萬一農(nóng)

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,西安 710043)

鐵路運輸集裝箱中心站，由于集裝箱的起重機吊裝工作需要，要求電氣化接觸網(wǎng)可移動或接觸網(wǎng)在集裝箱裝卸范圍內(nèi)(裝卸區(qū)間)不懸掛接觸網(wǎng)(簡稱不掛網(wǎng))，可移動接觸網(wǎng)我院在昆明集裝箱中心站得以成功實現(xiàn)，但只限于單邊裝卸站臺，對于有龍門吊的雙邊裝卸站臺就不實用了，比如我們設(shè)計的成都、蘭州、太原、銀川、西安等鐵路集裝箱中心站有龍門吊作業(yè)，要求雙邊站臺均可起吊裝卸，故上述鐵路集裝箱站貨物裝卸區(qū)域內(nèi)均采用并實現(xiàn)了牽引供電系統(tǒng)不懸掛接觸網(wǎng)行車技術(shù)。

為解決我國電力機車牽引的貨物裝卸，提高列車調(diào)度效率，原鐵道部組織開展了電力機車不掛網(wǎng)行車研究，并組織出國考察，進行了行車試驗。研究表明，電力機車裝卸線不掛網(wǎng)行車是一項簡單、可靠、實用的貨場行車技術(shù)，在德國普遍采用，同樣不掛網(wǎng)行車在我國完全可行，具有普遍推廣意義。

按照鐵道行業(yè)運輸裝卸的要求[1]，集裝箱中心站按不掛網(wǎng)行車設(shè)計，建設(shè)為未來不掛網(wǎng)行車預(yù)留條件，這就是說建設(shè)項目前期就要考慮到裝卸場兩端接觸網(wǎng)與電力機車?？康奈恢藐P(guān)系，綜合研究龍門吊、車擋、機車、車輛等因素，確定裝卸場兩端接觸網(wǎng)支柱位置，保證機車受電區(qū)長度，滿足電力機車不掛網(wǎng)直接行駛發(fā)車的條件。

在上述條件達到后，電力機車從有網(wǎng)區(qū)間進入不掛網(wǎng)的裝卸場，牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)終端下錨固定的結(jié)構(gòu)設(shè)計就成了不掛網(wǎng)行車的關(guān)鍵技術(shù)。這個接觸網(wǎng)終端錨固結(jié)構(gòu)方式擔(dān)負(fù)著承上啟下的作用，既要完成接觸網(wǎng)終錨的力學(xué)要求，還需要保證電力機車受電弓平滑到集裝箱站不掛網(wǎng)裝卸線或從不掛網(wǎng)裝卸場順勢導(dǎo)入接觸網(wǎng)上。為此設(shè)計了兩種接觸網(wǎng)終錨結(jié)構(gòu)形式，第一種為門形接觸網(wǎng)終錨結(jié)構(gòu)形式，第二種為“T”形接觸網(wǎng)終錨結(jié)構(gòu)形式，及其配套的接觸網(wǎng)支持平滑定位器裝置。

1 門形接觸網(wǎng)終錨結(jié)構(gòu)形式設(shè)計

1.1 門形終錨結(jié)構(gòu)的安裝

接觸網(wǎng)采用門形終錨結(jié)構(gòu)形式，詳見圖1，就是將門形架構(gòu)架設(shè)置在集裝箱中心站場兩端，即龍門吊貨物裝卸區(qū)域的進出口兩端。接觸網(wǎng)終錨門形架構(gòu)橫跨股道，其兩個邊柱及基礎(chǔ)設(shè)置在集裝箱站臺上，電力機車受電弓通過門形架構(gòu)下的接觸網(wǎng)支持定位器，從有網(wǎng)區(qū)段(有電區(qū))進入不掛網(wǎng)區(qū)段(無電區(qū))，或是從不掛網(wǎng)區(qū)段(無電區(qū))進入有網(wǎng)區(qū)段(有電區(qū))，從而實現(xiàn)電力機車從有網(wǎng)區(qū)間進入不掛網(wǎng)的集裝箱裝卸場，在完成集裝箱裝卸工作后，同樣完成電力機車從不掛網(wǎng)裝卸場進入有網(wǎng)的區(qū)間。

圖1 門形終錨結(jié)構(gòu)形式(單位：mm)

1.2 門形終錨結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點

這種接觸網(wǎng)終錨采用門形結(jié)構(gòu)形式[2]，其優(yōu)點是接觸網(wǎng)終端下錨受力穩(wěn)定，接觸網(wǎng)支持定位器安裝簡單并便于調(diào)節(jié)支持定位器位置，其缺點是用鋼量較大，兩個基礎(chǔ)設(shè)置在裝卸場站臺上，容易受到來往裝卸車輛(機動車)的碰撞，或給裝卸場站臺來往的裝卸車輛(機動車)造成視覺障礙，為保護門形終錨門形架構(gòu)邊柱不被撞壞，還應(yīng)在兩邊柱外側(cè)加防撞墩。

