）CTMH4014.4013503.4.2腕臂的選取腕臂的長度與腕臂所跨越的線路數(shù)目、接觸懸掛結(jié)構(gòu)高度、支柱側(cè)面限界、支柱所在位置(即直線還是曲線)等因素有關。腕臂的類型按跨越股道的數(shù)目可分為單線路腕臂、雙線路腕臂和三線路腕臂。按電氣性能可分為絕緣腕臂和非絕緣腕臂[5]。絕緣腕臂便于接觸懸掛帶電檢修，對支柱容量要求低；混合牽引區(qū)段絕緣子不易污染，結(jié)構(gòu)靈巧、簡單，技術性能好，施工與維修方便。非絕緣腕臂笨重，結(jié)構(gòu)不理想，安裝維修不便，要求支柱容量大、高度高，應盡量避免采用。在我國電氣化鐵路中，廣泛采用的是旋轉(zhuǎn)絕緣腕臂，其型號見表3-5。表3-5絕緣腕臂類型和規(guī)格表型號，規(guī)格外徑（mm）長度（mm）重量（kg）－2.7548275011.0－3.048300012.0－3.1548315012.62－3.060300015.22－3.1560315016.02－3.5560355018.0綜合考慮，本設計采用單線路絕緣腕臂。選型號，長度為2750mm，質(zhì)量為11kg。3.4.3定位裝置的選用正定位：在直線區(qū)段或曲線半徑R＝1200～4000m區(qū)段，就采用這種定位方式。該定位裝置由直管定位器和定位管組成。定位器的一端利用定位線夾固定接觸線，另一端通過定位環(huán)與定位管銜接，定位管又通過定位環(huán)固定在腕臂上[6]。反定位：反定位一般用于曲線內(nèi)側(cè)支柱或直線區(qū)段之字值方向與支柱位置相反的地方。定位器附掛在較長的主定位管上，呈水平工作狀態(tài)。主定位管受壓力較大，為了使定位管保持水平，一般用兩條斜拉線將定位管吊住，固定在承力索上。定位器通過長支持器與主定位管連接。軟定位：這種定位裝置只能承受拉力，而不能承受壓力，因而它用于曲線只用于曲線R≦1000m的區(qū)段，為避免在某些特殊情況下拉力過小，經(jīng)過計算，在曲線力抵消反方向的風力之后，拉力需保持0.2kN以上方能使用這種方式。組合定位：用在錨段關節(jié)的轉(zhuǎn)換支柱、中心支柱及站場線岔處的定位，這些地方均有兩組懸掛在同一支柱處，分別固定在所要求的位置上。組合定位的方式較多，各種組合定位的作用也不相同，這主要是根據(jù)各種各樣的地形條件及懸掛條件決定的。為了適應高速電氣化鐵路的要求，定位器的重量要輕，一般采用鋁合金材料，在定位點處不產(chǎn)生硬點。定位管及定位器的規(guī)格如表3-6和表3-7所示。表3-6普通定位管型號規(guī)格表型號適用范圍（mm）（mm）重量（kg）JL6（）—85-700正反定位21.257001.12JL6（）—85-960正反定位21.259601.52JL6（）—85-1350正反定位21.2513502.02JL6（）—85-960正反定位26.759601.81JL6（）—85-1150正反定位26.7511502.21表3-7定位器型號規(guī)格表定位器型號焊接套筒形式套管外徑（mm）安裝傾斜度總長（mm）單件重量（kg）使用范圍-960有環(huán)21.251：109701.51直線或R＞1000m曲線定位A-960無環(huán)26.751：109701.88曲線內(nèi)側(cè)反定位R≤1000m定位B-1150無環(huán)26.751：611452.20軟橫跨定位定位管：查表3-6，選型號，長度為700mm，質(zhì)量為1.12kg；定位器：查表3-7，選型號，長度為960mm，質(zhì)量為1.51kg。3.4.4支柱及基礎目前，幾乎全部鋼筋混凝土支柱都采用預應力鋼筋混凝土支柱。這種支柱在安裝使用之前，混凝土處于受壓狀態(tài)，而鋼筋則處于受拉狀態(tài)。當支柱承受負載以后，混凝土里將出現(xiàn)拉應力，它等于彎矩引起的拉應力與預壓應力之差，這樣，采用混凝土的負載能力就可使支柱的負載能力大大提高。受拉層里的鋼筋的總張力等于預拉應力和彎矩作用引起的拉應力之和。但是這不會使支柱承受負載的能力受到什么限制，因為此時鋼筋還遠沒有達到滿載，鋼筋混凝土支柱型號及規(guī)格見表3-8。正定位：在直線區(qū)段或曲線半徑R＝1200～4000m區(qū)段，就采用這種定位方式。該定位裝置由直管定位器和定位管組成。定位器的一端利用定位線夾固定接觸線，另一端通過定位環(huán)與定位管銜接，定位管又通過定位環(huán)固定在腕臂上[6]。反定位：反定位一般用于曲線內(nèi)側(cè)支柱或直線區(qū)段之字值方向與支柱位置相反的地方。定位器附掛在較長的主定位管上，呈水平工作狀態(tài)。主定位管受壓力較大，為了使定位管保持水平，一般用兩條斜拉線將定位管吊住，固定在承力索上。定位器通過長支持器與主定位管連接。表3-8鋼筋混凝土支柱型號及規(guī)格型號L（m）a（mm）b（mm）支柱重量（kg）迎風面積S（）H11.326755013302.04H10.828055012602.04H11.741370517302.11H11.242570516202.11H12.240070518402.21H11.741370517302.11目前，在接觸網(wǎng)工程中，特別是較大站場上，大量利用鋼拄，它是由角鋼焊接成的立體桁架結(jié)構(gòu)支柱，具有重量輕、耐碰撞、運輸及安裝方便。鋼柱型號參考表3-9。表3-9鋼柱型號參考表型號L（m）a（mm）b（mm）質(zhì)量（kN）G92876002.688G92876003.102G9.52706002.470G9.52706003.240G102506002.910G102506003.420鋼柱主要用于跨越股道比較多、需要支柱高度較高、容量較大的軟橫跨柱，其次用作橋梁墩臺上的安裝。但存在用鋼量大、造價高、耐腐蝕性能差，需定期進行除銹、涂漆防腐，且有維修不便等缺點。從節(jié)約鋼材及方便運營維護的角度出發(fā)，要求盡量少采用。現(xiàn)在涂漆防腐已改為熱鍍鋅防腐，提高了防腐性能，延長了維修周期。鋼柱基礎類型大致有混凝土實體基礎，鉆孔基礎，管樁基礎。該三種基礎的結(jié)構(gòu)示意圖見圖3-2。圖3-2支柱基礎結(jié)構(gòu)示意圖全補償鏈形懸掛要比半補償鏈形懸掛結(jié)構(gòu)高度低，所以全補償采用的支柱也比半補償鏈形懸掛采用的支柱低(低0.5)，故有8.2及8.7兩種。腕臂柱和軟橫跨支柱都可用作下錨柱，下錨柱要承擔順線路方向(設下錨拉線后)的下錨力，故其支柱容量表示為48—250、170—250，其中250是表示順線路方向的支柱容量。3.5設計參數(shù)3.5.1接觸線高度和結(jié)構(gòu)高度的選取根據(jù)《高速鐵路設計規(guī)范(試行)》11.5.3：接觸線懸掛點高度不宜小于5300mm，最低點高度不宜小于5150mm。本設計中接觸線高度選用5.4m。根據(jù)《高速鐵路設計規(guī)范(試行)》11.5.3：結(jié)構(gòu)高度宜選用1.6m。特殊情況下，速度在300~350km/h區(qū)段，最短吊弦長度不小于600mm，結(jié)構(gòu)高度不得小于1.1m；速度250km/h區(qū)段，最短吊弦長度不小于400mm。本設計中結(jié)構(gòu)高度選用1.6m。3.5.2跨距的選擇根據(jù)《高速鐵路設計規(guī)范（試行）》表11.5.3—1：時速250km/h，簡單鏈形懸掛的標準跨距為50m，最大跨距為55m，相鄰跨距之差不宜大于10m。