电力牵引用接触线的沿革及部分特性探讨.pdf

q 7 ( ) 1一q ； 6 f L |誊 嚣 3 l蘼 孽 学 |缓 l 搿 誊蘑 蓦 髯蟊 i 留 ： ： 鲁 ：鳝 E蓐 钧 | 菇 | 摩 茹 蓐f 电力牵 引用接触线 的沿革及部分特性探讨 阜新市电缆厂 刘来 宁 2 一 摘要蛾说要 触 椴 ： 缎 奸 主 题 词 ， 品 种 技 术 特 性 理 论 分 析 ， 力 叉 1 前 言 经济的飞速发展 ， 要求 能源、 通信、 交通 等领域 有一个 超前 的发展 。 因此 ， 与铁路 交通 密切相 关的 电力牵 引用接 触线也会 有一 个 同 步 的发展 。 接触 线产 品的 主要特点是 ： ( 1 )使 用单 位对 产品抗 拉断 能力 的可 靠 陛要 求苛 刻 ， 不允 许 由于 导线 断 线 等造 成 列 车 中断运行 的事故 发生 。 ( 2 )产 品 的表 面 质 量要 好 ， 不 影 响 使用 性能 。 ( 3 )所 用材 质决定 了产 品的性 能 。 ( 4 )产 品的耐 磨性 、 耐腐 蚀性 、 耐温 升和 取 流性能 ， 以及设 计允许 的产 品磨 耗 高度 ( 或 面积) ， 决定着产品 的正常使用寿命。 【 5 ) 要求产品有 良好的电性能和综台机 械性 能 。 由于 电气 化铁 路 工程 都属 国 家 重 点 工 程 面 向 国际招 标 这 样就使 接触线 除 了存 在 技术竞争之外 ， 还存在着价格竞争。 双沟形接触 线的沿革 1 双沟形铜接触线的沿革 我 国电气化铁 路建设起 始于 0年代 末 ， 所 以双沟 形铜 接 触 线首 先得 到 了应 用 ， 其 代 表规 格 TC G1 0 0的外形尺 寸详见 图 1 。 莪 国 早 期 的 铜 接 触 线 按 照 部 标 准 J B 2 图 1 T C G1 0 0双淘形铜接触线 b j 5 6 8生产 ， 由于受到黑铜杆制造长度 的 制约 ， 接 触线 的制造长 度需 靠焊 接才能 达到 。 8 0年 代末 到 9 0年 代 初 ， 随着 上 引 法生 产 无 氧铜 杆设 备及 其工 艺 在 国内推 广 ， 大大 加 速 了铜接触 线的更新 换代 1 9 9 1 年 我 国颁 布 了 电 力 牵 引 用接 触 线 国 家 标 准 ( GB 1 2 9 7 1 9 I ) ， 从此铜 接触线 的制造 水平 上 了一个新 的 台阶 ， 其 代表 规格 C TI O 0的性 能见表 I 。 但 是 ， 在 电气化铁 路项 目的 国际招 标 中， 现 在用 户 已 把 C T1 0 0铜接 触线 的综 台 拉断 力 提 高 到 3 9 9 6 k N， 其 制 造 长 度 要 求 在 3 0 0 0 m 以上 。这 就对 铜杆 的质量 水平和 接触 线的拉翩工艺水平又提出了更高的要求， 尽 量 消除生产 中人 为 因素 的影 响是稳 定提高产 品质 量 的关 键 。 维普资讯 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 。 一 3； g _辟 - 彦| 簿! 彗! 雾 蟛 雾f 麝鳍簿l 雾 雾| ：| 灞 i 缓| 掌 考| 孝 群番 表 1 l O O mm 新老 双沟形铜接触线性能对 比 TCG1 O0 CT l 0 0 项 目 ( j B 6 5 5 6 8 ) GB l 2 9 7 1 9 1 ) 结 构尺 寸 见 圈 1 见 图 l 制造长度 【 m) 不小于 5 5 0 1 8 0 0 焊 接 点 ( 十 ) ， 超 过 2 0 5 拉 断 力 ( k N)不 小 丁 3 4 3 0 3 4 6 1 伸 长率 t ) ， 小 于 4 2 9 扭 转 t 戎 ) 少 于 3 反复弯曲 状) 不少于 2 8 2 0 。 