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        中日2 種補(bǔ)償裝置接觸線伸縮量計算對比分析

        2014-03-13 01:23:34蔣淵博
        電氣化鐵道 2014年2期
        關(guān)鍵詞:滑輪組段長度計算公式

        蔣淵博

        0 引言

        電氣化鐵路中下錨補(bǔ)償裝置是接觸網(wǎng)的重要部件。它裝在錨段的兩端,并且串接在接觸線和承力索內(nèi),其作用是補(bǔ)償線索內(nèi)的張力變化,使張力保持恒定。當(dāng)溫度發(fā)生變化時,接觸線或承力索會產(chǎn)生伸長或縮短,線索內(nèi)張力將隨之發(fā)生變化,進(jìn)而引起線索弛度變化,導(dǎo)致受流條件惡化。下錨補(bǔ)償裝置就是為改變這種狀況而設(shè)計,補(bǔ)償裝置性能的好壞直接影響著接觸網(wǎng)的懸掛彈性,對減少弓網(wǎng)故障起著至關(guān)重要的作用。

        接觸網(wǎng)下錨補(bǔ)償裝置的設(shè)計及使用取決于該補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償行程,而其補(bǔ)償行程又與接觸線或承力索的伸縮量有直接關(guān)系。因此接觸網(wǎng)線索伸縮量的計算方法非常重要。對于接觸網(wǎng)線索的伸縮量計算,中國和日本采用的方法存在差異。本文以滑輪組、彈簧2 種接觸網(wǎng)下錨補(bǔ)償裝置為例,對其計算方法及計算結(jié)果進(jìn)行對比分析。

        1 計算公式

        不考慮新線延伸率,中國及日本接觸線伸縮量的計算公式分述如下。

        1.1 中國計算公式

        對于滑輪組、彈簧2 種接觸網(wǎng)下錨補(bǔ)償裝置,中國計算方法是同樣的,計算公式如式(1):式中,l 為接觸線的伸縮量,m;L 為接觸線錨段長度,m;α為線膨脹系數(shù),1/℃;t1為最小溫度,℃;t2為最大溫度,℃。

        由式(1)可以看出:當(dāng)材質(zhì)為銅或銅合金時,中國計算方法中接觸線的伸縮量大小只取決于接觸網(wǎng)錨段長度及補(bǔ)償裝置使用地區(qū)的溫差。

        1.2 日本計算公式

        滑輪組補(bǔ)償裝置:計算公式與中國相同,均為式(1)。

        而彈簧補(bǔ)償裝置,考慮了接觸線荷重產(chǎn)生形變的伸長量,有:

        式中,T1為最小溫度時張力,kN;T2為最大溫度時張力,kN;E 為楊氏模量,kN/mm2;A 為接觸線的截面積,mm2。

        考慮接觸線松弛的伸長量,有

        式中,W 為接觸線的單位長度重量,kg/m;S 為支柱平均跨距,m。

        式(1)+式(2)+式(3),日本計算公式如式(4):

        由式(4)可以看出:當(dāng)材質(zhì)為銅或銅合金時,日本計算方法中接觸線的伸縮量大小除取決于接觸網(wǎng)錨段長度及補(bǔ)償裝置使用地區(qū)的溫差外,還取決于接觸線隨金屬的荷重產(chǎn)生的形變以及接觸線松弛的伸長量。

        2 計算原理和伸長量的對比分析

        2.1 計算原理

        (1)對于接觸網(wǎng)滑輪組、彈簧2 種下錨補(bǔ)償裝置,當(dāng)錨段長度固定,中國計算接觸線伸縮量時僅考慮溫度變化,不考慮補(bǔ)償張力變化。

        (2)當(dāng)錨段長度固定,日本計算接觸線伸縮量時,對于滑輪組補(bǔ)償裝置,其補(bǔ)償張力按恒定值考慮,僅考慮溫度變化,計算方法與中國相同;但彈簧補(bǔ)償裝置除了考慮溫度變化外,還需要考慮因補(bǔ)償張力變化導(dǎo)致的接觸線線材荷重形變及接觸線松弛的伸長量。

        2.2 接觸線伸長量

        當(dāng)接觸網(wǎng)下錨采用彈簧補(bǔ)償裝置時,中國、日本計算接觸線伸長量對比分析如下:

        (1)當(dāng)溫度上升時,接觸線伸長;但隨著溫度上升,彈簧補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償張力隨之下降,接觸線隨之縮短。

        接觸線伸長量對比示意圖見圖1。

        (2)當(dāng)溫度下降時,接觸線縮短;但隨著溫度下降,彈簧補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償張力隨之上升,接觸線隨之伸長。

        接觸線伸長量對比示意圖見圖2。

        圖1 溫度上升時接觸線伸長量對比圖

        圖2 溫度下降時接觸線伸長量對比圖

        3 計算實例

        3.1 普速鐵路

        以普速鐵路,使用地區(qū)溫差80℃,接觸網(wǎng)采用彈簧補(bǔ)償裝置,錨段長度為1 600 m,接觸線材質(zhì)為銅或銅合金(標(biāo)稱截面積為120 mm2),標(biāo)準(zhǔn)張力為15 kN 為例,中國、日本接觸線伸縮量計算對比如表1 所示。

        表1 彈簧補(bǔ)償裝置接觸線伸縮量計算對比表

        由表1 計算結(jié)果可知:普速鐵路,在接觸網(wǎng)半錨長度為800 m 時,2 種計算公式得出的接觸線伸縮量差值為187 mm,占僅由溫度變化引起的伸縮量的17.2%。

        3.2 高速鐵路

        以高速鐵路,使用地區(qū)溫差100℃,接觸網(wǎng)采用彈簧補(bǔ)償裝置,錨段長度為1 400 m,接觸線材質(zhì)為銅或銅合金(標(biāo)稱截面積為150 mm2),標(biāo)準(zhǔn)張力為25 kN 為例,中國、日本接觸線伸縮量計算對比如表1 所示。

        由表1 計算結(jié)果可知,高速鐵路,在接觸網(wǎng)半錨長度為700 m 時,2 種計算公式得出的接觸線伸縮量差值為101 mm,占僅由溫度變化引起的伸縮量的8.5%。

        4 結(jié)論與建議

        (1)對于滑輪組補(bǔ)償裝置,中國和日本的接觸線伸縮量計算方法相同。

        (2)對于彈簧補(bǔ)償裝置,因中國接觸線伸縮量是以彈簧補(bǔ)償張力恒定為條件進(jìn)行計算,但實際上張力并不能達(dá)到完全恒定,也有±4%的張力偏差,故日本的計算方法更為合理。但因中國計算方法得出的接觸線伸縮量較日本的數(shù)值為大,故在考慮彈簧補(bǔ)償裝置額定工作行程時反而占了優(yōu)勢。

        (3)在低凈空隧道等空間受限的特殊使用工況下,彈簧補(bǔ)償裝置的接觸線伸縮量計算可按日本方法,以降低補(bǔ)償裝置重量,縮小結(jié)構(gòu)尺寸,節(jié)約安裝空間。

        [1] 于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2003:148.

        [2] 塚越 宏,尋田 伸幸.新幹線用新型ばねバランサーの開発[EB/OL].日本:東日本旅客鉄道株式會社,2003:051.http://www.jreast.co.jp/development/tech/pdf_2/50-56.p df.

        [3] TB 10009-2005.鐵路電力牽引供電設(shè)計規(guī)范[S].

        [4] TB 10020-2009.高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)[S].

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