学士学位论文--接触网平面设计.doc

兰州交通大学毕业设计（论文）摘要随着社会和经济技术的发展，电气化铁路的发展也越来越迅速。我国对能够适用于电气化铁路的接触网也提出了相关的要求。本设计的目的是完成嘉峪关车站接触网平面设计，同时按要求绘制接触网设备装配图和平面图。首先对设计地区的气象条件资料进行收集，根据铁路目标速度对线索材料进行了选择，再确定其悬挂类型。根据气象条件及线索材料计算负载。其次，根据最大受风偏移计算得到最大跨距；根据规程规定的锚段长度选择锚段，使其张力差要满足要求。然后，对硬横跨进行分析选择。考虑到接触网将来可能的改进及预留，根据计算结果对接触网进行了相应的调整，以使本设计满足电气化铁路的技术要求。最后在上述原理的基础上，对嘉峪关车站接触网进行CAD平面设计，并对具有代表性的支柱进行了容量的校验计算。在接触网平面图的表格栏里对地质情况、支柱类型、安装图号、侧面限界等进行相应的说明。本论文以接触网的基本技术原理为核心，以实际线路状况为依据，对嘉峪关车站的接触网布置进行了平面设计，基本满足电气化铁路的技术要求。关键词：接触网；平面设计；车站AbstractWith the development of social and economical technology, the electrified railway is developing more and more rapidly. Our country also makes a related request for catenary of electrified railway. This design is intended to complete graphic design of catenary for Jiayuguan station, and to draw its device assembly drawing and graphic draft.Firstly, the suspension was selected after the Jiayuguan weather condition information was collected and clue material was sift. The load was calculated according to weather condition and clue material. Secondly, the maximum outreach is obtained from the wind shift. Anchoring section is chosen according to specified anchoring section to satisfy tension difference. Then, portal structure was analyzed.The thesis considering the improvement and reserve in the future of catenary carries out some corresponding adjustments for the design of catenary according to the result of calculation, so that the design could be contented with the technical requirements of the electrified railway. Finally, on the basis of the above principle, this thesis concentrated on the graphic design of Jiayuguan station with CAD, also conducted check computation for typical capacity of the pillars. Graphic design of