接触网工程课程设计

 

专    业： 电气工程及其自动化

班    级：                 　 

               姓    名：                       

学    号：                　   

               指导教师：                           

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2012 年 7月 13日

1 方案选择

1.1 支柱选用

根据要求选择支柱型号，根据地质条件设计基础，并对支柱进行负载容量的计算。本题主要说明腕臂支柱的选择要求。

对支柱进行校验主要是计算负载，支柱的负载是支柱在工作状态下所承受的垂直负载和水平负载的统称。支柱负载越大，支柱基底面处所承受的弯矩也越大。支柱的负载计算，就是计算基底面处可能出现的最大弯矩值，其目的是根据计算结果来选择适当容量的支柱。我们通常所说的支柱容量，是指支柱本身所能承受的最大许可弯矩值。支柱的最大弯矩，除了与支柱所在位置、支柱类型、接触悬挂类型、线索悬挂高度、支柱跨距及支柱侧面限界有关外，还与计算气象条件有直接关系。最大弯矩可能出现在最大风速、最大附加负载（覆冰）或最低温度的时候。在计算最大弯矩时，一般应对三种气象条件进行计算，取其中最大值作为选择支柱容量的依据。一般来说，支柱的最大计算弯矩多发生在最大风速及最大冰负载时。本文就取最大风速及最大冰负载时作为选择依据。

进行支柱负载计算时，应根据支柱悬挂类型，按垂直负载和水平负载分别计算,计算之前，必须具有所有计算应具有的原始结构尺寸数据，并确定相关的参数，原始结构尺寸数据及相关参数可以查接触网设计手册得到。

1.2 方案选择

设计一个建造于天然地基上的基础，应具备三个条件：基础自身具有足够的强度；基础具有良好的稳定性；地基应具有足够的承载力。

接触网支柱的基础是直接埋置于土体中的，其埋置深度一般都小于5m，属于浅平基。接触网支柱的受力特点是水平负荷大，因此，其抗倾覆的稳定性是很重要的。根据支柱负荷的大小，基础的结构和形式也不尽相同。

支柱类型有很多，一般为现场浇注的混凝土整体基础形式，基础内预埋设地脚螺栓，安装时将支柱拧固于地脚螺栓上。支柱安装后，在基础顶部做一个混凝土帽，为基础帽，以保护连接螺栓、螺母不致锈蚀。基础帽只起防水作用，不用打的很结实，只要求表面细密防水，以便需要搬迁支柱时容易敲开。

但是对于矩形截面的混凝土支柱，在不单独设立基础时，其地面以下部分代替了基础基础的效用，为了增加地下部分与地基土的接触面积，需要在其受力面安装横卧板。

2 设计计算

2.1 原始参数以及分析

腕臂支柱选择混凝土柱，支柱型号为H38/8.7+2.6，跨距为50m。

本文计算取最大风速25m/s,接触线采用GLCA，承力索采用GJ-70，通过查表可以获得接触线最大风负载，承力索最大风负载以及支柱的风负载。同时可以获得接触线在定位点的力,可以用此算得接触线之字力。所有参数确定后即可算得支柱所承受的最大弯矩，对现有的支柱容量进行校验，看其是否符合条件，支柱所承受的负载是否超过其容量，如未超过，即支柱符合使用条件，如超过，则支柱不符合使用条件，需另行选择合适的支柱。

其中最大风速的计算可以根据不同的风速不均匀系数由表1求出。

表1 风速不均匀系数

2.2 相关参数的确定和计算

对支柱的受力进行分析，如图2.2.1所示可以得出以下计算。

 

                

         

图2.2.1 支柱受力分析图

(1)垂直负载计算包括悬挂结构的自重负载和链形悬挂的自重：

                                              (0.925+0.615)×10×50=0.0010.77(kN)

                                       (0.145+0.226)×10×50×0.0010.1855= 0.65(kN)

