学位论文—接触网平面设计(襄渝线电气化提速工程).doc

题作系专班 南京铁道职业技术学院毕 业 论 文 目： 接触网平面设计(襄渝线电气化提速工程) 者： 江韵、许凌、汪大伟 ： 铁道动力与电气工程学院 业： 电气化铁道技术 级： 铁道供电G0611 指导者： 宋奇吼、刘建新、潘必胜 评阅者：沈艳丽、戴丽君、徐百川、陈明中、宋奇吼 2009 年 6 月 第 2页共 31页毕 业 设 计 （ 论 文 ） 中 文 摘 要接触网平面设计摘要接触网设计中对整个车站的支柱的布置、锚段的走向和划分、支柱的选型以及各类技术指标的校验都作了详细的分析、计算和验算。始终以工作的态度去对待我在初步设计中遇到的每一个问题，不留下任何一个似是而非的东西，尽量做到简洁、清楚、明白。由于是第一次做接触网的设计，各种数据的计算应该说还问题不大，但是这困难的怎样把计算的数据体现到平面布置图中去，这是在设计中遇到的最大的问题，往往会出现参数计算出来了，但是不知道怎么去用。经过了前面一个多周的对整个设计的熟悉、对CAD软件的基本操作的了解，在后来的几个周的时间里面，我的设计进度快了很多，对整个设计的过程有了一个清晰的结构和框架。关键词：设计接触网计算条件验算第 2 页第 3页共 31页目次1 引言 12 设计任务书 13 计算条件的确定 34 跨距、锚段长度的确定 55锚段走向的确定与划分96 安装曲线的计算与绘制107 设备选型和技术条件168 软横跨的预制189 主要工程数量表1910 设计中有关问题的说明 2011 结论 2112 致谢 2213 参考文献 23第 3 页第 1页共 31页引言近年来，我国大面积、大幅度提高现有电气化铁道的运行速度，主要电气化干线逐步达到 160200kM/h，2006 年，京沪高速电气化铁道开工建设，设计时速 350 公里，将成为我国第一条高速铁路，预计 2010 年建成，届时我国电气化铁道总里程将达到 26000 公里，掌握高速电气化铁道核心技术，必将使我国由电气化铁路大国迈入电气化铁路强国。做为电气化铁道系统中的核心技术接触网装备发生翻天覆地的变化，大量采用先进技术与新型设备，逐步实现监控自动化、远动化，运行管理智能化，性能检测及故障诊断现代化。对广大接触网设计运行维护人员在知识上、技能上提出更高要求。接触网在供电回路中起着十分重要的作用，直接影响着电气化铁道的运行可靠性，因此必须使接触网始终处于良好的工作状态，安全可靠的向电力机车供电，对于保证铁路运输畅通无阻有着极为重大的意义。接触网运行的特点是在露天条件下始终与电力机车受电弓相接触取流，工作条件恶劣且无备用设备，根据现场设备故障统计，由于接触网故障对铁路行车造成的影响平均时间在 4 小时左右。分析个中原因，从当前现场设备的维护状况与工程施工水平讲，真正熟悉并掌握高速铁路接触网设备具体结构、工作原理及工程设计的技术人员不多。这样，当设备出现故障后，大大增加了系统平均修复时间，严重地影响了铁路运输生产。这也正是本专业从企业用人角度出发，适时地增加了接触网工程设计项目。本设计选择了上海轨道设计院所承担的一个实际设计项目铁路襄渝线电气化提速工程中的高兴车站做接触网平面设计，作为一个车站的完整的施工图设计，最终成果直接用于现场施工！这样的设计要求对于毕业设计来说无疑是一个很大的挑战。目前国内没有一本可以参考的较为系统的设计资料，学生设计具有相当大的难度。为了达到设计目标，依托和上海铁路局、上海轨道设计院深度的校企合作来组织教学，从设计目标设定、设计任务书设置、学习情景设置、引进校外兼职教师、顶岗实习、充分利用校外实训基地的软硬件条件等方面来进行人才培养，达到全方位提高学生综合素质的目的。设计内容组织紧密结合岗位群的工作过程，突破原有传统培养模式的束缚，以岗位项目教学为基准，实现“做中学”。 