中日2 種補償裝置接觸線伸縮量計算對比分析

蔣淵博

0 引言

電氣化鐵路中下錨補償裝置是接觸網的重要部件。它裝在錨段的兩端，并且串接在接觸線和承力索內，其作用是補償線索內的張力變化，使張力保持恒定。當溫度發生變化時，接觸線或承力索會產生伸長或縮短，線索內張力將隨之發生變化，進而引起線索弛度變化，導致受流條件惡化。下錨補償裝置就是為改變這種狀況而設計，補償裝置性能的好壞直接影響著接觸網的懸掛彈性，對減少弓網故障起著至關重要的作用。

接觸網下錨補償裝置的設計及使用取決于該補償裝置的補償行程，而其補償行程又與接觸線或承力索的伸縮量有直接關系。因此接觸網線索伸縮量的計算方法非常重要。對于接觸網線索的伸縮量計算，中國和日本采用的方法存在差異。本文以滑輪組、彈簧2 種接觸網下錨補償裝置為例，對其計算方法及計算結果進行對比分析。

1 計算公式

不考慮新線延伸率，中國及日本接觸線伸縮量的計算公式分述如下。

1.1 中國計算公式

對于滑輪組、彈簧2 種接觸網下錨補償裝置，中國計算方法是同樣的，計算公式如式（1）：式中，l 為接觸線的伸縮量，m；L 為接觸線錨段長度，m；α為線膨脹系數，1/℃；t1為最小溫度，℃；t2為最大溫度，℃。

由式（1）可以看出：當材質為銅或銅合金時，中國計算方法中接觸線的伸縮量大小只取決于接觸網錨段長度及補償裝置使用地區的溫差。

1.2 日本計算公式

滑輪組補償裝置：計算公式與中國相同，均為式（1）。

而彈簧補償裝置，考慮了接觸線荷重產生形變的伸長量，有：

式中，T1為最小溫度時張力，kN；T2為最大溫度時張力，kN；E 為楊氏模量，kN/mm2；A 為接觸線的截面積，mm2。

考慮接觸線松弛的伸長量，有

式中，W 為接觸線的單位長度重量，kg/m；S 為支柱平均跨距，m。

式（1）+式（2）+式（3），日本計算公式如式（4）：

由式（4）可以看出：當材質為銅或銅合金時，日本計算方法中接觸線的伸縮量大小除取決于接觸網錨段長度及補償裝置使用地區的溫差外，還取決于接觸線隨金屬的荷重產生的形變以及接觸線松弛的伸長量。

2 計算原理和伸長量的對比分析

2.1 計算原理

（1）對于接觸網滑輪組、彈簧2 種下錨補償裝置，當錨段長度固定，中國計算接觸線伸縮量時僅考慮溫度變化，不考慮補償張力變化。

（2）當錨段長度固定，日本計算接觸線伸縮量時，對于滑輪組補償裝置，其補償張力按恒定值考慮，僅考慮溫度變化，計算方法與中國相同；但彈簧補償裝置除了考慮溫度變化外，還需要考慮因補償張力變化導致的接觸線線材荷重形變及接觸線松弛的伸長量。

2.2 接觸線伸長量

當接觸網下錨采用彈簧補償裝置時，中國、日本計算接觸線伸長量對比分析如下：

（1）當溫度上升時，接觸線伸長；但隨著溫度上升，彈簧補償裝置的補償張力隨之下降，接觸線隨之縮短。

接觸線伸長量對比示意圖見圖1。

（2）當溫度下降時，接觸線縮短；但隨著溫度下降，彈簧補償裝置的補償張力隨之上升，接觸線隨之伸長。

接觸線伸長量對比示意圖見圖2。

圖1 溫度上升時接觸線伸長量對比圖

圖2 溫度下降時接觸線伸長量對比圖

3 計算實例

3.1 普速鐵路

以普速鐵路，使用地區溫差80℃，接觸網采用彈簧補償裝置，錨段長度為1 600 m，接觸線材質為銅或銅合金（標稱截面積為120 mm2），標準張力為15 kN 為例，中國、日本接觸線伸縮量計算對比如表1 所示。

表1 彈簧補償裝置接觸線伸縮量計算對比表

由表1 計算結果可知：普速鐵路，在接觸網半錨長度為800 m 時，2 種計算公式得出的接觸線伸縮量差值為187 mm，占僅由溫度變化引起的伸縮量的17.2%。

3.2 高速鐵路

以高速鐵路，使用地區溫差100℃，接觸網采用彈簧補償裝置，錨段長度為1 400 m，接觸線材質為銅或銅合金（標稱截面積為150 mm2），標準張力為25 kN 為例，中國、日本接觸線伸縮量計算對比如表1 所示。

由表1 計算結果可知，高速鐵路，在接觸網半錨長度為700 m 時，2 種計算公式得出的接觸線伸縮量差值為101 mm，占僅由溫度變化引起的伸縮量的8.5%。

4 結論與建議

（1）對于滑輪組補償裝置，中國和日本的接觸線伸縮量計算方法相同。

（2）對于彈簧補償裝置，因中國接觸線伸縮量是以彈簧補償張力恒定為條件進行計算，但實際上張力并不能達到完全恒定，也有±4%的張力偏差，故日本的計算方法更為合理。但因中國計算方法得出的接觸線伸縮量較日本的數值為大，故在考慮彈簧補償裝置額定工作行程時反而占了優勢。

（3）在低凈空隧道等空間受限的特殊使用工況下，彈簧補償裝置的接觸線伸縮量計算可按日本方法，以降低補償裝置重量，縮小結構尺寸，節約安裝空間。

[1] 于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網[M].成都：西南交通大學出版社，2003：148.

[2] 塚越 宏，尋田 伸幸.新幹線用新型ばねバランサーの開発[EB/OL].日本：東日本旅客鉄道株式會社，2003：051.http://www.jreast.co.jp/development/tech/pdf_2/50-56.p df.

[3] TB 10009-2005.鐵路電力牽引供電設計規范[S].

[4] TB 10020-2009.高速鐵路設計規范（試行）[S].