(2)水平负载计算如图2.2.2所示，它包括接触线最大风负载、承力索传递给支柱的最大风负载、支柱风负载、接触线之字值形成的水平分力和坠陀传递的拉力。

                                                                                     

                                图2.2.2 水平风负载示意图

                        

接触线最大风负载：

                                 0.0625×(0.85×1.25×18.05×25×25)=0.0010.685(kg/m)

承力索最大风负载：

                                   0.0625×(0.85×1.25×11×25×25)= 0.0010.457(kg/m)

(以上两式中为风速不均匀系数，取0.85；为风负载体型系数，取1.25。)

支柱风负载：

查得，支柱的受风面积为2.11,风负载体型系数为1.4，为25m/s。

                                              0.615×1.4×2.111=0.0011.135(kN)

接触线之字力：

                                                      4×27×0.00534=0.5767(kN)

    坠陀传递的拉力：

                                                        25×8×9.81×2=3.924(kN)

2.3 腕臂支柱负载计算及校验

所需参数值计算出来后，找出各力对支柱地面中点处的力臂，求出力矩，合力力矩之和即为所计算的支柱负载，即：

(0.77+0.325)×1.8065+(0.685+0.5767)×6.3+(0.457+0.234)×8+0.5×1.135×8.7+0.457×8.7+0.685×(8.71.1)=28.784(kN/m)

3 设计总结

支柱的负载是支柱在工作状态下所承受的垂直负载和水平负载的总称。支柱负载越大，支柱底面所受的弯矩越大。

支柱的负载计算，就是计算底面处可能出现的最大玩具值，其目的是根据据算结果来选择适当容量的支柱。通常所说的支柱容量，是指支柱本身所能承受的最大许可弯矩值。

一只支柱的容量的大小，是指承受能力的大小，它取决于支柱的自身结构。经过短期的学习，我们也了解到了由于中间支柱、转换支柱及锚柱等由于悬挂的数目不一样，受力条件也不尽相同，因此，支柱负载的计算和校验也是不相同的。为了经济合理的使用支柱，应该是承受负载较大的使用大容量支柱。各种支柱的负载除了与悬挂条件有关外，还受气象条件的影响。在选择和校验之前对不同类型的支柱应经计算确定其负载。在计算负载时候还应有特殊装配的各种支柱，应恰当选择风吹的方向，使计算结果为支柱最危险的情况。不管怎样，对于接触网来说，计算一定要做到最严谨，不然极容易发生事故。

                          参考文献

[1] 于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都:西南交通大学出版社,2002.

[2] 李爱敏.接触网生产实习指导[M].北京:中国铁道出版社,2000.

 [4] 张万里.接触网工技术问答850题[M].北京:中国铁道出版社,2008.

第二篇：接触网工程及课程设计4

本次作业是本门课程本学期的第2次作业，注释如下：

（注意：若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。在线只需提交客观题答案。)

三、主观题(共5道小题)

21.

作图题

请画出直线区段五跨绝缘锚段关节的平面布置图，标明其主要参数。

参考答案： 22.

问答题

确定接触网锚段长度应考虑哪些因素？

参考答案：

锚段长度对接触网的工程投资和技术性能有重要影响。锚段长度越长、在一定公里数内的锚段数就越少、锚段关节也就越少，工程投资就越低；但锚段长度过长也会带来诸多技术问题：导线位移和张力差偏大、补偿装置可能失去补偿作用、事故影响范围大、供电灵活性较差。同样，锚段长度越短，在一定公里数内的锚段数就越多，锚段关节也就越多，一方面使工程投资增加，另一方面使接触网结构变得复杂，影响弓网运行安全的隐患增加。

