论文接触网专业浅谈接触网道岔定位结构优化的技术方案在铁路电气化工程中的应用剖析.doc

铁道供电应用技术
浅谈接触网道岔定位结构优化的技术方案
在铁路电气化工程中的应用

郭民祥 白永宏

(中国铁道建筑总公司中铁二十一局集团公司电务电化工程有限公司 兰州730000)

摘 要
本文通过分析道岔定位的结构特征，道岔定位单腕臂结构与双腕臂结构悬挂定位的分析对比，根据道岔定位柱所悬挂定位的两支线索随温度变化发生位移不同，优化道岔定位结构，合理应用技术。达到一次到位，降低成本，消除接触网事故隐患，提高铁路电气化运营安全性、可靠性。
关 键 词
接触网；道岔定位结构；技术方案；优化与应用；
第一章 前言
2015年全国铁路营业里程将达12万公里左右，截至2014年底，全国铁路营业里程达11.2万公里，其中高铁1.6万公里。电气化率达到52%以上。铁路电气化是中国铁路发展的最终目标。而作为电气化铁路牵引供电系统的主体接触网，其性能的优劣直接决定着电力机车受电弓的受流质量，最终影响列车的运行速度与安全。而且接触网的特殊性主要表现在露天设置，对气候变化敏感；无备用性(决定它的脆弱性和重要性)；机电复合性；负荷的不确定性和移动性。由于这些特殊性，接触网故障复杂而频发。因此对电气化铁路接触网的探讨任重而道远。
接触网担负着把从牵引变电所获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务。因此接触网的质量和工作状态将直接影响着电气化铁道的运输能力。接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。为了解决接触网的一些常见故障和提高接触网的性能，本文这次主要从道岔定位结构探讨改进优化，提出了技术方案。
第二章 道岔定位结构特征分析
2.1接触网工程道岔定位结构特点在运营中引起的缺陷
(1)单腕臂结构道岔定位分析（见图4a、4b所示）
单腕臂结构道岔定位有一个共同特点，当两支接触悬挂受温度变化时，定位器装置随腕臂及定位管有偏移。
情况一(如图1所示)：该两支悬挂中锚均在道岔定位柱的同一侧时，并且两只悬挂中锚距道岔定位柱悬挂定位点距离相等,两支悬挂的定位器装置随腕臂及定位管同步偏移,腕臂、定位管及定位器装置之间无偏移量。

图1 中锚与道岔定位柱之间的关系
情况二(如图2所示)：该两支悬挂中锚均在道岔定位柱的同一侧时，并且两只悬挂中锚距道岔定位柱悬挂定位点距离不相等：两支悬挂的定位器装置随腕臂及定位管不同步偏移，一支悬挂的定位器装置相对与另一支悬挂腕臂及定位管有一定偏移量及夹角，相应之间偏移夹角较小。

图2 中锚与道岔定位柱之间的关系
情况三(如图3所示)：该两支悬挂中锚均在道岔定位柱的异侧时，并且两只悬挂中锚距道岔定位柱悬挂定位点距离相等或不等，两支悬挂的定位装置随腕臂及定位管的偏移是相反的，其偏移值是两者之间的和值，一支悬挂的定位器装置相对与另一支悬挂腕臂及定位管有一定偏移量及夹角，相应之间偏移夹角较大。

图3 中锚与道岔定位柱之间的关系

(2)硬横跨水平绳、软横跨固定绳结构道岔定位分析（见图4c、4d所示）
硬横跨水平绳、软横跨固定绳结构道岔定位方式无论中锚在同侧或异侧两支悬挂定位器装置均随温度的变化相对水平绳或固定绳有一定的偏移量。
(3)双腕臂结构道岔定位分析（见图4e、4f所示）
双腕臂结构道岔定位方式的特点：两支悬挂定位分别悬挂定位，无论中锚在同侧或异侧两支悬挂腕臂、定位管及定位器装置分别均在同一垂面上，温度的变化时，整体分别有偏移量。