catenary in the form column on the pillar type, geology, side gauge, install the corresponding figure number and other instructions.Based on the basic technical principle of catenary and according to the actual railway condition, this thesis completed graphic design of catenary for Jiayuguan station, which could met the basic technological demand of electrified railway.Key Words: Catenary, Station, Graphic design目录摘要IAbstractII目录III1 绪论11.1 工程背景11.2 设计范围11.3 设计目标11.4 设计依据11.5 本设计的主要工作12 气象资料33 设计计算43.1 主要线材选用43.2 接触网波动速度的计算43.3 接触悬挂类型及相关参数的选择53.4 接触网设计负载计算53.4.1 自重负载53.4.2 冰负载63.4.3 风负载63.4.4 合成负载73.5 接触网设计实际最大跨距计算73.6 全补偿链形悬挂锚段长度的计算83.6.1 直线区段83.6.2 曲线区段93.7 嘉峪关车站硬横跨结构104 绘制嘉峪关车站接触网平面设计图114.1 放图114.2 支柱的布置114.3 锚段的划分114.4 接触线拉出值的确定114.5 支柱类型的确定114.6 校核与校验124.7 表格栏及相应说明124.8 接触网平面设计图及设备装配图说明12结论15致谢16参考文献17附图A 嘉峪关车站接触网平面图18附图B 嘉峪关车站接触网设备装配图18- III -1 绪论1.1 工程背景嘉峪关车站位于甘肃省嘉峪关市，现为一等站。本设计选取4股道为设计对象，设I、II股道为正线，3、4股道为侧线，正线总长2190.38m，横跨部分全部采用硬横跨。嘉峪关车站的道岔型号全部采用1/12。1.2 设计范围嘉峪关车站接触网平面设计包括接触网所用线材及设备选择、接触悬挂模式多种方案的比较、选择气象条件，硬横跨设计及完成嘉峪关站接触网平面设计1。1.3 设计目标(1) 关于嘉峪关站接触网平面设计，应综合考虑目标的长远发展；(2) 嘉峪关站接触网的设计应该符合铁路技术的设计规范要求；(3) 嘉峪关站接触网设计中应该考虑各个领域之间的联系与配合；(4) 嘉峪关站接触网应尽可能的运用较为先进的技术，并具有良好的技术经济性；(5) 嘉峪关站接触网设计的基本原则是安全运营，并保证质量的良好。1.4 设计依据(1) 相关专业所提供的工程设计资料；(2) 国家现行的相关设计规程、规范及标准，主要包括：高速铁路设计规范(试行)(TB 10621-2009)；铁路电力牵引供电设计规范(TB 10009-2005)；铁路客运专线技术管理办法(试行)(铁科技2009212号)；客运专线铁路电牵引供电工程施工质量验收暂行标准(铁建设2006167号)；建筑结构荷载规范(GB 50009-2001)；铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行(铁建设200739号)；铁路枢纽电力牵引供电设计规范(TB 10007-2000)。(3) 国家现在通用的通用图和标准图；(4) 由老师提供的原始设计资料及嘉峪关站线路图。1.5 本设计的主要工作(1) 嘉峪关站气象条件的确定；(2) 接触网多种悬挂方式的比较及选择；(3) 其他设备材料及线材的选择；(4) 嘉峪关站接触网最大许可跨距的计算及最大锚段长度的确定；(5) 嘉峪关站接触网硬横跨的设计；(6) 绘制嘉峪关站接触网平面设计的设备装配图及平面图。2 气象资料嘉峪关车站位于甘肃省嘉峪关市，地处西北。