很好的培养了铁路接触网设备设计运行高技能型人才所需要的核心技能，使学生能够从更高层次上理解接触网运行和维护的技术要求，从而提升学生以后职业生涯的发展空间一、团队设计目标本团队所进行的工程设计是铁道供电专业设备施工与维护必需的实践过程。只有通过工程设计才能真正掌握信号设备的整体结构，在解决问题的过程中提高技术水平。结合现场实习、学校实验，通过设计实践为设备的维护及故障处理奠定良好的技术基础，极力缩短就业过程岗位能力转换时间。为今后的工作和继续学习作好准备。并对在校学习的知识进行一次系统的总结和综合运用，培养学生理论联系实际、调查研究，独立思考、分析与解决问题的能力，并扩充有关工程方面的知识，锻炼绘制接触网工程图纸的能力，以及专业阅图能力，并达到举一反三的效果，同时学生的职业能力得到了进一步的拓展。第 1 页第 2页共 31页在设计过程中，充分运用接触网 AotuCAD 计算机辅助设计软件完成整个工程设计，很好地培养了学生绘图及排版的能力，为将来岗位上竣工图的绘制及修改准备了较为丰富的知识。同时，在图纸输出过程中提高了图纸输出水平，为自身的再就业提供了较大的机会，给现场技术人员提供了很大的帮助。通过一个车站的完整的施工图设计，培养团队合作精神，为今后的岗位合作工作准备经验。二、团队结构及成员分工团队由本校的宋奇吼老师（负责论文总体指导）、上海铁路局南京供电段刘建新总工（负责指导跨距、锚段长度的确定，锚段走向的确定与划分部分的设计）以及上海轨道设计院潘必胜（负责指导软横跨的预制部分的设计）担当指导任务。 由铁道供电 G0611 班的江韵、许凌、汪大伟同学等组成设计团队。团队详细分工和各成员协作互助情况如下：1、许凌负责跨距、锚段长度的确定，锚段走向的确定与划分，安装曲线的计算与绘制部分设计；2、汪大伟负责软横跨的预制设计；3、江韵负责设备选型和技术条件，主要工程数量并使用接触网 CAD 完成施工平面图；4、各人负责本人所负责部分毕业设计文字部分内容，整个设计最后的统稿由江韵完成。第一章 设计任务书1 . 1 原始资料1、高兴车站平面图(初步设计)一张2、悬挂类型：车站正线采用全补偿弹性链型悬挂： GJ 50 + TCG 85 ；车站站线采用半补偿弹性链型悬挂：GJ 70 + TCG 100；线采用 BT 供电方式，回流线与接触网同杆架设；回流线采用 TJ70 铜绞线；3、气象条件、污秽区划分(1)、气象条件： 第 II 气象区(2)、污秽区划分：轻污秽区4、设计速度：120km/h；5、地质条件：1.6t/m3, =20 , R 1 30 KPa,支柱基础采用挖方；6、其它参数的选择：1） 接触线高度:导线最低高度：5600mm；导线在悬挂点处的高度：6000mm.第 2 页第 3页共 31页2） 结构高度：h=14m； lD= 60m ；e=8.5m3） 本区为轻污秽区。并有少量程度的酸雨腐蚀，故一般地段绝缘子泄露距离按 1000mm 选用。站场内均采用瓷质绝缘子；区间棒式绝缘子采用瓷质绝缘子；悬式绝缘子采用防污型钢型钢化玻璃绝缘子。吊弦（含吊丝）及软定位器后的拉线采用不锈钢线制作。4） 第二气象区气象资料为：tmax=40 c；tmin=-20 c; tb= 50C ；Vmax=30m/s; 有覆冰 b = 10mm ；最大风速时的大气温度为10 c;安装接触线时的温度为 0 c;安装时的风速为 10m/s.5） 支柱扰度：钢筋混凝土支柱为 j=0.02m;钢支柱j=0.03m6） 拉出值：在直线区段一般取 a=200mm;在曲线区段，R 1800m时 ， a=150mm ； 1200m R 1800m时 ， a=250mm ；180m R 1200 m 时，a=400mm。7） 接触线张力 T =13kN。8） 回流线的电压等级为 1kV，在站台处回流线与地面的最小距离为 6m。9） 最大风偏移值取 450mm。