相鄰兩跨距之比，不宜大于1.5:1，橋梁、隧道口、站場咽喉等困難地段，不宜大于2.0:1。絕緣錨段關節(jié)的轉(zhuǎn)換跨距和分相裝置所在跨距應較正?？缇嘀悼s小5～10m。詳見表3-10。表3-10跨距選用設計速度250km/h300km/h350km/h簡單鏈型懸掛標準跨距（m）505050簡單鏈型懸掛最大跨距（m）555555彈性鏈型懸掛標準跨距（m）606055彈性鏈型懸掛最大跨距（m）6565603.5.3拉出值選用在進行接觸網(wǎng)平面設計時，在定位點處，應標明接觸線拉出值的大小和方向。設置拉出值的目的是使受電弓滑板磨損均勻在直線區(qū)段，接觸線應按之字形布置，支柱處的拉出值宜采用200～300mm。在曲線區(qū)段，接觸線應由受電弓中心向外側(cè)拉出，并宜使接觸線與受電弓中心點的軌跡相割，詳見表3-11。表3-11接觸線拉出值選用曲線半徑R（m）300<R<12001200≤R≤18001800<R直線拉出值（mm）400250150±200隧道內(nèi)拉出（mm）300150100±2003.5.4側(cè)面限界選用接觸網(wǎng)支柱的側(cè)面限界是指軌平面處，支柱內(nèi)緣至線路中心的距離。為了確保行車的安全，正線支柱側(cè)面限界任何時候不得小于2440mm(在機車走行線可降為2000mm)；曲線區(qū)段應適當加寬。但是隨著鐵路的發(fā)展，采用大型養(yǎng)路機械進行線路修理是鐵路現(xiàn)代化的重要標志，接觸網(wǎng)的側(cè)面限界就要考慮這個因素。根據(jù)《高速鐵路設計規(guī)范(試行)》11.5.7：接觸網(wǎng)支柱距正線的側(cè)面限界在無砟軌道地段不應小于3.0m；有砟地段不應小于3.1m；車站內(nèi)困難條件下直線地段不應小于2.5m。3.5.5支柱類型在支柱類型欄內(nèi)要標明每一個支柱的材質(zhì)、型號、容量、高度及數(shù)量。設計選的支柱型號為：中間柱：轉(zhuǎn)換柱：錨柱：3.6參數(shù)校驗在區(qū)間的平面設計中，為了為最后對區(qū)間接觸網(wǎng)的平面布置做準備，要進行一些必要的設計計算(校驗)。3.6.1最大允許跨距的確定根據(jù)受電弓滑板的最大工作寬度，鐵路工程技術規(guī)范規(guī)定，在最大計算風速條件下，接觸線對受電弓中心的最大水平偏移值不應超過500mm，在曲線區(qū)段不應超過450mm。在接觸網(wǎng)設計中，仍按此規(guī)定處理。在本設計中，可以根據(jù)以往經(jīng)驗取直線段最大跨距為55m，即，可帶入下式中進行驗算。其中：m為當量系數(shù)，可取m=0.85，為接觸線之字值，在直線區(qū)段上取±200mm；γ=20mm；則受風偏移為：則＜500mm，所以，所選最大跨距滿足條件。3.6.2錨段長度的校驗計算在區(qū)間的平面設計中，由實際線路條件出發(fā)，共劃分了四個錨段，長度各為1385m,1225m,1165m和1325m。由于在此區(qū)間中直線區(qū)段相對比較長，且在每一個錨段中直線長度都超過50%，所以根據(jù)下式驗證所確定的錨段(選取1385m的錨段)。 (3-18)式中，—接觸線單位長度自重負載(kN/m)，為13.24×10－3kN/m；—由中心錨結(jié)至補償器間的距離(m)，此時=1385/2=692.5m；—吊弦長度，取平均值，，為最短吊弦，可取為0.25m，取為=0.4573m(=55m)；α—承力索或接觸線的線脹系數(shù)()取為/℃；—平均溫度與計算之差。所以只考慮溫度變化時，接觸線的張力增量為：kN=kN%15=kN所以由上面的計算結(jié)果可以知道該錨段的選取均符合接觸網(wǎng)設計中的技術要求。3.6.3支柱容量校驗支柱的負載是支柱在工作狀態(tài)下所承受的垂直負載和水平負載的統(tǒng)稱。我們通常所說的支柱容量，就是指支柱本身所能承受的最大許可彎矩值，一個支柱容量的大小，是指承載能力的大小，它取決于支柱的自身結(jié)構(gòu)[7]。(1)中間柱校驗①已知條件線路的中間柱選橫腹桿鋼筋混泥土支柱，以5號支柱為例，其左右跨距為55m。接觸懸掛重量：腕臂、絕緣子等重量：懸掛中心與支柱中心間的距離：承力索受風力：接觸線受風力:接觸線“之”字力:承力索“之”字力:查表3-8得支柱受風力面：F=2.04m2風負載體型系數(shù):支柱受風力負載:接觸線距基礎面高度:承力索距基礎面高度:支柱一半高度:②計算過程在實際應用中需要考慮一定的預量：。所以所選中間柱符合要求。(2)轉(zhuǎn)換柱校驗轉(zhuǎn)換柱選用，以9號支柱為例，左右跨距為55m。下錨支接觸線產(chǎn)生的下錨力：下錨支承力索產(chǎn)生的下錨力：支柱總的力矩為：在實際應用中需要考慮一定的預量：，所以所選中間柱符合要求。(3)下錨柱校驗下錨柱選用，以73號支柱為例，左右跨距為55m。支柱總的力矩為：在實際應用中需要考慮一定的預量：，所以所選支柱符合要求。第4章吊弦計算吊弦是鏈形懸掛的重要組成部件之一，接觸線通過吊弦掛在承力索上，調(diào)節(jié)吊弦的長度可以保證接觸懸掛的結(jié)構(gòu)高度和接觸線距軌面的工作高度，增加了接觸線的懸掛點，提高電力機車受電弓的取流質(zhì)量[8]。4.1基本條件分析簡單鏈型懸掛的基本圖如圖4-1所示，從圖的幾何關系中可以看出，當?shù)扔诹銜r，即為等高懸掛，否則不管是正還是負，都為不等高懸掛。在本文的計算推導中，我們作了以下的假設條件：圖4-1簡單鏈型懸掛的基本圖承力索及接觸線為理想的柔軟索，只能承受沿其軸線方向的拉力，忽略其剛度的影響(接觸線及承力索細長比很大，可忽略其剛度)；承力索及接觸線自身質(zhì)量沿X方向均勻分布，在受力分析時考慮其數(shù)值，但不再畫出其分布圖；每根吊弦的質(zhì)量由兩部分組成：固定質(zhì)量(吊弦的上下線夾、緊固螺栓、基本接頭質(zhì)量總和)及長度質(zhì)量(隨吊弦長度變化而改變的質(zhì)量，若每根吊弦質(zhì)量為確定數(shù)值，則長度質(zhì)量為零)；不考慮預留弛度(基本不使用預留弛度)。4.2參數(shù)說明——跨距 ——結(jié)構(gòu)高度——左右定位點高度差 ——接觸線張力——承力索張力 ——接觸線線密度——承力索線密度 ——吊弦線密度——吊弦固定質(zhì)量 跨距結(jié)構(gòu)高度H=1.7m 承力索張力接觸線張力 承力索線密度接觸線線密度 吊弦的固定質(zhì)量吊弦線密度 定位點高度均勻布置7根吊弦4.3計算內(nèi)容(1)由設計參數(shù)確定每根吊弦的x坐標值，即(=0)按設計規(guī)范要求及吊弦均勻條件求得0、4、11、18、25、32、39、46(2)第根吊弦相對接觸線左定位點的高度值 (4-1)0、0、0、0、0、0、0、0(3)計算每根接觸線上吊弦處的懸掛力 (4-2)7.425、9.45、9.45、9.45、9.45、9.45、7.425(4)承力索在第根吊弦上產(chǎn)生的拉力 (4-3)式中首次計算，7.455、9.48、9.48、9.48、9.48、9.48、7.455(5)計算承力索左支點的支反應力為 (4-4)計算得(6)承力索Y坐標指的是承力索上各點相當于承力索左側(cè)懸掛點A的位移值(如圖4-2)，計算承力索每根吊弦處 (4-5)-0.1113、-0.2594、-0.3482、-0.3777、-0.3480、-0.2590、-0.1108圖4-2第i根吊弦左側(cè)承力索受力圖(7)計算接觸網(wǎng)線上每根吊弦的長度 （4-6）1.5887、1.4406、1.3518、1.3223、1.352、1.441、1.5892當跨距為55m時，均勻布置7根吊弦，同理可得每根吊弦的長度為：1.5899、1.4504、1.3621、1.3309、1.362、1.451、1.5941。