我国结合各地气象条件将全国划分为九个标准气象区，嘉峪关车站属于我国九大标准气象区的第IV区。典型气象区是以变化最多、影响最大的最高气温tmax、最大风速vmax、覆冰厚度b、和最低气温tmin为依据。此外设计中还能用到的气象资料有：处在正常位置时定位器和吊弦的温度、接触线无张力时的温度、线路横跨山谷时的最大风速等2。接触网设计时，确定和选择气象条件的方法如下所述3：(1) 最大风速时的温度最大风速时温度为。(2) 最低温度与最高温度最高温度与最低温度。(3) 安装温度和安装时风速安装温度为，安装时风速为10m/s。(4) 最大运营风速vmax接触网的最大运营风速。(5) 覆冰厚度和覆冰密度本地区覆冰厚度b=5mm，覆冰密度为900kg/m3。(6) 覆冰时的风速本地区覆冰风速。- 17 -3 设计计算3.1 主要线材选用(1) 考虑到对线型的技术要求，嘉峪关站接触线选择CTHA120（银铜合金）接触线，线索参数如表3.1所示。(2) 承力索选择铜承力索(TJ-150)，线索参数如表3.1所示。表3.1 线索参数表线形标称截面(mm2)计算截面(mm2)材质单位质量(kg/m)计算直径(mm)张力(kN)线索密度(kg/m3)线胀系数(1/oC)弹性系数(MPa)接触线120121AgCu1.08212.9158.941031710-6124000承力索150147.11Cu1.37713.7158.891031710-6124000(3) 腕臂：选-2.75型号，长度为2750mm，质量为11kg，外径48mm。(4) 拉杆：选16型号，长度为1600mm，质量为2.79kg。(5) 定位管：选-700型号，长度为700mm，质量为1.12kg，直径21.25mm。(6) 定位器：选-900型号，长度为960mm，质量为1.51kg，套管外径21.25mm。3.2 接触网波动速度的计算波动速度是决定运行速度的一个重要条件，本设计时速为：式中，为接触网最大时速，为接触线张力(N)，接触线的单位长度质量(kg/m)，为波动速度(km/h)，为无量纲系数本设计中取0.45。3.3 接触悬挂类型及相关参数的选择(1) 悬挂类型的选择根据我国采用动力集中式的特点以及从技术和经济方面的考虑，嘉峪关车站接触网设计悬挂类型选用简单链形悬挂4。(2) 补偿形式的选择温度变化时，接触悬挂会发生线性伸长从而影响张力的变化，为了能够保证接触线和承力索的张力恒定，嘉峪关车站接触网采用全补偿形式的接触悬挂。(3) 吊弦的选择整体吊弦具有机械强度高、耐腐蚀性能好、使用寿命长、施工安装方便等优点，所以在跨中采用整体吊弦。但由于在悬挂点处弹性较差，链形悬挂在定位点处采用变Y形弹性吊弦。(4) 锚段关节嘉峪关车站接触网平面设计中采用四跨绝缘锚段关节。(5) 中心锚结为了防止断线和蹿动，以缩小事故范围，需在锚段中部加设全补偿中心锚结，设置中心锚结时，在直线区段，设置在锚段的中间部位，含有曲线时，中心锚结靠向曲线较多的部位。3.4 接触网设计负载计算3.4.1 自重负载(1) 接触线单位长度的自重负载式中，为接触线单位长度的自重负载(kN/m)，为接触线的横截面积(mm2)，为所求线索的密度(kg/m3)，为自由落体重力加速度9.81m/s2。(2) 承力索单位长度的自重负载式中，为承力索单位长度的自重负载(kN/m)，为承力索的横截面积(mm2)。3.4.2 冰负载(1) 接触线单位长度的冰负载式中，为接触线单位长度的冰负载(kN/m)，为覆冰厚度b=5mm，接触线直径(mm)，为覆冰密度(kg/m3)。(2) 承力索单位长度的冰负载式中，为承力索单位长度的冰负载(kN/m)，为承力索直径(mm)。3.4.3 风负载(1) 最大风速时接触线单位长度的风负载式中，为最大风速时接触线单位长度的风负载(kN/m)，为风速不均匀系数取0.85，为风负载体型系数取1.25，为最大风速(m/s)。(2) 最大风速时承力索单位长度的风负载(3) 覆冰时承力索单位长度的风负载3.4.4 合成负载(1) 无冰、无风时的合成负载式中，为吊弦及线夹重力负载取0.510-3(kN/m)。