專利名稱：電氣化鐵路簡單鏈型懸掛接觸網(wǎng)整體吊弦施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種鐵路施工技術(shù)，具體是一種電氣化鐵路簡單鏈型懸掛接觸網(wǎng)整體吊弦施工方法。

背景技術(shù)：
隨著鐵路行車速度的越來越高，普通的環(huán)節(jié)吊弦已不適應(yīng)電氣化鐵道接觸網(wǎng)的發(fā)展。這是由于其存在環(huán)節(jié)，在電氣上存在間斷，受電弓經(jīng)過時環(huán)節(jié)間容易引起電火花，產(chǎn)生燒傷，同時，環(huán)節(jié)間的經(jīng)常機(jī)械磨損也加速了吊弦的老化。由于整體吊弦的吊弦線與線夾間采用壓接工藝，接續(xù)可靠，機(jī)械強(qiáng)度高，同時在電氣上具有不間斷性，可承受一定的電流通過，因此，整體吊弦將逐步取代環(huán)節(jié)吊弦，成為今后電氣化鐵道接觸網(wǎng)吊弦的主要形式。
根據(jù)結(jié)構(gòu)型式的不同，整體吊弦可分為可調(diào)及不可調(diào)式兩種。整體吊弦尤其是壓接式不可調(diào)整體吊弦，其兩端是通過壓接設(shè)備將吊弦線及吊弦線夾壓接成一個整體，如果計算不準(zhǔn)確，有可能使吊弦報廢而造成大量經(jīng)濟(jì)損失，因此準(zhǔn)確計算每根吊弦的長度是整體吊弦施工過程中的關(guān)鍵。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電氣化鐵路簡單鏈型懸掛接觸網(wǎng)整體吊弦施工方法，計算吊弦長度準(zhǔn)確性高，大大減少了吊弦安裝施工的工作量。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 電氣化鐵路簡單鏈型懸掛接觸網(wǎng)整體吊弦施工方法，其特征在于包括以下步驟 (1)、簡單鏈型懸掛接觸網(wǎng)整體吊弦計算模型的建立 整體吊弦長度的計算公式為
或
當(dāng)為緩和曲線情況時，只需將緩曲圓半徑代替平面圓半徑即可； 上面公式中，當(dāng)接觸線跨中無預(yù)留弛度情況時， 當(dāng)接觸線跨中有預(yù)留弛度情況時， 式中 C(x)吊弦計算長度，m； C(x)實考慮各種因素修正后的吊弦計算長度，m； H1前端懸掛點(diǎn)處結(jié)構(gòu)高度，m； H2后端懸掛點(diǎn)處結(jié)構(gòu)高度，m； G后端相對于前端懸掛點(diǎn)處接觸導(dǎo)線的高度差，m，相對于軌面而言； L兩懸掛點(diǎn)間的跨距，m； D第一吊弦距懸掛點(diǎn)的安裝距離，m； g-線索單位長度的自重負(fù)載，N/m； 其中g(shù)＝gc+gj+gd gc-承力索單位長度的自重負(fù)載，N/m； gj-接觸線單位長度的自重負(fù)載，N/m； gd-吊弦分?jǐn)偟絾挝凰骄嚯x上的自重負(fù)載，N/m； X吊弦安裝點(diǎn)至支柱懸掛點(diǎn)的水平距離，m； Tc承力索水平張力，N/m； Tj接觸線水平張力，N/m； F0接觸線跨中預(yù)留弛度，m； h豎豎曲線引起的修正量，m； △C曲線外軌超高引起的修正量，m； Q集中負(fù)荷重量，N； l集中負(fù)荷至前端懸掛點(diǎn)的距離，m； (2)、測量步驟(1)公式中所涉及的各支柱、承力索、跨距、超高數(shù)據(jù)； (3)、利用步驟(1)公式計算結(jié)果確定各吊弦長度、安裝位置，預(yù)制吊弦并施工。