c直 漉 电 阻 l n k in) 0 1 7 9 0 1 7 6 8 * 应J H于铁路 系境时， 不允许有焊接点 目前 ， 国外 许 多 国家普 遍 采用 铜 台 金 接 触线 。据 资料介 绍 ， 在铜 中加入 少量 镉之后 ， 导 电率虽下 降约 l O ， 但耐磨性 可 提高 3 o 4 0 ，在 铜中 加入 0 1 2 的 银 ， 寿命 可 提 高一倍 在铜中加入 0 2 5 锡， 导电率虽下 降 2 0 而 寿命 则提 高 4 O 左 右 。原 苏联 标 准 F O C T 2 5 8 4 7 5规 定 ： 低 合 金 铜接 触 线 使 用 寿 命 不 低 于 8年 ； 青 铜 接 触 线 不 低 于 1 5 年 ； 铜 接触 线不低 于 6 年 。 铜 合 金 接 触 线 除 了可 提 高 使 用 寿 命 之 外 ， 还 能 提 高 抗 拉 强 度 和 耐 温 性 能 。 以 l O O mm 截面 为例， 可 使抗 拉强 度从 3 6 2 8 MP a提高 到 4 3 1 _ 5 MP a ， 允 许使用 温 度从 9 0 9 5 提高 到 1 1 0 1 3 0 o c 为 了进 一步 提 高机 械 性 能 ， 英 国 曾开 发 过 碳纤 维加 强铜 接触 线 ， 强 度 可达 6 8 6 MP a ， 耐磨 性 也好 ， 但 因成本 高而难于 推广 。 日本 采 用热浸 涂工艺 生产 的 1 1 O mm 铜 包 钢接 触线 ( 见 图 2 ) ， 拟在 时速 3 0 0公 里 的 高 速铁路 上使 用 。 该产品具有优异的综合机械性能 ， 抗拉 强 度 高 ， 耐 热 ， 耐 磨性 能好 ； 其 寿 命较 铜 接 触 线 有 丁 较 大 的提 高， 见 图 3 。 据 1 9 9 3年的 有关 资料 介绍 ， GT-C S铜 包 钢接 触线 已用 在 日本一家私 营公 司的 铁路 上 和 日本 东 海 道 新 干 线 一段 两 站 间 的 线 路 上 ， 一 直 运行 良好 。 2 钢铝与 铝合 金接触 线的 沿革 图 2 日本柏 G T-C S l 1 0铜包钢接触线 I 2 1 l 售 1 0 g 囊e 霞 T 6 5 1 包锕接胜龋 世线 导 电 弓运 行 趺盈 ( 万 弓辈次 ) 图 3 G T-C S铜包铜接触线 与 铜接触线室 内磨耗比较 每 新 建一 公里 铁 路复 线 约 需铜 4吨 ， 考 虑到 铜的 资 源等 原 因 ， 早 在 4 0年代 束 ， 利 用 铝导 电性 好 和 钢耐 磨的 特 点 ， 法国就 研 制 过 钢铝 接触 线 ； 5 0年 代波兰 试 制 了图 4所示 的 S 1 o o Z l 5型 钢铝接 触线 。 6 0年代初 我国开始研制仿波兰型的钢 铝接触 线 ， 并吸取其 经验 和教训 ， 把研究 的重 点放在改善低碳钢的耐大 气腐蚀上， 最后选 择的钢种为 1 0 c u钢或 1 0 P c u R e ( D) 钢 。 在 钢中加 入磷 后 ， 耐 腐蚀性有 了较 大的改善 ， 并 采用预热电阻焊等工艺使由磷带来的难 以焊 接的 问题 基本得 到解决 。 但是 ， 该产 品由于 受 到异型钢带轧制工艺承早的限制 ， 接触线制 3 维普资讯 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 雾季 誊 雾 t 鍪 ； 謦| 骞 馨 ! 磐f 钢 图 4 S 1 0 0 2 1 5型钢铝接触线 造 长 度 中 的锅 带 由多 段焊 接而 成 ， 鉴 于 焊 口 的性 能 试验 属 于破 坏性 试 验 ， 所 以焊 接质 量 只 能靠 工 人 的熟练 程度 来保 证 。