第三讲接触网的支持结构与接触网线索ppt课件.ppt

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1、接触网的支持与定位装置主讲人董昭德西南交通大学电气工程学院2010.09.21,腕臂及其支持结构,腕臂的作用腕臂的要求腕臂的分类腕臂的装配计算腕臂的强度校验,接触网的支持与定位装置,PZG603.5 表示外径60mm、壁厚3.5mm的直焊缝钢管平腕臂；XZG603.5 表示外径60mm、壁厚3.5mm的直焊缝钢管斜腕臂。,软横跨支持方式,软横跨的组成软横跨的作用软横跨技术要求软横跨节点软横跨的预制计算软横跨支柱容量校验,接触网的支持与定位装置,软横跨节点,软横跨的缺点,接触网的支持与定位装置,硬横跨支持方式,硬横跨的组成；硬横跨的作用硬横跨技术要求；硬横跨的优缺点硬横跨的强度校验。,接触网的支

2、持与定位装置,隧道内支撑与定位,3接触网的支持方式,接触网的支持与定位装置,4接触网的定位,定位装置的组成与要求。,定位装置对于接触悬挂的工作状态和受电弓的运营安全有重大影响，它必须满足以下总体要求：（1）能保证将接触线固定在设计要求的空间位置（导高和拉出值）上；（2）当温度发生变化时，不影响接触网线索沿线路方向的移动；（3）定位处弹性良好，无集中载荷，无硬点，不影响受电弓高速通过。,定位装置的组成。,接触网的支持与定位装置,4接触网的定位,高速客专接触网的定位装置应满足以下技术条件：（1）工作支最大水平工作荷重不小于2.5kN；水平耐拉伸荷重应不小于3.0kN；水平耐压缩荷重不小于2.0kN

3、；（2）定位线夹与接触线间的滑动荷重不小于1.5kN；（3）定位环及定位立柱连接件与腕臂管或定位管间的滑动荷重不小于4.0kN；（4）非工作支定位装置的最大水平工作荷重不小于4.5kN，水平耐拉伸荷重不小于6.8kN，水平耐压缩荷重不小于4.5kN；（5）锚支定位卡子与定位管间的滑动荷重不小于9.0kN；（6）防震动及抗疲劳能力满足高速运行条件的要求；采用螺栓连接的螺纹副应有可靠的防松措施；阻抗低、耐流量和其它电气数据应满足使用要求。 （7）零件材料：定位器本体采用铝合金材料，所用材料的机械电气特性应满足使用要求，所有材料均应有良好的耐腐蚀能力。,接触网的支持与定位装置,4接触网的定位,定位器

4、的作用定位器的分类限位和非限位定位器限位定位器间隙的调整,接触网的支持与定位装置,接触网的定位,为防止因受电弓过度抬升造成打弓，采用限位定位器。限位大小取决于限位间隙，限位间隙过大导致定位器坡度偏大；限位间隙过小导致定位器坡度偏小，在允许的抬升量内限位功能也会起限制处弓网磨损加剧。无论定位间隙过大还是过小，定位点处均会出现硬点，合理设置和调整限位定位器的间隙是安装限位定位器的关键。,a定位器底座的底部到限位止钉轴线中心的距离；L定位器的长度；h定位器根部到端部的高差。,限位间隙的允许偏差为1 mm,接触网的支持与定位装置,接触网的定位,为确保腕臂及定位装置零件短路稳定性, 在几个主要连接点应设

5、置固定的电连接。,电连接要美观、线索长度合适、连接螺栓能防松动、要注意不同材质间的电腐蚀问题。,接触网的支持与定位装置,(1) 正定位,定位装置由定位管和直管定位器（曲外为弯管定位器）组成，定位器的头端利用定位线夹固定接触线，尾端通过定位钩与安装于定位管上的定位环衔接。该种定位方式主要用于直线区段或半径在40001200m的曲线区段中间柱定位。,接触网的定位方式,接触网的支持与定位装置,(2) 反定位,定位装置由定位管和直管定位器（半径在300800m处为软定位器）组成，定位器的头端利用定位线夹固定接触线，尾端通过定位钩（软定位器为拉线）与安装于定位管上的长支持器衔接，定位管承受压力，定位器承

