CN103268364B - 铁路接触网支持结构定制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路接触网支持结构定制方法，首先进行平面‑高程的计算数据计算；其次进行接触网支持结构理论数据计算；再其次进行接触网支持现场实测数据；接着进行接触网支持计算软件建模；然后进行接触网支持结构计算软件开发；最后进行软件输出数据现场验证。通过本发明软件可计算出平腕臂、斜腕臂、支柱等配置数据，使其一次安装到位，提高了安装精度和速度。

Description

铁路接触网支持结构定制方法

技术领域

本发明涉及接触网定制方法领域，具体为一种铁路接触网支持结构定制方法。

背景技术

随着高速铁路的不断发展，接触网弹性链型悬挂吊弦施工难度大，调整吊弦长度繁琐，耗费大量的人力、物力和时间。开发出弹性链型悬挂吊弦计算应用软件，能够输入现场测量的数据，计算出每个锚段的各吊弦尺寸，提前工厂化预配，到现场一次性安装成功，节省了大量调整工时。弹性吊弦的计算的准确性依赖平腕臂、斜腕臂和支持结构数据的准确，该支持结构定制计算方法就是针对铁路设计平腕臂、斜腕臂和支持结构的理论数据和现场测量的数据，进行反复的校验，准确地输出平腕臂、斜腕臂和支持结构数据，为下一步的吊弦计算和安装奠定基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁路接触网支持结构定制方法，以解决现有技术存在的问题。

铁路接触网支持结构定制方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）根据平面高程模型、坐标系、接触网支柱分布情况、接触网平面布置，利用三角函数关系进行分析计算，获得接触网定位点支柱位置基础高程，根据支持结构安装图，计算并绘制出承力索、接触线位置高程，充分考虑环境温度、线胀系数、补偿类型、中心锚结位置对腕臂及定位偏移的影响，总结出弹性链型悬挂安装稳定性优点，建立弹性链型悬挂支持结构模型；

（2）通过弹性链型悬挂支持结构模型，开发出软件，通过软件计算支持结构的理论值，把理论值和实测数据进行比较，找出经验参数，然后利用经验参数修正软件计算出支持结构的理论值；

（3）根据软件计算出支持结构的理论值，在施工前定制出接触网的支持结构。

本发明通过软件建模，软件计算和软件修正，计算出接触网的支持结构（平腕臂、斜腕臂、定位管、定位器）的参数数据，通过参数数据定制出支持结构，使接触网支持结构的安装、调整一步到位。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中腕臂支撑结构坐标图。

图2为本发明具体实施方式中软横跨结构示意图。

图3为本发明具体实施方式中定位器拉出方向示意图。

图4为本发明具体实施方式中斜腕臂控制点坐标示意图。

图5为本发明具体实施方式中抬锚定位管示意图。

图6为本发明具体实施方式中定位管至受电弓距离示意图A。

图7为本发明具体实施方式中定位管至受电弓距离示意图B。

图8为本发明具体实施方式中定位管至受电弓距离示意图C。

图9为本发明具体实施方式中悬挂（定位）点侧面距离示意图。

图10为本发明具体实施方式中悬吊点侧面距离示意图。

图11为本发明具体实施方式中RailStand模块所使用到的类的UML类图。

具体实施方式

铁路接触网支持结构定制方法，包括以下步骤：

（1）根据平面高程模型、坐标系、接触网支柱分布情况、接触网平面布置，利用三角函数关系进行分析计算，获得接触网定位点支柱位置基础高程，根据支持结构安装图，计算并绘制出承力索、接触线位置高程，充分考虑环境温度、线胀系数、补偿类型、中心锚结位置对腕臂及定位偏移的影响，总结出弹性链型悬挂安装稳定性优点，建立弹性链型悬挂支持结构模型；

（2）通过弹性链型悬挂支持结构模型，开发出软件，通过软件计算支持结构的理论值，把理论值和实测数据进行比较，找出经验参数，然后利用经验参数修正软件计算出支持结构的理论值；后期的施工（例如承力索放线、接触线放线等）对支持结构的数值变化一并进行修正。

（3）根据软件计算出支持结构的理论值，在施工前定制出接触网的支持结构（包括平腕臂、斜腕臂、定位管、定位器等）。

铁路接触网支持结构定制计算方法如下：

（1）方法依据

根据平面高程模型、坐标系、接触网支柱分布情况、接触网平面布置，利用三角函数关系进行分析计算，获得接触网定位点支柱位置基础高程，根据支持结构安装图，计算并绘制出承力索、接触线位置高程，充分考虑环境温度、线胀系数、补偿类型、中心锚结位置等对腕臂及定位偏移的影响，从而总结出弹性链型悬挂安装稳定性优点，建立弹性链型悬挂支持结构模型。