1 9 8 9年 ， 我 国开 通的电气化铁路正线 已有 6 7 1 9 2 k m， 其 中： 钢 铝 接 触 线 占 3 8 5 3 k m，占总 长 的 5 7 3 0 ； 铜 接 触 线 为 2 5 7 7 2 k m， 占总 长 的 3 8 4 。产 品 的代 表 规 格 C GI w2 1 5( 原 GI C A一 1 0 0 2 1 5 ) ， 结 构 尺 寸 基 本 同波 兰 的 S 1 0 0 2 1 5 。 此外， 英国和 日本等在 6 0年代后期开始 研 究整 体铝合 金接 触线 。 日本研 制 了 $ 1 2 6 和 $ 1 3 3型整体铝合金接触线 。 我 国从 1 9 6 9年 开 始 研 制整 体 铝台 金 接 触线， 主要是研究铝镁和铝镁硅铁这两个错 台金系列 ， 分别试制 了 1 3 0 ram 、 1 7 0 mm 和 2 0 0 mm 接触线， 经在矿 山以及铁路侧线上 做悬挂试验表明： 以铝镁为材质的整体铝台 金 线存在 的主要 问题是 ： ( 1 )导线寿命低； ( 2 )靠加大变形量的办法可以提高抗拉强度 和耐磨性， 但其它机械性能下降， 施工中有折 断现象 ( 3 )由于当时生产工艺方面的原因， 接头多， 可靠性低 ( 4 )线膨胀系数太， 为设 计长大锚段带来一定困难。采用铝镁硅铁合 金 后 ， 强 度 能 增 加 1 0 2 0 MP a ， 电 阻 有 所 下 降 ， 耐磨性 也有 所提 高 。 4 上述 两种 材质 的整 体铝合 金接触线 经 实 际挂线验证， 由于耐磨性和施工性 能都不理 想， 后来将材质改进为热处理型铝镁硅稀土 台金， 接触线的代表规格型号为C L HA 2 0 0 ， 见 囝 5。 图 5 CL HA 2 0 0整体铝台盘接越线 l 9 7 8年 前 后 ， 我 国 开始 研 涮 铺一 铝一 铝 合 金复合接触线。1 9 7 9年， 根据国内外几种代 铜 接触 线 的研制 情 况 ， 有关 部门 提出 了以 提 高耐磨性及使用寿命为中心的代锕导线设计 的 8 项 指标 ： ( 1 )应用 目前 条件 ， 一般 正线 的 接触 线 的使 用寿命 应大 于 2 0年 。 ( 2 )少用或 不用铜， 价格适宜、 资源丰富。( 3 )综合拉断 力不小 于 3 9 2 k N。 ( 4 )良好 的导电性 及取谎 性， 以减少电能损耗和电磨耗 ( 5 ) 抗大气腐 蚀性好。 ( 6 ) 施工性好。 ( 7 ) 导体材料有良好 加工工艺性 ， 既要考虑批量生产的可能性 ， 又 要 考 虑 用 于 l k m 以上 长 大 锚 段 的 可 能 性 。 ( 8 )综合线膨胀系数要小 这就成了当时研 制钢一 铝一 铝台金复合接触线 的纲领 ， 其关 键 在于 选 材。 经 过反 复对 比试验 ， 对其 铝合金 部 分最后采用第 l 1号铝合金 配方， 并于 1 9 7 9 年完成试验 线， 其代 表规格 型号为C GL HD 2 6 0 ( 原 F GI C - 2 6 0 ) ， 结构见图 6 。 通过试挂线 认为： 产品达到了设计要求。 产品具有许用载 流量大 的优 点 ， 其 寿命与 T C G 1 0 0铜 接触线 维普资讯 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 图 6 C , C - L HD 2 6 O钢一 铝一 铝台金复台接触线 相 当。 综观上述各型钢铝接触线 ， 它们的机械 强度高， 载流量大而抗过载能力强 ， 在车流 密 、 取流大 的重载繁忙干线上显示 了很好的 耐磨性 ； 但因断面结构不台理， 耐大气腐蚀性 较 差 ， 异形 钢带 4 0 m 一 个接 头 也是 运行 不安 全 的隐 患 。