根據(jù)《高速鐵路設計規(guī)范（試行）》11.5.3（5）：結(jié)構(gòu)高度宜選用1.6m，速度在250km/h區(qū)段，最短吊弦長度不小于500mm。本設計中吊弦完全滿足要求。第5章錨段及錨段關節(jié)接觸懸掛中的承力索和接觸線在延續(xù)到一定的長度后，為了滿足機械受力方面的要求及方便施工，必須分成為一個個相互獨立的線段，這些相互獨立的線段即為接觸網(wǎng)的機械分段。接觸網(wǎng)進行機械分段的線段稱為錨段，相鄰兩個錨段的銜接區(qū)段(重疊部分)稱為錨段關節(jié)。錨段關節(jié)的設置，使接觸網(wǎng)不間斷地貫通于全線[9]。5.1錨段的劃分根據(jù)《高速鐵路設計規(guī)范(試行)》11.5.6：正線接觸網(wǎng)錨段長度不宜大于2×700m，隧道內(nèi)不應大于2×700m。接觸網(wǎng)錨段長度應根據(jù)補償?shù)慕佑|線和承力索的張力差、補償器形式以及補償導線的高度等綜合因素確定。接觸線、承力索的張力差均不得大于其額定張力的±10%，并應符合下列要求：(1)正線雙邊補償時的最大錨段長度，一般情況不宜大于2×800m。困難情況下不宜大于2×900m。單邊補償?shù)腻^段長度應為上述值的50%。(2)站線最大錨段長度一般不宜大于2×850m，困難時不宜大于2×950m。自動張力補償裝置可采用滑輪組或棘輪方式，補償裝置的補償效率不應小于97%。(3)對于時速為200~250公里客運專線，正線區(qū)段接觸網(wǎng)錨段長度不宜大于2×700m。(4)單線電氣化區(qū)段，宜在車站的一端(以電源側(cè)為最好)設絕緣錨段關節(jié)；并應裝設隔離開關。(5)雙線電氣化區(qū)段，應能滿足上下行分別停電、檢修安全、實現(xiàn)V形天窗、方向行車的要求，按V形天窗的停電范圍設絕緣錨段關節(jié)。并裝設負荷開關或消弧電動隔離開關，納入遠動控制為宜。(6)絕緣錨段關節(jié)的設置可不受站場信號機位置的限制，但其轉(zhuǎn)換柱的位置應設在最外道岔岔尖50m以外。(7)在有幾個電氣化車場的車站上，宜將每個車場單獨電分段。(8)裝卸線、旅客列車整備線及機車整備線，均應單獨電分段，并在該處裝設帶接地刀閘的隔離開關。(9)路外專用電化線路應單獨電分段。(10)封閉的水鶴、到發(fā)線、安全線、牽出線、機車走行線等，不宜設接觸網(wǎng)電分段。5.2錨段關節(jié)錨段關節(jié)分為三種：僅起機械分段作用的稱為非絕緣錨段關節(jié)，該處相鄰的兩個錨段在電氣上是連通的；不僅起機械分段作用，同時又起同相電分段作用的錨段關節(jié)，稱為絕緣錨段關節(jié)；帶有中性嵌入段，既起機械分段的作用，又具有電分相功能的，稱為電分相錨段關節(jié)。根據(jù)錨段關節(jié)所起的作用，可分為非絕緣錨段關節(jié)、絕緣錨段關節(jié)及電分相錨段關節(jié)。根據(jù)所含跨距數(shù)可分為二跨、三跨、四跨、五跨、七跨及九跨式錨段關節(jié)。所謂三跨式錨段關節(jié)，就是錨段關節(jié)內(nèi)含有三個跨距，其余類推。根據(jù)《高速鐵路設計規(guī)范》11.5.6：錨段關節(jié)宜采用四跨或五跨形式。五跨絕緣錨段關節(jié)是錨段關節(jié)中含有五個跨距，主要在時速為160km以上電氣化線路中應用。在站場與區(qū)間的銜接處，采用五跨絕緣錨段關節(jié)。5.2.1五跨絕緣錨段關節(jié)對于時速為200～250公里客運專線，錨段關節(jié)宜采用四跨或五跨形式。在高速接觸網(wǎng)中，一般以四跨非絕緣錨段關節(jié)和五跨絕緣錨段關節(jié)為主。設置五跨絕緣錨段關節(jié)的主要目的是為了改善受電弓通過絕緣錨段關節(jié)的受流條件，將四跨絕緣錨段關節(jié)中性點過渡(在中心柱定位點處)改為五跨絕緣錨段關節(jié)的線過渡，錨段關節(jié)轉(zhuǎn)換跨內(nèi)的兩支接觸線為拋物線線型，從而避免了采用“整個轉(zhuǎn)換跨內(nèi)兩支接觸線等高”時，在兩根轉(zhuǎn)換柱的定位點處，受電弓同時接觸兩支接觸線，形成硬點，也避免了由于動態(tài)接觸壓力的作用，受電弓不得不劃過轉(zhuǎn)換柱處的接觸線折線處。五跨絕緣錨段關節(jié)的技術條件為：在錨段關節(jié)內(nèi)，兩組懸掛間的有效絕緣距離須大于450mm，在靠近下錨側(cè)的兩轉(zhuǎn)換柱內(nèi)，兩懸掛在水平面內(nèi)投影平行，且距離應保持450mm，在靠近下錨側(cè)的轉(zhuǎn)換柱處，兩組懸掛的垂直距離應在550mm以上，在中心跨的兩轉(zhuǎn)換柱處，兩組懸掛的垂直距離應保持150mm；兩工作支的等高點應位于中心跨中間，等高處的接觸線高度應高出標準導高40mm。如圖5-1所示。圖5-1五跨絕緣錨段關節(jié)5.2.2七跨電分相錨段關節(jié)對于高速電氣化線路，其電分相已不能用常規(guī)帶有絕緣滑條式的電分相裝置，因為常規(guī)式電分相裝置動態(tài)特性差，在實際應用中會在電分相處形成一連串的硬點，不僅會造成接觸線磨耗加劇，而且嚴重時，會形成火花甚至拉弧，燒損接觸線。當然，對高速運行的受電弓也會造成危害或燒傷。因而，對于160km/h以上的很高速及高速電氣化鐵路，電分相都采用錨段關節(jié)的過渡形式。以錨段關節(jié)的形式實現(xiàn)過電分相，使在高速運行時，受電弓平穩(wěn)，保證設備良好運行及受流質(zhì)量。七跨電分相錨段關節(jié)的結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。從圖中可以看出，七跨錨段關節(jié)加入一個七跨長的中性嵌入線，中性嵌入線保證在中間5個跨距內(nèi)是絕緣的。該中性嵌入線從左側(cè)的3處變?yōu)楣ぷ髦?，到右?cè)6處開始拾升，變?yōu)榉枪ぷ髦?，有三個跨距長度處于工作狀態(tài)，可保證約有100-150m長度的中性區(qū)。圖5-2七跨電分相錨段關節(jié)第6章補償裝置的選取6.1補償裝置方案的選擇補償裝置，它是裝在錨段的兩端，并且串接在接觸線和承力索內(nèi)，它的作用是補償線索內(nèi)的張力變化，使張力保持恒定[8]。接觸網(wǎng)補償裝置按結(jié)構(gòu)分類為滑輪組補償裝置、棘輪補償裝置、恒張力彈簧補償裝置、液壓補償裝置等四種，在我國鐵路以上四種結(jié)構(gòu)的補償器均有采用。從以上幾種補償裝置比較，各有優(yōu)缺點?；喗M補償張力恒定，且傳動效率高，特別是無油潤滑免維護滑輪被廣泛采用；棘輪補償裝置補償張力不恒定，且傳動效率低于滑輪，但斷線制動功能優(yōu)越；彈簧補償體積小，補償精度略低，適宜于小錨段及隧道等處所；液壓張力補償器替代傳統(tǒng)的墜砣方式，補償精度能滿足規(guī)范要求，尤其適用于隧道內(nèi)及其它低矮狹窄凈空條件下安裝使用，亦可用于一般條件下接觸網(wǎng)自動張力補償，但存在漏油造成補償性能下降，失去補償作用后較難恢復。綜合考慮本設計采用滑輪組補償裝置。