高速铁路接触线张力优化方案研究

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1、高速铁路接触线张力优化方案研究摘要：本文详细探讨了接触线磨耗与波传播速度、接触线张力、安全系数之间的关系，提出了350km/h运营线路接触线张力选择的优化方案。关键词：高速铁路张力磨耗方案一350km/h运营速度接触线张力要求　　国外300km/h及以上接触网悬挂动态参数表表1悬挂组合运行速度（km/h）接触线张力(KN)承力索张力(KN)波动传播速度(km/h)反射系数多普勒因子放大因数弹性非均匀度(%)法国TGV大西洋线：THJ-70+Cu-150(简链)30020144400.3570.1871.90936德国R

2、e330(弹链)：THJ-120+CuMg-12035027215720.4680.2411.9388西班牙EAC(弹链)：Cu-95+CuMg-15035031.515.755530.360.2251.6006．25　　接触导线的张力对高速接触网特性有决定性的影响，波的传播速度是个基本参数，国外350km/h运行速度接触网波的传播速度达到了550km/h以上，多普勒因素为0.22～0.24之间，截面120、150接触线的必要张力分别为27kN及30kN以上，考虑必要的安全系数，导线的抗拉强度应达到500N/mm²。目

3、前国内外达到如此强度的接触线只有合金含量为0.5的镁铜导线。二国内安全系数对接触线张力选择的影响　　接触线最大允许张力及安全系数的选用直接关系到悬挂系统的运行稳定性和安全性。　　目前国内对安全系数的选用表2接触线磨耗现行规范规定TB10009-98秦沈客运专线暂规铁技[2000]25号京沪高速铁路设计暂规铁建设[2003]13号磨耗≤15%≥2.5≥2.115%＜磨耗≤25%≥2.225%≥2.0　　选用秦沈客运专线暂规及京沪高速铁路设计暂规的安全系数进行比较。　　铜合金接触线的最大使用张力、波动传播速度、β值表3接触

4、线类型拉断力(KN)京沪：磨耗25%、安全系数2.0秦沈：磨耗15%、安全系数2.1最大使用张力（KN）波速度(km/h)β值最大使用张力（KN）波速度(km/h)β值CuMg-120(0.2)50.1017.848472.750.74019.2654910.713CuMg-120(0.5)60.0021.375517.350.67723.0715370.651CuMg-150(0.2)62.2022.301472.790.74024.0714910.713CuMg-150(0.5)72.0025.650507.050

5、.69027.6865270.664注：表中接触线张力增量按5%考虑，列车运行速度350km/h。　　由此可以看出，由于国内安全系数的影响，镁铜接触线的最大使用张力只能达到21.375KN及25.65KN，其最大波传播速度被限制在510km/h左右，接触网的动态特性不能进一步得到提高。三磨耗与速度的关系1磨耗与接触线波传播速度的关系　　接触线波传播速度的计算公式为：C=3.6*√Fj/mj　　其中：C—波传播速度（km/h）；　　Fj—接触线张力(KN)；　　mj—接触线的单位质量（kg/m）；　　接触网波传播速度与接

6、触线的张力及单位质量有关，随着接触线张力的增加，波传播速度增大，接触线单位质量的减少，波传播速度也会增大。在接触网运营过程中，受电弓与接触线是一种动态接触，受电弓与接触线之间存在机械磨耗及电气磨耗，随着磨耗增加，接触线单位质量降低，同时也伴随着接触线最小拉断力的降低，其关系如图一、图二所示。　　　　由于接触线单位质量的减少，在固定接触线张力条件下，其波传播速度随着磨耗的增加逐渐增大，如图3所示：MgCu120、MgCu150接触线张力分别为27KN及30KN。2.磨耗与安全系数的关系　　接触线磨耗达到25%时，接触线波

7、传播速度较起始值增加了15%左右，也既是说，随着接触网运营时间的推移，由于接触线磨耗的增加，接触网的动态特性得到了改善。但是这种改善是以牺牲接触悬挂的安全性为代价的，图4显示了磨耗与安全系数的关系：（接触线张力分别为30KN及27KN。）　　接触线磨耗达到15%~18%时，其安全系数均已降到了2.0以下，不能满足京沪暂规：磨耗25%、安全系数2.0要求；按照秦沈暂规安全系数2.1要求，磨耗也只能达到11%~14%。目前的解决方案是降低接触线的张力，牺牲接触网的动态特性，以确保接触网的安全性。四.优化方案　　由于受到安全

8、系数的限制，目前接触导线的张力不可能进一步提高，但是波传播速度与张力及导线单位质量有密切的关系，假设波传播速度固定不变，随着磨耗增加，接触线张力变化如图5所示　　即在固定波传播速度下，随着磨耗的增加，对接触线张力要求呈下降的趋势。利用该项特性，我们可以在接触网运营过程中，随着接触导线磨耗的变化，通过卸载的方式来保证任何磨耗情况下，