JP2019525868A - 鉄道の接触架線のための改良されたハンガー、及び、当該ハンガーを含む電力供給線 - Google Patents

Abstract

鉄道の架空線のためのハンガー（５）であり、送電ケーブル又はブラケットと電力供給接触ワイヤ（４）との間に取り付けられるように適合されている。ハンガーは、前記接触ワイヤのアンダーカット部を締め付けるためのクランプ（８）と、当該クランプに接続された、負剛性の弾性装置（１０）とを含み、当該弾性装置が、ａ．第１の方向（Ａ）に沿った、予圧縮された弾性組立体（１１）であって、前記第１方向（Ａ）を横切る第２の方向（Ｂ）に、負荷外乱後の予圧縮を低減するために移動する可動点（１２）を有する、予圧縮された弾性組立体（１１）と；ｂ．前記予圧縮された弾性組立体（１１）に接続された弾性要素（１３）であって、前記クランプ（８）が前記接触ワイヤ上のパンタグラフ通過時に移動するときに可動点（１２）に作用を加えるための弾性要素（１３）と；ｃ．前記クランプ（８）を前記弾性要素（１３）に牽引／圧縮下で接続するためのスペーサ（１４）と；ｄ．前記可動点（１２）の移動時に発生される較正された摩擦作用とを含む。

Description

本発明は、鉄道の架空電力供給線（送電線）の接触架線のためのハンガーと、当該ハンガーを含む鉄道架空電力供給線とに関する。

ハンガーは、架空送電線の電力供給接触ワイヤ（接触線）を、架けられた状態に保持する。ハンガーは、鉄道の電力供給線の２つの連続したポール又はポータルの間で所定のスパンに沿って送電ケーブルから吊り下げられるか、或いはポールにて、ポール又はポータルに取り付けられたブラケットから直接吊り下げられる。

伸ばされた接触ワイヤは線状の導電体であり、この導電体上に電車車両のパンタグラフが載置されて、電車の牽引のための電気組立体に（及び、おそらくは、電車に搭載されているその他の装置にも）電力が供給される。

接触ワイヤは所定の断面を有する。この断面は、ケーブルの動作中、パンタグラフと接触する底部凸状輪郭と、ハンガーの接続クランプのための、例えば燕尾状のアンダーカットを有する頂部輪郭とを有する。

ハンガーの接続クランプは、好ましくは、銅合金から、さらにより好ましくは、ニッケル及びケイ素も含む合金からつくられて、接触ワイヤの頂部輪郭部に、パンタグラフの通過を妨害しないようにフォームフィッティング（嵌合）連結により取り付けられる。

電車の走行中のパンタグラフと接触架線（接触ワイヤ）との分離を最小限にし、また防止し得ることが必要であると考えられる。具体的は、分離の原因の１つは、接触ワイヤが地面に対して動くことである。この動きは、自然の原因（例えば、風）と、電車が通過するときに接触ワイヤに沿って伝播する振動との両方により生じる。また、接触ワイヤは、カウンタウェイトによりピンと張られているが、それでもなお、２つの隣接するハンガー間に、接触ワイヤ自体の重量により生じる矢状物が生じる。

詳細には、パンタグラフは、接触ワイヤに接触圧力を加えるように構成されており、当該接触圧力は、特には高速列車上で、接触ワイヤの上方移動（より一般的には、ある程度の大きさの応力）を生じさせる。より詳細には、この動きは局所的であり、パンタグラフと接触ワイヤとの間の接触領域において最大である。

本発明の目的は、パンタグラフと電力供給接触ワイヤとの分離を、特に高速電車（すなわち走行速度が２００ｋｍ／ｈを超える電車）に関して、低減し、また防止し得ることである。

本発明の目的は、請求項１に記載のハンガーにより達成される。

ここで本発明を、本発明の幾つかの非定的な実施形態を例示する添付図面を参照しつつ説明する。

線路の概略図である。 本発明によるハンガーのクランプの詳細図である。 本発明によるハンガーの第１の実施形態の図である。 本発明によるハンガーの第２の実施形態の図である。 数値シミュレーション後の接触ワイヤとパンタグラフとの接触力を示すグラフである。

図１は、電車の架空送電線を定性的に示す。架空線は、複数のポール又はポータル１と、送電ケーブル２と、接触ワイヤ４とを備え、送電ケーブル２は、ポール１により担持されているブラケットに、トラック３より上に架けられるように取り付けられており、接触ワイヤ４は、送電ケーブル２に、複数のハンガー５を介して、電気牽引車のパンタグラフに接触するように接続されている。

架空線は、さらに、送電ケーブル２及び接触ワイヤ４の両方を伸ばすためのカウンタウェイト（図示せず）を含み、これは、接触ワイヤ４の、隣り合う２本のハンガー５間の妨害的な矢状物(static arrow)を低減するためにある。この妨害的矢状物は、接触ワイヤ４自体の重量によるものである。