10由于该车站为四股道车站，软横跨采用双横力索。1 . 2 设计内容 1、根据设计任务书所提供的站场或区间的初步设计平面图，复制站场或区间的接触网平面图；2、根据设计任务书所提供的原始设计资料，选用设计气象条件、计算各类计算负载；3、根据设计任务书所提供的原始设计资料和设计规范，确定悬挂的拉出值和跨距大小。校验典型区段（如缓和曲线区段、道岔附带曲线上）接触线的最大偏移值。初步确定支柱位置。4、确定锚段的走向和长度，校验某一典型锚段的张力差，绘制锚段张力曲线；5、给出站场咽喉区布线放大图；6、选择和确定支柱、基础、腕臂、定位管、定位器、绝缘子、各类导线的型号和参数；7、对所选设备，如支柱、基础、腕臂、悬挂线索进行机械稳定性和机械强度校验（技术校验只选择一组进行）；8、验算一组软横跨的支柱容量；9、预制一组软横跨；10、完成所给站场和区间的接触网平面图；11、写出设计主要原则，重大技术问题的处理方法及方案比选。1 . 3 设计要求接触网平面设计是对学生进行的第一次较为全面的接触网施工设计训练，是第 3 页第 4页共 31页学生走上工作岗位前的一次难得的锻炼机会，要求学生应该从心理上和行动上将此作为自己的工作认真对待，高质量按时完成，做到：1.所提交图纸完整，基本满足接触网施工的要求；2.设计说明书的文字通顺，数据准确无误；3.图面整洁，不得有涂改，图中标注及字体使用宋体；4.线条清晰，粗细符合规范，曲线平滑；5.说明完整，准确；学生通过本课程的学习和设计应达到以下基本要求：1.掌握接触网设计流程，设计方法，设计规范；2.建立工程经济技术比的概念，掌握接触网工程概算资料的编制方法；3.能独立完成站场或区间的接触网平面设计图。第二章计算条件的确定2. 1 气象条件的确定根据设计任务书第 1 组所给出的初始资料， 高兴车站的气象条件是第II 气象区，查表可得出以下的气候条件：tmax= 40C,tmin =-20 c ,tvmax=10C,vb= 10 m s,Vmax =30m/s,b=10mm，最高计算气温：tjs.max=60C ，风速不均匀系数： = 0.75 ，风载体型系数：k = 1.25第二气象区，考虑覆冰。2. 2 计算负载的确定线索参数：正线：全补偿弹性链形悬挂 GJ-50+TCG-85gc= 11.71103kN= 7.6 103kNm ,dc= 10mm;gjm ， A = 13mm , B = 13mm ;站线：半补偿弹性链形悬挂 GJ-50+TCG-100gc= 11.71103kNm ,= 8.9 103 kNdc= 10mm;gj3m , A = 12.3mm ,B = 11.8mm ; 吊弦自重：gd= 0.5 10kN m附加导线（回流导线）：TJ-70 gf= 5.96 103 kN m,df= 10.5mm计算过程：正线的情况：1)承力索和接触线各种风负载：第 4 页第 5页共 31页()2.31Npcb=0.615Kdv2= 0.6151.25 10 + 20 102=mp=0.615aKdv2= 0.615 0.751.25 10 302= 5.189Npcv=v0.615a Kdv2= 0.615 0.75 1.2513 302= 6.746Nmjvvm2)承力索和接触线覆冰重量：()() a)gbc= bb + dg1000h=3.14 0.910 10 +1010=1000+5.652Nmbbd gh3.14 0.9 551313 10 b) gbj=b 221000=10002=2.543Nm3)合成负载：无冰无风时合成负载：+= 19.81Nq0= gc+ gjgd最大风时合成负载：22mqv=q0+ pcv=19.812+5.1892=覆冰时的合成负载20.48Nm=(+) +qqg22bb00pcb= 24.05N站线的情况：m承力索和接触线各种风负载：()pcb=0.615Kdv2= 