高速铁路接触网定位器坡度问题的深化研究

高速铁路接触网定位器坡度问题的深化研究

孙宏志

中国铁路郑州局集团有限公司（建设管理处）河南郑州450052

摘要：定位器是接触网定位装置中的关键功能部件,它对电力机车能否安全提速和高速运行起着至关重要的作用。本文对时速300km/h及以上高速铁路接触网，通过合理设置定位器坡度，对拉出值、第一吊弦距定位点的距离及定位管角度等技术参数进行了深入研究。

关键词：高速铁路；接触网；定位坡度

高速铁路接触网定位器与受电弓的相对位置关系直接影响弓网运行安全，所以接触网与受电弓间需保持相互匹配关系，方可确保弓网可靠性、平衡性及安全性。接触网通过定位器和接触线与受电弓间产生直接相互作用，为确保弓网平稳受流，需对定位器、接触线及受电弓所具备的动静态空间位置关系与相互作用力进行研究。

一、定位器坡度概述

定位器安装完成后，定位系统、接触网悬挂系统达到力学平衡，接触线处于平直状态，此时定位器对受电弓平面的夹角即为定位器安装坡度。定位器安装坡度应考虑受电弓外形尺寸、受电弓最大摆动量和动态最大抬升量及安全效验值，同时还要考虑与接触网系统其它参数匹配。此外，定位器坡度由接触网系统参数决定，安装后处于力平衡状态，不可随意调整，否则定位点会产生人为的抬高或降低，形成硬点。为保证弓网运行安全，确保弓网安全效验时受电弓不与定位器发生碰撞，定位器的安装坡度非常重要。

二、定位器受力分析

1、接触网受力分析。在结束对接触网的安装工作后，定位点需和吊弦点保持同等的高度。定位点处接触线承受定位器作用于接触线的垂直拉力和水平拉力，使接触线达到力学平衡。在对接触线受力情况进行计算时，要把定位器和吊弦间所存在的接触线看成是不等高悬挂。

不等高悬挂支座反力为：。在此公式中，l为第一吊弦和定位器间的距离；F为两悬挂点间驰度；T为接触线张力；h为高差；VB1和VB2分别为不等高悬挂的左右侧支座反力。

定位器所受垂直力：,定位器的拉力情况能直接决定接触面的方向。其中，Fy为接触线作用于定位器上的垂直分量。

定位器水平方向受力公式为：，式中：为计算定位坡度的关键参数；T为接触线张力；a为拉出值；L为跨距。

2、定位器受力分析。在定位器的某侧装上一个定位支座，在其另外一侧装上接触线，这样就具有平衡的效果。依照定位器运行的实际情况创建力学模型，之后对定位器具体的坡度受力情况进行研究。在研究过程中能发现，定位器是依靠接触线的辅助来确定定位器的拉力情况，UI及定位支座用于确定定位器根部的拉力情况。

此方面的研究是以直线为主，若是曲线，则要充分考虑到曲线半径所造成的影响。定位器坡度用公式表示的话，则为，式中：和分别为的水平及垂直分量；为接触线给定位器的作用力；Gdm为定位器的重量；为定位器线夹重量；O为定位器坡度。

3、定位管角计算。想要确保受电弓的动态提升能力，需让定位管角度达到最小化，要想做到此点，定位器坡度、长度等方面的因素至关重要。

依照定位支座的大小来看，若矩形定位器处于限位状态，就会和定位管呈现平行状况。从多种情况进行分析，定位器及定位管等角度的关系具体如下。

1)情况一：若线路以直线为主，腕臂方式是正定位的情况下，两者间的关系可用此公式来表示：sin∠2=h/L-sin∠1。式中：∠1为定位器的坡度；∠2为定位管角度。

2)情况二：若线路以曲线为主，腕臂方式是正定位的情况下，两者间的关系可用此公式来表示：sin(∠2+∠3)＝h/L-sin(∠1-∠3)。其中∠1-∠3为定位器的坡度；∠2为定位管角度。

