高速接触网定位管拉线不受力简析

摘要：杭长客专接触网正、反定位的定位管均采用拉线形式，尤其是在曲线半径较小的曲外支柱正定位的正定位管拉线不受力。文章针对定位管拉线不受力，根据腕臂安装结构进行受力分析，提出了具体的解决体方案，为高速接触网安全运营提供了借鉴。

关键词：高速接触网；定位管拉线；受力分析；具体措施；高速铁路 文献标识码：A

中图分类号：U225 文章编号：1009-2374（2017）06-0131-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.06.066

杭长客专接触网正、反定位的定位管均采用拉线形式，尤其是在曲线半径较小的曲外支柱正定位的正定位管拉线不受力，本文就此问题简析如下，供同行研究。

1 旋转腕臂安装形式

旋转腕臂安装在腕臂底座旋轴上，腕臂承载着自动补偿的接触悬挂，它可在接触悬挂因温度变化发生位移时跟着移动。见下图1，腕臂从功能上可分为接触线支持装置和承力索支持装置，接触线支持装置包括定位管、定位支座、定位器（含定位线夹）、防风拉线和定位管拉线（定位管支撑）。承力索支持装置包括腕臂管（平、斜腕臂）、承力索座和腕臂支撑。腕臂通过棒式绝缘子与旋转腕臂底座固定在支柱或吊柱上。接触线定位装置为满足受电弓均匀磨耗，一般正定位时，接触线偏移向支柱侧拉，而反定位时，接触线向远离支柱侧拉，详见图1所示：

2 定位器

定位器是支持装置中的主要部件，一般只允许受拉，其荷重为80～2500N，不允许受压。根据欧标EN50119规定，不限位的定位器，在动态应保证向上运动。为最大拉（抬）升量的2倍[高速一般最大拉（抬）升量为150mm]，有限位作用的定位器，在动态向上抬升为最大抬升量的1.5倍，即225mm限位。

2.1 定位器的受力分析

直线区段跨距大、拉出值小，则角最大；曲线区段曲线半径越小，跨距越小、拉出值比直线区段大，则角越小。从上述分析来看，曲线区段定位器受到的拉力远大于直线区段，同为曲线区段，曲线半径越小定位器受到拉力Fr越大。这也是曲线区段定位管拉线不受力情况严重的重要原因；同理，拉出值越大角越小，定位器受到拉力Fr越大；另外导线张力F也是影响定位器受力Fr的主要因素，普速铁路接触网导线张力一般F=15kN，而高速铁路一般为F=28.5kN（如沪宁客专）或F=30kN（如杭长客专），在结构安装参数恒定的情况下，张力F越大，定位受力Fr越大，这也是定位管拉线不受力情况多出现在高速铁路的重要原因。

水平方向上定位器垂直分力：FL=sin（）・F-sin（）・F=0，定位器处于平衡状态，无偏移。

2.2 定位器的状态分析

接触线在定位管的铰接点上作用一个顺时针力矩M=a・FC（FC为定位器拉力Fr的垂直分力与定位器、定位管、导线荷载垂直方向合力，此处为分析方便简化为FC），但由接触线的径向力，即水平力（之字力）会产生一个逆时针的力矩-m=h・FS（FS为定位器拉力Fr的水平分力），见图2。如a・FC>h・FS，则在定位管处产生向下旋转的力矩，即顺时针力矩m，它被吊线（定位管拉线）抵消掉，也就是说，只能由定位管和斜腕臂之间的定位支撑抵消掉。

如a・FC

3 定位管

4 定位管拉线不受力原因分析

假设接触导线设计张力F和设计跨距L恒定的情况下，对定位管受力情况进行分析。

反定位情况下：根据定位器及定位管受力分析，Fs与FC作用在定位管上的作用力方向一致，合力会一直产生一个向下的旋转的力矩，使得定位管拉线一直处于受力（拉力）状态，且曲线情况下，定位管拉线受力（拉力）越大，越不会产生定位管拉线不受力情况。