（2）支持结构定制计算过程

1）（设计数据）估算

参数Cx、Qzz分别是“接触网支柱设计数据表“表中的支柱侧面限界Cx、支柱中线倾斜度Qzz，参数Qzjg、Lxgjh、Lczh、Lpwbt、Lpxza分别是“接触网参数输入表”中的支柱侧面构造倾斜度Qzjg、悬挂标称结构高度Lxgjh、承力索座高度Lczh、平腕臂工艺抬高Lpwbt、腕臂座标称安装间距Lpxza，参数Lcxgt是“接触网实际数据输入表”中的悬挂点承力索抬高Lcxgt，参数Hj为前面计算所得。

①入：支柱侧面限界：C_x

支柱倾斜度：Q_zz (‰)支柱后仰取“+”

②算：支柱侧面距离

C_zz=C_x

支柱侧面倾斜度：

Q_zc=Q_zz+Q_zjg

悬挂点承力索预设高程：

H_cys=H_j+L_xggh+L_cxgt/1000

平腕臂座高程：

H_pwbz=H_j+L_xgjh-L_czh-L_pwbt

斜腕臂座高程：

H_xwbz=Q_pwbz+Q_pxza

落锚处高程：

H_lme=Q_cys+Q_lme

2）（支柱实测数据）初算

①已知里程时

输入：支柱测量点侧面距离 C_xcld

③知里程时

输入：支柱测量点坐标（x,y）

③计算

支柱侧面距离：

C_xzz=C_xcld-(H_cld-H_dzz)Q_zc+L_cldg

悬挂点承力索预设高程：

H_cys=H_g+L_xgjh+L_cxgt/1000

平腕臂座高程：

H_pwbz=H_j+Lxgjh-L_czh-L_pwbt

斜腕臂座高程：

H_xwbz=H_pwbz-L_pxza

落锚处高程：

H_lmc=H_cys

3）（支柱、底座实测）计算

已知里程时

输入：支柱测量点侧面距离：C_xcld

计算

支柱侧面距离：

C_xzz=C_xcld-(H_cld-H_dzz)Q_zc+L_cldg

悬挂点承力索预设高程：

H_cys=H_pwbz+L_czh+L_pwbt+L_cxgt/1000

4）支柱（增加接触线荷载后）变形位移：

①平腕臂座侧面距离修正

估算时：取C_pwbzx=0

可得：L_pwbs，X_xgzj

悬挂点增加力距：悬挂设计跨距

支柱增加（总）力矩：

M_jz=M_jwzd+M_jwzd+M_jwzd

得：平腕臂座侧面距离修正

C_pwbzx=(H_pwbz-H_zwzd)*M_jz*k_zkw

再算：L_pwbs,α_xgzj

②悬挂点承力索高程修正

④悬挂点承力索高程

H_cxg=H_csc-H_cxgx

5）腕臂结构（计算）

①平腕臂座侧面距离

平腕臂座侧面距离Cpwbz的计算需要资料上面计算所得的Czz、Hpwbz、Hdzz及“接触网支柱底座、实测数据输入表”中的支柱侧面倾斜度Qzc，“接触网设计数据输入表”中的多腕臂上底座槽钢高度Ldwsd、上底座加宽支架高度Lsdz，“接触网参数输入表”中的平腕臂座底座高度Lpzdh。

C_pwbz=C_xzz+(H_pwbz+H_dzz)Q_zc/1000-L_sdz-L_dwsd-L_pzdh-C_pwbzx

②平斜腕臂座水平间距

平斜腕臂座水平间距Lpxzs的计算需要需要资料2、3中计算所得的Hpwbz及“接触网支柱底座、实测数据输入表”中的支柱侧面倾斜度Qzc、斜腕臂座高程Hxwbzc，“接触网设计数据输入表”中的下底座加宽支架高度Lxdz、多腕臂下底座槽钢高度Ldwxd、上底座加宽支架高度Lsdz、多腕臂上底座槽钢高度Ldwsd，“接触网参数输入表”中的斜腕臂座底座高度Lxzdh、平腕臂座底座高度Lpzdh。