接觸網(wǎng)采用門形終錨結(jié)構(gòu)形式，兩邊柱受力特點是只彎不扭的情況，結(jié)構(gòu)計算相對簡單，是典型的偏心受力構(gòu)件，整個結(jié)構(gòu)的彎矩、變形量容易控制。

2 T形接觸網(wǎng)終錨結(jié)構(gòu)形式設(shè)計

2.1 T形終端結(jié)構(gòu)的安裝

接觸網(wǎng)采用T形終錨結(jié)構(gòu)形式，詳見圖2，就是將T形架構(gòu)設(shè)置在集裝箱中心站場兩端的股道之間，即龍門吊貨物裝卸區(qū)域的兩端的股道之間。接觸網(wǎng)終錨T形架構(gòu)橫擔(dān)在兩股道上方，其T形終錨結(jié)構(gòu)向兩側(cè)股道伸出懸臂梁位于股道正上方，其單柱及基礎(chǔ)不在集裝箱站臺上，而在兩股道中間，電力機車受電弓通過T形架構(gòu)懸臂梁下接觸網(wǎng)支持定位器，從有網(wǎng)段(有電區(qū))進入不掛網(wǎng)段(無電區(qū))，或是從不掛網(wǎng)段(無電區(qū))進入有網(wǎng)段(有電區(qū))，從而實現(xiàn)電力機車從有網(wǎng)區(qū)間進入不掛網(wǎng)的集裝箱裝卸場，在完成集裝箱裝卸工作后，同樣完成電力機車從不掛網(wǎng)裝卸場進入有網(wǎng)的區(qū)間。

圖2 T形終錨結(jié)構(gòu)形式(單位：mm)

2.2 T形終端錨固的優(yōu)缺點

這種接觸網(wǎng)終錨采用T形結(jié)構(gòu)形式，其優(yōu)點是接觸網(wǎng)終端下錨的基礎(chǔ)不再設(shè)置于集裝箱站臺上，從而不影響來往裝卸車輛(機動車)的視線，站臺來往的裝卸車輛(機動車)行走可暢通無阻，只有一個基礎(chǔ)一個支柱，基礎(chǔ)設(shè)置在兩股道之間，基坑開挖時不破損站臺，結(jié)構(gòu)用鋼量較小，接觸網(wǎng)支持定位裝置安裝簡單并便于調(diào)節(jié)定位器位置。其缺點是基礎(chǔ)設(shè)置在兩股道中間，基礎(chǔ)施工難度較大，同時由于T形終錨結(jié)構(gòu)形式是單支柱托起對稱的兩個懸臂梁，正常工作時兩懸臂梁承受接觸網(wǎng)張力產(chǎn)生的彎矩相互抵消，當(dāng)一側(cè)接觸網(wǎng)斷線后，T形終錨結(jié)構(gòu)支柱的受扭變形較大，對T形終錨結(jié)構(gòu)單支柱的抗扭強度要求較高，需采取特殊措施增強T形終錨結(jié)構(gòu)單支柱的抗扭強度和剛度。

接觸網(wǎng)采用T形終錨結(jié)構(gòu)形式時，要求T形終錨結(jié)構(gòu)支柱水平截面上的剪力流布局合理，在設(shè)計T形底柱構(gòu)造尺寸時，加強了柱平面的閉合構(gòu)件剛度，控制整個結(jié)構(gòu)不同特征變形的矢量合成方向在允許范圍內(nèi)，筆者對T形終錨結(jié)構(gòu)的計算特點做重點論述。

2.3 T形終端錨結(jié)構(gòu)的特征計算

接觸網(wǎng)采用T形終錨結(jié)構(gòu)形式時，其單支柱受力特點是同時受彎和受扭的情況，結(jié)構(gòu)計算相對復(fù)雜，支柱截面環(huán)形剪力流計算不易簡化，整個結(jié)構(gòu)變形量不容易控制。經(jīng)過對各類工況的比較，認(rèn)為T形終錨結(jié)構(gòu)接觸網(wǎng)單邊斷線是最不利工況，其計算過程方法如下[3-4]。

接觸網(wǎng)采用T形終錨結(jié)構(gòu)在接觸網(wǎng)單邊斷線后，其單支柱截面受力，按箱形斷面的翹曲扭轉(zhuǎn)特征計算方法，控制其正應(yīng)力、剪應(yīng)力、變形值。

(1)箱形斷面的翹曲扭轉(zhuǎn)的正應(yīng)力

(2)箱形斷面的翹曲扭轉(zhuǎn)的剪應(yīng)力

(3)箱形斷面的翹曲扭轉(zhuǎn)變形

式中，T為總扭矩；G為剪切模量；K為扭轉(zhuǎn)常數(shù)。

接觸網(wǎng)采用T形終錨結(jié)構(gòu)在接觸網(wǎng)單邊斷線后，其水平橫梁可按典型的懸臂梁結(jié)構(gòu)計算，同門形終錨橫梁相似按受彎強度計算即可。