按傳統(tǒng)的施工方法，需要在整體吊弦安裝處設(shè)置臨時吊弦(Φ4.0鐵線制成)，待接觸懸掛調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)位置(含承力索和接觸線的水平位置和垂直高度)后，測量出各臨時吊弦的長度，以此長度計算出整體吊弦的下料長度，按下料長度壓接，然后用整體吊弦替換臨時吊弦。采用這樣的施工方法，工序繁多，安裝精度較差，對運(yùn)營線路行車干擾較大，勞動效率較低。通過本發(fā)明計算法則可實現(xiàn)整體吊弦安裝一次到位，減少了人為誤差，提高了安裝精度。與一般的施工方法相比，不必設(shè)臨時吊弦，不需反復(fù)調(diào)整拉出值和導(dǎo)高，減少了工序，減低了勞動強(qiáng)度，提高了勞動效率。因不設(shè)臨時吊弦，還可以節(jié)省材料，減少了機(jī)具設(shè)備，大大減少了運(yùn)營線上的行車干擾。


圖1承力索不等高懸掛，接觸線等高懸掛計算示意圖 圖2承力索不等高懸掛，接觸線不等高懸掛計算示意圖 圖3承力索等高懸掛，接觸線等高懸掛時第一吊弦點(diǎn)間的接觸線馳度計算示意圖 圖4承力索等高懸掛，接觸線等高懸掛時支柱懸掛點(diǎn)處接觸線弛度計算示意圖 圖5有集中負(fù)荷時吊弦計算示意圖 圖6有豎曲線時接觸線弛度計算示意圖 圖7直線區(qū)段吊弦長度計算修正示意圖 圖8曲線外軌超高引起接觸線高度降低示意圖 圖9曲線外軌超高影響及接觸線空間位置示意圖 圖10緩和曲線外軌超高影響計算示意圖 圖11直線之字值影響計算示意圖 圖12懸掛點(diǎn)高度及拉出值測量示意圖 圖13施工流程圖 圖14是吊弦計算示意圖
具體實施例方式 已知結(jié)論1自由懸掛線索上任一點(diǎn)的弛度計算公式 (式1) 推論跨中最大弛度(式2) 已知結(jié)論2在跨距及導(dǎo)線水平張力相同的情況下，不等高懸掛的斜弛度與等高懸掛的弛度相等，即(式3) 以上各式中 g-線索單位長度的自重負(fù)載(N/m) x-計算點(diǎn)至懸掛點(diǎn)的距離(m) L-兩懸掛點(diǎn)間的跨距(m) T-線索的水平張力 吊弦長度計算 當(dāng)接觸線出現(xiàn)正弛度時，接觸懸掛的一部分負(fù)載傳給支柱，承力索只承受自重以及接觸懸掛的一部分重量；當(dāng)接觸線出現(xiàn)負(fù)弛度時，因張力的作用，承力索承受的負(fù)載大于鏈形懸掛各線索及懸掛零件等負(fù)載之和。當(dāng)接觸線無弛度時，承力索承受的懸掛負(fù)載等于各線索及懸掛零件負(fù)載之和。假設(shè)負(fù)載沿跨距是均勻分布的，首端支柱懸掛點(diǎn)的結(jié)構(gòu)高度為H1，末端懸掛點(diǎn)的結(jié)構(gòu)高度為H2。首端支柱處懸掛點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。
1、接觸線跨中無預(yù)留弛度時吊弦長度的計算 承力索等高懸掛，接觸線等高懸掛 此時可認(rèn)為接觸線和整體吊弦的重量都由承力索承載，承力索的狀態(tài)與自由懸掛線索一樣，因此承力索上任一點(diǎn)的弛度可由下式表達(dá) (式1-1) g＝gc+gj+gd 其中 gc-承力索單位長度的自重負(fù)載(N/m)； gj-接觸線單位長度的自重負(fù)載(N/m)； gd-吊弦分?jǐn)偟絾挝凰骄嚯x上的自重負(fù)載(N/m)； X-吊弦安裝點(diǎn)至支柱懸掛點(diǎn)的水平距離(m)。
L-兩支柱間跨距(m)。
Tc-承力索張力(N/m)。
承力索兩懸掛點(diǎn)連線上任意一點(diǎn)至接觸線的垂直距離為(H為結(jié)構(gòu)高度) h(x)＝H1＝H2＝H 承力索等不高懸掛，接觸線等高懸掛 ①根據(jù)結(jié)論2，承力索上任意一點(diǎn)的斜弛度為 ②承力索兩懸掛點(diǎn)連線上任意一點(diǎn)至接觸線的垂直距離為，參見圖1 (式1-2) h(x)承力索兩懸掛點(diǎn)連線上任意一點(diǎn)至接觸線的垂直距離。
以上兩種計算條件下的吊弦長度計算公式都為 (式1-3) 承力索不等高懸掛，接觸線不等高懸掛 設(shè)接觸線高(即導(dǎo)高)差為G，如圖2所示 以H2+G代換H2，并考慮G的影響而加入