L_pxzs=(H_pwbz-H_xwbz)Q_zc/1000+L_xdz+L_dwxd+L_xzdh+L_xzxb-L_sdz-L_dwsd-L_pzdh

落锚处侧面距离

C_lmc=C_xzz+(H_lmc-H_dzz)Q_zc/1000+L_lmjg

③如表1所示。接触线理论高程：

表1

④定位点接触线目标高程

H_jdwm=H_j-L_jdwt/1000+L_jdwct/1000

⑤腕臂计算里程：L_wbjs=L_zzjs+L_dwks

⑥腕臂处线路坐标：(X_wb,Y_wb)=f(L_wbjs)

⑦平腕臂坐标：

⑧如表2、3所示。悬挂点——腕臂座水平距离（垂直线路方向）

表2

表3

6）如表4所示。垂直悬挂点(x,y)坐标=f (腕臂计算里程，(L_pwbs-C_pwbz)及方位)

表4

其中：

平衡悬挂点(x,y)坐标=f(平腕臂座(x,y)，L_pwbs)

平衡悬挂点计算里程=f(平衡悬挂点(x,y)坐标)

悬挂点（优化）——腕臂座水平距离

L_pwbs=f (平衡悬挂点(x,y)，平腕臂座(x,y))

平衡悬挂点纵向差（迈拟）

L_pczc=平衡悬挂点对座里程-腕臂计算里程

落锚处(x,y)坐标=f(支柱计算里程，C_lmc及方位)

前视悬挂理论跨距：

L_xglk=f((前点)悬挂点(x,y)与(本点)悬挂点(x,y)距离)

前视悬挂设计跨距

L_xglk=L_bckj+L_bwkx

7）如图1示。建立腕臂支撑结构坐标图。

8）如图2所示。软横跨结构（计算）

如表5、表6、表7所示。定位器座侧面距离：

表5

线路右转取“+”
	线路左转取“-”

表6

α向右偏取“+”
	α向右偏取“-”

表7

向右拉出取“+”
	向左拉出取“-”

定位点与定位器座水平距离

（起算预设）：F_dwqs=F_dwq

（软）定位器座(x,y)坐标=f(软横跨计算理程，C_dwqz及定位器坐标)

（软）定位器座(x,y)坐标=f(软)定位器座(或平腕臂座)(x,y)，L_dwdwz(或L_pwbs)得：α_xgf，α_xgzj

以及F_dwqs，F_dwqc，F_dwq

修正计算条件（即F_dwqs，F_dwq）再算C_dwqz，L_dwdwz

（超迈计算（3-5次）或C_dwqz前后两次差＜10mm）。

9）支柱悬挂方向：（前视：大编号里程增大方向，铁路下行方向）

前视支柱方向角。

α_qzf=arcby（前视支柱平腕臂座坐标——本处支柱平腕臂座坐标）

前视悬挂方向角

α_xgf=arctg（前视悬挂点坐标——本处悬挂点坐标）

悬挂转角

α_xgf=α_xgf-α_xgf（上一点前视悬挂方向角）

如表8、图3所示。定位器拉出方向计算

表8

拉出方向与输入拉出方向不一致，提示。

10）如图4所示。（平）斜腕臂控制点坐标计算：

平腕臂倾斜角：

平斜腕臂交点：

斜腕臂定位管夹角：

α_dwgb=α_xwb-α_dwg

斜腕臂有效长度

11）斜腕臂长度

L_xwb=L_xwby+L_xwbd

平腕臂有效长度

平腕臂长度

L_pwb=L_pwby+L_pwbd

当

且当时

初得：定位器L_dwqy（及规格）

当时

调增L_dwqy 重新核算

顺超安装定位管计算

定位管至受电弓最小距离（定位器前端部）

L_ggmin=L_sdgb+L_dwqd+L_dwdt

定位管至受电弓距离（定位器尾部）

L_dwggm≈L_dwzy+L_dwqy|sin(α_dwq-α_gmg)|

当L_dwggm＜L_gmmin时

①调增L_dwqy（在初得定位器L_dwqy基础上，再增大规格）重新核算

②当L_dwqy调至最大规格，仍L_dwggm＜L_gmmin时，调增L_dwqy（增大定位器座规格尺寸）重新检算。

12）定位器前端向下垂直受力

定位器前端水平受力

定位器前端受力

定位器（理论）定位坡度

定位器坡度角

轨面倾斜角

定位器检算：（普通定位器按Ldwqy顺序排列）

首先：按原设计输入定位器（Ldwqy）及定位器做（Ldwzy）

①当

即 初得定位器Ldwqy（及规格）

②当L_dwggm≥L_ggmin时

计算定位管目标控制点及安装控制点坐标：

A）如表9所示。当L_ggmin≤L_dwggm＜ (L_ggmin+L_dwgt)时

目标是

表9

左支柱取“+”
	右支柱取“-”