图4a 单腕臂结构道岔定位 图4b 硬横梁水平绳道岔定位

图4c 硬横梁水平绳道岔定位 图4d 软横跨结构道岔定位

图4e 双槽钢双腕臂道岔定位 图4f 双排架双腕臂结构道岔定位
综上分析，两支悬挂中锚在道岔定位柱异侧时，由于温度的变化，在极限温度时，腕臂、定位管与定位器装置的偏移量最大。如图5所示，尤其单腕臂、水平绳、固定绳道岔定位结构最为显著，当温度最低或最高时，两支悬挂定位均向相反方向偏移。最容易产生定位器扭曲拉断，形成事故或事故苗子。采用双腕臂道岔定位方式，其优点受温度变化引起的偏移腕臂、定位管、定位器装置始终在同一断面，定位器不会出现扭曲变形及甚至断裂形成事故。因此，优先采用双腕臂结构的道岔定位，具有安全性可靠性，可防止事故的发生。
单腕臂道岔定位
直股悬挂；中锚在右侧
曲股悬挂；中锚在左侧
线路中心线
单腕臂道岔定位
曲股悬挂；中锚在左侧
直股悬挂；中锚在右侧
线路中心线

图5a 单腕臂道岔定位(极限低温时) 图5b 单腕臂道岔定位(极限高温时)
2.2接触网工程站线+渡线的电化方式在运营中引起的缺陷
站场站线+渡线的电化方式，如图6所示。该方式使锚段增长，在极限温度情况下，咽喉区岔群会发生偏移量过大造成拉出值增大的现象，进而导致弓网故障。

图6 站线+渡线的电化方式
线索距中锚距离增长，在极限温度时，道岔定位腕臂随温度变化有效长度在缩小；则定位支座位置同时向田野侧缩回；定位器装置随温度偏移有效长度也缩小；因此，在平均温度时，腕臂、定位管及定位器装置均垂直于线路，此时拉出值为设计拉出值，即为最小拉出值。当温度大于平均温度或小于平均温度时，腕臂、定位管及定位器装置均有偏移量。达到极限温度时，定位器的有效长度缩小到最小，此时，拉出值为最大。很容易造成弓网事故，如图7所示。

图7 道岔腕臂定位结构定位器装置偏移量分析
2.3接触网道岔定位结构普通定位器装置在运营中引起的缺陷
定位装置包括定位管和定位器，其功用是固定接触线的位置，使接触线在受电弓滑板运行轨迹范围内，保证接触线与受电弓不脱离，并将接触线的水平负荷传给支柱。
道岔定位结构采用普通定位器(管)主要结构采用钩环连接形式，由于昼夜温差变化大，定位器(管)每昼夜要偏转2次，即定位器及定位管将每夜受到2次方向相反的扭矩的作用而产生一定的张力或压力，在长期运行中，定位环根部的点处终因长时间往复弯曲及扭曲而发生疲劳断裂。一般距道岔定位处定位器及定位管所受张力、压力、扭曲力和曲线力大，定位器或定位管钩环会发生断裂越或定位钩从开口处脱出的几率也会增高。因腕臂定位环断裂或定位环自定位钩的开口处挤出而造成的弓网事故，如图8所示。