为此 ， 我 国在 参考 日本 内包 钢 的 TA 型钢铝复合接触线 ( 图 7 ) 的基础上 ， 于 8 0年 代 初 研 制 了 简 化 钢 带 截 面 形 状 的 CG I N 2 5 0内包梯形 钢的钢铝复台接 触线 ( 图 8 ) ， 并 于 1 9 8 5年通 过鉴定 。 1 9 8 7年起 ， 又 对 该 产 品分 两个 阶段 进 行性 能完 善 ， 第 一 阶 段 是 研 制长 度 不 小 于 3 0 0 0 m 的无 接 头 铝 包 钢 接 触线 ， 第 二 阶段 是研 制 采用 耐 大气 腐 蚀 更好、 机械性能更优的新钢种 ， 最终使产品性 能全面达到 了设计要求， 目前正稳步推广于 电气化铁路正线上。 各型接触 线综合分析比较 我 国接 触线 的开发 和应用 与 国外 发 达国 家相 比， 差距还很大 。 除了我国铁路的电气化 程度不高之外 ， 接触线 的品种还不多。 国外许 多 国家采用铜台金接触线 已较普遍， 像 日本 现又 开发 了铜包 钢接触 线 ； 而 在 我国 ， 前 一个 品种 刚处 在 试 挂线 阶 段 ， 后一 个 品种 则 尚 属 图 7日本 T A 型铝包钢接触线 圈 8 C G L N 2 5 O型铝包 钢接 触线 空 白。 各型接触线 的 主要性 能 比较 ， 见表 2 表 2中的 相对 载 流量 的概 念 ， 详 见 下一 节的叙述 。 表 2中的 相对 许 用磨 耗 ， 指 的 是 以铜 接 触线 CT 8 5 ( T) 为参照， 当其它接触线磨耗后 的综台拉断力相 当于 CT 8 5 ( T) 时所磨 去的 高度 及对 应的截 面积 。它并 非是 接触线 的实 际 允许 磨 耗量 。以 C G I N 2 5 0为 例 ， 设架 线 张 力 为 1 4 7 k N 时 ， 它 的 设 计 允许 磨 耗 高度 为 5 3 6 mm， 截 面积 约 7 2 ram ； 若 架线张 力为 5 维普资讯 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 ：多 痨 雾 孽 碧 毒 挚：l旁蕾| 毒 ：!善 彰 彰 蓦 蓦 表 2 各型接触线主要性能 比较 琼音拉断力 相对截流量 直流电阻 线膨胀系数 相对允许磨耗 类别 j 规捂型号 ， N)不小于 ( A m - k m) t 1 0 C ) 高度t ra m) 截面积t m 巾 e C GLN 2 5 0 5 4 0 O 0 4 69 0 l 4 0 ： 7 l 6 5 80 即铅 及 C GL W 2 1 5 4 9 0 3 9 4 0 4 O I 8 4 l 7 4 3 3 6 离台盘l o G LHD 2 6 0 3 9 2 0 0 5 0 0 0 1 ： 2 l 3 6 2 8 0 睦触线f CL H A 2 0 0 5 0 9 6 0 3 4 5 0 1 6 4 2 3 7 5 I TA( 日本 ) 4 3 2 ,0 0 3 8 0 0 1 7 5 2 1 7 7 4 5 d 3 l C T 1 0 0 3 4 6 l 0 3 0 8 0 。 1 7 6 8 。l 1 7 2 1 5 3 ： j 4 3 5 6 2 0 D 3 4 ： 9 I C1 】 1 O 3 7 7 4 0 3 51 0 2 5 I l 1 3 。8 5 1 6 J C TI Z 0 2 0 0 0 3 6 9 l s n _ ： _r 】 5 】 3 90 4 6 5 4 3 4 l4 31 5 。