補償器由補償滑輪、補償繩、杵環(huán)桿、墜砣桿、墜砣塊及連接零件組成。補償滑輪分為定滑輪和動滑輪(構(gòu)造相同)，定滑輪改變受力方向，動滑輪除改變受力方向外還可省力和移動位置?；喴话愣佳b有軸承。半補償時，滑輪組的傳動比為1:2，即墜砣塊的重力為接觸線標稱張力的一半；全補償時，接觸線與承力索兩端均帶補償器，接觸線補償器的安設與半補償相同，承力索補償器則采用三滑輪組式，傳動比為1:3。補償形式如圖6-1所示。圖6-1全補償鏈型懸掛滑輪組補償裝置6.2補償裝置的計算對于全補償鏈形懸掛，不僅在接觸線下錨處設有補償裝置，在承力索兩端也設有補償裝置，因此，可以近似地認為接觸線張力和承力索張力均近似為常數(shù)(不考慮因溫度變化形成的張力增量)。在溫度變化時，接觸線、承力索雖然也伸長(或縮短)，由于設有補償器，它們的張力不受溫度變化的影響，其弛度也可認為與溫度變化無關(實際受張力增量的影響，弛度也會有相應變化)。全補償鏈形懸掛，在無附加負載(覆冰)時，認為接觸線呈無弛度狀態(tài)，此時承力索弛度可由式(6-1)決定 （6-1）式中，——錨段內(nèi)的實際跨距值(m)；——承力索換算張力(kN)；——承力索最大許用張力(kN)；——鏈形懸掛合成自重負載(kN/m)；——鏈形懸掛換算負載。全補償鏈形懸掛承力索弛度，在跨距一定時，由懸掛的負載和承力索張力決定。在常溫下，若不考慮冰、風等附加負載的影響，和均近似地被認為是常數(shù)，而承力索弛度是不變的，但它的大小由補償器給定的承力索張力決定。鏈形懸掛的自重力負載：本設計中錨段內(nèi)跨距的標準取值有=50m，55m。由此可得0.3778m，0.4573m。隨著大氣溫度的變化，承力索和接觸線會發(fā)生線性伸長(或縮短)。為了不使承力索和接觸線在最高溫度時，因補償器墜砣著地而失去補償作用及在最低溫度時補償裝置因卡住滑輪而發(fā)生事故，一般根據(jù)錨段長度的不同，計算出在極限范圍內(nèi)墜砣串的安裝高度，稱為全補償鏈形懸掛墜砣安裝高度曲線。安裝曲線通常是受上端和下端兩端控制，由于我國疆域遼闊，南北方的極限溫度的溫差較大，一般在北方由上端控制，計算出的安裝距離(墜砣頂部至滑輪組)；在南方由下端距地面的安裝高度控制，其安裝曲線是表示墜砣串底部至基礎面(鋼筋混凝土支柱為至地面)的高度，計算公式為 （6-2） （6-3）式中，——墜砣串底部至基礎面(或地面)的最小允許距離(m)；——墜砣串頂部至滑輪組的最小允許距離(m)；——半個錨段的長度(m)；θ——新線延伸率，承力索取,接觸線??；α——承力索或接觸線的線脹系數(shù)()；——補償滑輪傳動比。式6-2和6-3參數(shù)說明：規(guī)定、的最小值、一般為0.3m；補償滑輪傳動比接觸線取為2，承力索的取為3；線索的線脹系數(shù)取為α=/℃；在本次設計中，區(qū)間四個錨段，長度分別為1385m,1225m,1165m和1325m，所以取為它們的一半；由原始資料中可以知道安裝溫度=-10℃。所以由式6-2和6-3可得：(1)接觸線的a、b值：①當錨段長度為1385m時：②同理當錨段長度分別為為1225m,1165m和1325m時：。(2)承力索的a、b值：①當錨段長度為1385m時：②同理當錨段長度分別為為1225m,1165m和1325m時：第7章結(jié)論與展望7.1結(jié)論本次畢業(yè)設計嚴格按照電氣化鐵道設計規(guī)范，完成了區(qū)間接觸網(wǎng)的設計。通過對接觸網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)的了解，依據(jù)接觸網(wǎng)設計的一般技術原則，按照區(qū)間接觸網(wǎng)設計的步驟，結(jié)合國內(nèi)外接觸網(wǎng)運行的新技術和新設備，設計出適合高速列車運行的接觸網(wǎng)。盡管接觸網(wǎng)設計的技術參數(shù)和設備選型都符合高速列車運行的要求，但還有許多有待改進的地方：(1)此次設計只是停留在理論上，不能像國外那樣用計算機進行接觸網(wǎng)的仿真模擬。(2)由于國內(nèi)高速電氣化鐵路正處在發(fā)展階段，高速接觸網(wǎng)的資料還不是很全，因此此次設計有關設備及參數(shù)的選取是按照普速設計的。(3)本次設計由于缺乏相關經(jīng)驗和資料掌握的不是很完整，對現(xiàn)場的一些情況做了理想的假設，對某些部位只做了簡單的介紹甚至有的沒有涉及到。7.2展望接觸網(wǎng)是一個復雜的系統(tǒng)，要想設計好還需要大量理論的學習和實踐經(jīng)驗的積累。本次設計中有某些需要改進的地方，如張力補償裝置可以改為棘輪補償，這樣的話斷線制動功能更優(yōu)越，但會增加成本。支柱可以改選為鋼柱，雖然建造成本會提高，維修工作量大，但是有強度高、安裝運輸方便等優(yōu)點。參考文獻[1]于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M].西南交通大學出版社.2003.[2]中華人民共和國行業(yè)標準.高速鐵路設計規(guī)范[M].中國鐵道出版社社.2010.[3]鐵道部電氣化工程局電氣化勘測設計處．電氣化鐵道設計手冊—接觸網(wǎng)[M].北京:中國鐵道出版社,1983.[4]李偉.接觸網(wǎng)[M].中國鐵道出版社.2011.[5]董昭德.接觸網(wǎng).中國鐵道出版社.2010.[6]接觸網(wǎng)運營檢修與管理[M]．北京:中國鐵道出版社,2002.[7]接觸網(wǎng)零部件手冊[M].北京:中國鐵道出版社.[8]昌月朝.簡單鏈形懸掛吊弦長度計算方法.鐵道機車車輛[M].1998.[9] 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FelixGarcia-Carballeria,

JesusCarreteroTransportation[M],ResearchPartC:EmergingTechnologiesVolume28,March2013,Pages1–14附錄A外文資料翻譯A.1英文Optimizingtheprocessofdesigningandcalculatingrailwaycatenarysupportinfrastructureusingahigh-productivitycomputationaltoolabstractTheprocessofdesigningandcalculatingrailwaycatenaryinfrastructure,asthewayitiscarriedoutcurrently,isverycomplexandtimeconsuming.Itisnecessaryexpertknowledgeofdifferent?elds,likedesignandstructuralcalculus,technicalsecurity,legalnormative,topography,etc.Thisprocessconsistsofseveralstagesaimedatchoosingadesign,checkingrequirements,andcalculatingstructuralfeasibility,sothecommunicationamongtheexpertsmaybequiteslow.Inordertoreducetimeandeffortinvestedinthisprocess,weproposeasystemthatallowstoautomateitsstagesandtasks.Oursystemprovidesavalidsolutionperstructure,thatcomplieswithdesignandstructuralconstraints,andwithexistingrailwayregulations.Theproposedsystemhasbeenintegratedinahigh-productivitysoftwaretool,thatavoidshumanmistakesduetohand-calculation,allowsusersafastdesignandcalculation,andexploitstheabilityofcurrentcomputerstoruntasksconcurrentlysoastospeeduptheprocess.Besides,thetoolisevaluatedthroughastudycasebasedonarealrailwayroute,obtaininganoverallimprovementof82.33%intimeinvestedovertheexistingprocess.Keywords:Railwaycatenaryinfrastructure,Designandstructuralcalculus,OptimizationHigh-productivitytool1.IntroductionSincethemid-20thcentury,railwaycompaniestendtodeployoverheadlinesasamechanismtosupplyenergytoelectriclocomotives(Ross,1971;Grieve,1956).Clemow(1972)showsthatelectrictraction,andinparticulartheuseofthecatenary,hasseveraladvantagesoverdieselandotherkindsoftraction,asitperformsahigherpower-to-weightratio,resultinginafasteraccelerationandahigherpracticallimitofpower.Electriclocomotivesdonotdependoncrudeoillikefuel,sorailwayelectri?cationsystemshavelessimpactontheenvironment.As?kerman(2011)states,speci?cgreenhouseemissionsconcerningpropulsionandfuelproductioninelectrictrains,willbelowerthanemissionsfromotherkindsoftraction.Overheadlineshaveanadditionaladvantageoverotherground-levellocatedsystemsthatsupplyenergy:theformermechanismisbothsaferintermsofaccidentalcontactsofpeopleoranimals,andhavefewervoltagerestrictionsthanthelatterone,owingtotheelevationovertheground.Thisfactallowsrailwaycompaniestousepowerfullocomotivesandmoretraf?coverthetracks(seeHartland,2008;MontesinosandCarmona,2007).Inspiteoftheadvantagesofusingoverheadlines,theirdeploymentalongtherailwaytracksisaverycomplexdesignprocess.Thiscomplexitycanbeanalysedfromfourdifferentperspectives.Firstofall,manyelementshavetobeconsideredsoastoelectrifyatrackstretchofseveralkilometresinlength.Theoverheadcontactline,hereinafteralsocalledcatenary,isassembledconsideringarangeofspansofabout60minlength,normallybetween15and20(MontesinosandCarmona,2007).Ifeachofthemissupportedbyapairofpoles,morethan30polesperkmintwo-waystandardtracksareneeded.Atrailwaystations,thenumberoftracksisincreasedandthespaceislimited,sopolesarereplacedwithportalframes,thusallowingsimultaneoussupportformultipleclose-locatedcatenariesthroughasinglestructure.Asanexample,Fig.1illustratesthehighnumberofportalframesinarailwaystation.Secondly,thedeploymentprocessinvolvesseveralcomplexandcriticaltasks:1.Placingstructuresalongthetrackstretches.Thismayincludeagroundprojectionoftheelementsandananalysisofgeographical,climatic,andterrainconditions.2.Designingsupportelements,likepolesandportalframes,inordertowithstandthemaincatenaryinfrastructurecomponents(wiresandcantilevers).Moreover,thesesupportingelementsmustdealwithextremeconditions,likestrongwindsandiceoverload.Thirdly,therearemanyexpertsthattakepartinthedesignprocess(DeBruijnandVeeneman,2009).Everypreviouslymentionedtaskrequiresknowledgefromdifferent?elds,suchastopography,architecture,structuralcalculusanddrawing.Moreover,technicalsecurityandlegalnormativehavetobeconsideredthroughouttheprocess.Therefore,everytaskisassignedtoadifferentexpertofeach?eld.Fromthispointofview