6、受拉力。该种定位方式主要用于曲线内侧支柱定位或直线区段“之”字方向与支柱位置相反的支柱定位。反定位的定位管一般较长，为了使定位管保持水平，多采用镀锌钢丝将其顶端部拉起并固定在承力索上。为了保证定位器与定位管之间有一定距离(300mm)，定位器通过长支持器与定位管连接。 。,接触网的定位方式,接触网的支持与定位装置,LY型道岔组合定位,(3) 组合定位组合定位用于有两组及以上悬挂的定位，如中心柱、转换柱、道岔柱等的定位。,接触网的定位方式,接触网的支持与定位装置,四跨绝缘锚段关节中心柱装配图（ZJS3）,接触网的定位方式,接触网的支持与定位装置,接触网的定位方式,五跨绝缘锚段关节转换柱装配图（Z

7、JS3）,接触网的支持与定位装置,接触网的定位方式,五跨绝缘缘锚段关节转换柱装配图（ZJS2）,接触网的支持与定位装置,(4) 软定位安装,软定位的定位装置没有定位管，弯管定位器通过两股直径4mm镀锌铁线拧成的“软尾巴”固定在腕臂上。这种定位方式只能承受拉力，不能承受压力。一般用于曲线半径小于1000m的曲线外侧支柱定位。为避免拉力过小定位器下落，定位器的受拉力必须维持在200N以上。,接触网的定位方式,接触网的支持与定位装置,(5) 单拉定位示意,当曲线半径小于600m时，受电弓会产生较大的倾斜，使布置支持装置和定位装置的空间严重受限，为避免受电弓与腕臂或定位管相碰，采用单拉手这种特殊定位形

8、式。,接触网的定位方式,接触网的支持与定位装置,(6) 四边形定位,意大利罗马那不靳斯,接触网的定位方式,接触网的支持与定位装置,课间休息！,接触网的支持与定位装置,第四讲高速接触网的定海神针-接触线,悌型接触网线,加铝铁接触网线,有槽包铜接触网线（）,有槽耐热接触网线（）,带加热丝的接触网线,带检地线的接触网线,有槽硬铜接触网线,异型加锡接触网线（）,加锡接触网线（）,内置加热丝的接触线,特征：能在短时间内除去接触线表面的冰霜。温度上升,高速接触网的定海神针-接触线,内置磨损探测丝的接触线,磨损位置,絶縁電線,高速接触网的定海神针-接触线,接触线生产 (连续铸造拉丝工序),槽2,串联轮轴,电

9、解铜,保温炉,熔解炉,槽1,LNG燃烧器,铸造机,大线盘,冷却还原线,铜粗料杆,接触线材料卷线机卷线直径：18.530.0mm,高温压延成型机,高速接触网的定海神针-接触线,接触线生产 (拉丝成型工序),拉丝模示意图,绕线盘,拉丝(带槽模具),拉丝(圆形模具),剥皮,开槽辊,材料供应机(托盘或电缆盘),精加工模,材 料,拉丝机本体,成品盘,高速接触网的定海神针-接触线,1 拉出值；V2 导高；V3 坡度；4 弛度；V5 磨耗；6 载流量；7 波动速度；8 疲劳应力。,表12-1各国120接触线横断面尺寸,拉出值 、磨耗、疲劳、载流量、波动速度等均涉及接触线的安全问题,高速接触网的定海神针-接触

10、线,与接触线相关的主要概念,1 接触线磨耗,(1) 接触线磨耗面积,(2) 接触线张力调整,(3) 接触线磨耗标准,当全锚段接触线平均磨耗超过接触线截面积的20%时应整锚段更换接触线；接触线局部磨耗达25%时应局部补强；接触线局部磨耗达30%时应将接触线切断并用接触线接头线夹连接，应保证接头处过渡平滑，必要时应安装吊弦使该处接触线约高于相邻吊弦点010mm，但不应形成明显负弛度。对于运行速度在200km/h以上接触网，一个锚段内不允许有两个及以上接触线接头。,(4) 接触线磨耗测量,测量重点和测量方法,高速接触网的定海神针-接触线,2 接触线坡度,(1) 定义与技术要求,(2) 理论计算公式,