0.615 1.25 11 + 20 102= 2.42Nmp=0.615aKdv2= 0.615 0.751.2511 302= 5.801Ncvvmp=a Kdv2=2Njv0.615v0.615 0.75 1.25 13 30= 6.279m承力索和接触线覆冰重量：()()gbc= bb + dg1000h=3.14 0.910 10 +1110=10005.93Nmbbd gh11.8 + +3.14 0.9 5512.81 10gbj=b221000=10002=2.45Nm3)合成负载：无冰无风时合成负载：+= 15.55Nq0= gc+ gjgd最大风时合成负载：m22qv=q0+ pcv=15.552+5.8012=16.6Nm第 5 页第 6页共 31页同理，附加导线的负载计算如下：qf0=6.46Nm ；qfv=8.45Nm ；qv= 10.64Nm ；2. 3 拉出值与侧面限界的确定根据 05 版铁道电力牵引设计规范规定：当受电弓的工作宽度为 1250mm时，在最大设计计算风速条件下拉出值不宜超过450mm，在直线区段一般取为200300mm；在曲线区段，接触网的拉出值可参考以下规定选取：R1800m 时，a=150mm；1200mR1800m 时，a=250mm；180R1200m 时，a=400mm。支柱侧面限界任何时候都不得小于 2440mm，机车行走线可降为 2000mm，曲线区段适当加宽。直线中间柱一般取为 2500mm，软横跨支柱一般取为 3000mm，在基本站台处取为 5000mm。拉出值和侧面限界的具体取值参考铁道电力牵引设计规范，以及接触网第三章内容。第三章跨距、锚段长度的确定3.1跨距的确定跨距的确定分为两种情况，一是在直线上，另外一种是在曲线上。风偏移值确定出一个最大跨距，在布置支柱时跨距值应小于这个值。接触网支柱跨距，应根据悬挂类型，曲线半径，导线最大受风偏移值和运营条件确定。在最大设计风速条件下，接触线距受电弓中心的最大水平偏移值，在电力机车受电弓工作宽度为 1250mm,不宜大于 450mm。1)直线区段最大跨距的确定（等之字布置）由公式： Lmax= 2Tjb +(b )22 amPjjxjjxjN，在站线其中 Tj选用 13kN，m=0.9，由前面计算得 pj在正线上为6.746m上 为6.279Nm； 取bjx= bjmax=450mm=0.45m，j=30mm=0.03m，a=300mm=0.3m。解得：正线站线Lmax=Lmax=78.1966m81.052m2)曲线区段最大跨距的确定2T公式为：Lmax= 2j(bjxj+a)mPj+TjR其中 Tj选用 13kN，m=0.9， pj在正线上为6.746N，在站线上为6.279N；取 bjx= bjmax=450mm = 0.45m ， j= 30mm = 0.03m 。第 6 页mm第 7页共 31页当 R=1200m 时,a=400mm,代入数据得, Lmax=综上得：66.55m目前我国最大跨距用 65m,因此在直线区段（正线或站线），最大跨距用 65m，在曲线区段最大跨距应根据上述结果进行选取。3.2锚段长度的确定及张力差校验正线，站线均采用双边补偿的形式；正线采用全补偿弹性链形悬挂形式；站线：采用半补偿弹性链形悬挂形式。一般来说，站场上各股道长度就是其锚段的长度。现测量各线锚段长度如下所示：正线：2L=62.6871+1657.5193+62.5556=1782.762m 站线 1：2L=30.1027+1748.6874+75.9539+17.2768+18.7865=1490.8091m 站线 3：2L=1456.5152+32.0115=1488.5267m站线 4：2L=1104.6192+34.7636=1138.8828m站线 5：2L=25.9852+192.0432+941.7848+90.592+59.7128=1310.115m站线 6：2L=39.5768+45.946+345.1122+45.5388+41.4779+50.0105=606m 现验算正线的张力差，以校验中心锚结的位置。