項，代入(式1-3)有 接觸線跨中無預(yù)留弛度時，吊弦長度計算公式為 (式1-4) 2、接觸線跨中有預(yù)留弛度時吊弦長度計算 承力索等高懸掛，接觸線等高懸掛。
①將第1吊弦點(diǎn)距相鄰懸掛點(diǎn)的距離D代入(式1)，則可求得第1吊弦點(diǎn)處承力索的弛度h1 ②將L-2D代入(式2)，則有第1吊弦點(diǎn)間接觸線最大弛度 gR為第1吊弦點(diǎn)間預(yù)留弛度部分接觸線的當(dāng)量單位長度自重負(fù)載(N/m)。所以，第1吊弦點(diǎn)間承力索實際當(dāng)量單位長度自重負(fù)載為 g＝g-gR 第1吊弦點(diǎn)間承力索弛度h2 ③求第1吊弦點(diǎn)間的接觸線弛度h3(如圖3所示) 設(shè)曲線方程為y＝a(x+b)2+c 對于點(diǎn)B(L/2，F(xiàn)0)，有a(L/2+b)2+c＝F0 對方程在B點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)，有2a(L/2+b)＝0 聯(lián)立求解以上兩方程，得到 又，對于點(diǎn)A(D，0)，有a(D-L/2)2+F0＝0 求得 ∴曲線方程為 即 ④求支柱懸掛點(diǎn)處接觸線弛度h4。參見圖4，根據(jù)(式2)有 ⑤所以，第1吊弦點(diǎn)間吊弦長度計算公式為 承力索不等高懸掛，接觸線等高懸掛。
與接觸線跨中無預(yù)留弛度類似，只需將上式中H用代換即可承力索不等高懸掛，接觸線不等高懸掛。
與接觸線跨中無預(yù)留弛度類似，只需用替換H，并考慮導(dǎo)高差G的影響

即可。
故接觸線跨中有預(yù)留弛度時，吊弦長度的計算公式為 吊弦長度計算公式的修正 實際施工中，并不一定采用承力索在接觸線正上方的安裝形式。此外，還有各種影響吊弦長度的因素，因此有必要對推導(dǎo)出來的計算公式進(jìn)行修正。
有集中負(fù)荷 以接觸線跨中無預(yù)留弛度，承力索等高懸掛，接觸線等高懸掛為例，討論有集中負(fù)荷存在時吊弦長度計算公式的修正 設(shè)集中負(fù)荷距A端的水平距離為l，計算點(diǎn)距A端的水平距離為x。見圖5。
根據(jù)靜力平衡，有 對計算點(diǎn)O點(diǎn)進(jìn)行分離體受力分析∑M＝0 (1)當(dāng)O點(diǎn)位于AC段之間時 即 (0＜x≤l) (2)當(dāng)O點(diǎn)位于CB段之間時 同理 即(l＜x＜L) 可知，承力索弛度在有集中負(fù)荷的情況下，只比無集中負(fù)荷時增加了或即為吊弦減少的長度。
有豎曲線 設(shè)豎曲線半徑為R0(圓心在下為正值，在上為負(fù)值) (1)求豎曲線引起的接觸線的弛度減小值hR0，參見圖6可以證明(D≤x≤L-D)接觸線弛度減小值HR0＝y(tǒng) (2)求因接觸線弛度減小而引起的承力索弛度減小值HR01由(1)知，當(dāng)x＝L/2時，接觸線跨中弛度為此部分接觸線當(dāng)量單位長度自重負(fù)載 得 所以，有豎曲線時，吊弦長度減少h豎＝HR0+HR01直線拉出值(之字值) 接觸線上任意點(diǎn)對承力索的偏移值為參見圖7 (a1、a2為支柱懸掛點(diǎn)處接觸線相對于承力索的之字值) 所以，修正后的吊弦實際長度為
曲線外軌超高 在曲線上，由于接觸網(wǎng)按直鏈型布置，接觸線(導(dǎo)線)則呈折線走向，接觸線相當(dāng)于曲線的弦，懸掛點(diǎn)相對于線上其它點(diǎn)存在一個與線路中心水平位置的中矢差值(如圖中A1B)。此值又因外軌超高的存在使接觸線距軌面連線的高度產(chǎn)生一個差值Δhj (如圖所示其中A1為不考慮外軌超高影響時的接觸線理論位置，A為有外軌超高時接觸線的實際位置，A1A即為接觸線因外軌超高而將低的高度Δhj。) 參見圖8、圖9。
AB·(2R1-AB)＝X(L-X) ∵2R1＞＞AB且R1≈R0 ∴ 其中R1為B點(diǎn)所在空間曲線的半徑，R0為B點(diǎn)所在平面曲線的半徑；l為軌距。