3)情况三：若线路以曲线为主，腕臂方式是曲内正定位的情况下，两者间的关系可用此公式来表示：sin(∠3-∠2)=sin(∠1+∠3)-h/L。

其中，∠l+∠3为定位器坡度；∠2为定位管角度。

因在正定位状态下的定位器与反定位状态下的定位器是对称的，因此当臂弯方式是反定位的状况时，定位管的角度要采用定位器计算方式来进行。

根据上述情况可知，无论是限位定位器坡度还是定位器角度，至少要有充足的条件，才能确保受电弓的动态提升空间。

三、定位器坡度深化研究

对定位器坡度公式进行具体分析，从中可发现，定位器坡度与导线张力、第一吊弦点位置、拉出值、跨距、定位器及定位线夹重量、曲线半径及外轨超高等因素有关。导线张力、跨距一般根据速度目标值由弓网仿真分析研究并依据规范确定，定位器和定位线夹重量由器材本身形式和材质决定。在上述主要技术参数一定的情况下，主要深化研究时速300km/h及以上高速铁路接触网在直线和不同曲线半径下，拉出值和第一吊弦点位置的设置问题。为研究每种因素对定位器坡度的影响，采用控制变量法进行研究。

对时速300km/h及以上高速铁路，接触网悬挂主要技术参数如下：接触线张力30kN、承力索张力2lkN、支柱标准跨距50m、导高5300mm、结构高度1600mm，在此条件下对不同拉出值、不同第一吊弦点距离对定位器的坡度影响进行研究。

1、直线区段。想要确保机车在高速行驶的情况下能和接触面形成摩擦，接触面一定要做成“之”字形。通过上述公式了解到，若拉出值不一样，定位器坡度就会为：拉出值为+150mm时，坡度为11.9º；拉出值为+200mm时，坡度为9.1º；拉出值为+300mm时，坡度为6.0º。

接触网和受电弓进行搭配时，接触网的风偏不能大于允许值，且接触网线呈“之”字形的话，不需受电弓有太大的消耗。在对普快铁路进行设计时，接触网的拉出值通常保持在+250～+300mm间，不过因高速铁路接触面张力较大，所以效验风偏通常不会有太多问题，根据实际情况去确保定位器的安装坡度。同时，拉出值的大小与定位器坡度大小成反比的关系，若拉出线很小，会让受电弓产生很大消耗。

2、曲线段。高速铁路线路曲线半径较大，曲线段接触网也采用“之”形布置。结合直线段计算结果，为增大定位器在垂直线路方向的受力，尽量保证定位器坡度，第一吊弦距定位点的距离采用5m。

在曲线段接触网拉出值采用对称“之”形布置时，定位器位于曲线内侧、曲线外侧时坡度相差较大。采用不对称布置时，即拉出值相对受电弓中心的整体偏移，不能解决曲线内侧和曲线外侧定位器坡度相差较大的问题，故应选取合适的拉出值以使定位器尽量处于合适的坡度。当拉出值较小时曲内定位器的坡度偏大，并且加速受电弓的不均匀磨耗；当拉出值较大时曲外定位器的坡度偏小；当拉出值为±200mm时，曲外和曲内的定位器坡度相对较为合理。

3、定位器坡度控制。对定位器坡度，应采取合理的措施进行严格控制，通常，在将其坡度控制在8º时，定位器和受电弓动静态相对位置关系较为安全；通过定位器坡度计算，合理设置拉出值和第一吊弦位置的前提下，在直线区段可满足定位器坡度不小于8º的要求；在曲线区段即使通过拉出值和第一吊弦位置的合理设置，定位器坡度最小到6º，最大达15.5º。通过对定位装置的合理应用，进行模型图的安装，对定位器和受电弓间，当定位器坡度为6º时，可保证定位器和受电弓间不碰撞，但此时的安全余量较小。

因此，直线区段定位器坡度按不小于8º控制；曲线区段定位器坡度按最小不小于6º、最大不大于16º控制，定位器坡度过大则有定位线夹打碰受电弓的风险。

四、结语

在高速铁路中,弓网关系的好坏不仅关系到列车的安全、稳定、高速运行,而且还在很大程度上影响着接触网、受电弓的使用寿命。另外，接触网通过定位器、接触线和受电弓间的相互作用，及其动态和静态的空间位置、互动作用力是保证电弓网性能的关键。因此确保定位坡度在标准安全范围内，是保障高速铁路安全的重要保证。

参考文献：

[1]白裔峰，魏博．高速铁路接触网定位器坡度问题的深化研究[J]．铁道工程学报，2014(01)：76-80．

[2]罗健，蒋冀龙．高速铁路接触网拉出值和定位器坡度优化研究[J]．铁道标准设计，2016(12))：32-34．