接觸網(wǎng)腕臂測(cè)量數(shù)據(jù)探討

　　接觸網(wǎng)腕臂作為弓網(wǎng)系統(tǒng)中的重要組成部分，其本身的優(yōu)劣可以影響到整個(gè)弓網(wǎng)系統(tǒng)，重要性不言而喻。
　　目前國(guó)內(nèi)鐵路工程接觸網(wǎng)腕臂是利用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)，并結(jié)合設(shè)計(jì)資料，通過專業(yè)軟件計(jì)算得出。其中現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)的正確性和準(zhǔn)確性，決定了腕臂計(jì)算結(jié)果的合理性。
　　本文著重對(duì)鐵路工程接觸網(wǎng)腕臂計(jì)算流程中的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)要的探討。
　　1　接觸網(wǎng)腕臂設(shè)計(jì)
　　目前在國(guó)外，日本新干線、我國(guó)臺(tái)灣、法國(guó)高鐵、韓國(guó)高鐵接觸網(wǎng)采用鋼腕臂及定位系統(tǒng)，德國(guó)及西班牙高鐵接觸網(wǎng)采用鋁合金腕臂及定位系統(tǒng)。
　　我國(guó)國(guó)內(nèi)主要以傳統(tǒng)鋼腕臂結(jié)構(gòu)為主，近幾年隨著客運(yùn)專線的建設(shè)，鋁合金腕臂及定位系統(tǒng)也開始廣泛使用。
　　對(duì)比兩種材質(zhì)的腕臂。鋁合金腕臂系統(tǒng)重量輕、美觀性能好，但鋁合金零部件大多采用鑄造工藝生產(chǎn)，少量采用鍛造工藝，其產(chǎn)品加工難度大，成品率低，工程造價(jià)較高，鋼腕臂系統(tǒng)采用無(wú)縫鋼管，連接零件采用鋼材鍛造、沖壓或焊接而成，零部件加工難度小、質(zhì)量穩(wěn)定，同時(shí)關(guān)鍵受力節(jié)點(diǎn)采用螺栓連接，區(qū)別于鋁合金系統(tǒng)的摩擦副連接，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度更好，更加安全可靠。對(duì)大風(fēng)等惡劣氣候適應(yīng)性更強(qiáng)。
　　從整體結(jié)構(gòu)上對(duì)比中國(guó)傳統(tǒng)鋼腕臂結(jié)構(gòu)、高速鋁合金和日式鋼腕臂結(jié)構(gòu)，三者都是三角腕臂結(jié)構(gòu)，主要差別有三點(diǎn)：一是平腕臂和斜腕臂連接方式不同；二是定位管形式；三是定位器形式。
　　本文以鋁合金腕臂及定位系統(tǒng)為研究對(duì)象，腕臂支持裝置一般采用絕緣旋轉(zhuǎn)全腕臂結(jié)構(gòu)形式，為水平腕臂與斜腕臂組成的平腕臂三角形結(jié)構(gòu)，采用承力素座固定承力素，斜腕臂與水平腕臂間加設(shè)腕臂支撐。
　　
　　就目前國(guó)內(nèi)鐵路接觸網(wǎng)腕臂系統(tǒng)，主要的腕臂結(jié)構(gòu)形式有正定位腕臂結(jié)構(gòu)形式、反定位腕臂結(jié)構(gòu)形式和非工作錨支定位腕臀結(jié)構(gòu)形式。
　　2　接觸網(wǎng)腕臂計(jì)算
　　2.1計(jì)算流程
　　鐵路工程接觚網(wǎng)腕臂計(jì)算流程如圖1所示。
　　從流程圖中可以清晰的看出，在整個(gè)接觸網(wǎng)腕臂的計(jì)算過程中，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)是整個(gè)計(jì)算過程的控制點(diǎn)，測(cè)量數(shù)據(jù)的正確性和準(zhǔn)確性，決定了接觸網(wǎng)腕臂計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　2.2測(cè)量?jī)?nèi)容
　　現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)?nèi)容如下所示：
　　(I)側(cè)面限界(鋼軌平面中心到支柱內(nèi)表面)。
　　(2)上腕臂底座高度(上底座巾間孔到線路低軌面)。