將第1吊弦點(diǎn)(D，0)及跨中點(diǎn)(L/2，0)坐標(biāo)代入上式，得到第1吊弦點(diǎn)處與跨中接觸線高度降低值之差FR為(因支柱懸掛點(diǎn)處無吊弦，無需考慮。) 求得第1吊弦點(diǎn)間形成跨中弛度FR的接觸線單位長度當(dāng)量自重負(fù)載gR為 故第1吊弦點(diǎn)間因接觸線弛度增大而導(dǎo)致承力索弛度減小的值為 所以，因曲線外軌超高而增加的吊弦長度為 緩和曲線 有緩和曲線時可分為以下幾種情況 (1)跨距兩端支柱分別位于直線及緩和曲線上； (2)跨距兩端支柱都位于曲線上； 下面分別加以討論 (1)跨距兩端支柱分別位于直線及緩和曲線上 通常直線端支柱采用半斜鏈形懸掛，曲線端支柱采用直鏈形懸掛。
緩和曲線方程(近似) x——直緩點(diǎn)至計算點(diǎn)的緩和曲線長度； R——與緩和曲線相接的圓曲線半徑； l0——緩和曲線長； 外軌超高影響參見圖10 設(shè)A為緩曲線上距ZH(直緩)點(diǎn)O距離為x的任意點(diǎn)，B點(diǎn)距ZH點(diǎn)為2x，則A點(diǎn)處B點(diǎn)處直線OB的中點(diǎn)C處 故 對于A點(diǎn)所在圓，有2r×AC＝x2，即與圓曲線情形相比較，只需緩曲圓半徑代替圓半徑即可得到緩和曲線上外軌超高影響為 同理，可得知第1吊弦點(diǎn)間因接觸線弛度增大而導(dǎo)致承力索弛度減小的值為 之字值影響參見圖11 x——A端支柱至計算點(diǎn)的距離； R——與緩和曲線相接的圓曲線半徑； l0——緩和曲線長； Z——A端支柱到直緩點(diǎn)的距離。
a1——A端支柱處接觸線相對承力索的之字值。
L——支柱間跨距。
由圖11可知，接觸線中心與承力索中心的偏移值為 所以，因支柱分別位于直線及緩和曲線上時，吊弦長度計算公式修正為 直線段
曲線段
當(dāng)hw＝0時Δhj＝0、hc＝0，此為支柱位于直線段時的情況，故曲線段計算公式對支柱位于直線段時同樣適用，兩公式可合并成為一個公式，即
(2)跨距兩端支柱都位于曲線上 當(dāng)兩端支柱都位于曲線上時，接觸線相對承力索的之字值為0，以上曲線段計算公式照樣適用。
修正后的吊弦長度計算公式 根據(jù)前述的討論結(jié)果，可認(rèn)為緩和曲線情況下推算出來的公式與直線段修正公式通用(即只需a2＝0)。
故綜合考慮各種影響因素后，整體吊弦長度的計算公式為

(0＜x≤l) 或

(l＜x＜L) 當(dāng)為緩和曲線情況時，只需將緩曲圓半徑代替平面圓半徑即可。上面公式中，當(dāng)接觸線跨中無預(yù)留弛度情況時， 當(dāng)接觸線跨中有預(yù)留弛度情況時， 計算前的準(zhǔn)備工作 數(shù)據(jù)輸入 根據(jù)以上公式推導(dǎo)過程可知，整體吊弦計算時需要輸入以下數(shù)據(jù) 原始參數(shù)支柱懸掛點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)高度H1、H2 相鄰支柱間的跨距L 外軌超高值hw 拉出值a 第1吊弦點(diǎn)至懸掛點(diǎn)的距離 集中負(fù)荷至懸掛點(diǎn)的距離及負(fù)荷大小。
線路資料平面曲線半徑大小 豎曲線半徑大小及方向 支柱至曲線控制點(diǎn)(直緩點(diǎn)、緩圓點(diǎn)、圓緩點(diǎn)、緩直點(diǎn))的距離 原始數(shù)據(jù)的采集 承力索倒至鉤頭鞍子或承力索座中，腕臂在橫線路方向已按設(shè)計要求調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)位置，在順線路方向已按承力索隨溫度變化調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)位置后，用TR絕緣測距儀測量，讀數(shù)精確到毫米。如圖12，測量A、B的值，利用測距儀自帶的計算程序，計算出懸掛點(diǎn)處承力索高度以及其在該點(diǎn)拉出值，即可得懸掛點(diǎn)處結(jié)構(gòu)高度H1、H2及接觸線實際拉出值a1、a2。
