高速鐵路接觸網定位器坡度問題的深化研究

寇明旭

（中國鐵建電氣化局集團第二工程有限公司，山西 太原 030000）

在建設與研究高速鐵路工程的過程中，接觸網是該工程的主要組成部分，在高速鐵路運營中，對應接觸網與受電弓間的關系，可對鐵路運營安全性和可靠性造成直接影響。為避免高速鐵路在運行中出現異常現象或發生安全事故，接觸網與受電弓間需要相互適配，只有二者高度適配，才能保證弓網受流質量的穩定性[1]。在進一步研究中發現，定位器與接觸線二者間相互作用會產生接觸網，保障弓網安全的關鍵是三者在空間中的位置關系、相互影響和動靜態作用。如果在運行過程中，接觸網整體穩定性較差，不僅會對高速鐵路運行中的供電造成影響，嚴重情況下，還會導致高速鐵路安全事故[2]。為解決該問題，技術人員與行業相關工作者應該重視接觸網中的定位器坡度設計工作，并根據相關工作的具體需求，采取合理的受力與技術措施對這方面工作進行持續改進與優化，以此確保我國高速鐵路行業健康發展[3]。為落實該項工作，該文將進行研究，希望在完成設計后，可以為國家高鐵事業的持續化建設予以技術層面的支持與指導。

1 定位器坡度要求與受力分析

1.1 坡度要求

在研究過程中，應明確高速鐵路工程中的定位器屬于固定裝置，安裝固定裝置后，應保證接觸網懸架系統具有某種機械的平衡性，使接觸網的接觸線保持平直狀態。此時，定位器和受電面間形成的角就是安裝斜率（安裝坡度）[4]。但影響安裝斜率的因素很多，包括弓形尺寸、馬匹的最大搖擺幅度等。在設計過程中，需要將安裝斜率與接觸網系統的各項參數相結合，通過該方式，確保定位器安裝后，整體結構處于相對平衡的狀態。

參照相關技術規定與規范制度，如果高速鐵路的速度為300km/h，那么電弓的橫向擺動會對接觸網定位器造成一定影響[5]。因此，可以根據直線斷面尺寸250mm設計高速鐵路。當安裝極限定位裝置時，對應的動力提升不能小于極限定位裝置的1.5倍。

此外，具體的接觸網系數對定位器安裝坡度有較大的影響，安裝定位器后，要注意整體結構的平衡性，當整體結構處于平衡狀態時，不可以隨便調試，否則定位點會出現或高、或低的問題，該現象會進一步導致硬點出現[6]。當檢測弓網時，為保證弓網順暢運行，弓網與定位系統不會碰撞，需要將定位器維持在合理的安裝坡度。如果坡度較小，極有可能發生定位裝置與受電弓兩者相互撞擊的情況。如果坡度較大，就需要降低拉出值[7]。當拉出值過低時，會增加弓網中的受電弓損失。因此，在設計定位器坡度要求與定位器安裝過程中，要掌握好定位器的安裝坡度，并結合弓網安裝所須的空間以及具體的安裝部位等條件合理安裝。在過程中需要注意，任何條件下，安裝傾斜度必須＞8°。

1.2 受力分析

安裝接觸線后，接觸線在對應的位置需要達到力學平衡狀態，垂直方向的受力如圖1所示。

圖1 接觸線垂直方向的受力分析

對不等高懸掛支座的反力進行計算，如公式（1）和公式（2）所示。

式中：VB1為AB段對應的接觸線懸掛右側支座反力計算結果；VB2為BC段對應的接觸線懸掛右側支座反力計算結果；T為接觸線張力值；F為A點與C點間的馳度；l為AB段、BC段距離；h為高度。