　　(3)下腕臂底座高度(下底座中間孔到線路低軌面)。
　　(4)接觸網(wǎng)支柱斜率(支柱頂部與底部的偏差)。
　　(5)接觸網(wǎng)支柱跨距(支柱中心到支柱中心)。
　　2.3現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量
　　現(xiàn)場(chǎng)刪最是依據(jù)測(cè)量?jī)?nèi)容進(jìn)行的，包括支柱側(cè)而限界、支柱之間的跨距、支柱斜率和上下腕臂底座高度。
　　支柱側(cè)面限界、支柱之間的跨距和支柱斜率，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果和理想設(shè)計(jì)值之間的誤差比較容易判斷，測(cè)量結(jié)果的可靠性不需要再做二次處理便可以直接判斷，但是對(duì)于上下腕臂底座孔高度，直接影響到腕臂安裝的效果和定位器能不能裝的下，所以有必要做進(jìn)一步的探討。
　　
　　關(guān)于上下腕臂底座高度，在線路直線段和帶有超高的曲線段，兩個(gè)位置的理論高度值是不一樣的，這里作簡(jiǎn)要的探討，以幫助在測(cè)量過程中和計(jì)算過程中有一個(gè)比較清晰的認(rèn)識(shí)。
　　在鐵路工程中，上下腕臂底座高度定義為上下腕臂底座中間孔中心到低軌軌道面(直線段，以鋼軌軌道水平面為準(zhǔn))的距離。
　　(1)直線段。
　　在直線段，上下腕臂底座高度如圖2(a)所示。
　　①軌道平面位置O到接觸線位置A的距離：5300mm(導(dǎo)線高度)。
　　②接觸線位置A到承力素位置C的距離：1600mm(結(jié)構(gòu)高度)。
　　③承力素位置C到平腕臂位置B的距離：110mm(承力索座結(jié)構(gòu)高度)。
　　④平腕臂位置B與上腕臂底座位置D在一個(gè)水平面上。
　　⑤上腕臂底座位置D到下腕臂底座位置E的距離：1750mm。
　　由①～⑤的空間幾何關(guān)系可以計(jì)算出，直線段(橋梁段+路基段)上下腕臂底座到鋼軌軌道平面的距離分別為：
　　YB(上腕臂底座高度)
　　=5300+1600-110=6790mm；
　　YA(下腕臂底座高度)
　　=5300+1600-110-1750=5040mm；
　　(2)曲線段。
　　曲線外側(cè)，腕臂正定位上下腕臂底座高度如圖2(b)所示。
　　①A點(diǎn)(低軌水平面中心)到軌道平面位置O的距離：Cant／2(半個(gè)外軌超高)。
　　②軌道平面位置O到受電弓平面位置B的距離：5300mm(垂直軌道面的導(dǎo)線高度)。
　　③受電弓平面位置B到C的距離：a(接觸線拉出值)。
　　④C到承力索位置E的距離：1600mm(結(jié)構(gòu)高度)。
　　⑤承力索位置E到平腕臂位置D的距離：110mm(承力索座結(jié)構(gòu)高度)。
　　⑥上腕臂底座位置F到下腕臂底座位置G的距離：1750mm。
　　由①～⑥的空間幾何關(guān)系可以計(jì)算出，曲線外側(cè)(橋梁段+路基段)正定位上下腕臂底座到低軌軌道面的距離分別為：
　　YB(上腕臂底座高度)
　　=Cant／2+5300Cosα+a Sinα+1600-110；
　　YA(下腕臂底座高度)
　　=Cant／2+5300Cosα+a Sinα+1600-110-1750；
　　——其中角α為外軌超高角。
　　曲線外側(cè)，腕臂反定位上下腕臂底座高度如圖2(c)所示。
　　①A點(diǎn)(低軌水平面中心)到軌道平面位置O的距離：Cant／2(半個(gè)外軌超高)。
　　②軌道平面位置O到受電弓平面位置B的距離：5300mm；(垂直軌道面的導(dǎo)線高度)。
　　③受電弓平面位置B到c的距離：a(接觸線拉出值)。
　　④C到承力索位置E的距離：1600mm(結(jié)構(gòu)高度)。
　　⑤承力索位置E到平腕臂位置D的距離：110mm(承力索座結(jié)構(gòu)高度)。
　　⑥上腕臂底座位置F到下腕臂底座位置G的距離為1750mm。
　　由①～⑥的空間位置關(guān)系可以計(jì)算出，曲線外側(cè)(橋梁段+路基段)反定位上下腕臂底座到低軌軌道面的距離分別為：
　　YB(上腕臂底座高度)
　　=Cant／2+5300Cosα-a Sinα+1600-110；
　　YA(下腕臂底座高度)