CT CS 1 I O (日本 ) 7 3 l 0 8 26 2 I C T C s 1 7 0 ( 日本 ) L 1 0 0 O 0 3 7 0 7 6 9 8 1 k N对 ， 则允许磨耗高度为 7 5 8 ram， 对 应 的截 面积 为 1 1 2 3 ram。 。显然 ， 允 许磨耗 量 与现场 使用条件有关 。 当然 ， 在如何判定 导线 是否 已磨耗 到 限问题上 ， 理解也不尽统一 ， 建 立 相对 允许磨耗 概念 的 目的 ， 主 要是 为 比较 各 型接触线 的使用 寿命 提供参考 。 通过综合分析比较可 以看出， 铜包钢接 触线的综合拉断力远高于其它各类接触线， 它 安全 可靠性 高而 寿命 长 ， 更 能适应 电 气化 铁 路运输 向 高速 重载方 向发展 的要求 ； 至于 载 流能 九欠佳 的不足 ， 可 以通 过 适 当增加 设 计 截面的办法来弥补 。 由此看 来 ， 铜包 钢接触 线很可 能是 今后大力发 展的线型 。 对接触线部分特性的探讨 1 对允许 载流量及其可 比性 的探讨 接触线的允许载流量 是一个受允许温 度 及风速 等多种 因素 制约 的运 行参 数 通 常 可 用实验 或计算的方 法求得 目前 ， 由于计算 所依据的参数值不统一 致使接触线之间的 载流能力就难以作定量比较。以双沟形铜接 触线 为例 ， 三 种 不同资 料介绍 的数 据就 各不 相 同： 一 是 C T I I o的 直流 电 阻 为 0 1 5 7 0 k m， 允 许 载 流 量 为 4 4 0 A； 另一 是 TC G O t 老型号 ) 的同 样参数 分别 为 0 1 6 8 D k in 及 6 0 0 A： 再 一是 T C G i 0 0 ( 老型号 ) 的两项参数 6 分 别为 0 ， 1 7 Z k m 及 5 5 0 A。在三者 中不难 发现 ， 同样 为 l O mm。 的接触线 ， 直 流电阻大 的反 而载 流能力强 ； 截 面小 的反而 比截 面大 的载 流能 力大 。这显然是不 能指导实践 的 对 于钢铝 接触 线， 一 些学者 现 已认 为其 允 许最高 工作温度参照 钢芯铝 绞线取 为8 O 是过 于保 守 的， 它 不利 于实 际载流 能力 的发 挥 ， 故建议取 i 0 0 。 c。 理 由是铜 铝接触线 的高 温强度和软化 温度高于铜 接触线 在5 0 0 。 C 条 件 下 C G I N 2 5 0的综 合 拉 断力 为 3 7 3 k N， 而 C T 1 0 0 铜 接触线 仅为 1 2 k N； 铁的再 结 晶温度 4 5 0 C， 硬 铜一般在 2 6 9 。关于 铜台 金 接 触 线 一 种 提 法是 允 许最 高 工作 温 度 1 】 0 l 3 0 。囝 9 是 几种接触线 耐温能 力的 示 意图 ， 从 中大致 反映 出铜包 钢接 触线 的耐 温性 能高于其 它类型接触线 。 再 能耗 的角 度 来看 ， 以 l l 0 mm。 铜接 触线 为倒 设接 触网电压 为 2 5 k V， 取 2 0 。 C的 导线 电阻 =0 1 5 D k in( 不计交流影 响) ， 载 流 量 ，取 5 5 0 A， 可求 得 电压降 为 ： 1 ， 一1 R一5 5 0 0 1 5 =8 Z 5 ( V k in) 该电 压降 占接触 同电压的 0 3 3 若考 虑磨 耗 和 温升 电压 降会成倍 的增加 。铜在 Z O 。 C 时电阻温度 系数 口 一3 9 3 1 0 。 C， O mm! 铜 接 线 磨 耗 到 限 时 2 0 C 直 流 电 阻 = 0 2 ,1 7 n k in， 当温度从 2 O 。 c升到 9 5 。 