CN105216655B - 一种接触网弹性链型悬挂整体吊弦预配方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供一种接触网弹性链型悬挂整体吊弦预配计算方法，第一步为计算接触线高度；第二步为计算吊弦拉力；第三步为计算承力索高度；第四步为计算弹性吊索高度；第五步为计算吊弦下料长度。本发明创造使用基于悬索模型的计算方法计算整体吊弦长度，计算过程合理、计算过程清晰、计算结果准确，保证了整体吊弦工厂化制造的准确性。

Description

一种接触网弹性链型悬挂整体吊弦预配方法

技术领域

本发明创造属于铁路接触网吊弦预配技术领域，尤其是涉及一种接触网弹性链型悬挂整体吊弦预配计算方法。

背景技术

我国电气化铁路目前大多采用的是张力不大的简单链形悬挂方式,这种悬挂由于定位点处弹性不均匀的原因,电力机车的速度一直得不到提高，只能在120-160km/h的范围内运行。而随着高速铁路和客运专线的发展，机车速度的大幅度提高，接触压力变大,使受流恶化,并随行车速度的提高而加剧，原来的简单链型悬挂已经不能满足高速铁路发展的要求，因此，优化接触网结构和改善悬挂弹性来满足电力机车受电弓高速运行时的取流和稳定性的要求显得意义非凡。而弹性链型悬挂在这方面有着无比的优越性，正能满足目前高速铁路的发展要求。

弹性链型悬挂具有如下几个特点：改善定位点处接触线的弹性，从而使接触网弹性小且弹性比较均匀，成功的解决了因高速而导致接触网压力增大而引起的弓网受流恶化问题；定位点的弹性受承力索、接触线、弹性吊索、相邻吊弦以及定位装置的质量等等因素的影响，因此弹链的数学模拟计算需要考虑的因素很多，模拟难度增大；因受电弓滑行的速度越高，对接触网静态和动态特性要求越高，所以施工精度要求也就越严格。

在数学模拟计算中，弹性链型整体吊弦的预配计算方法通常有抛物线法、索网找形法、有限元法等，但均因精度差、效率低、应用范围小等原因而没有得到广泛推广。

中国专利《高速铁路接触网全补偿弹性链型悬挂中吊弦的施工方法》(公开号CN102358212A)介绍了一种基于索网找形法的吊弦计算施工方法。该方法利用索单元曲线方程计算两个悬挂点之间的承力索高度，但其存在以下缺陷：(1)未考虑接触线高度变化和接触线张力对承力索形状的影响；(2)未考虑吊弦拉力变化对承力索形状的影响；(3)该方法不适用于弹性吊索吊弦长度的计算。综上所述，目前市面上急需一种适用于高速铁路(特别是350公里/小时速度的高速铁路)接触网弹性链型整体吊弦预配的计算方法。

发明内容

本发明创造要解决的问题是，提供一种接触网弹性链型悬挂整体吊弦预配计算方法，解决现有技术中存在的吊弦预配计算不准确以及不适用于高速度铁路接触网吊弦预配计算的问题。

为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：

提供一种接触网弹性链型悬挂整体吊弦预配计算方法，第一步，计算接触线高度H_CW：H_CW＝H₀+H₁+H₂+H₃；

其中H₀为接触线工作高度，一般为5.3米；H₁为工作支与非工作支接触线高度差；H₂为线路曲线及坡度引起的接触线高度差；H₃为跨中弛度引起的接触线高度差；

第二步，计算吊弦受力：

首先计算每根吊弦处接触线的高度，方程1为

其中，S_j为接触线张力，y_jn第n吊弦处的接触线高度，F_i为第i吊弦处吊弦拉力，x_i为第i吊弦的水平坐标，L为接触线的计算长度，K_j为一个描述接触线形变的常数；

接着计算每根吊弦处承力索的高度，方程2为

其中，S_c为承力索张力,y_cn为第n吊弦处承力索高度，F_i为第i吊弦处吊弦拉力，x_i第i吊弦的水平坐标，L’为跨距，K_c为一个描述接触线形变的常数；

最后计算吊弦处弹性吊索的高度，使用如下方程3至方程4：

方程3为：

F_ml_t1+F_nl_t2/2-F_ml_t＝0,m＝1,2,n＝2,1

方程4为：

y_jm+y_tml_t1/l_t+y_tn(l_t2/2)/l_t+F_ml_t2/(2S_t)＝0,m＝1,2,n＝2,1

其中，S_t为弹性吊索张力,l_t是弹性吊索的长度；l_t1是弹性吊索上两根弹性吊索吊弦之间的距离；l_t2/2为从弹性吊索一端到同侧弹性吊索吊弦的距离；F_m、F_n为弹性吊索吊弦拉力；y_tm、y_tn为弹性吊索吊弦处高度；y_jm为弹性吊索吊弦处接触线高度；

