【文章內容簡介】 3。 35 致謝 36 附錄 37 附錄 A 外文資料 37 附錄 B 大沙坪車站接觸網(wǎng)平面布置圖設計 CAD 圖 62 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 1 第 1 章 緒 論 課題研究目的意義 接觸網(wǎng)在供電回路中起著十分重要的作用，直接影響著電氣化鐵道的運行可靠性，因此必須使接觸網(wǎng)始終處于良好的工作狀態(tài)，安全可靠的向電力機車供電，對于保證鐵路運輸暢通無阻有著極為重大的意義。 接觸網(wǎng)運行的特點是在露天條件下始終與電力機車受電弓相接觸取流，工作條件惡劣且無備用設備，根據(jù)現(xiàn)場設備故障統(tǒng)計，由于接觸網(wǎng)故障對鐵路行車造成的影響平均時間在 4 小時左右，因此關于接觸網(wǎng)的研究維護具有非常重要的價值。 國內外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀 目前，接觸網(wǎng)檢測系統(tǒng)以意大利和德國研制的裝置最具代表性。從系統(tǒng)結構看，意大利和奧地利 接觸網(wǎng)檢測設備比較接近，稱為非接觸式檢測方式，主要強調接觸網(wǎng)幾何參數(shù)的測試；法國、日本和瑞士研制的接觸網(wǎng)檢測設備與德國比較接近，稱為接觸式檢測方式，主要強調弓網(wǎng)動力學參數(shù)的測試。 意大利的接觸網(wǎng)檢測主要采用激光照射，伺服跟蹤、圖像處理技術，對非接觸式檢測的動態(tài)拉出值和導線高度測量較準；但不能測試接觸網(wǎng)動力學參數(shù)，且因其圖像處理計算量很大，也不能適應高速鐵路接觸網(wǎng)在線測試。 德國接觸網(wǎng)檢測側重對接觸壓力和硬點測量，優(yōu)點是所獲得的動力學參數(shù)較為準確，能夠對弓網(wǎng)接觸狀況做出最直觀的評判；而缺點 是 測試項目不全、桿位 定位不準、通過壓力傳感器測試得到的拉出值在高速下誤差較大、數(shù)據(jù)報表和測試曲線表現(xiàn)形式不適合中國國情，且價格昂貴。 日本的接觸網(wǎng)檢測，突出對弓網(wǎng)離線、接觸線磨耗的測量。 很早 就研制出可在100km/h 速度下檢測接觸網(wǎng)導線高度、拉出值、定位器坡度、支柱號和跨距的檢測車。 國內研究現(xiàn)狀 根據(jù)《中國鐵路中長期發(fā)展規(guī)劃》，到 2020 年，為滿足快速增長的旅客運輸需求，建立省會城市及大中城市間的快速客運通道，規(guī)劃 “四縱四橫 ”鐵路快速客運通道以及石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 2 四個城際快速客運系統(tǒng)。建設客運專線 萬公里以上，客車速度目標值達到每小時200 公里及以上。高速鐵路必將成為未來中國客運運輸?shù)墓歉伞? 而我國的接觸網(wǎng)檢測技術研究始于 20 世紀 60 年代，并在 20 世紀 80 年代，自行研制出主要用于檢測接觸線高度和拉出值等參數(shù)測量的接觸網(wǎng)檢測車。作為突出代表的是西南交通大學研發(fā)的 JJC 系列接觸網(wǎng)檢測車，在實際運用中取得了較好的效果。優(yōu)點是其對動態(tài)拉出值和導線高度的非接觸式檢測比較準確、壓力和硬點檢測比較準確、定位準確、數(shù)據(jù)報表和測試曲線表現(xiàn)形式適合中國國情且價格低。缺點則在于軌道靜態(tài)檢測不準確、定位坡度定量檢測盒磨耗檢測誤差比較大。 論文研究內容 根據(jù)題目的設計要求，研究內容應該分為設計計算、設備選擇、技術校驗，最后應該再有平面設計圖。 那么首先是設計計算，應為接觸網(wǎng)是一種復雜的供電設備。為了保證安全運營，使之既具有經(jīng)濟性，又有一定的可靠性，所以要進行一定的數(shù)據(jù)計算。