c时其 维普资讯 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 g 霉 孽 蓐 舞女 藩 蓦 羞 采 当 组 一a l 0 、 cGL N2 5 0 、 一 缸 一 o CTllO 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 O0 6 0 0 温度( ) 围 9 几种类型接触线耐温能 力 电阻 R。 为 ： - o - z 一 0 3 1 ( n k in) 同理可求得此时的电压降为 】 7 3 V k in， 占接 触 阿 电压 的 0 7 。 故从 能耗 的角度 考虑 ， 当 截面积相近时 ， 铜接触线的允许最高工作温 度应 高于钢 铝接触 线 。 综 台 以 上情 况 ， 建议 本 行 业 对接 触 线 额 定 的基 准载 流量计 算时所 依据 的环境 温度 及 允许 最 高工 作 温度 等 ， 在 产 品标 准 中作 出明 确的规 定 为 了解 决载 流能 力的 比较 问题 ， 本 文 提 出的 相 对载 流量 的概 念 即是 在 不计 公 共 影 响因素条件下求得的载流量 采用公式为 ： n 02J C M ( 2 一t 1 ) 一西 R t r 1 以及近 似公式 ： I 2 。 一l _ 1 J 或 I s l 5 J 式 中 0 热 量 ， J J 2 厂2 0 mi n的载 流量 ， A I 5 5 rai n的载 流量 ， A f 时 问 ， s - 环境 温度 ， 本文 取 2 0 C f ： 允许 最高 工作温 度 ， 取 铜和 钢铝 复台线 9 O C、 铝 合金 线 8 0 、 铜 包 钢线 和 铜 台 金 线 1 0 0 。 C C 比热 ， J gc。 铜取 0 0 9 4 ， 铝取 0 2 1 ， 铁取 0 1 1 R 工作温度时的交流电驵 ， n k in。取 RR2 。 质量 ， g k in J 相对允许 载 流量 ， A 各类 接触钱相对 载 流量计算 结果列 于表 2 。 相 对 载 流 量的 主要 用 途 是 ： ( 1 )用 于 接 触线 载流能力 比较或 比较时的参考 ； ( 2 )判 定 不 同类 型接 触 线 载流 能力 的相 当关 系 ， 如 从 表 2中可 以 看 出 ， C GL N 2 5 0型 钢 铝 接 触 线相 当于 C T 1 5 0型铜接 触线 ( 3 )在行业 对 各类接触线载流量计算所依据的参数( 环境 温度 、 允许 最高工 作温 度等) 有统一 规定或 在 产 品标 准 中有 明确规 定 的 条件 下， 利 用其 相 对关 系 ， 可 以在 已知 其 中之 一允 许 载 流量 的 条件 下 推 出其它 各类 接 触线 的 允许载 流量 从而 使运辞 过程大 大 简化 。 2 温升 下 铝包 钢 复 台 接触 线 内部 受 力 情 况厦 其综合拉 断力 表 3 是 三种 接触线 在短路 时高 温拉伸 试 验结 果 ， 它宏 观上 反 映 了温 升对 综 合拉 断 力 的 影 响 表 3 三种接触 线高温拉伸试验结果 过 越 鹱 接触 线 拉 断 力 ( N】 ( ( j CGLN 2 5 0 CT 】 00 TH 1 5 46 5 3 5 4 l o 0 4 3 3 9 8 7 0 0 3 8 3 3 3 2 3 3 5 3 l 加 37 5 3 05 3 0 6 l l0 37 8 l g 3 髂 6 j U 0 36 6 l 1 9 1 4 4 铜肯盒接触线。 然而， 由于钢和铝的线膨胀系数不同， 在 有 温升 时 ， 当钢 铝 之 间的结 台 力 足够 且 两 者 不 发生 相 对位 移 情况 下 ， 接触 线 内部就 会 产 生 内应力 。 