接触ワイヤ４は押出成形により得られ、国家規制で定められた断面を有する。これらの規制は、ワイヤの断面が、使用時にトラック３に向って凸状である底部輪郭６と、ハンガー５及び送電ケーブル２の方に向けられた、アンダーカットされた頂部輪郭７とを有することを提示している。接触ワイヤ４を送電ケーブル２に鉛直方向に堅固に固定するために、各ハンガー５がクランプ８を含む。クランプ８は、ボルト又はその他の同等の締結具を用いて締め付けられた後、クランプ８が頂部輪郭７を締め付けることにより、接触ワイヤ４にフォームフィッティング連結により連結される。例えば、イタリアの規格によれば、接触ワイヤ４の断面は、頂部輪郭７において、第１及び第２の７８度偏角、Ｖ字状で燕尾状のアンダーカットを規定している（図２）。

本発明によれば、ハンガー５は、振動エネルギーを蓄積するための負剛性の弾性装置１０を含むように改変される。

弾性装置１０は、予圧縮された弾性組立体１１を、方向Ａ（使用時に接触ワイヤ４とほぼ平行）に沿って含み、また、可動点１２を有するように構成されている。可動点１２は、方向Ａを横切る（具体的には、方向Ａに垂直な）方向Ｂに移動し、これにより、幾つの状況において、予圧縮された弾性組立体１１の予圧縮を低減する。詳細には、弾性組立体１１は、ハンガー５とは別個に考えるならば、予圧縮されて、座屈弾性が安定していない中立状態に保たれる。この中立状態が乱されると、可動点１２の移動後、弾性ポテンシャルエネルギーが解放される。

これに加えて、弾性装置１０は、予圧縮された弾性組立体１１に接続された弾性要素１３を含む。弾性要素１３は、方向Ｂに沿った作用を可動点１２に加え、且つ、中立位置を安定的に画定するためのものである。

弾性要素１３はクランプ８に、牽引力と圧縮力の両方を弾性要素１３とクランプ８との間で伝達するようにスペーサ１４により連結されている。

弾性組立体１１が、可動点１２の方向Ｂに沿った移動により圧縮予荷重の一部を解放すると、負剛性弾性装置１０が、摩擦作用（好ましくは、弾性組立体１１及び／又は弾性要素１３の製造に使用される変形可能な弾性材料の乾式摩擦又はヒステリシス内部摩擦）を発生する。摩擦が乾式摩擦である場合、滑り摩擦を利用できる。

この比較的低い摩擦は、予圧縮された弾性組立体１１内の弾性ポテンシャルエネルギーの蓄積と組み合わされて、接触ワイヤ４の波状現象（具体的には、パンタグラフの通過により引き起こされる波状現象）に対する全体的な高い消散作用をもたらす。従って、弾性組立体１１及び／又は弾性要素１３の運動により発生する摩擦は比較的低くされることができ、また、予圧縮された弾性組立体１１における弾性エネルギーの蓄積から生じる作用と組み合わせるように較正され得る。

本発明の好ましい実施形態によれば、予圧縮された弾性組立体１１は関節機構１５を含み、関節機構１５は、可動点１２にて相互にヒンジ連結された第１及び第２のアーム又は支柱１６，１７を有する。可動点１２の、方向Ｂに沿った運動は、関節機構１５にスライド可能に連結されたガイド１８，１９により得られる。一実施形態によれば、摩擦作用は、ガイド１８，１９と関節機構１５との相互作用中に発生する。また、ガイド１８，１９の位置及び／又は構成が方向Ａを画定する。

好ましくは、弾性要素１３は、接触ワイヤ４及び関連する張力カウンタウェイトの作用の結果として自己位置合わせできるように可動点１２にヒンジ連結されている。

好ましくは、さらに、予圧縮された弾性組立体１１及び／又は弾性要素１３が、コイルばねを含む。

図３による実施形態において、関節機構１５は、第１及び第２のスライダ２０，２１をさらに含む。これらのスライダは、方向Ａに沿ってガイド１８，１９と協働するように、それぞれ、第１及び第２のアーム１６，１７にヒンジ連結されている。また、予圧縮された弾性組立体１１は、スライダ２０，２１により圧縮及び解放される第１及び第２のコイルばね２２，２３を含む。これらのコイルばねは、予圧縮を得るように、互いに対向して方向Ａに平行に配置されている。

好ましくは、可動点１２の移動中に、予圧縮された弾性組立体１１の予圧縮の減少と共に可変摩擦が漸進的に低減されるように、スライダ２０，２１がガイド１８，１９から漸進的に係合解除される。