,thecomplexityofthedesignprocessliesinthevarietyofknowledgesources,anditbecomesworseduetothedif?cultyandslownessofcommunicationamongalltheexperts.Fourthly,astheexpertstakingpartintheprocessbelongtodifferentcompanies,therailwaycompanymustdealwithseveraloutsourcedenterpriseswithinarailworkproject.Thisfactresultsinahardcommunicationamongthem,becauseeverycompanyhasitsownorganization,interoperabilityprotocols,andinterfaces(PanettoandMolina,2008).Moreover,whenconcerningacrosscountryproject,severalrailwaycompaniesgetinvolvedinit,socompatibilityissuesmustbetakeintoaccount(MidyaandThottappillil,2008).Thepaperisorganizedasfollows.Section2describesthestagesinvolvedinthedesignprocessofdeployingoverheadlineswithinaproject.InSection3,thealgorithmtodesignandcalculateasinglecatenarysupportstructureispresented.Section4presentsthehighproductivitysoftwaretooldevelopedtoperformthewholedesignprocessef?ciently.Section5analyzesthetoolperformanceofresolvingmultiplecatenarysupportstructures.Section6includessomeresults,validations,anddiscussionsaboutthetool.And,?nally,Section7showsthemainconclusionsofthepaper.2.TheprocessofdesigningandcalculatingtherailwaycatenaryinfrastructureThedesignandcalculationoftherailwaycatenaryinfrastructureisaverycomplexprocess,asitisdescribedinKiesslingetal.(2009).Itinvolvesseveralstagesthatneedtobeaccomplishedinordertoobtainavalidsolution.Everystageoftheprocessrequiresspeci?cknowledgefromdifferent?elds,sothatdifferentexpertshavetotakepartinit.Theseexpertsusuallybelongtodifferentoutsourcedcompanies,thatmustdealwiththerailwaycompanysoastoagreeontherequirements,costs,quality,securityandtechnicalaspects,andlegalissues.Inthissection,wepresentthestagesofthisdesignprocesswithfurtherdetail,basedonthreesources:railwaycompanyexperts,thedesignplanningprocessdescribedinKiesslingetal.(2009),andpreviousworks(Carreteroetal.,2003;Saaetal.,2012).Fig.2showsallthestepsastheyarecarriedoutcurently,andtheexpertsinvolvedineachone.Asmaybeseen,severalrapportshavetobeestablishedbetweenthedifferentexperts.–Themanagerofarailworkprojectasksforthedesignoftherailwaycatenaryinfrastructure.Hemustde?neseveralrequirementslikethegroundfeatures,theheightofthecatenarypoints,andhowandwherethecatenariesareheld.Thisde?nitionissenttothedesignengineer.–Thedesignengineerprovidesapossibledesignsolutionforeverystructurewithintheproject.Eachonemustbevalidfromageometricalpointofview.Atthisstage,manyelementsbelongingtotherailwayinventory(foundations,poles,lintels,cantilevers,wires,etc.),havetobeconsideredsoastogeneratepossiblecombinationsthat?ttherequirementsspeci?edbytheprojectmanager.Whenconsultingtheinventorythroughtherailwaycompany,theaimistoprovideminimumcostdesignsolutions.Costsarede?nedbyweight,typeofmaterial,andmanufacturingefforts.Allthecombinationsthatcanbeproposedmaketheprocessmorecomplexandmoreexpensive,becausespeci?cknowledgeforthedesignexpertspartisneeded.–Atthispoint,arapportbetweentherailwaycompanyandthedesignoutsourcedcompanyisestablished.Thesolutionsprovidedbythedesignengineermustbecheckedsothatexistingrailwayregulationsareensured,andsecurityandtechnicalaspectsareful?lled.Therefore,ifadesignsolutionforastructureisnotvalid,itisdiscardedandanotheronemustbeadoptedfollowingthepremiseofminimumcostdesign.