包括負載計算，懸掛的拉出值，根據(jù)風偏移確定跨距，安裝曲線 ,支柱負載等的計算等。 其次是設備選擇，接觸網(wǎng)有許多的電氣設備和機械設備，應該廣泛調查，擇優(yōu)購買。這時就應該根據(jù)所得的計算數(shù)據(jù)，選擇合適的設備，比如支柱，接觸線，定位裝置，絕緣子，承力索等等一系列的必要設備。 再次是技術校驗了，技術 校驗是為了保證設計的接觸網(wǎng)部分能正常，安全的應用在各種環(huán)境下，因此，要進行一些技術校驗，比如基礎，腕臂，支柱，線索懸掛等部分的機械強度和穩(wěn)定性的校驗。 最后，要根據(jù)所選設備的型號，與設計計算得來的數(shù)據(jù)，完成平面設計圖，最好用 CAD 作圖，簡單明了，方便快捷。 由于是站場 CAD 圖且只有一個錨段，因而該圖還應該畫出站場咽喉區(qū)的放大圖，同時應該注意各支柱的擺放位置，最后，還應該對布置圖進行適當?shù)恼f明與備注，標明各個線，符號的意義，才算完成。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 3 第 2 章 氣象條件及負載計算 氣象條件 接觸網(wǎng) 是置于鐵路沿線的供電裝置，它要經(jīng)受一切自然條件的影響，氣象資料是接觸網(wǎng)設計最原始，也是最重要的資料。氣象資料齊備與否以及它所選擇的數(shù)值是否合適，對接觸網(wǎng)的設計質量有很大影響。 為設計工作的方便，我國在 1972 年進香的全國社稷規(guī)范改革中，將全國劃分為九個標準氣象區(qū)。表 21 所列的九個區(qū)域大體所屬范圍劃分如下： Ⅰ 區(qū)為南方沿海易受臺風影響 地區(qū)，如浙江，福建東部，廣東，廣西沿海地區(qū)等； Ⅱ 區(qū)指華東大部分地區(qū)，包括安徽，山東，江蘇大部分地區(qū)； Ⅲ 區(qū)包括西南不的非重冰地區(qū)，以及福建，廣東等受臺風影響較弱的地區(qū)； Ⅳ 區(qū) 包括西北搭補風地區(qū)，華北及京，津，唐等地區(qū)； Ⅴ 區(qū)適用于華東，中南和西南三個地區(qū)的廣大山區(qū)； Ⅵ 區(qū)指湖北，湖南，河南，以及華北平原的大部分地區(qū)； Ⅶ 區(qū)適用于寒潮風很強的地帶，如東北大部分地區(qū)，河北承德，張家口一帶； Ⅷ 區(qū)適用于覆冰嚴重的地區(qū)，如上凍，河南的大部分地區(qū)，湘中粵北重冰地帶； Ⅸ 區(qū)指云貴高原重冰地區(qū) [2]。 表 21 典型標準氣象區(qū) 氣象區(qū)計算條件 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ 大氣 溫度 （ ℃ ） 最高 +40 最低 5 10 10 20 10 20 40 20 20 覆冰 — 5 最大風速 +10 +10 5 5 +10 5 5 5 5 安裝 0 0 5 10 5 10 15 10 10 大氣過電壓 +15 內部過電壓年平均氣溫 +20 +15 +15 +10 +15 +10 5 +10 +10 風速 （ m/s） 最大風速 35 30 25 25 30 25 30 30 30 覆冰 10 15 安裝 10 大氣過電壓 15 10 內部過電壓 最大風速（不低于 15m/s） 覆冰厚度（ mm） — 5 5 5 10 10 10 15 20 覆冰的密度 (kg/m3) 900 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 4 接觸懸掛類型 接觸網(wǎng)的接觸懸掛的種類較多，一般根據(jù)其結構的不同分成簡單接觸懸掛和鏈形接觸懸掛兩大類。 簡單接觸懸掛 (簡稱簡單懸掛 )系由一根接觸線直接固定在支柱支持裝置上的懸掛形式。簡單懸掛分為未補償簡單懸掛和加補償簡單懸掛及吊索式簡單懸掛。 