図３に示されている特定の実施形態によれば、スライダ２０，２１はスリーブであり、ガイド１８，１９は、スリーブ２０，２１に係合されたた固定バーである。さらに、ばね２２，２３が、バー１８，１９を取り囲み、且つ、バー１８，１９により、方向Ａに対し平行（具体的には、方向Ａと同軸状）を維持するようにガイドされる。方向Ａは、バー１８，１９及びブッシュ２０，２１の軸に一致する。この実施形態によれば、ばね２２，２３は、可動点１２の移動中に方向Ａに対して固定されている。これにより、可動質量が低減され、その結果、いずれの負の慣性寄与も低減される。

図４に示されている別の実施形態によれば、アーム１６，１７は、可動点１２の位置とは無関係にガイド１８，１９に一定の摩擦を生じさせるように係合されている。

具体的には、ガイド１８，１９は、アーム１６，１７にそれぞれ係合された角度調整可能なブッシュであり、可動点１２が方向Ｂに沿って移動するときにアームの角度移動を可能にする。

また、ばね２２，２３は、好ましくは、それぞれのアーム１６，１７により支持されており、これらのばねは、圧縮されるために、それぞれ、調整可能なブッシュ１８，１９に当接している。

有利には、各アームが、可動点１２の、関連する調整可能ブッシュ１８，１９対して対向側にカウンタウェイト２４，２５を有する。これにより、各アーム１６，１７は、そのばね２２，２３と共に、可動点１２が方向Ａに沿って配置されているときに、対応するブッシュ１８，１９に対して鉛直方向のバランスを維持できる。

さらに、カウンタウェイト２４，２５は、アーム１６，１７が調整可能ブッシュ１８，１９から滑り落ちることを防止するような寸法を有する。

図４の実施形態においては、ブッシュ１８，１９の回転中心を結ぶ線が方向Ａを画定する。

両方の実施形態において、ガイド１８，１９は、剛性のフレーム又はケーシング３０により担持されており、剛性フレーム又はケーシング３０は、ポール／ポータル１のブラケットから吊り下がり、又は、隣り合う２つのポール／ポータル間の送電ケーブル２から吊り下がっている。

剛性フレーム３０は、開放されていることが好ましく、これにより、負剛性弾性装置１０の部品の目視検査を可能にする。

剛性フレームとブラケット又は送電ケーブル２との接続は、鉛直方向における牽引／圧縮の伝達を可能にしなければならない。

有利には、可動点１２と、クランプ８と、方向Ｂに沿ってクランプ８に対向しているハンガー５の接続部３１とが位置合わせされている。接続部３１は、ブラケット及び／又は送電ケーブル２に固定されている。

本発明によるハンガー５は、使用中に静止状態下で、弾性組立体１１の圧縮が最大状態（使用中のその他の状態を基準とする）のときに可動点１２が方向Ａに沿って実質的に位置合わせされるように取り付けられる。

電車のパンタグラフが通過するとき、弾性要素１３は可動点１２に、可動点１２の位置を乱すのに十分に大きい、方向Ｂに沿った外乱を伝達し、その結果、予圧縮された弾性組立体１１から弾性エネルギーを解放させる。好ましくは、この外乱は、弾性エネルギーと、そして同時に、可動点１２の、送電ケーブル２に向かう移動とを可能にする外乱である。こうすることにより、パンタグラフの到達により負剛性弾性装置１０に導入されたエネルギーは、予圧縮された弾性組立体１１の予荷重の解放により解放される弾性ポテンシャルエネルギーにより、少なくとも部分的に補償される。これに加えて、クランプ８が可動点１２を中立位置に戻すとき、予圧縮された弾性組立体１１及び弾性要素１３に蓄積されている弾性エネルギーが、接触ワイヤ４の波状現象をさらに減じる。このようにして、パンタグラフとの接触状態が、高速電車の通過の場合であっても改善される。

より詳細には、パンタグラフの通過後、接触ワイヤ４は、架空送電線に沿ったカウンタウェイトにより得られる張力の結果として、可動点１２を、弾性要素１３の作用により中立位置に戻す。

図５は、送電ケーブル２、ハンガー５、及び接触ワイヤ４のための有限要素モデルと、パンタグラフに関する集中パラメータモデルとを用いた比較シミュレーションの結果を示す。パンタグラフのシミュレーション速度は３５０ｋｍ／ｈである。

図３の図を参照すると、各ばね２２，２３の剛性は１５Ｎ／ｍｍであり、弾性要素１３の剛性は１２Ｎ／ｍｍである。

詳細には、図５は、本発明によるハンガー５を使用した場合（実線）に、パンタグラフと接触ワイヤ４との接触力がゼロになることが全くないことを示す。これは、本発明によるハンガー５を使用しない場合（破線）と比較して、分離が生じないことを保証する。