图8 道岔定位定位管、定位器钩环连接示意图
第三章 道岔定位技术方案的优化与创新
3.1接触网工程道岔定位结构技术方案分析与研究
现在对道岔定位腕臂结构量化分析，已知：最高温度℃，最低温度℃，安装定位无偏移时的温度℃，线胀系数 1/℃,一支悬挂道岔定位距中锚距离L=500m，另一支悬挂道岔定位距中锚距离L=500m。
(1)最低温度 ℃时计算腕臂及定位偏移量：
；针对单腕臂道岔定位结构进行分析，当两支悬挂中锚在道岔定位柱同侧时，腕臂、定位管及定位器装置在同一断面，最低极限温度同时向中锚方向偏移425mm；当两支悬挂中锚在道岔定位柱异侧时，腕臂、定位管及定位器装置不在同一断面，最低极限温度分别向中锚方向偏移425mm，这时一支悬挂随腕臂、定位管定位器向一端中锚方向偏移425mm，则另一支悬挂的定位器装置向另一侧中锚方向偏移425mm，一支腕臂、定位管、定位器装置与另一支定位器装置之间的位移为和值425+425=850mm，严重超标。一般定位器装置的偏移量最大在450mm左右。
(2)最高温度 ℃时计算腕臂及定位偏移量：
；针对单腕臂道岔定位结构进行分析，当两支悬挂中锚在道岔定位柱同侧时，腕臂、定位管及定位器装置在同一断面，最高极限温度同时向下锚方向偏移382.5mm；当两支悬挂中锚在道岔定位柱异侧时，腕臂、定位管及定位器装置不在同一断面，最高极限温度分别向下锚方向偏移382.5mm，这时一支悬挂随腕臂、定位管定位器向一端下锚方向偏移382.5mm，则另一支悬挂的定位器装置向另一侧下锚方向偏移382.5mm，一支腕臂、定位管、定位器装置与另一支定位器装置之间的位移为和值382.5+382.5=765mm，严重超标。一般定位器装置的偏移量最大在450mm左右。
因此，得出结论，当道岔定位两支悬挂的中锚在异侧时，单腕臂道岔定位结构满足不了接触网运营条件，应采用双腕臂道岔定位结构方式，其结构当两支线索随温度变化发生位移时，各自腕臂、定位管及定位器装置始终在同一断面，位移时整体位移，具有安全性、可靠性、科学性。
站线+渡线的电化方式进行定量分析，由于站线+渡线的电化方式无形中增长了锚段长度，当锚段中锚距道岔定位柱距离L=600mm时，已知：最高温度℃，最低温度℃，安装定位无偏移时的温度℃，线胀系数 1/℃。
(1)最低温度 ℃时计算腕臂及定位偏移量：
；
(2)最高温度 ℃时计算腕臂及定位偏移量：
；
单腕臂道岔定位结构、双腕臂道岔定位结构、水平绳道岔定位结构、软横跨固定绳道岔定位结构其定位器装置最大偏移量均应为450mm(L=1200mm定位器)，而上述分析结果显示，在最高温度时定位器偏移量459mm，在最低温度时定位器偏移量510mm。其偏移量严重超标，根据定位器装置极限偏移放样，拉出值在设计拉出值的基础上增大130mm左右，如果设计a=375mm时，则最大偏移时拉出值a’=505mm.为了满足道岔定位的定位器装置良好的运营状态。站线与渡线锚段分开设置，锚段长度相应缩短，减少了偏移量并满足拉出值要求。以免弓网事故的发生，确保铁路运输安全。
接触网露天设备随温度变化，其一直处于动态运营状态，道岔定位结构采用普通定位器(管)主要结构采用钩环连接形式，每天昼夜变化反复位移产生扭曲力、拉力、曲线力、压力等，零部件抗疲劳强度减弱，脱口、断裂发生弓网故障，影响正常的铁路运输安全。现阶段一般正线道岔定位结构采用轴销连接，站线道岔定位结构采用钩环连接，为了确保接触网良好的运营状态，道岔定位定位管及定位器装置之间的连接均应全部采用轴销连接。
3.2接触网工程道岔定位结构技术方案的优化与创新
接触网工程道岔定位结构技术方案优化及改进如下：
(1) 道岔定位结构均应优先采用双腕臂悬挂定位方式，尽量不采用硬横梁水平绳、软横跨固定绳及单腕臂的道岔定位方式，避免了相互牵制而发生事故苗子；
(2) 站线与渡线分别形成锚段，中锚距道岔定位柱距离不宜过大，严格控制不超过600mm，以免定位器装置受温度影响偏移量过大，进而拉出值超标，造成弓网故障；
(3) 道岔定位结构腕臂定位管、定位器装置间，采用轴销连接，取消钩环连接方式，确保接触网良好的运营状态；
第四章 道岔定位优化技术方案在工程中的应用
兰新线奎屯至阿拉山口段铁路电气化改造工程中，全段车站道岔定位有136处均采用该项技术方案，2010年10月份交付运营，至今道岔定位结构稳定，至今5年未发生弓网故障。受到业主及运营维修单位的好评。
柳敦线柳沟至敦煌段，全面推广该道岔定位技术方案，得到业主和运营维修单位的大力支持。为准备开通的铁路电气化设备运营状态，接触网工程施工达到运营安全、优质、可靠的条件。
对该技术方案的应用，使整个工程在确保安全、质量的可控状态下顺利实施非常必要。基于这方面的技术方案研究，也为今后我国类似工程积累一定经验，以便在此基础上不断提高我国电气化铁道技术水平。

参考文献
1、参考著作
【德】Kieβling Pusch Mann Schmieder《电气化铁道接触网规划、设计、施工》中铁电化局集团有限公司译 中国电力出版社（2003年）
刘启明主编 《最新电气化铁道接触网规划、设计、施工实用全书》 中国电力出版社（2004年11月）
于万聚著 《高速电气化接触网》 西南交通大学出版社 （2003年7月）
2、企业产品标准或规程
《铁路安全技术规程（下册）》TB10401.2-2003铁道部颁发
3、电气化工程技术规范、规程及标准
《铁路电力牵引供电工程质量检验评定标准》TB10421-2003铁道部颁发
4、施工技术标准
《客货共线铁路电力牵引供电工程施工技术指南》TZ 10208-2008铁道部颁发
5、其他工法
《接触网工程施工工艺流程细则》中铁二十一局电务电化公司颁发（2008年05月）

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