外軌超高可用萬能道尺測得；其他數(shù)據(jù)用鋼卷尺測量或查相關(guān)資料獲得。
計算精度影響分析 (1)由于忽略了一些次要因素，以及近似計算，引起計算原理上的誤差，主要有如下幾方面 ①懸掛線索近似以拋物線代替； ②線索內(nèi)張力近似恒定不變； ③第1吊弦處承力索高度近似不變； ④計算時的各種近似考慮。
(2)實際應(yīng)用時的一些影響，如墜砣重量誤差會引起計算張力偏差，測量儀器的準(zhǔn)確度以及測量人的操作也會影響到計算結(jié)果的精確度，而且各種誤差可能累積，其影響程度大于計算原理系統(tǒng)誤差。
施工應(yīng)用 依據(jù)前述的計算公式計算確定各吊弦長度與安裝位置，下料、制備吊弦，安裝施工。
權(quán)利要求
1、電氣化鐵路簡單鏈型懸掛接觸網(wǎng)整體吊弦施工方法，其特征在于包括以下步驟
(1)、簡單鏈型懸掛接觸網(wǎng)整體吊弦計算模型的建立
整體吊弦長度的計算公式為
或
當(dāng)為緩和曲線情況時，只需將緩曲圓半徑代替平面圓半徑即可；
上面公式中，當(dāng)接觸線跨中無預(yù)留弛度情況時，
當(dāng)接觸線跨中有預(yù)留弛度情況時，
式中
C(x)吊弦計算長度，m；
C(x)實考慮各種因素修正后的吊弦計算長度，m；
H1前端懸掛點(diǎn)處結(jié)構(gòu)高度，m；
H2后端懸掛點(diǎn)處結(jié)構(gòu)高度，m；
G后端相對于前端懸掛點(diǎn)處接觸導(dǎo)線的高度差，m，相對于軌面而言；
L兩懸掛點(diǎn)間的跨距，m；
D第一吊弦距懸掛點(diǎn)的安裝距離，m；
g-線索單位長度的自重負(fù)載，N/m；
其中g(shù)＝gc+gj+gd
gc-承力索單位長度的自重負(fù)載，N/m；
gj-接觸線單位長度的自重負(fù)載，N/m；
gd-吊弦分?jǐn)偟絾挝凰骄嚯x上的自重負(fù)載，N/m；
X吊弦安裝點(diǎn)至支柱懸掛點(diǎn)的水平距離，m；
Tc承力索水平張力，N/m；
Tj接觸線水平張力，N/m；
F0接觸線跨中預(yù)留弛度，m；
h豎豎曲線引起的修正量，m；
ΔC曲線外軌超高引起的修正量，m；
Q集中負(fù)荷重量，N；
l集中負(fù)荷至前端懸掛點(diǎn)的距離，m；
(2)、測量步驟(1)公式中所涉及的各支柱、承力索、跨距、超高數(shù)據(jù)；
(3)、利用步驟(1)公式計算結(jié)果確定各吊弦長度、安裝位置，預(yù)制吊弦并施工。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電氣化鐵路簡單鏈型懸掛接觸網(wǎng)整體吊弦施工方法，其特征在于包括以下步驟(1)簡單鏈型懸掛接觸網(wǎng)整體吊弦計算模型的建立，(2)測量步驟(1)公式中所涉及的各支柱、懸掛索、承力索、跨距、超高數(shù)據(jù)；(3)利用步驟(1)公式計算結(jié)果確定各吊弦長度、安裝位置，制備吊弦并施工。通過本發(fā)明計算法則可實現(xiàn)整體吊弦安裝一次到位，減少了人為誤差，提高了安裝精度。與一般的施工方法相比，不必設(shè)臨時吊弦，不需反復(fù)調(diào)整拉出值和導(dǎo)高，減少了工序，減低了勞動強(qiáng)度，提高了勞動效率。因不設(shè)臨時吊弦，還可以節(jié)省材料，減少了機(jī)具設(shè)備，大大減少了運(yùn)營線上的行車干擾。
文檔編號B60M1/28GK101337515SQ200810018930
公開日2009年1月7日 申請日期2008年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月29日
發(fā)明者蹟 林, 劉正大 申請人:中鐵四局集團(tuán)有限公司