在弹性力 学范 围 内 ， 该 内应 力在 微 7 维普资讯 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 I 藏 # 学 碧 学 彰鹫| 誊 誊 骞 i 毋辱 鲁 I 嚣 观 上符 台 以下规 律 ： 设 铝包 钢复 合接 触线 原 始 长度 为 L 。 在 有 温升 时假 想铝 和钢 各为 自 出状态 ， 铝 部 分 自由伸 长后 的长 度 为 厶： ， 钢 部分 自由伸长 后的 长度 为 L 在无外载 荷 的 情 况下 ， 如果 结构 力 良好 的接 触线 在 温 升 后 的实际 长度 为 ， ， 此 时 铝部分 受 到压缩 变形 ， 其压缩 变形 量 为 ： = L 一 L 钢部分则被拉伸变形， 出于受铝压缩变形 的 附加影 响 ， 其 拉伸 变形量 为 ： 一 ， I 当接 触线 在温 升下 有 外载 荷 F作用 时 ， 其实 际长度变 为 ( ， | ) ， 铝的压缩变形量则 为 ( 目 ) 如果 温升下 的外载荷 足够 大 ， 接 触线 的实 际长 度 变为 ” ， 铝将 由压缩 变形 转 变为拉 伸变 形 ， 变 形量 为 ： = f _ 一 I 由此 ， 钢和 铝共 同承担外 载荷 ， 此时钢 的变形 量 为 ： x 。 = I 一 I 随 着外 载 荷 的增加 ， 钢将 始 终存 在 比铝超 前 一 个 由温升 引起 的初始 变形 ， 其值 为 ； 一 + 一 L目一L 设 内力 为 Y_受长度 为 ， 利 用上 述 弹性 力学分 析 可 以推 出温升 条件 下铝包 钢复合 接 触线 内力与伸 长后实 际 长度的关系 曲线如 图 l 0所 示 在 图 l O中 ， 曲线 1 是 在 r L 时的 钢 内力 与 的关系 ， 其方 程为 ： =兰 T - S 曲线 2是 L 耐 的 铝 内力 与 r的 关 系 ， 其方 程为 ： ： 穹 一 E S 目 曲线 3是 温 升 下 有( 无) 外 载 荷 、 而 铝 存 在 压缩变 形 ( L ) 时 ， 铝 内力与 工的 R 围 1 0钢 铝 接 触 线 在 有 温 升 时 内 力 与 长 度关 系 关系 ， 其方 程 为 ： ：一墨 + s 曲线 4是整体铝包钢接触线的内力与 z 的关 系。当 L z L 目时， 其方 程有 ； 一 警 一 警 l L 目 。 一 当 z L 时 ， 其方程 有 ； = + 警 卜c 当 r L 时， 则 =0 t g 目 是 钢部 分 的刚 度 ， 即是钢 单位 变 形 所 受 的力 ， 它 为常数 。 t g 6 自是 铝部 分 的刚度 ， 当直线斜率小于零即 t g O 目 O时， 铝受拉伸变形。 对 C GI N 2 5 O 铝 包 钢复 合 接 触 线而 言 上述 各式 中的 其它 参 数符 号是 ： E 为 弹性 模 量 E 和 E 目分 别 为 2 0 0及 6 3 G P a ； S为 截 面积 S 和 S 分别 为 6 2和 1 8 8 I n to： 。 由变形 条 件 可知 ， 当钢 铝之 间 的结 合 力 足够时 钢 、 铝同步伸长( =r * ) ； 当 r 厶g 时 则 有 ： E目一 E L 一 TL。 E E ( 目一 ) - 式 中 。 ， 别 为钢 和铝 的 内部 应 力 ， M Pa ， 分 0 为钢 和 铝 的线膨 胀 系 数 。妇 =O 0 0 0 】 。 C _ 。 ， 维普资讯 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 - J I 簪髫罄 j； 茸 ： 蓐 ， 跨 t 彦i 彰 i 够l 萋 ! 