安装点

B）如表10、11所示。当L_dwggm≥(L_ggmin+L_dwgt)时

目标是

表10

左支柱取“+”
	右支柱取“-”

安装点

定位管仰俯角：

表11

右拉出取“+”
	左拉出取“-”

13）如表12、13所示。定位器后端坐标

表12

左支柱取“+”
	右支柱取“-”

表13

右拉出取“+”
	左拉出取“-”

水平安装定位管计算

①由受电弓包络线得

②由定位器前端得：

H_dwgqd=H_jdwn+L_sdgb+L_dwqd+L_dwdy

③由定位器后端得

水平定位管最小高程

H_dwgmin={H_dwgsg,H_dwgqd,H_dwgh}最大值

①H_dwgh＜H_dwgmin时

调增L_dwqy(在最小定位器基础上，逐柱增大)

当H_dwgh调至最大规格，仍H_dwgh＜H_dwgmin时

调增H_dwgh (逐柱增大)，再从最小定位器，逐柱计算H_dwgh进行比选

②H_dwgh≥H_dwgmin时得

水平定位器安装高程H_dwga=H_dwgh及对应位L_dwqy和L_dwzy，其中α_dwg=0

14）抬锚处定位管（控制）高程计算

H_dwgkt=H_jdwm+L_jdwk

抬锚定位管仰俯角

_wgt=α_gmq

方程式斜腕臂中线方程

y=f_xb(x)=tg(α_xwb)[x-L_pxzs]+H_xwbz

①超（安装）定位管方程

y=f_sc(x)=tg(α_dwg)[x-L_dwgm]+H_dwym

②平（安装）定位管方程

y=f_sp(x)=H_dwga（其中：α_dwg=0）

③锚定位管方程

y=f_tm(x)=tg(α_dwgt)[x-L_pwbs]+H_dwgkt

定位管与斜腕臂交点：

(L_dwxb,H_dwxb)=f_xb(x)与f(x)解得。

15）定位环安装距离：

定位管有效长度：

①顺超定位管

②水平定位管

③如图5所示。抬锚定位管

定位管长度：

L_dwg=L_dwgy+L_dwgd

16）如图6图7、图8所示，为定位管至受电弓最小距离示意图。

17）如表14、15和图9所示。悬挂（定位）点侧面距离

表14

线路右转取“+”
	线路左转取“-”

表15

α向右偏取“+”
	α向左偏取“-”

如表16所示。悬挂（定位）点方位判别

表16

如表17所示。悬挂（定位）点、接触线（理论）高程

表17

如表18所示。悬挂点（悬挂（定位）点间的中间点）、接触线（理论）高程

表18

线路右转取“-”
	线路左转取“+”

18）悬挂悬吊点坐标及网程：

由平衡（或垂直）悬挂点坐标（x_phxy,y_phxg）或（x_czxg,y_czxg）及吊弦（分布）间距。

得：接触网悬挂网程（各悬吊点）

各悬吊点间距之和

及各悬吊点坐标(x_xgxd,y_xgxd)=悬挂点间直接分布。

再由(x_xgxd,y_xgxd)

悬吊点对应线路里程L_xgwc=f(…)（用里程空间分布计算）线路起高h，线路转向悬吊点距与线路中心距离。

|C_xgxd|=f(…)及方位（左/右）

如图10、表19所示。悬吊点侧面距离：

则：C_xgxd=±|C_xgxd|

表19

悬吊点位于线路中心右侧取“+”
	悬吊点位于线路中心右侧取“-”

接触网支持结构定制计算方法软件化过程

①开发环境（工具）

本软件在Windows XP，Windows 7操作系统下，用微软的Visual Statio2008开发工具，并且用到微软Office Excel 2003或更高版本中相关模块。

②开发中数据模块

RailStand模块：负责存储和计算铁路设计中的支柱数据。

其中，最重要的类是DocRailStand。DocRailStand可以分成两大部分：RailStand和 RailStandStructure，而RailStandStructure是安装在RailStand上的。一个RailStand对象可以是一个柱子（pole）或一个悬挂线（hunger-line），而一个RailStandStructure对象可以有两种类型：软横跨类型和硬横跨类型。