一般说来，选择锚段长度应综合考虑以下因素：

（a）气象因素，如最高温度，最低温度，吊弦、定位器和腕臂处于最佳位置时的温度，最大风速，覆冰厚度；

（b）补偿张力的大小及导线张力差；

（c）接触线在定位点的纵向位移和横向位移；纵向位移使线夹两边产生张力差，使线夹承受较大的剪切应力；横向位移使接触线拉出值产生变化；

（d）补偿装置的结构形式、有效工作范围和补偿效率；

（e）导线的架设高度、抗拉强度、弹性系数和截面积；

（f）锚段关节的结构形式，两悬挂间的空气绝缘间隙及其所允许的偏移值；

（g）线路条件。

23. 接触网跨距的确定应考虑哪些因素？

参考答案：

跨距的取值与受电弓自振频率、接触网自振频率、列车运行速度之间存在某些内在关系，这些内在关系还有待于进一步研究。跨距还与弓网磨耗、跨中风偏、标准压力偏差、悬挂弹性有关，理论上精确计算还很困难。另外、跨距的大小同样涉及经济技术两个方面，大跨距可相对降低投资，但跨中弹性大、接触线磨耗偏大，悬挂弹性差异大，接触线承受较大的弯曲应力、寿命缩短；小跨距可降低悬挂的弹性差异，减小标准压力偏差，但会增大工程投资，在相同长度内的定位点数增加，产生冲击和振动的概率增大，定位点的磨耗增大、锚段张力差增加。一般而言，确定跨距长度时应综合考虑以下因素： (a) 接触悬挂的类型；

(b) 线材材料及形状

(c) 承力索和接触线张力及拉出值大小；

(d) 基本运行风速的大小；

(e) 受电弓的弓头尺寸和列车横向位移；

(f) 线路状况（横断面、纵断面）；

(g) 支柱型号与材质；

(h) 相邻跨距的弹性差异。

24. 覆冰对接触网的危害有哪些？

参考答案：

(1) 过荷载导致接触网机械和电气事故

覆冰条件下，冰的重量会增加支持结构和线索的垂直负载,线索弛度加大，低压线与高压线间因风吹摆动而引起短路事故；覆冰增加的导线张力将传到支柱上，增加所有支柱及其基础的扭矩,造成支柱变形、基础下沉。

导线因覆冰使迎风面增大,因此,风吹覆冰导线所产生的水平荷载也随之增加。覆冰期间的最大水平荷载将在“风速与冰量”的某种关系下发生。

因为接触网跨距不一，悬挂高度不同，或相邻各跨之间安装质量不同，,使导线在覆冰时引起纵向静力不平衡，产生纵向荷载。 当覆冰不均匀、自行脱落或被击落时,导线的悬挂点处会产生很大的冲击荷载,造成导线脱落,线夹断裂；

冰和雪花在导线表面的不同积聚形状会引起导线对风所引起的振动的敏感性,产生振动荷载。当导线上凝聚霜淞时,其载面增大,形状仍保持为均匀圆形, 而霜层几乎不改变导线阻尼,因此,一定的风力所引起的导线振动,其频率低于裸线时的频率,而振幅比裸线时 小,并且,频率下降可能低到防振装置的有效运行范围以下。

(2) 不同期脱冰或不均匀覆冰事故

相邻跨距的导线覆冰不均或脱冰不同步，会产生张力差,使导线在线夹内滑动。不均匀覆冰产生的张力差是静负荷,故线索断口有缩颈现象；不同期脱冰产生的张力差是动负荷,线股断口无缩颈现象。脱冰会使导线跳跃,。

(3) 绝缘子串冰闪事故

绝缘子覆冰或被冰凌桥结后，绝缘强度下降,泄漏距离缩短, 融冰时,绝缘子的局部表面电阻增加,形成闪络事故,闪络发展过程中持续电孤烧伤绝缘子,引起绝缘子绝缘强度降低。

(4) 导线覆冰舞动事故

因导线不均匀覆冰,在风的作用下产生舞动,覆冰导线的低频高幅舞动会造成金具损坏,导线断股,相间短路及杆塔倾斜或倒塌等严重事故。

25.

计算题

承力索、接触线参数表

(l)、该悬挂的各类计算负载；

(2)、若敢

，计算临界负载并确定状态方程的起始条件：

(3)、写出绘制该悬挂安装曲线的具体步骤。 参考答案：