值，在直线区段上取200mm；=20mm；则受风偏移为：则500mm，所以，所选最大跨距满足条件。3.6.2 锚段长度的校验计算在区间的平面设计中，由实际线路条件出发，共划分了四个锚段，长度各为1385m,1225m,1165m和1325m。由于在此区间中直线区段相对比较长，且在每一个锚段中直线长度都超过50%，所以根据下式验证所确定的锚段(选取1385m的锚段)。(3-18)式中，接触线单位长度自重负载(kN/m)，为13.24103 kN/m；由中心锚结至补偿器间的距离(m)，此时=1385/2=692.5m；吊弦长度，取平均值，为最短吊弦，可取为0.25m，取为=0.4573m(=55m)；承力索或接触线的线胀系数()取为/；平均温度与计算之差。 所以只考虑温度变化时，接触线的张力增量为：kN=kN%15=kN所以由上面的计算结果可以知道该锚段的选取均符合接触网设计中的技术要求。3.6.3 支柱容量校验支柱的负载是支柱在工作状态下所承受的垂直负载和水平负载的统称。我们通常所说的支柱容量，就是指支柱本身所能承受的最大许可弯矩值，一个支柱容量的大小，是指承载能力的大小，它取决于支柱的自身结构7。(1)中间柱校验已知条件线路的中间柱选横腹杆钢筋混泥土支柱，以5号支柱为例，其左右跨距为55m。接触悬挂重量：腕臂、绝缘子等重量：悬挂中心与支柱中心间的距离： 承力索受风力：接触线受风力:接触线“之”字力:承力索“之”字力:查表3-8得支柱受风力面：F=2.04m2 风负载体型系数: 支柱受风力负载:接触线距基础面高度: 承力索距基础面高度: 支柱一半高度: 计算过程 在实际应用中需要考虑一定的预量：。所以所选中间柱符合要求。(2) 转换柱校验转换柱选用，以9号支柱为例，左右跨距为55m。下锚支接触线产生的下锚力：下锚支承力索产生的下锚力：支柱总的力矩为：在实际应用中需要考虑一定的预量：，所以所选中间柱符合要求。(3)下锚柱校验下锚柱选用，以73号支柱为例，左右跨距为55m。支柱总的力矩为：在实际应用中需要考虑一定的预量：，所以所选支柱符合要求。第4章 吊弦计算吊弦是链形悬挂的重要组成部件之一，接触线通过吊弦挂在承力索上，调节吊弦的长度可以保证接触悬挂的结构高度和接触线距轨面的工作高度，增加了接触线的悬挂点，提高电力机车受电弓的取流质量8。4.1 基本条件分析简单链型悬挂的基本图如图4-1 所示，从图的几何关系中可以看出，当等于零时，即为等高悬挂，否则不管是正还是负，都为不等高悬挂。在本文的计算推导中，我们作了以下的假设条件： 图4-1 简单链型悬挂的基本图承力索及接触线为理想的柔软索，只能承受沿其轴线方向的拉力，忽略其刚度的影响(接触线及承力索细长比很大，可忽略其刚度)；承力索及接触线自身质量沿X 方向均匀分布，在受力分析时考虑其数值，但不再画出其分布图；每根吊弦的质量由两部分组成： 固定质量(吊弦的上下线夹、紧固螺栓、基本接头质量总和)及长度质量(随吊弦长度变化而改变的质量，若每根吊弦质量为确定数值，则长度质量为零)；不考虑预留弛度(基本不使用预留弛度)。4.2 参数说明跨距 结构高度 左右定位点高度差 接触线张力 承力索张力 接触线线密度 承力索线密度 吊弦线密度 吊弦固定质量 跨距结构高度H=1.7m 承力索张力接触线张力 承力索线密度接触线线密度 吊弦的固定质量吊弦线密度 定位点高度 均匀布置7根吊弦4.3 计算内容(1)由设计参数确定每根吊弦的x坐标值，即(=0)按设计规范要求及吊弦均匀条件求得0、4、11、18、25、32、39、46(2)第根吊弦相对接触线左定位点的高度值(4-1)0、0、0、0、0、0、0、0(3)计算每根接触线上吊弦处的悬挂力(4-2)7.425、9.45、9.45、9.45、9.45、9.45、7.425(4)承力索在第根吊弦上产生的拉力(4-3)式中首次计算， 7.455、9.48、9.48、9.48、9.48、9.48、7.455(5)计算承力索左支点的支反应力为(4-4)计算得(6)承力索Y坐标指的是承力索上各点相当于承力索左侧悬挂点A的位移值(如图4-2)，计算承力索每根吊弦处(4-5)-0.1113、-0.2594、-0.3482、-0.3777、-0.3480、-0.2590、-0.1108图4-2 第i根吊弦左侧承力索受力图(7)计算接触网线上每根吊弦的长度（4-6）1.5887、1.4406、1.3518、1.3223、1.352、1.441、1.5892当跨距为55m时，均匀布置7根吊弦，同理可得每根吊弦的长度为：1.5899、1.4504、1.3621、1.3309、1.362、1.451、1.5941。