3 接觸網(wǎng)終錨結(jié)構(gòu)實現(xiàn)有網(wǎng)無網(wǎng)之間的過渡方式

電力機車牽引車輛進入集裝箱中心站裝卸股道區(qū)域過程中，電力機車受電弓滑板平穩(wěn)地從接觸線滑脫或?qū)虢佑|線的過渡構(gòu)造方式，是接觸網(wǎng)終錨結(jié)構(gòu)實現(xiàn)有網(wǎng)無網(wǎng)之間的過渡的關(guān)鍵[5-6]，具體詳見圖3。接觸網(wǎng)的承力索通過絕緣子與帶電體隔開，承力索帶張力15 kN錨接在鋼梁上方，接觸網(wǎng)的接觸線的帶槽溝夾在π形鋁質(zhì)梁槽縫中，通過π形鋁質(zhì)梁端頭彎起和夾具緊握，接觸線帶張力10 kN鑲嵌錨固在π形鋁梁夾角中，π形鋁梁由3個支持絕緣子與帶電體隔開。

圖3 終錨結(jié)構(gòu)過渡安裝形式

4 接觸網(wǎng)終錨定位裝置

接觸網(wǎng)終錨結(jié)構(gòu)鋼橫梁(或懸臂梁)下方安裝的接觸網(wǎng)支持定位裝置[7-10]，詳見圖4，主要用途和功能如下。

圖4 終錨定位裝置

接觸網(wǎng)支持定位裝置主要完成接觸線的錨固、張力傳遞、電絕緣隔斷、電力機車受電弓滑板平穩(wěn)滑脫或?qū)隱11-12]。同時要保證受電弓有一定的抬起值，將3個支持絕緣子中的2個支持絕緣子底座做成上下活動的創(chuàng)新型活塞連接方式，最端頭的一個支持絕緣子底座做成螺栓鉸鏈連接方式，以防止π形鋁質(zhì)梁滑動[13-14]，成功避免了受電弓導(dǎo)入接觸網(wǎng)的硬點碰撞。接觸網(wǎng)支持定位裝置的高度要滿足接觸網(wǎng)的6.45 m導(dǎo)高要求。

5 結(jié)論

綜上所述，門形接觸網(wǎng)終錨結(jié)構(gòu)和T形接觸網(wǎng)終錨結(jié)構(gòu)兩種形式各有利弊，T形終錨結(jié)構(gòu)形式可避免集裝箱中心站臺上裝卸車輛與如同門形終錨結(jié)構(gòu)的邊柱相碰撞的問題，采用T形終錨結(jié)構(gòu)形式，可使集裝箱站臺視野開闊，裝卸車輛暢通無阻。只是T形終錨結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)變形復(fù)雜，鋼結(jié)構(gòu)加工、安裝精確度要求較高，同時T形終錨結(jié)構(gòu)形式的荷載傳遞，使基礎(chǔ)工況組合主次不明顯，設(shè)計時各種工況均應(yīng)考慮比選，在選擇基礎(chǔ)方案時必須考慮基礎(chǔ)的剛度和強度與T形終錨結(jié)構(gòu)的整體剛度和強度相適應(yīng)，并且要考慮基礎(chǔ)的抗扭曲剛度。采用門形終錨結(jié)構(gòu)形式，雖然在集裝箱站臺兩端占地空間大，給裝卸車輛運輸帶來不暢，兩個邊柱需要設(shè)置防撞墩，但門形終錨結(jié)構(gòu)形式穩(wěn)定，鋼結(jié)構(gòu)安裝簡單，施工方便，基礎(chǔ)工況組合是明確的單向抗傾覆結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)滿足抗彎強度要求即可[15]。

門形終錨結(jié)構(gòu)形式可以通過正在運營的成都集裝箱中心站，牽引供電設(shè)計案例中現(xiàn)場照片得到佐證[16-17]，詳見圖5。

圖5 成都集裝箱中心站接觸網(wǎng)終錨結(jié)構(gòu)現(xiàn)場

建議在鐵路集裝箱裝卸線站場坪較平展，車輛運行遠離牽引供電接觸網(wǎng)終錨架構(gòu)的集裝箱站，牽引供電接觸網(wǎng)設(shè)計采用門形終錨結(jié)構(gòu)形式，較為合理。在鐵路集裝箱裝卸線站場坪兩端彎道大，車輛運行接近接觸網(wǎng)終錨架構(gòu)的集裝箱站，且運輸繁忙，裝卸車輛往來頻繁時，牽引供電接觸網(wǎng)采用T形終錨結(jié)構(gòu)形式，較為依據(jù)合理。只是要在兩股道間設(shè)置接觸網(wǎng)T形終錨結(jié)構(gòu)時，必須在前期考慮基本限界的要求。