接触网大限界安装研究

接触网大限界安装研究

范荣鑫

范荣鑫

（中国中铁二院工程集团有限责任公司，成都610031）

摘要:铁路建设中会遇到很多接触网支柱过于远离线路中心导致侧面限界过大的情况，本文针对此种情况开展了接触网大限界安装研究，通过对多种腕臂安装的对比，提出最为合理的解决此类问题的安装方式，保障铁路运输安全。

关键词：大限界；有限元分析；腕臂；特殊安装

1引言

接触网支柱侧面限界是指支柱内缘与邻近铁路的轨顶连线的线路中心线的水平距离。侧面限界是在综合考虑火车安全运营、大型机械养护等因素下得出的，我国规范规定有砟轨道铁路支柱侧面限界不小于3.1米，因此有砟轨道铁路接触网设计支柱侧面限界一般取3.1米，相应的腕臂、底座、绝缘子等配套零部件均为定型产品。然而，接触网立柱必须根据工程现场情况作出适当调整，很多支柱侧面限界不得不远大于3.1米，本文针对此种情况下是否还能保证整个腕臂装配的安全性、稳定性，如何才能更好地解决大限界下腕臂的安装等问题作一个初步的探讨，提供一个理论充足和切实可行的设计方法。

图1接触网腕臂安装示意图

2接触网大限界安装

2.1接触网大限界常规安装分析

以道岔处4.6米侧面限界为例，腕臂采用常用定型产品?60x5，材质为Q235B；对腕臂在最大风速、无冰时，最不利荷载情况对杆件进行强度、稳定性及挠度计算。安装及荷载见图2。

图2接触网大限界腕臂安装及荷载示意图

采用通用的结构分析软件SAP2000进行有限元分析计算，建立模型如图3：

图3单斜撑腕臂装

计算结果如表1：

名称构件材质平腕臂长细比斜腕臂长细比最大挠度允许挠度最大应力比

主轴次轴主轴次轴（mm）（mm）

单斜撑腕臂Q235B179.25199.74129.51187.537.99527.30.85

从表1可以得出，在4.6米侧面限界时，采用常规安装方式，单纯通过增加腕臂长度来满足接触网安装悬挂，腕臂强度（0.85＜1），挠度（7.995＜27.3）均满足要求。根据《铁路电力牵引供电设计规范》（TB10009-2005）表5.5.16规定：受压主杆长细比不大于150；受压斜杆长细比不大于200。斜腕臂长细比主轴129.51，次轴187.53均小于200，满足要求；但平腕臂长细比主轴179.25，次轴199.74均大于150，不满足要求。

采用加强腕臂装配的方式，由单斜撑装配改为双斜撑装配，建立有限元分析模型如图4：

图4双斜撑腕臂装配

计算结果如表2：

名称构件材质平腕臂长细比斜腕臂长细比最大挠度允许挠度最大应力比

主轴次轴主轴次轴（mm）（mm）

单斜撑腕臂Q235B102.43199.74100.08187.537.06327.30.85

从表2可以得出，在同为4.6米侧面限界时，采用双斜撑腕臂装配安装方式，腕臂强度（0.85＜1），挠度（7.063＜27.3）均满足要求。斜腕臂长细比主轴100.08，次轴187.53均小于200，满足要求；平腕臂长细比主轴102.43小于150，满足要求，次轴199.74均大于150，不满足要求，即增加支撑加强了主轴方向的整体稳定性，次轴方向没有得到任何增强。

2.2接触网大限界特殊安装研究

如何在不对其他定型产品作较大改动，保证接触网安装的一致性，保证大限界下腕臂装配的安全性、整体稳定性是当前接触网安装设计经常遇到的难题。在结构设计中，如果仍然采用该腕臂，不增加腕臂的长度，可以通过设置一个“刚性框架”，用于连接腕臂及接触网支柱，降低由增加腕臂长度而产生的机车运行风险。大限界框架安装见图4：

图4接触网大限界框架安装示意图

采用结构分析软件SAP2000对该结构进行了建模与力学分析，见图5：

图5大限界框架，其中a:大限界框架模型，b:大限界框架与腕臂组合模型，

c:大限界框架受力分析，d:力学分析结果

通过计算分析，合理选取大限界框架杆件的截面尺寸，上下矩形管均选用□120×80×6，斜撑管选用□60×60×8，计算结果如表3：

名称构件材质最大挠度允许挠度最大应力比

（mm）（mm）

大限界框架Q235B4.8624.850.369

加装大限界框架后的腕臂安装为一般常规设计，本文不再累述。现该“大限界框架”在柳南、南广等多条铁路上得到成熟应用，安全性能得到了验证。其可靠的结构设计与协调的外观设计得到了各铁路局等建管单位的一致认可与表彰。

3结论

本文通过对道岔处腕臂安装的研究分析，解决了大限界接触网特殊安装的问题，保证了特殊情况下接触网整体的安全性、稳定性，为类似工程的设计提供了一种参考。

参考文献

【1】TB10009-2005，铁路电力牵引供电设计规范.

【2】通化（2009）1006，铁路工程建设通用参考图时速200公里客货共线铁路接触悬挂安装图.

【3】刘峰涛，接触网支柱挠度设计标准的探讨，电气化铁道，2005.