菸 i 瞎| 禹垂 毒 = 0 00 0 0 23 。 C 了 1 温 升 ， C 取 环 境 温 度 2 O 。 C， 允 许 最 高 工 作 温 度 9 0 C， 则 了 1 7 0 。 C 取 厶 一 1 0 0 0 m， L 一 1 0 0 0 7 7 m， L 一 1 0 0 1 6 l m。在 了 1 7 0时 ， 将各 数值 代人 上 式 后得 ： 0 _ 一 3 1 7 4 e+ 1 6 7 8 7 ( 1 ) 当 T=0 ， 因 ， J 目 =， 一 o ， 所 以 t 3 1 7 4 o e ( 2 ) 在架线 张 力 ，一1 5 k N 条件下 ， 因为 。 _S + 目S目一 F _ _ 一 2 4 1 9 3 0 3 o e ( 3 ) 由 此 ， 当T=7 0 。 C时 ， 式 ( 1 ) ( 3 ) 联 立 ， 钢 和 铝在 F=1 5 k N 下 的内应力分 别为 ： 一 20 5 7 M Pa 。目一 1 1 9 M Pa 当T=0时 ， 式 ( 2 ) ( 3 ) 联立 ， 同理得 ： 一 1 2 3 6 8 M Pa = 3 9 0 M Pa 比较可 知 ， 温升后 铝 的应 力下 降 ， 钢 的应 力 增大 。根据 GB 1 2 9 7 1 3钢铝 复台 接 触线 国 标 规 定 ， 所 用 钢和 铝 材 的极 限强 度 应 为 ： =1 0 3 MP a ， =5 4 0 MP a 。当接触线 随着 外力 的增加 而铝部分首先达到极 限强度时 、 则 由式 ( 1 ) 和式 ( 2 ) 得 出的钢部分 的应力 为 ： ) 一 3 2 6 9 M Pa - a , ( T 一? 0 ) = 4 94 8 M Pa - o 上 述结 果 表 明 ， 接触 线 在许用 温 度 条件 下 ， 钢、 铝并 非 同时达到抗 拉强 度极 限 ， 钢 比 铝安全 。 从而 可知 ， 传统 理论 确定 钢铝复 合接 触线综合拉断力 P 的方法 ， 采用 s +S 是不尽合理的。作者认为， 这类接触 线 在 许用 温度下 的综 台 拉 断力 ， 应 以铝 的极 限强度 为依据 ， 按下 式 确定 ： P=S ( 3 1 7 4 + 1 6 7 8 7 ) +Se 钢铝 复 合 接触 线 的 综 台 拉 断力 ， 采 用 实 际测 定方法 确 定的值 往往 比理 论计 算确 定的 值要 高 其原因 是 ， 实物 的强度 测定 值常大 于 标准规定的值。以理论计算确定的综合拉断 力 ， 是 以相 应标 准规 定值 为依 据而得 出的 ， 故 安全 可靠性 比实 测确 定 法好 。 结 论 ( 1 )从接 触 线 的沿 革 过 程 看 出 ， 接 触线 的新 品 的 开发 主要 在 于 其 结构 和 材 质 的 改 进 ， 以及 工艺 水平 的提 高 。 ( 2 )在各 型 接 触 线 中， 铜 包 钢 接 触线 的 主要 性 能指 标较 好 ， 它 可能 成为 今后 较 有 发 展前景 的线 型 。 ( 3 )关于钢铝复合接触线在温升下的力 学 分 析及 其 效学 方 程 的建 立 可 为台 理 确定 其综台拉断力提供依据 。 藉此， 也可用于铜包 钢 接触 线在温 升下 内部 受 力情 况 的研 究 。 参考文献 1 嫩和庄木荨 铜包铜 电车线 的开发 电哉 电境 1 9 9 3 ( 3 ) 2 断景 和等电气 化铁 路用 接触 导线现 状和发展 电拽 电缆 1 9 9 0 ， t 3 ) 3 G B 1 2 9 7 1 9 1 f 电力牵引用接触姨 国家标准 9 维普资讯 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载