鏈形懸掛是一種運行性能較好的懸掛形式。減小了接觸線在跨距中的馳度，改善了彈性，增加了懸掛重量，提高了穩(wěn)定性，可以滿足電力機車高速運行取流的要求。 鏈形懸掛根據(jù)線索兩端的下錨 方式，可分為下列幾種形式： (1)未補償簡單鏈形懸掛 這種懸掛方式的承力索和接觸線兩端無補償裝置，均為硬錨。因此，在溫度變化時，承力索和接觸線的張力弛度變化較大，一般不采用 。 (2)半補償鏈形懸掛 半補償鏈形懸掛分為半補償簡單鏈形懸掛與半補償彈性鏈形懸掛，在半補償簡單鏈形懸掛中，接觸線兩端設補償裝置，承力索兩端為硬錨。這種懸掛只用于行車速度不高的車站側線和支線上 。 半補償彈性鏈形懸掛和半補償簡單鏈形懸掛的區(qū)別在于支柱定位點處吊弦形成的不同。這種懸掛方式用于行車速度不超過 100km/h 的線路上。 (3)全補償 鏈形懸掛 全補償鏈形懸掛，即承力索和接觸線兩端下錨處均裝設補償裝置。全補償鏈形懸掛也分為全補償簡單鏈形懸掛和全補償彈性鏈形懸掛 [1]，如圖 21 所示。 圖 21 簡單鏈型懸掛 (4)分析選擇 未補償簡單懸掛，沒有補償裝置，張力和馳度會隨溫度變化較大，不利于安裝和線索保護，所以此次設計不選擇該方式。 半補償鏈形懸掛在溫度變化時承力索馳度的變化會使吊弦上端產(chǎn)生上、下位移，而吊弦下端隨接觸線發(fā)生順線路方向偏斜，不利于機車高速運行，所以不選擇。 全補償鏈形懸掛沒有上述兩種懸掛方式的缺點，且有利于機車的高速取流 ，所以石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 5 選擇全補償鏈形懸掛。但全補償鏈形懸掛包括全補償簡單鏈形懸掛和全補償彈性鏈形懸掛。 兩者相比簡單鏈形懸掛結構簡單，造價便宜，運行、檢修經(jīng)驗豐富。而彈性鏈形懸掛比簡單鏈形懸掛有更好的彈性均勻性，但其施工和檢調比鏈形懸掛復雜。兩相比較，選擇更經(jīng)濟，安裝檢修更方便的全補償簡單鏈形懸掛 。 目前，世界各國為滿足高速受流的要求，都根據(jù)自己國家高速鐵路規(guī)劃的動力設置 (動力集中式或動力分散式 )和受電弓的結構及性能的不同，而采用了不同的懸掛類型。 負載計算 本次設計為大沙坪車站接觸網(wǎng)的平面布置圖設計，車站位于蘭 州附近，屬于西北地區(qū)，海拔平均高度 1520 米，年平均氣溫 ℃ ,極端最高氣溫 30℃ ,極端最低氣溫℃ ，最冷月平均氣溫 ℃ ,年平均降雨量 ，年平均蒸發(fā)量 1919mm，最大風速 ,平均相對濕度 %，最大積雪深度 ，累年平均風速 ，最大土壤凍結深度 101cm，因此為第 Ⅳ 氣象區(qū)，根據(jù)上表可得出基本數(shù)據(jù)。即： 5b mm? (21) 10 /bv m s? (22) max 25 /v m s? (23) mm? (24) B mm?? (25) 又線索型號為： JTM95+CTAH120， 則可知其自重： 31 0 .8 2 1 0 /jg k N m??? (26) 38 .4 9 1 0 /cg kN m??? (27) 10 /dg kN m??? (28) 故垂直負載為： (1)接觸懸掛無冰無風時的單位負載 30 1 9 . 8 1 1 0 /c j dq g g g k N m?? ? ? ? ? (29) (2)接觸懸掛在覆冰時的各類單位負載 ① 承力索單位 冰負載 93( ) 1 0 2 . 4 3 1 0 /c b b c Hg r b b d g k N m? ??? ? ? ? ? ? ? (210) ② 接觸線單位冰負載 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 6 93( ) 1 0 1 . 0 7 1 0 /2 2 2j b b Hb b A Bg r g k N m? ???? ? ? ? ? ? ? (211) ③ 覆冰時，承力索的單位風負載 2 6 30 . 