　　=Cant／2+5300Cosα-a Sinα+1600-110-1750；
　　其中角α為外軌超高角。
　　由接觸網(wǎng)腕臂的裝配關(guān)系可以知道，曲線內(nèi)側(cè)的正定位和曲線外側(cè)的反定位、曲線內(nèi)側(cè)的反定位和曲線外側(cè)的正定位在空間幾何位置上是完全一樣的，進(jìn)而上下腕臂底座高度的計(jì)算公式也是完全一樣的，這里不再進(jìn)行說叫。
　　以實(shí)際工程的具體設(shè)計(jì)參數(shù)為依據(jù)，利用上面的推導(dǎo)公式，可以計(jì)算出在不同超高條件下，YA(下腕臂底座高度)和YB(上腕臂底座高度)的理論高度。
　　某工程部分接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所不。
　　利用本文中的公式，結(jié)合表1中的接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)，可以計(jì)算LH在不同超高下，YA(下腕臂底座高度)和YB(上腕臂底座高度)的理論設(shè)計(jì)高度，部分計(jì)算結(jié)果見表2所示。
　　施工現(xiàn)場(chǎng)，接觸網(wǎng)支柱的基礎(chǔ)是由站前專業(yè)預(yù)留，土建施工過程中或多或少的存在著施工誤差，從而間接造成支柱上腕臂底座預(yù)留孔相對(duì)于低軌。
　　軌道面(直線段，以鋼軌軌道面為準(zhǔn))的距離不可能完全是上面計(jì)算的理想高度。
　　目前國(guó)內(nèi)鐵路工程接觸網(wǎng)腕臂的設(shè)計(jì)理念是保證腕臂結(jié)構(gòu)高度絕對(duì)的1600mm和保證腕臂系統(tǒng)平腕臂絕對(duì)的水平。基于理想的腕臂底座扎高度，絕對(duì)的1600mm和絕對(duì)的平腕臂水平是可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)的，但是對(duì)于腕臂底座孔的理想高度，施工現(xiàn)場(chǎng)是不可能實(shí)現(xiàn)的，所以就這種設(shè)計(jì)理念，安裝孔位產(chǎn)生的誤差造成的影響如下所述。
　　(1)為了保證腕臂結(jié)構(gòu)高度為絕對(duì)的1600mm，安裝孔位如果低于理想高度，計(jì)算的結(jié)果是平腕臂高于水平位置(抬頭)；安裝孔位如果高于理想高度，計(jì)算的結(jié)果是平腕臂低于水平位置(低頭)。
　　(2)為了保證腕臂系統(tǒng)平腕臂絕對(duì)的水平，安裝孔位如果低于理想高度，計(jì)算的結(jié)果是腕臂的結(jié)構(gòu)高度要小于1600mm；安裝孔位如果高于理想高度，計(jì)算的結(jié)果是腕臂的結(jié)構(gòu)高度要大干1600mm。
　　3　結(jié)語(yǔ)
　　鐵路工程接觸網(wǎng)腕臂系統(tǒng)的計(jì)算是通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)資料共同完成的，需要說明的是，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)是整個(gè)接觸網(wǎng)腕臂系統(tǒng)計(jì)算的控制環(huán)節(jié)。在整個(gè)計(jì)算流程中，要有專門的環(huán)節(jié)控制測(cè)量數(shù)據(jù)的正確性與準(zhǔn)確性，確保計(jì)算結(jié)果的合理性。
　　本文只是基于國(guó)內(nèi)鐵路工程接觸網(wǎng)的鋁合金腕臂及定位系統(tǒng)，就整個(gè)接觸網(wǎng)腕臂系統(tǒng)的計(jì)算流程進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，對(duì)控制整個(gè)計(jì)算流程的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中的幾個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，后續(xù)的計(jì)算工作需要更進(jìn)一步的優(yōu)化和總