11、两定位点接触线之高度差与其水平距离的比值称为接触线坡度。接触线坡度及其变化率对受电弓取流的平稳性有重要影响，速度越高对接触线坡度要求越严。 对于运行速度在120km/h以下的普速接触网，接触线坡度应控制在3以下，困难时不超过5； 对于准高速接触网，接触线坡度应控制在2以下，困难时不超过4； 对于运行速度在200km/h以上的高速接触网，接触线坡度应控制在1以下，困难条件下不超过3。,高速接触网的定海神针-接触线,在支撑点处测量到的导高差最大允许值为20mm。,定位点之间的导高差,() 工程应用,3 接触线载流量,(1) 定义 在一定环境条件下，接触网不超过导线最高允许工作温度时所能传输的电流。

12、 接触网具有的能承受各种因素造成的温升，并确保在极端情况下不断线和合理经济的寿命期限的能力称之为接触网的载流容量或者叫接触网的热负荷容量，它主要由接触线允许载流量计算确定。考虑温升对接触线机械性能和电气性能的影响，,(2) 造成接触线温升的因素 太阳辐射和环境辐射； 工作电流、过负荷电流、短路电流； 接触线与滑板间的接触电阻； 线夹与所夹物间的不正常接触引起过渡电阻， 接触线内部缺陷； 其它，如火灾等。,高速接触网的定海神针-接触线,(3) 接触线载流量计算,3 接触线载流量,(3) 接触线载流量计算,辐射散热,高速接触网的定海神针-接触线,3 接触线载流量,(3) 接触线载流量计算,对流散热

13、,高速接触网的定海神针-接触线,7.1与接触线相关的基本概念,3 接触线载流量,(3) 接触线载流量计算,辐射吸收热,3 接触线的载流量,接触线的选型原则 除考虑热容量外，还应考虑： (1) 接触线的波动速度和最大补偿张力 (2) 流经承力索以及其他附加导线的牵引电流； (3) 接触导线出现磨损后所造成的载流量下降； (4) 导线最大允许磨耗量及其安全系数； (5) 接触线(网)出现局部发热时的安全系数； (6) 接触网线索的高温软化特性。 (7) 接触线截面大小及其性价比。 (8) 接触线截面大小与受流质量、可施工性和可维护性,高速接触网的定海神针-接触线,4 接触线安全系数计算式,高速接触

14、网的定海神针-接触线,不同,值下的接触线变形,不同,值下的接触线抬升,当运行速度远小于波动速度时，受电弓位置前后的接触导线对称振动； 随着运行速度的提高，波向受电弓前方传播的速度变小，受电弓前方的接触线变形减小； 当运行速度与波动速度接近时，受电弓位置处的接触导线被强形弯曲，产生很大应力。,高速接触网的定海神针-接触线,（2）反射因数,（3）多普勒因数,（4）增强因数,（5）增强因数,多普勒因数、增强因数与运行速度的关系,5 接触线（悬挂）高速动态特性,提高接触线波动传播速度是一个两难选择！张力与拉断力、横截面与线密度、导电率与机械强度、高温软化与机械强度和耐磨；两两相互矛盾，这正是高速弓网受

15、流面临的困难之一。,接触网（线）波动速度是高速接触网设计的重要参数和依据，也是开展接触网线索材料研究的重要理论依据!,高速接触网的定海神针-接触线,5 接触线的疲劳应力,疲劳的定义,在交变负荷作用下，材料发生断裂时的应力远低于该材料屈服强度的现象叫做疲劳。 据统计，约有80%的材料或构件失效均为疲劳破坏。接触网中的线索和零件大多工作在交变负荷下，其破坏也大多属于疲劳破坏。 当金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力叫做疲劳强度。 金属材料所受重复或交变载荷应力与其断裂前的应力循环次数有如右图所示的疲劳曲线的关系。,CuMg0.6接触线的张拉曲线,高速接触网的定海神针-接触线

16、,速度应力特性曲线 AgCu120（波动速度540km/h）,0100km/h，动态增长率为6%；100200km/h，动态增长率为22%；200250km/h，动态增长率为38%；250300km/h，动态增长率为56%；300350km/h，动态增长率为80%；350400km/h，动态增长率为130%；400450km/h，动态增长率为250%。 由此可知：当速度低于250km/h时，接触线内的应力随速度缓慢增长，且呈线性增长；当速度在250km/h以上时，接触线内的应力随速度呈平方关系增长。 接触线内的应力过大对接触线的寿命不利。关于接触线寿命问题，影响因素较多，但主要有两点：磨耗与疲