(2) 覆冰时承力索单位长度的合成负载3.5 接触网设计实际最大跨距计算(1) 直线区段根据以往经验，在本设计中取直线区段最大跨距为60m，接触线许可偏移值为500mm，则在本设计中的最大受风偏移值为：式中，为当量系数取m=0.85，为跨距长度，为接触线之字值在直线区段上取300mm，为接触线水平面内的支柱挠度。因为在直线区段上，所以，直线区段所取的最大跨距满足要求。(2) 在曲线区段上，查询铁路电力牵引供电设计规范手册，接触线最大风偏移，接触线拉出值，时，最大跨距为：所以在曲线区段最大跨距取50m。3.6 全补偿链形悬挂锚段长度的计算全补偿链形悬挂锚段长度的计算包括直线和曲线区段两部分的计算。3.6.1 直线区段就全补偿链形悬挂而言，通常情况下锚段长度不得大于1800m，条件困难时锚段长度不得大于2000m。简单链形悬挂时接触线无弛度时温度：(1) 吊弦造成的张力增量取吊弦的长度为c=1.3m，。当时：当时：(2) 定位器形成的张力增量在直线区段上，由于定位器对接触线张力变化影响小(一般对于1500m长的锚段，其定位器产生的张力增量只有几十牛顿)，可以忽略。即。(3) 定位器和吊弦一起作用时总张力增量当为最高温度时：当为最低温度时：因为，所以符合要求。(4) 考虑接触线的弹性伸长当为最高温度时：当为最低温度时：所以，故选取的锚段长度满足设计要求。3.6.2 曲线区段就全补偿链形悬挂而言，通常情况下锚段长度不能超过l500m，直线区段部分的锚段长度允许适当增加。在计算极限温度下，补偿器和中心锚结之间产生的张力差不得大于。代表补偿器处的张力。3.7 嘉峪关车站硬横跨结构本设计选取嘉峪关车站其中一个钢支柱硬横跨为对象进行研究，其硬横梁两端被分别固定在钢柱上。支柱跟横梁通过法兰连接，基础跟支柱也可以通过法兰连接。硬横跨不仅具有机械上的独立、股道之间不产生影响、事故范围小、结构稳定、抗震动、抗风性能好、稳定性强等优点，而且硬横跨具有较好的刚度，能改善弓网受流，因而又具有磨耗小、可降低离线率等一系列优点。硬横跨跨越能力强，能有效降低支柱高度，既做到满足刚度及稳定性，有做到相对经济合理适用。硬横跨由横梁、支柱及基础组成，支柱选无缝钢管，横梁选用正三角形截面格构式钢管组合梁。(1) 硬横跨的采用改变了原来桥支柱的受力特点原来的单腕臂支柱单向受力，主受力方向是垂直线路方向；硬横跨支柱是双向受力，垂直、顺线路两个方向均为受力方向，硬横跨的采用是垂直线路方向的受力性能提高，通过最不利荷载组合，主计算方向确定为顺线路方向。(2) 采用硬横跨，增加硬横梁，垂直负载增加了支柱容量，水平负载增加了顺线路方向的柱顶风荷载。通过计算分析，支柱容量和硬横梁的容量都符合负载计算的要求。4 绘制嘉峪关车站接触网平面设计图4.1 放图嘉峪关车站只有4个股道，所以横跨部分全部采用硬横跨结构进行设计。I、II号股道为正线，3、4股道为侧线，正线总长2190.38m。本设计平面图的绘制是以1:2000的比例进行的。嘉峪关车站的道岔型号全部采用1/12。4.2 支柱的布置支柱的布置是先从咽喉区开始进行道岔柱和定位柱布置，为此尽量采用标准定位4。然后确定车站中心的支柱，最后完成其他位置的支柱布置，需要满足相邻跨距的设计要求。嘉峪关车站的设计中，最大跨距为60m。4.3 锚段的划分由于本次平面设计是嘉峪关车站的设计，所以必须在车站两端下锚，为了便于检修，在站台两侧进行下锚。在站场两侧下锚时，需要使接触悬挂的方向发生变化时，要保证与原接触悬挂水平的方向之间的夹角尽可能的小，以不超过10为好。在高速线路运行的情况下，严禁在站场部分正线与站线发生相交，需要使正线保持相对的独立性，保证高速列车能够无阻碍地顺利通过5。中心锚结设置在全锚段长度的中部及附近，这样才能够保证从中心锚结到锚段两端补偿器之间所产生的张力差相差不大。4.4 接触线拉出值的确定从咽喉区开始，按顺序确定拉出值的方向和大小。在道岔位置处应尽量按照标准定位确定拉出值，在直线区段上，选取的拉出值标准为300mm6。一般情况下曲线区段的半径在300-1200m之间，所以选取的拉出值标准为400mm。