根据高速铁路设计规范（试行）11.5.3（5）：结构高度宜选用1.6m，速度在250km/h区段，最短吊弦长度不小于500mm。本设计中吊弦完全满足要求。第5章 锚段及锚段关节接触悬挂中的承力索和接触线在延续到一定的长度后，为了满足机械受力方面的要求及方便施工，必须分成为一个个相互独立的线段，这些相互独立的线段即为接触网的机械分段。接触网进行机械分段的线段称为锚段，相邻两个锚段的衔接区段(重叠部分)称为锚段关节。锚段关节的设置，使接触网不间断地贯通于全线9。5.1 锚段的划分根据高速铁路设计规范(试行)11.5.6：正线接触网锚段长度不宜大于2700m，隧道内不应大于2700m。接触网锚段长度应根据补偿的接触线和承力索的张力差、补偿器形式以及补偿导线的高度等综合因素确定。接触线、承力索的张力差均不得大于其额定张力的10%，并应符合下列要求：(1)正线双边补偿时的最大锚段长度，一般情况不宜大于2800m。困难情况下不宜大于2900m。单边补偿的锚段长度应为上述值的50%。(2)站线最大锚段长度一般不宜大于2850m，困难时不宜大于2950m。自动张力补偿装置可采用滑轮组或棘轮方式，补偿装置的补偿效率不应小于97%。(3)对于时速为200250公里客运专线，正线区段接触网锚段长度不宜大于2700m。(4)单线电气化区段，宜在车站的一端(以电源侧为最好)设绝缘锚段关节；并应装设隔离开关。(5)双线电气化区段，应能满足上下行分别停电、检修安全、实现V形天窗、方向行车的要求，按V形天窗的停电范围设绝缘锚段关节。并装设负荷开关或消弧电动隔离开关，纳入远动控制为宜。(6)绝缘锚段关节的设置可不受站场信号机位置的限制，但其转换柱的位置应设在最外道岔岔尖50m以外。(7)在有几个电气化车场的车站上，宜将每个车场单独电分段。(8)装卸线、旅客列车整备线及机车整备线，均应单独电分段，并在该处装设带接地刀闸的隔离开关。(9)路外专用电化线路应单独电分段。(10)封闭的水鹤、到发线、安全线、牵出线、机车走行线等，不宜设接触网电分段。5.2 锚段关节锚段关节分为三种：仅起机械分段作用的称为非绝缘锚段关节，该处相邻的两个锚段在电气上是连通的；不仅起机械分段作用，同时又起同相电分段作用的锚段关节，称为绝缘锚段关节；带有中性嵌入段，既起机械分段的作用，又具有电分相功能的，称为电分相锚段关节。根据锚段关节所起的作用，可分为非绝缘锚段关节、绝缘锚段关节及电分相锚段关节。根据所含跨距数可分为二跨、三跨、四跨、五跨、七跨及九跨式锚段关节。所谓三跨式锚段关节，就是锚段关节内含有三个跨距，其余类推。根据高速铁路设计规范11.5.6：锚段关节宜采用四跨或五跨形式。五跨绝缘锚段关节是锚段关节中含有五个跨距，主要在时速为160km以上电气化线路中应用。在站场与区间的衔接处，采用五跨绝缘锚段关节。5.2.1 五跨绝缘锚段关节对于时速为200250公里客运专线，锚段关节宜采用四跨或五跨形式。在高速接触网中，一般以四跨非绝缘锚段关节和五跨绝缘锚段关节为主。设置五跨绝缘锚段关节的主要目的是为了改善受电弓通过绝缘锚段关节的受流条件，将四跨绝缘锚段关节中性点过渡(在中心柱定位点处)改为五跨绝缘锚段关节的线过渡，锚段关节转换跨内的两支接触线为抛物线线型，从而避免了采用“整个转换跨内两支接触线等高”时，在两根转换柱的定位点处，受电弓同时接触两支接触线，形成硬点，也避免了由于动态接触压力的作用，受电弓不得不划过转换柱处的接触线折线处。五跨绝缘锚段关节的技术条件为：在锚段关节内，两组悬挂间的有效绝缘距离须大于450mm，在靠近下锚侧的两转换柱内，两悬挂在水平面内投影平行，且距离应保持450mm，在靠近下锚侧的转换柱处，两组悬挂的垂直距离应在550mm以上，在中心跨的两转换柱处，两组悬挂的垂直距离应保持150mm；两工作支的等高点应位于中心跨中间，等高处的接触线高度应高出标准导高40mm。如图5-1所示。图5-1 五跨绝缘锚段关节5.2.2 七跨电分相锚段关节对于高速电气化线路，其电分相已不能用常规带有绝缘滑条式的电分相装置，因为常规式电分相装置动态特性差，在实际应用中会在电分相处形成一连串的硬点，不仅会造成接触线磨耗加剧，而且严重时，会形成火花甚至拉弧，烧损接触线。当然，对高速运行的受电弓也会造成危害或烧伤。因而，对于16