クランプ８を製造するための好ましい材料は、銅及びその合金、或いは、鋼及びその合金、特には、ステンレス鋼及びその合金である。

Claims (10)

1. 鉄道の架空線のためのハンガー（５）であって、送電ケーブル又はブラケットと電力供給接触ワイヤ（４）との間に取り付けられるように適合されており、前記ハンガーが、
   前記接触ワイヤのアンダーカット部を締め付けるためのクランプ（８）と、当該クランプに接続された負剛性の弾性装置（１０）とを備え、当該弾性装置が、
   ａ．第１の方向（Ａ）に沿った予圧縮された弾性組立体（１１）であって、前記第１方向（Ａ）を横切る第２の方向（Ｂ）に移動させることにより負荷外乱後の予圧縮を低減する可動点（１２）を有する、予圧縮された弾性組立体（１１）と、
   ｂ．前記予圧縮された弾性組立体（１１）に接続された弾性要素（１３）であって、前記クランプ（８）が前記接触ワイヤ上のパンタグラフ通過時に移動するとき、前記第２方向（Ｂ）に前記可動点（１２）への作用を加えるための弾性要素（１３）と、
   ｃ．前記クランプ（８）を前記弾性要素（１３）に牽引／圧縮下で接続するためのスペーサ（１４）と、
   ｄ．前記可動点（１２）の移動時に発生される較正された摩擦作用とを含み、
   前記負剛性弾性装置（１０）が、前記ハンガー（５）が前記架空線に固定され且つ前記接触ワイヤが静止しているときに前記可動点（１２）が中立位置を有するように構成されており、且つ、弾性要素（１３）にスペーサ（１４）を介して作用する前記クランプ（８）が、前記パンタグラフの通過後に前記可動点（１２）を、前記接触ワイヤの長手方向の張力により前記中立位置に戻すように構成されており、前記可動点（１２）が前記第２方向（Ｂ）に沿って移動し、それにより、パンタグラフの通過が生じたときに、前記弾性組立体（１１）の弾性エネルギーを解放する、前記ハンガー（５）。
2. 前記較正された摩擦作用が、前記弾性組立体（１１）及び／又は前記弾性要素（１３）の変形可能な弾性材料の乾式摩擦及び／又はヒステリシス内部摩擦により規定されることを特徴とする、請求項１に記載のハンガー。
3. 前記負剛性弾性装置（１０）が、前記可動点（１２）にてヒンジ連結された第１及び第２の支柱（１６，１７）を有する関節機構（１５）を備え、且つ、前記支柱（１６，１７）が、前記可動点（１２）が前記第２の方向（Ｂ）に沿って移動するときにそれぞれのガイド（１８，１９）に沿ってスライドすることを特徴とする、請求項２に記載のハンガー。
4. 前記乾式摩擦が、前記ガイド（１８，１９）に対する前記支柱（１６，１７）の並進運動により傾斜していることを特徴とする、請求項３に記載のハンガー。
5. 前記関節機構（１５）がスライダ（２０，２１）を備え、当該スライダ（２０，２１）が、前記可動点（１２）の移動時の前記弾性組立体（１１）の予圧縮の低減と共に減少する摩擦作用を規定するように、前記それぞれのガイド（１８，１９）から漸進的に係合解除されることを特徴とする、請求項３又は４に記載のハンガー。
6. 前記ガイド（１８，１９）が前記関節式機構（１５）に対して固定されており、且つ、前記予圧縮された弾性組立体（１１）が、前記ガイド（１８，１９）により担持された、前記スライダ（２０，２１）により圧縮される対向するばね（２２，２３）を含むことを特徴とする、請求項５に記載のハンガー。
7. 前記ガイド（１８，１９）が、それぞれの支柱（１６，１７）に係合する調整可能なブッシュであることを特徴とする、請求項３又は４に記載のハンガー。
8. 前記予圧縮された弾性組立体（１１）が、対向するばね（２２，２３）を含み、当該対向ばね（２２，２３）が、支柱（１６，１７）により担持され且つ調整可能なブッシュにより圧縮され、且つ、各支柱（１６，１７）が前記ばね（２２，２３）の、前記ガイド（１８，１９）に対する対向端にカウンタウェイト（２４，２５）を含むことを特徴とする、請求項７に記載のハンガー。
9. 前記負剛性弾性装置（１０）を支持するフレーム又はケーシング（３０）を備え、且つ、当該フレーム又はケーシング（３０）が、前記負剛性弾性装置（１０）及び弾性要素（１３）を目視検査するために開放されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のハンガー。
10. 前記ハンガーを前記ブラケット又は前記送電ケーブル（２）に接続するための接続部（３１）を備えており、前記接続部（３１）、前記可動点（１２）、及び前記クランプ（８）が位置合わせされていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のハンガー。

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