曲线区段导线走曲线的割线，曲外全取正，曲内全取负。4.5 支柱类型的确定依据支柱所处位置和功能的不同，选择不同类型的支柱、编号和容量7。由于嘉峪关车站是4股道的车站，所以站场的横跨类型为钢支柱的硬横跨，根据不同的需要选择不同类型的支柱及容量8。4.6 校核与校验在完成以上步骤后，分别对锚柱及最大风速下的风偏移值进行容量校核，要求原选支柱的容量比负载时的容量值大时，才能使其满足设计的需要。4.7 表格栏及相应说明完整的接触网平面图，不仅需要上述线路两侧所布置的支柱，还需要在图形下面绘制相应的表格栏使其与图上的支柱对应9。表格栏内应标出所需的各种原始资料、所用设备的规格类型、技术参数及其对应的安装图号等10。具体内容如下所述：(1) 支柱类型：支柱类型栏内要列出支柱的型号、数量及材质。支柱类型的选择是以最坏情况下所需支柱的容量为依据进行选择，所需的计算条件分别是最大风速、最低温度及最大覆冰，选取各种条件下所得弯矩的最大值。(2) 侧面限界：本设计中侧面限界范围为2.5-3.1m，设计采用的侧面限界为3.0m。(3) 基础（横卧板）类型：根据不同的支柱类型选取不同型号的横卧板，横卧板有两种类型分别为I型和II型。I型横卧板为，其中孔距大小为，孔径的大小为；II型横卧板为，其中孔距大小为，孔径的大小为35mm。(4) 地质情况：在平面图的表格栏内要明确的标出接触线所过路线的地质情况。因为地质情况的不同对基础的稳固程度与支柱埋设地点有很大的影响，因此要表明不同情况下的承压力。本线路的地质情况用允许土壤承压力来表示，均为+100kPa。(5) 硬横跨及腕臂柱的安装图号：它表示了各种类型的硬横跨或腕臂柱所对应的不同装配形式的图号。根据支柱工作状态的要求设计单位，绘制各种类型的支柱装配定型图，每一张装配图都编有与之相对应的图号。为了使工程数量统计和施工参考更方便，在接触网平面图中都必须标出与支柱相对应的装配图图号11。(6) 回流线安装图号：它表示回流线在支柱上的装配形式及所对应的图号。4.8 接触网平面设计图及设备装配图说明(1) 嘉峪关车站接触网平面设计图说明附图A所示图为嘉峪关车站接触网平面设计图。本设计的首要目标是绘制车站接触网平面设计图，它不仅是嘉峪关车站内布置接触线的指导性图纸，同时也是施工单位架设接触网的主要依据，不仅对施工工程的成功与否有很大的影响，也对到电气化铁路能否稳定安全的运营有重大的意义。在平面设计图中所对应的位置，必须标出相应的公里标、锚段长度、下锚位置、拉出值、跨距和支柱号等必须的接触网施工参数，还应绘制与之相对应的表格栏。悬挂类型：采用全补偿链形悬挂；接触导线与正线承力索的类型：CTHA120+TJ-150；正线承力索与接触导线的张力：15kN+15kN；站线承力索与接触导线的类型和张力分别为：TJ-150+CTHA120及15kN+15kN。道岔型号均选1/12，且尽量采用标准定位。接触导线距地面距离为6350mm。(2) 嘉峪关车站接触网装配图说明嘉峪关车站接触网装配图如附图B所示。附图B.1表示直线绝缘转换柱装配图，本图适用于支柱直线处双重绝缘转换柱的安装。完成定位管及水平腕臂安装后，截掉端部多余的部分只留150mm及100mm的余量。尺寸除注明外均以毫米计，侧面限界为2.5m。附图B.2表示直线绝缘转换柱装配图，本图适用于支柱直线处双重绝缘转换柱的安装。完成定位管及水平腕臂安装后，截掉端部多余的部分只留150mm及100mm的余量。尺寸除注明外均以毫米计；侧面限界为3.0m。附图B.3表示硬横跨装配图，本图的设计速度满足各等级速度的要求。采用简单链型悬挂的悬挂方式，支柱为等径钢支柱，横梁为正三角形截面结构式钢管组合梁。钢管硬横跨表示为YHK-G1，其中YHK-G1表示跨度范围为15.0-40.0m的单跨硬横跨。横梁表示为PC1-L或PC2-L都用于单跨，其中PC1-L型适用于每一单跨跨度范围为15.0-30.0m的硬横跨，PC2-L型适用于每一单跨范围为30.1-40.0m的硬横跨。附图B.4表示道岔柱装配图，本图适用于链形悬挂双重绝缘道岔处道岔柱的安装。安装接触线时侧线在上，正线在下。