17、劳应力，对于高速运行条件下的接触线，其寿命的决定性因素还在探导之中。,5 接触线的疲劳应力,高速接触网的定海神针-接触线,硬点是一个通俗地、大众化的说法，它是指引起受电弓运行状态瞬间改变的各类因素的总称，这些因素中有接触网方面的，有线路方面的，也有空气流方面的，它是多种因素综合作用于弓网受流系统的最终反映。目前，人们对“硬点”的认识还存在误区，大家比较注意接触线方面的内容，这是正确的，但我们更应充分认识到“硬点”的复杂性和多样性。 产生原因：集中质量点，不平顺点，导高突变点，悬挂增多点，线路变坡点，强空气流。,6 接触线硬点,高速接触网的定海神针-接触线,课间休息！,(1) 导电性能良好； 导

18、电性能与机械强度是一对矛盾；(2) 机械强度高； 考虑波动速度、抗拉强度、安全系数、温度影响；(3) 单位质量轻； 降低线密度(4) 高温软化特性优良； (见温度对接触线性能的影响)(5) 耐磨 磨耗的计算方法：(6) 防腐 氧化、氢化、不同金属间的腐蚀等,高速受流对接触线的要求,高速接触网的定海神针-接触线,影响铜接触线物理性能的主要因素,世界各国经过多年的探索和实践，接触线材料除铜及其合金材料外，似无更多选择。,影响铜接触线性能的因素较多，主要可分为以下三类： 1 杂质和微量元素类 2 加工工艺类 3 工作环境类,高速接触网的定海神针-接触线,影响铜接触线物理性能的主要因素,1 铜的名称及

19、其主要成分,纯铜：也叫紫铜或者电解铜； 黄铜：简单黄铜(只含锌的黄铜，简称黄铜)；复杂黄铜(除锌外、还有铅、锡、铁、铝、硅、镍等)，又称铅黄铜、铝黄铜等，统称复杂黄铜。 青铜：主要指铜锡合金，由于锡属稀缺金属，目前的青铜还指不含锡的无锡青铜，如铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜。 白铜：主要指以镍为主的要合金元素的铜合金，若有第三元素如：锌、铝、锰等，则称为锌白铜、铝白铜、锰白铜等。,高速接触网的定海神针-接触线,3 杂质及微量元素对纯铜性能的影响,氧对纯铜电导率的影响,高速接触网的定海神针-接触线,3 杂质及微量元素对铜性能的影响,高速接触网的定海神针-接触线,2 杂质及微量元素对铜性能的影响,

20、(1)氧的影响 铜中的氧：可稍提高铜的强度，降低铜的塑性和疲劳极限，对铜的电导率影响不大； 空气中的氧：氧化铜的表面，形成铜绿。,高速接触网的定海神针-接触线,2 杂质及微量元素对铜性能的影响,(2) 氢的影响 氢在铜的液态时有很大的溶解度，在铜凝固时会形成气孔，从而导致铜制品的脆性和表面起皮，产生裂纹。 氢对铜和铜合金是有害的，,(3) 硫的影响 降低铜的电导率和热导率、极大降低铜的塑性，显著改善铜的可切削性。,高速接触网的定海神针-接触线,2 杂质及微量元素对铜性能的影响,(4)磷的影响 磷虽不影响铜的力学性能，但却严重降低铜的电导率，高导铜的磷含量不能超过0.001%。 但磷又是铜及铜合

21、金的宝贵添加济，微量磷的存在又可改善铜的焊接性，耐蚀性，提高抗软化程度。,(5) 铁的影响 有利：细化铜晶粒，延迟铜的再结晶过程，提高强度和硬度； 不利： 降低铜的电导率和塑性，使铜具有铁磁性。含量0.45%4.5%铁的铜合金是广泛应用的电工材料。,高速接触网的定海神针-接触线,银对铜的导电系数和软化温度的影响,(6) 银的影响,铜的力学性能与含银量的关系,高速接触网的定海神针-接触线,(7) 镁的影响,在共晶温度485度时，镁在铜中的固溶度为0.61%，并随温度的下降急剧减小，含镁量高的铜合金有沉淀硬化作用，但其加工性能急剧下降，无实用价值，实用铜镁合金的镁含量还不到1%，铜镁合金接触线的镁