通过将数值带入方程3至方程4形成方程组，与前面方程1和方程2形成的方程组联立可以求解每根吊弦拉力F_i；

第三步，计算承力索高度

将吊弦拉力F_i带入方程1至方程2形成的方程组中可以求解承力索高度y_n；

第四步，计算弹性吊索高度

将吊弦拉力F_i带入方程3至方程4形成的方程组可以求解弹性吊索高度y_tm和y_tn；

第五步，计算吊弦下料长度

吊弦下料长度L_Di计算公式如下：

L_Di＝y_i-H_CWi+k₀

其中k₀为吊弦扣料长度，y_i为承力索高度y_cn或者弹性吊索高度y_tn。

进一步的，所述的吊弦扣料长度k₀＝k₁+k₂+k₃；

其中包括：

1)承力索中心至承力索吊弦线夹心形护环内沿的距离k₁；

2)接触线中心至接触线吊弦线夹心形护环内沿的距离k₂；

3)吊弦载流环长度k₃。

本发明创造具有的优点和积极效果是：使用基于悬索模型的接触网弹性链型悬挂精确计算模型计算整体吊弦长度，计算过程理论使用合理、计算过程清晰、计算结果准确，保证了整体吊弦工厂化制造的准确性。同时使用数值方法在完整锚段内求解方程组计算吊弦长度，保证吊弦长度计算过程自动化程度高，尽量避免了整体吊弦工厂化制造过程中的人为误差。

附图说明

图1是弹性链型悬挂吊弦结构示意图

图2是承力索吊弦受力示意图

图3是弹性吊索受力示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明创造的具体实施例做详细说明。

图1是弹性链型悬挂吊弦示意图，其中F是受电弓抬升力，l_t是弹性吊索的长度。

图2是承力索吊弦受力示意图，其中F_ia和F_ib为第i跨左右两侧支柱对承力索的抬升力。

图3是弹性吊索受力示意图。

吊弦长度计算过程如下：

第一步，计算接触线高度H_CW：H_CW＝H₀+H₁+H₂+H₃；

其中H₀为接触线工作高度，一般为5.3米；H₁为工作支与非工作支接触线高度差；H₂为线路曲线及坡度引起的接触线高度差；H₃为跨中弛度引起的接触线高度差；

第二步，计算吊弦受力：

首先计算每根吊弦处接触线的高度，方程1为

其中，S_j为接触线张力，y_jn第n吊弦处的接触线高度，F_i为第i吊弦处吊弦拉力，x_i为第i吊弦的水平坐标，L为接触线的计算长度，K_j为一个描述接触线形变的常数；

接着计算每根吊弦处承力索的高度，方程2为

其中，S_c为承力索张力,y_cn为第n吊弦处承力索高度，F_i为第i吊弦处吊弦拉力，x_i第i吊弦的水平坐标，L’为跨距，K_c为一个描述接触线形变的常数；

最后计算吊弦处弹性吊索的高度，使用如下方程3至方程4：

方程3为：

F_ml_t1+F_nl_t2/2-F_ml_t＝0,m＝1,2,n＝2,1

方程4为：

y_jm+y_tml_t1/l_t+y_tn(l_t2/2)/l_t+F_ml_t2/(2S_t)＝0,m＝1,2,n＝2,1

其中，S_t为弹性吊索张力,l_t是弹性吊索的长度；l_t1是弹性吊索上两根弹性吊索吊弦之间的距离；l_t2/2为从弹性吊索一端到同侧弹性吊索吊弦的距离；F_m、F_n为弹性吊索吊弦拉力；y_tm、y_tn为弹性吊索吊弦处高度；y_jm为弹性吊索吊弦处接触线高度；