正定位情况下：根据定位器及定位管受力分析，FS作用在定位管上的力的方向向上，会产生一个使定位管向上旋转的力矩，FC作用在定位管上的力方向向下，会产生一个使定位管向下旋转的力矩，当≥时，作用在定位管上的合力使定位管产生向上旋转的力矩，使得定位拉线处于受压状态，即不受力。根据上述定位器受力分析，在曲线地段正定位情况，向上旋转的力矩要远大于直线段，曲线半径越小向上的旋转力矩越大，拉出值越大，则向上旋转力矩越大。因此正定位情况下会出现定位管拉线不受力情况，曲线地段和拉出值较大区段尤为严重。

5 解决方案比选与案例分析

方案一：在不改变接触网结构形式的情况下，设定曲线半径与跨距恒定的情况下，通过调整结构参数来增加FC向下力的作用效果。

（1）减小拉出值，并在满足受电弓动态包络线的情况下尽量采用较短的定位器，使得定位管向下作用力臂AB变大，同时减小了定位器拉力Fr；（2）在接触网弹性允许的情况下调整定位器两侧最近吊弦位置，使其远离定位器，加大定位器处的接触网导线荷载；（3）在不改变定位器状态情况下，调整定位管拉线线夹位置，使定位管向上倾斜，使得定位拉线受力。

此方案优点为不改变接触网悬挂结构，操作简单易行，适用于已施工完成项目，且不增加额外成本；缺点为效果不明显，即使通过调整参数使得定位管拉线处于受力（拉力）状态，也是处于向上与向下作用力矩平衡的临界值，接触悬挂结构稳定性较差，特别是在曲线半径较小且拉出值较大地段，导线张力较大的铁路线路；另外通过调整定位管拉线线夹位置会使定位器限位间隙变大，使机车通过时的限位抬升量变大，限位抬升量有可能超过设计最大抬升值（一般设计最大抬升值为225mm），限位定位器限位作用被弱化。

杭长客专实际就是采用此方案，如下：

杭长曲线外侧支柱正定位采用1350型定位器，导线张力30kN，拉出值300mm，逆时针的力矩-m大于顺时针的力矩m，所以定位管拉线不受力，建设单位组织专家现场解决，鉴于接触网已成形，开通在即，采用了方案一进行调整，把拉出值由设计300mm改为250mm时，即见效。这是因为拉出值减小定位管向下作用力臂AB变大，从而使得作用在定位管上的向下的力矩变大，使≤，作用在定位管上的合力力矩方向向下，使得定位管拉线受力（拉力）。如果设计时定位器为1150型，在曲线区段机车车体由于超高因素，向区内倾斜，定位管长度加拉出值为1450mm，受电弓一半为975mm，再加上动态水平摆动量300mm，共计1275mm，完全可以保证受电弓高速安全牵引，使得AB值进一步加大，效果会更明显。

方案二：在设时正定位考虑采用定位管硬支撑，反定位采用拉线，曲线正定位采用机车受电弓包络线允许情况下尽量采用较短的定位器。

此方案优点是能够彻底改善定位拉线不受力情况，由于采用硬支撑，在作用在定位管上的合力力矩方向向上时，定位管支撑处于受压状态，如使用定位管拉线则达不到此效果，且此方案接触网悬挂结构稳定，安全可靠。虽然定位管硬支撑造价远大于定位管拉线，但是采用较短定位器会节省部分成本，总体成本变化不大。

6 结语

本文重点分析了高速铁路定位管拉线不受力情况产生原因及影响因素，定位管拉线不受力的决定性因素有接触网导线设计张力、曲线半径、拉出值、选定定位器长度等，同时根据实践情况、设计、投资变化角度给出了解决方案。综上所述，建议今后高速铁路设计时采用方案二，能够保证接触网悬挂结构稳定，同时有利于高速铁路运行的安全性，从而彻底解决定位不受力问题。

参考文献

[1] [德]基布岭（KieBling），中铁电气化局集团有限公司，等.电气化铁道接触网[M].北京：中国电力出版社，2003.

[2] 高速铁路设计规范（TB10621-2014）[S].

作者简介：尹利宾（1983-），男，山东曹县人，中铁电气化局集团有限公司工程师，研究方向：工程施工。