“定位器”使用RailDWQ类来表示，它用来悬挂电线，此电线用来给火车供电。

“定位座”使用RailDWZ类来表示，它用来固定“定位器”。

“定位管”使用RailDWG类来表示，它用来使“定位座”更加稳定。但“定位管”仅仅出现在支柱上的三角架结构中。

另外，一个支柱上可以有最多3个硬横跨结构，而一个悬挂线上只能有一个软横跨结构。

如图11所示。RailStand模块所使用到的类的UML类图如下所示，可以看出，此模块的类较多，比较复杂：

③参数的输入、输出表

接触网支柱设计数据表（输入）：该表格中输入每个支柱的线段标识、标识里程、支柱连续计算里程（计算）、前视悬挂标称跨距、支柱名称规格、支柱方位、支柱侧面限界、支柱中线倾斜度、弯支点距轨面高差、接触网支持结构。

底座实测数据输入表：根据现场测量，在该表格中输入每个接触网支柱、底座的支柱测量点坐标、支柱测量点侧面距离、支柱测量点高程、测量点工艺距离、支柱侧面倾斜度、平腕臂座高程、斜腕臂座高程、落锚处高程、支柱弯支点高程、平腕臂座端测量坐标、平腕臂座端高程、斜腕臂座端测量坐标、斜腕臂座端高程。

接触网悬挂点数据输出表：输出每个悬挂点支柱编号、线段标识、标识里程、支柱连续计算里程、前视悬挂标称跨距、支柱名称规格、支柱方位、支柱侧面限界、支柱中线倾斜度、支柱侧面距离、支柱侧面倾斜度、支柱处线路高程、支柱弯支点高程、斜腕臂座高程、斜腕臂座旋臂端高程、平腕臂座高程、悬挂点承力索预设高程、落锚处承力索高程、落锚处支柱侧面距离、支柱弯支点侧面距离、斜腕臂座侧面距离、斜腕臂座旋臂端侧面距离、平腕臂座侧面距离、平腕臂座旋臂端侧面距离、平斜腕臂座水平间距、平斜腕臂座旋臂端水平间距、悬挂(定位)点侧面距离、定位器后端侧面距离、定位管斜腕臂交点侧面距离、定位管斜腕臂交点高程、定位座定位管交点侧面距离、定位座定位管交点高程、垂直腕臂水平距离、平衡腕臂水平距离、平腕臂座侧距修正、接触网悬挂特征、接触网支持结构、悬挂点特征、定位器名称规格、定位器拉出方向、定位特征、定位器座名称规格、标称拉出值、拉出值偏出方向、悬挂点承力索抬高、定位点接触线抬高、悬挂点测量坐标、空挂承力索测量高程、前视空挂承力索测量跨距、有载悬挂测量高程、前视有载悬挂测量跨距、斜腕臂点坐标、斜腕臂点高程、定位器后端测量坐标、定位器后端测量高程。

接触网支持结构定制计算方法的应用：

如表20所示。在昌九电气化铁路改造工程中，根据平面高程模型、坐标系、接触网支柱分布情况、接触网平面布置，利用三角函数关系进行分析计算，获得接触网定位点支柱位置基础高程，根据支持结构安装图，计算并绘制出承力索、接触线位置高程，充分考虑环境温度、线胀系数、补偿类型、中心锚结位置等对腕臂及定位偏移的影响，从而总结出弹性链型悬挂安装稳定性优点，建立弹性链型悬挂支持结构模型。以图形和数据相结合的形式输出平腕臂、斜腕臂和支持结构参数数据。

表20

Claims (1)

1.铁路接触网支持结构定制方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）根据平面高程模型、坐标系、接触网支柱分布情况、接触网平面布置，利用三角函数关系进行分析计算，获得接触网定位点支柱位置基础高程，根据支持结构安装图，计算并绘制出承力索、接触线位置高程，充分考虑环境温度、线胀系数、补偿类型、中心锚结位置对腕臂及定位偏移的影响，总结出弹性链型悬挂安装稳定性优点，建立弹性链型悬挂支持结构模型；

（2）通过弹性链型悬挂支持结构模型，开发出软件，通过软件计算支持结构的理论值，把理论值和实测数据进行比较，找出经验参数，然后利用经验参数修正软件计算出支持结构的理论值；

（3）根据软件计算出支持结构的理论值，在施工前定制出接触网的支持结构。