通过将数值带入方程3至方程4形成方程组，与前面方程1和方程2形成的方程组联立可以求解每根吊弦拉力F_i；

第三步，计算承力索高度

将吊弦拉力F_i带入方程1至方程2形成的方程组中可以求解承力索高度y_cn；

第四步，计算弹性吊索高度

将吊弦拉力F_i带入方程3至方程4形成的方程组可以求解弹性吊索高度y_tm和y_tn；

第五步，计算吊弦下料长度

吊弦下料长度L_Di计算公式如下：

L_Di＝y_i-H_CWi+k₀

其中k₀为吊弦扣料长度，y_i为承力索高度y_cn或者弹性吊索高度y_tn。

吊弦扣料长度k₀＝k₁+k₂+k₃；其中：

1)承力索中心至承力索吊弦线夹心形护环内沿的距离k₁；

2)接触线中心至接触线吊弦线夹心形护环内沿的距离k₂；

3)吊弦载流环长度k₃。

以上对本发明创造的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明创造的专利涵盖范围之内。

Claims (2)

1.一种接触网弹性链型悬挂整体吊弦预配方法，其特征在于：

第一步，计算接触线高度H_CW：H_CW＝H₀+H₁+H₂+H₃

其中H₀为接触线工作高度；H₁为工作支与非工作支接触线高度差；H₂为线路曲线及坡度引起的接触线高度差；H₃为跨中弛度引起的接触线高度差；

第二步，计算吊弦拉力：

首先计算每根吊弦处接触线的高度，方程1为

$\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{F}_i(L-x_i)x_n-\underset{i=1}{\overset{n-1}{\&Sigma;}}{F}_{i}L(x_n-x_i)-F_n{\mathrm{LK}}_j-S_j{y}_{jn}L=0,1<n<N$

其中，S_j为接触线张力，y_jn第n吊弦处的接触线高度，F_i为第i吊弦处吊弦拉力，x_i为第i吊弦的水平坐标，L为接触线的计算长度，K_j为一个描述接触线形变的常数；

接着计算每根吊弦处承力索的高度，方程2为

$\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{F}_i(L^{\&prime;}-x_i)x_n-\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{F}_i{L}^{\&prime;}(x_n-x_i)-F_n{L}^{\&prime;}{K}_c-S_c{y}_{cn}{L}^{\&prime;}=0,1<n<N$

其中，S_c为承力索张力,y_cn为第n吊弦处承力索高度，F_i为第i吊弦处吊弦拉力，x_i第i吊弦的水平坐标，L’为跨距，K_c为一个描述承力索形变的常数；

最后计算吊弦处弹性吊索的高度，使用如下方程3至方程4：

方程3为：

F_ml_t1+F_nl_t2/2-F_ml_t＝0m＝1,2；n＝2,1

方程4为：

y_jm+y_tml_t1/l_t+y_tn(l_t2/2)/l_t+F_ml_t2/(2S_t)＝0，m＝1,2；n＝2,1

其中，S_t为弹性吊索张力,l_t是弹性吊索的长度；l_t1是弹性吊索上两根弹性吊索吊弦之间的距离；l_t2/2为从弹性吊索一端到同侧弹性吊索吊弦的距离；F_m、F_n为弹性吊索吊弦拉力；y_tm、y_tn为弹性吊索吊弦处高度；y_jm为弹性吊索吊弦处接触线高度；

通过将数值带入方程3至方程4形成方程组，与前面方程1和方程2形成的方程组联立可以求解每根吊弦拉力F_i；

第三步，计算承力索高度：

将吊弦拉力F_i带入方程1至方程2形成的方程组中可以求解承力索高度y_cn；

第四步，计算弹性吊索高度：

将吊弦拉力F_i带入方程3至方程4形成的方程组可以求解弹性吊索高度y_tm和y_tn；

第五步，计算吊弦下料长度：

吊弦下料长度L_Di计算公式如下：

L_Di＝y_i-H_CWi+k₀

其中k₀为吊弦扣料长度，y_i为承力索高度y_cn或者弹性吊索高度y_tn。

2.根据权利要求1所述的一种接触网弹性链型悬挂整体吊弦预配方法，其特征在于：所述的吊弦扣料长度k₀＝k₁+k₂+k₃；

其中包括：

承力索中心至承力索吊弦线夹心形护环内沿的距离k₁；

接触线中心至接触线吊弦线夹心形护环内沿的距离k₂；

吊弦载流环长度k₃。