22、含量最高为0.6%。微量镁使铜的导电性略有下降，但能提高铜的高温抗氧化能力,(8) 温度和加工率的对铜物理性能的影响,高速接触网的定海神针-接触线,(8) 温度和加工率的对铜物理性能的影响,铜的弹性模量与温度的关系,高速接触网的定海神针-接触线,(8) 温度和加工率的对铜物理性能的影响,加工率对铜弹性模量的影响,高速接触网的定海神针-接触线,日本：110硬铜接触线高温张拉试验曲线,(8) 温度和加工率的对铜物理性能的影响,高速接触网的定海神针-接触线,长期发热可使冷拔铜的晶状结构重新回归到冷拔前的原始状态，从而丧失冷拔铜的典型物理特性。,接触线抗拉强度与温度的关系,硬度与温度的关系,运营过程中

23、，温度对接触线机械强度的影响,高速接触网的定海神针-接触线,运营过程中，温度对接触线机械强度的影响,在弓网接触处的接触线抗拉强度,在接触点处的受电弓碳滑板接触表面温度作为电流作用的周期函数。电流1000A；碳滑板参数：,结果：使铜局部再结晶，形成孔洞及凹痕，使电流分布、热分布、机械应力发生改变，使接触线功能失效,高速接触网的定海神针-接触线,温度对接触线机械强度的影响,在磨损加剧点和连接点的发热,1 Cu100接触线；2 均匀磨耗为35%的Cu100；3 离开局部磨损很远处；4 局部磨耗25%，距离0.1m；5 局部磨耗25%，距离0.2m； 6 局部磨耗35%，距离0.1m； 7 局部磨耗3

24、5%，距离0.2m； 8 局部磨耗35%，距离0.4m；环境温度35；电流1000A；风速1m/s。,高速接触网的定海神针-接触线,温度对接触线机械强度的影响,暴露在增大的热度下对抗拉强度的影响,过热使Cu120和AgCu120产生的老化行为,120度下Cu120测得值“0”；170度下AgCu120测得值“+”；其余为AgCu120雨淋后所示数据代表运行抗拉应力。,高速接触网的定海神针-接触线,温度对接触线机械强度的影响,暴露在增大的热度下对抗拉强度的影响,时间延伸曲线图,1 Cu120、120度、150N/mm2；2 CuAg120 170度 150N/mm2； 3 Cu120、120度、

25、100N/mm2；4 CuAg120 170度 100N/mm25 Cu120、120度、150N/mm2；6 CuAg120 170度 50N/mm27 CuMg120、150度、225N/mm2；,高速接触网的定海神针-接触线,研究结论： 在120140度，张力10kN情况下，接触线的抗拉强度不会突变，此时损坏接触线的主要机理是过度磨耗处或有缺陷处的塑性变形和低温材料蠕变； 在温度100140度，张力1315kN情况下，电解铜中的微结构开始变化，持续30分钟情况下，变化不明显； 在电流出入导线处、接触线可发生极度的微结构变化，接触线的再结晶区降低了它的抗拉强度，并可发生塑性变形的累积。 对

26、接触线造成累积伤害的是塑性变形，它是由于装有缺陷的连接组件处及温度超过180度处的应力超出弹性极限所造成的；,温度对接触线机械强度的影响,高速接触网的定海神针-接触线,改进方法 加入0.1%的银所形成的银铜合金，可明显改善接触线的抗热性能，再结晶温度比电解铜高，同时可减少线索蠕变，且电气性能相当。 加入0.5%的镁所形成的镁铜合金，具有良好的热和机械性能，但其电气性能较差，可通过增大载流承力索的面积和加设加强线来弥补。,温度对接触线机械强度的影响,高速接触网的定海神针-接触线,大气环境对接触线的腐蚀,日本：铁路沿线两年间暴露试验曲线(大气腐蚀),铜接触线在大气中的平均腐蚀度(,),高速接触网的定海神针-接触线,祝大家午安！,高速接触网的定海神针-接触线,