一）.对于正线张力差校验如下：(1)确定吊弦平均长度：2F2q l2C = h - x0 = h - 30i3 8Tco其中: Tco=0.8 Tc =0.8 15kN= 12kN h=1.4m. q0=1.964 102/不管在直线或R=1200m的曲线上，都取l=60m.把参数代入上式得C = x1.167m.(2)确定极限温差 t :t1 =tmaxtdtmaxtmax+ tmin2= 22.5Ct+= 22.5Ct2 =tmin td=tminmaxtmin2(3)全补偿链形悬挂 0 （4）计算 Tjd(N)(+). ( .t )Tjd= 2cx， gj=9.79=66C-26-173310 kN /m其中jc(17 11.5) 10= 5.5 10正线半锚段示意图如下：第 7 页(5)Tjd的计算结果如下： L(m) R(m) 712892Tjw(N)第 8页共 31页600313.9484.3313.9483.3直线上：Tjw=0()( . )2曲线上： Tjw=j.(T+ T )2Rd 0.5 ( L L l)(j. )jmax3jd取 d=1.5m（定位器长度）。Tjw的计算结果如下： L(m) 600R(m) 7128921.72.800（6）承力索的张力增量值 Tc（N） =Tc() .ct.Tcm2Rd + 0.5 (L L l) .ct其中：水平拉杆 d 取 1.6m.,c=11.5-6,Tc的计算结果如下：10/0ct =-22.5 L(m) R(m) 712892(7)接触线的总张力为 TjET+ T600473764.600T=jdjw（Ej=113GPa，Sj=120mm2）jE1-23Tjd+ TjwE Sj. (t )TjE的计算结果如下： L(m) R(m) 712892（8）承力索张力差增量TTcE:600303.3458.4301.7455.9TcE=21-3cTcc.cct（Ec=185GPa，Sc=93.27mm2）TcE的计算结果如下： L(m) R(m) 第 8 页600712892第 9页共 31页458.5727.500根据以上计算结果可得：TjE= 301.7 (458.4 303.3) 456.8N 10% 10KN = 1000NTcE= 727.5 456.5 269 N 10% 15KN = 1500 N故：对于正线，中心锚节设在中间 892m 处是合适的。但是平面设计图中 892m处左侧很近有软横跨，中心锚节应调整到 892m 所在跨距中心 922m 处。可验证922m 右侧的线路张力差是符合要求的。对于 922m 左侧的全直线部分：(+). ( .t)Tjd=2cxL=922m, Tjd=516.2NTjE=0Tjd+ TjwTjE=T+ T=428.4Nqb选最低温度为起始条件，与原来假设条件相符，Tc0 值计算有效(4)计算并绘制有载承力索张力与温度关系曲线利用状态方程，以最低温度为起始条件进行计算，令0Nt1= 20CW1=W0= 23.73mZ1= 15000 + 0.514 10000 = 20140N代入状态方程求解的结果见下表TcxkN 1514-1213-4125111410249338.440txo -20C绘制的有载承力索张力-温度曲线如下图所示第 12 页第 13页共 31页计算覆冰及最大风时承力索的张力，校核起始条件(i)覆冰时令 t1=-20oC ，1=0=23.73WWNm，Z1= 2014Ntx= 5 ，=WxWb24.05+15.55