–Onceeveryvaliddesignsolution,compoundedofspeci?ccomponentsfromtherailwayinventory,hasbeenprovided,therailwaycatenaryinfrastructureisanalysedfromastructuralperspectivebythestructuralengineer.Effortsanddisplacementsarecalculatedinordertochecktheresistanceofthematerials,i.e.,thestructuralfeasibilityofthewholestructure.ThetaskofcalculatingarailwaycatenarysupportstructureusuallyreliesonDSMtoknowitsstructuralbehavior.Therefore,amodelconsistingofasetofbarsinterconnectedatnodesisnecessary,wherealltheloadsaffectingthestructureareincluded.Weovercometheformerproblemsbydevelopinganalgorithmthatallowstoautomatetheprocessofdesigningandcalculatingarailwaycatenaryinfrastructure.Thealgorithmincludesallthestepsdescribedsoastoprovideasolutionthatisgeometricallyandstructurallyfeasible,cost-effective,andcompliantwiththeexistingrailwayregulations.Thealgorithmisimplementedinasoftwaretool,whichislinkedtotherailwayinventory.3.DesigningandcalculatingasinglecatenarysupportstructureIntheprevioussection,wehavepresentedtheprocesscurrentlyusedtodesignandcalculaterailwaycatenaryinfrastructure.Anautomationofthisprocesswouldreducethetimeinvestedinachievingavalidsolution.Regardingtheelementsoftherailwayinventorythatareusedintheprocess,theaimisto?nd:–Avaliddesignforallthecantilevers,polesandlintels,cateringforthegeometriccon?gurationofthecatenariesheldbythestructure.–AfeasiblebarassemblyofpolesandlintelsaftercalculatingtheirstructuralbehaviorthroughDSM.–Avalidchoiceforeveryfoundation,consideringitsoverturningandsubsidenceresistance.Threemainproblemsarisefromthisdesignandcalculationprocess.Firstly,thedesignedstructuresareveryheterogeneous,i.e.,theyhavetheirowncharacteristicsandconstraints,withregardtothetrackroute,thecatenariestobeheld,thehypothesisofloadcasesthatareused,ortheconstructionregulations.Thisproblempreventsdesignandstructuralengineersfromdevelopingasinglecommonsolution.Secondly,applyingDSMisatime-consumingtask,becauseitrequiresalargenumberofoperations.Ontheonehand,thecatenarysupportstructuremustbemodeledasasetofbarsinterconnectedatnodes.Thewaytoobtaineffortsanddisplacementsatanypointofthestructureconsistsofresolvingasetofequations,generatedfromthestiffnessmatricesofthebars,andtheloadsaffectingthestructure.Ontheotherhand,feasibilityveri?cationformulaswithsafetycoef?cientsspeci?edbytherailwaycompanymustbealsoconsideredinordertoresolvethewholestructure.Finally,themorecomplexisthestructure,themoreoperationsmustbeperformed.Thirdly,dependingontheinventorysizewhichthesystemislinkedto,thesetofcombinationswhereafeasiblesolutioncanbefound,maybeverylarge.LetItheinventorythatcontainstheconstructiveelementsusedtoassembleastructure.I={LjPjFjC},whereL=isthesetoflintelsincludedintheinventory,P=isthesetofpolesincludedintheinventory,F=isthesetoffoundationsincludedintheinventory,andC=isthesetofcantileversincludedintheinventory.LetWtheplannedproject.Wcontainsanumberofstructures,W=.Asinglestructureisde?nedby,whereisthenumberoflintelsinthestructure,isthenumberofpolesinthestructure,andalsothenumberoffoundations,andisthenumberofcantileversthatsupporttheoverheadlinesattachedtothestructure.Thenumberofpossibleassembliesforallthecantilevers,poles,andlintelsin.4.HighproductivitycomputationalsoftwaretoolAsoftwaretoolhasbeenimplemented,soastoautomatetheprocessofdesigningandcalculatingrailwaycatenarysupportstructures.Thetoolisorientedtothecomputer-aideddesignofrailwayinfrastructures.Throughauser-friendlyinterface,usersareabletodesignrealrailworkprojectsindetail,de?ningandmodifyingtheelementsthatareplanned(lengthanddirectionoftrackstretches,typeandmechanicaltensionofoverheadwires,catenaryheight,cantilevers,polesandportalframesandtheirlocationalongthetracks,etc.).Then,ourtoolgathersalltheinformationrelatedtoeachcatenarysupportstructureintheproject,anditisabletoperformitsdesignandcalculation,allowingforstructuralconstraintsandnormativeregulations.StructuralcalculusiscarriedoutthroughDSM,thatisimplementedwithinourtool.Moreover,itworkswiththerailwayinventory,sothecomponentsandmaterialsofitsstocklistareincludedandconsidered.Sincethetoolisdesiredtobeinteractive,usersarealwaysinformedabouttheresultsobtained,whetherafeasiblesolutionisachievedornot.Ontheonehand,ifafeasiblesolutionisachieved,theassembledstructureispresentedshowingthefollowinginformation:–ACADdrawing,includingtheelementsthatcompoundthestructure.Fig.4showsanexampleofatrussportalframethatleansontwobeampoles.Theuserisabletoidentifythespeci?ccomponentsperelementthatwereusedinthesolutionobtained.Besides,sincerealcomponentsareusedandawell-designedstructurewithrealmeasurementsisprovided,theCADdrawingcanbedeliveredtothecompanyinchargeofthebuildingstage.–Numericalresultsofthecalculationprocessarealsopresented.Userscanaccessdetailedinformationatanypointofthemodeledbars:axialandshearstresses,bendingmoments,anddisplacements.Theirmaximumandminimumvaluesarealsoobtainedandlocatedatspeci?cpointsintheassembledstructure,sothatuserscananalyzeitsstructuralbehavior.Besides,differentdiagramsarealsousedtorepresentgraphicallythesenumericalvalues,asmaybeseeninFigs.5and6.–Overturningmomentsandcompressionforcesoffoundationswherepolesareembeddedin.–Tensionofthewiresusedtoholdthelintelsunderafeasibledeflection.Theirlocationsalongthelintelarealsoprovided.5.ResolvingmultiplecatenarysupportstructuresTheremaybeseveralhundredsofrailwaycatenarystructuresperprojectwithheterogeneousdesignfeatures.AnewextensionoftheResolveStructurealgorithmallowsengineerstodesignandcalculateasmanysinglestructuresastherearewithinaproject.Algorithm2showsthepseudocode.Dependingonhowcomplexasinglestructureis,thealgorithmdevelopedtoaccomplishthedesignprocessmayrangefromsecondstoafewminutes.So,concerningthecomputationalcomplexity,thehigherthenumberofcatenarysupportstructureswithinaproject,thegreaterthecomputationaleffortforacomputer.Inordertocopewiththisissue,weproposeanewapproachthatexploitstheabilityofcurrentcomputerstoruntasksconcurrently.Recently,thenumberofcoresincomputershasbeenincreasing,sodifferentdesignprocessesmightbeful?lledindifferentthreadsatthesametime,thusoptimizingtheoverallperformance.6.ResultsanddiscussionThegeographicallocationofthestudycaseisdescribedinCarreteroetal.(2003).Itincludesonerailwaystationwith2kminlength,followedby25kmofatwo-waytrack.Inordertocarryoutthestudy,allthetrackstretchesmustbeelectri?ed.Therefore,followingdifferentnormative(AENOR,2009;MontesinosandCarmona,2007;UIC,1981),acatenarysupportelementisdeployedevery50m.Polesareusedoneachsidealongthe25kmofthetwo-waytrack.