根據公式（1）和公式（2），可以計算定位器在垂直方向的受力，如公式（3）所示。

在此基礎上，應明確接觸線對應水平方向的拉力為定位水平方向受力，受力示意如圖2所示。

圖2 接觸線對應水平方向的拉力（定位水平方向受力）

根據上述內容，計算定位器在水平方向的受力，計算如公式（4）所示。

式中：Fx為接觸線對應水平方向的拉力（定位水平方向受力）；L為跨距；a為拉出值。按照上述方式，完成定位器安裝的受力分析[8]。

2 定位管角度計算

為給受電弓提供操作所需要的動力提升空間，需要保證定位器管角的最小值滿足要求。

定位器安裝模型如圖3所示。

圖3 定位器安裝模型

當處于正定位時，受電弓抬升前與抬升后的定位器、定位管和受電弓的相對位置如圖4所示。

圖4 受電弓抬升前與抬升后的定位器、定位管和受電弓的相對位置

定位器的端部輪廓尺寸在不同條件下各結構關系不同，根據具體情況進行分析。第一種情況：如果線路是一條直線，那么彎曲臂的形狀是正定位，定位器是一個矩形，關系如公式（5）所示。

第二種情況：如果線路是一條曲線，那么彎曲臂的形狀是曲外正定位，定位器是一個矩形，關系如公式（6）所示。

第三種情況：如果線路是彎曲的，則采用區域內正定位的方式，定位器是矩形，關系如公式（7）所示。

因為在正定位和反定位中，每個結構間的相對位置都對稱，所以反定位是各種情況下的定位管角度，可以按照正定位計算公式，得到對應的定位管角度。

3 定位器坡度深化

3.1 直線區段

該項目以300km/h及以上高鐵接觸網為對象，對其在直、彎2種情況下的拉出值和第一懸弦點位置進行深入研究。在深化過程中，將接觸線的張力設置為30kN，將承力索張力設置為20kN，將支柱標準跨距設置為55m，導高設置為5200mm，結構高度設置為1600mm。在上述條件下，進一步設計平直斷面的定位器斜率。為保證列車高速運行時，弓網和接觸線間的摩擦力均勻，以“Z”字形拉伸弓網和接觸線間的接觸線。結合該文提出的公式，根據拉力值以及第一懸弦與定位點間距離，可以計算定位器的斜率，見表1。

表1 不同拉出值與不同第一吊點位置條件下的定位器坡度計算結果記錄表

在導線和受電弓片的配合過程中，應對導線的風偏進行全面分析，以保證導線的風偏不能超出允許范圍。同時，當按照“Z”形布置接觸網時，應當盡可能保證受電弓磨耗均勻。在高速鐵路設計過程中，接觸網拉的拉出值一般在±250mm～±300mm，綜合分析，在時速300km/h以上的高速鐵路分段，接觸網拉出值設置為±200mm，第一吊弦距離定位點為5m時最合理。

3.2 曲線區段

直線區段的定位器坡度深化設計完成后，需要對曲線區段的定位器坡度進行深化設計。高速鐵路線路曲線半徑較大，根據論述，通常將接觸網設置為“Z”形結構。結合直線區段得到的計算結果，將第一懸弦與定位點的距離設為5m，計算在不同曲線半徑和拉出值情況下的定位器斜率，見表2。

表2 不同曲線半徑、不同拉出值條件下定位器坡度計算結果記錄表

根據表2的計算結果，當曲線段拉拔長度為“Z”形時，定位器設置在曲線內側和曲線外側，其斜率差異很大。因為使用非對稱排列無法解決內、外兩種定位裝置斜率差異過大的問題。所以，根據表2的數據選擇適當的拉出值，以保證斜率適當。當拉拔量過小時，曲軸定位器的斜率會變大，從而加劇弓軸的非均勻磨損程度。綜合分析，當拉出量為±200mm時，曲外區、曲內區的測斜率比較合理。

4 結語

在研究強化高鐵接觸網定位器斜率問題的過程中，需要綜合考慮弓網接觸力、接觸網摩擦和地基網絡振動等各種因素，并引入先進技術，提高定位器斜率問題的研究精度，從而保證高鐵列車平穩運行。為落實該項工作，該文進行了研究，從上述分析看出，影響高速鐵路運營的主要原因是受電弓與接觸網的動力學特性。若高鐵接觸網不夠穩定，將對高鐵的供電能力產生一定的影響，為做好該項工作，必須做好定位器受力分析，并精確計算定位管角，對定位器的安裝坡度進行深入研究。在未來的工作中，有關人員應更努力制定和優化設計方案，將研究高鐵接觸網定位器斜率推向新高度。