6 2 5 1 0 1 . 7 6 1 0 /c b c b bP K d V k N m??? ? ? ? (212) 則，覆冰時單位合成負載為： 2 2 30( ) 2 3 . 3 8 1 0 /b c b j b c bq q g g P k N m?? ? ? ? ? ? (213) 合成負載方向為： 0a r c t a n 4 .3 2cbc b j bPq g g? ????? (214) 而水平負載： 接觸懸掛的水平負載主要指風負載，它是指風吹到接觸線、承力索、支柱上所產(chǎn)生的壓力，稱為風壓。 在進行電氣化鐵路接觸網(wǎng)設計時，如無當?shù)貙嶋H觀測資料，可以充分利用全國基本風壓分布圖給出的條件。但是考慮到投資和回收期的關系，對于最大風速的保證率要求不同。因此，對于以一般空曠平坦地面、離地面 10 m高統(tǒng)計得到的 30 年一遇的10min 平均最大風速為標準的風壓，可以乘以調整系數(shù)得出相應不同重現(xiàn)期的風壓。 在具有當?shù)仫L速觀測資料時，接觸網(wǎng)懸掛線索的風負載可由下式確立 ： 260 .6 2 5 v 1 0P K d ??? (215) 式中， K―― 風負載體型系數(shù) (見表 32)； d―― 線索的直徑 (mm)； v―― 設計計算風速 (m/s)； 計算在線索覆冰狀態(tài)下的單位風負載時，其計算直徑 d 應為 (d+2b)。 風載體型系數(shù)參考取值表如下： 表 22 風載體型系數(shù)參考取值表 系數(shù) 受風件特征 K 支柱 圓形鋼筋混凝土支柱 矩形鋼筋混凝土支柱 四邊形角鋼支柱 (1+? ) 線索 鏈型懸掛 一般懸掛 17d mm? * 17d mm? 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 7 (3)接觸懸掛在最大風時的各類單位負載： 2 6 3m a x m a x0 . 6 2 5 1 0 6 . 1 0 1 0 /vcP K d V k N m??? ? ? ? (216) (4)最大風時，單位合成負載： 2 2 3m a x 0 m a x 2 0 . 7 1 0 /v c vq q P k N m?? ? ? ? (217) 單位合成負載方向： m a x0a rc ta n 1 6 .4 4cvP q? ??? (218) 通過以上計算可知，該懸掛的最大合成負載出現(xiàn)在覆冰時 [1]。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 8 第 3 章 站場平面 布置 圖設計 供電平面 圖 供電方式 此次設計供電方式選擇帶回流線的直接供電方式。帶回流線的直接供電方式是在直接供電方式的基礎上，在接觸網(wǎng)田野側增設一條回流線的供電方式，每隔一定距離用吸上線將回流線和鋼軌并聯(lián)，牽引回流由回流線、鋼軌和大地流回牽引變 電所。 由于回流線中的電流與接觸線中的電流方向相反，二者產(chǎn)生的交變電磁場可部分抵消，從而降低了電磁干擾。由于軌回流減少，因此，鋼軌對地電位也得到了降低。 該種供電方式的供電回路簡單，比直接供電具有更低的線路阻抗和鋼軌電位，比其他供電方式節(jié)約投資。這種供電方式目前我國應用最為廣泛。回流線選擇目 LBGLJ 240型號。 供電平面 圖 接觸網(wǎng)線路之間所進行的分段稱為橫向分段。如站場內因各股道的作用不同而進行的分段。 接觸網(wǎng)沿線路方向鎖進行的分段稱為縱向分段，如在站場和區(qū)間銜接處所進行的分段，站場和區(qū) 間的接觸網(wǎng)應是各自獨立的，因此在它們的連接處必須進行分段。 在復線和多線路區(qū)段上，不論是區(qū)間或是站場，其正線間總是分開的，其分段方式、方法視股道的具體情況 而定。如果正線間有道岔，則往往是在此處進行分段。本設計的供電平面 圖如下圖 31