采用单绝缘安装时，取消接地跳线，此时绝缘子采用QBN2-25型，安装道岔柱的侧面限界为3.0m。附图B.5表示钢筋混凝土柱全补偿下锚装配图，本图适用于钢筋混凝土柱全补偿下锚的安装。尺寸除注明外均以毫米计，下锚支柱安装的侧面限界为3.1m。附图B.6表示回流线腕臂柱肩架装配图，本图适用于回流线安装。采用LBGLJ-185型的回流线时，并沟线夹零件7改为JBY-185型。附图B.7表示钢柱全补偿下锚装配图，本图适用于钢柱全补偿下锚的安装。尺寸除注明外均以毫米计，下锚支柱安装侧面限界为3.1m。附图B.8表示回流线终端下锚装配图，本图为回流线终端下锚安装。去掉拉线时采用的钢柱型号为G13、G15。附图B.9表示直线中间柱正定位装配图，本图适用于在直线处中间柱正定位的安装。完成定位管及水平腕臂安装后，截掉端部多余部分只留150mm及100mm余量。尺寸除注明外均以毫米计，直线中间柱正安装的侧面限界为3.0m。附图B.10表示直线中间柱反定位装配图，本图适用于在直线处中间柱反定位的安装。完成定位管及水平腕臂安装后，截掉端部多余部分只留150mm及100mm余量。尺寸除注明外均以毫米计，直线中间柱反安装的侧面限界为3.0m。结论本文通过对相关文献和设计规范的了解，对嘉峪关车站接触网平面设计进行了工程设计。在此基础上，通过对线路资料进行计算分析，运用CAD绘制出嘉峪关车站接触网装配图和平面图。主要的结论和成果如下：(1) 通过对线路的原始资料进行分析，得到所需要的数据，并根据所得数据选择线索类型。根据所选线索类型计算出实际最大跨距和全锚段长度，同时进行了硬横跨的设计。(2) 结合嘉峪关车站的实际情况，选择合适的支柱类型、跨距、锚段长度和接触线的拉出值。运用CAD绘制出嘉峪关车站接触网平面图，并在图中绘制表格栏、咽喉区放大图和工程统计表。(3) 运用CAD绘制出与嘉峪关车站接触网平面图相对应的装配图，并在图中对装配图进行说明。需要进一步研究的问题：通过进行实地勘察，确定出更为精确的气象条件和地质条件，设计出更为适合实际情况的接触网平面图。致谢本设计（论文）的工作是在xxx老师的悉心指导下完成的，xxx老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此对xxx老师对我的关心和指导表示衷心的感谢。在做毕业设计期间，xxx老师帮助我客服了许多设计上的难题，无论是从选题、开题、论证，还是到设计的完成，xxx老师都提出了很多宝贵的建议。这为我设计的顺利完成，提供了正确的方向，使我做设计的效率得到了很大的提高。同时也保证了课题的质量，使我从中学到了许多东西。在此再次对xxx老师对我的指导和关心表示衷心的感谢。在撰写毕业设计（论文）期间，xxx等同学对我的设计工作给予了很大的帮助和支持，在与他们的讨论过程中解决了很多问题，在此特地向他们表示由衷的感谢。参考文献1 于万聚.高速电气化铁路接触网M.成都:西南交通大学出版社,2002:56-62.2 张道俊,陶维富.接触网运营检修与管理M.北京:中国铁道出版社,2006:20-24.3 中华人民共和国行业标准TB10076-2000/J832001,铁路枢纽电力牵引设计规范S.北京:中国铁道出版社,2000:54-69.4 李伟.接触网M.北京:中国铁道出版社,2000:45-47.5 张伟华,曹新文.高速受电弓接触网系统的动力学研究J.西南交通大学学报,1991,26(1):104-115.6 吴积钦.列车提速与弓网关系D.成都:西南交通大学,2006:56-61.7 吉鹏霄.接触网M.北京:化学工业出版社,2006:34-39.8 于万聚.接触网设计及检测原理M.北京:中国铁道出版社,1993:2-8.9 马桂贞.铁路站场及枢纽M.成都:西南交通大学出版社,2003:29-32.10 铁道部电气化工程局.接触网设计工程手册M.北京:中国铁道出版社,1995:16-22.11 于万聚.电气化铁路接触网CAD系统M.北京:中国铁道出版社,1997:20-26.附图A 嘉峪关车站接触网平面图附图B 嘉峪关车站接触网设备装配图