接触网课程设计

接触网技术课程设计报告

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2011 年 3 月7 日

1.基本题目

1.1 题目

张力自动补偿装置的分析与研究

1.2题目分析

电气化铁路接触网和普通意义上的输电线路有本质区别。输电线路在铺设时只需预留出热胀冷缩导致输电线内张力变化的裕量，而接触网的负载时高速移动的电力机车，为了确保受流质量，预留裕量的方法是不可取的。为了解决这一问题，一般在一个锚段的两端，在接触线及承力索内串接张力自动补偿装置后，再进行下锚。

2.题目：张力自动补偿装置的分析与研究

2.1 张力自动补偿装置的概念

张力自动补偿装置，又称张力自动补偿器，它是装在锚段的两端，并且串接在接触线和承力索内，它的作用是补偿线索内的张力变化，使张力保持恒定。因为在大气温度发生变化时，接触线或承力索也会发生伸长或缩短，从而使线索内的张力发生变化，这时就会影响到接触线或承力索的驰度也会发生变化，因而使受流条件恶化。为改变这种情况，一般在一个锚段的两端，在接触线及承力索内串接张力自动补偿装置后，再进行下锚。

对张力自动补偿装置的要求有二：其一，补偿装置应灵活，在线索内的张力发生缓慢变化时，应能及时补偿，传送效率要高；其二，具有快速制动作用，一旦发生断线事故或其他异常情况，线索内的张力迅速变化时，补偿装置还应有一种制动功能。一般对于全补偿的承力索内的补偿装置，如果不具备这种功能时，还需专门加有断线制动装置，以防止在一旦发生断线时，坠砣串落地而造成事故扩大、恢复困难。

张力自动补偿装置有许多种类，有滑轮式、棘轮式、鼓轮式、液压式及弹簧式等。

2.2 滑轮式张力自动补偿装置

我国电气化铁路广泛采用滑轮组式补偿装置，它是由补偿滑轮、补偿绳、杵环杆、锤铊杆、限制导管和坠砣组成。对于半补偿链形悬挂，承力索为硬锚，就是直接下锚，如图1所示；对于全补偿链形悬挂，接触线和承力索都通过滑轮组补偿装置后下锚，此时承力索采用三个滑轮，接触线采用两个滑轮，承力索张力为15kN，接触线张力为10kN，承力索采用的传动比为3:1，接触线采用的传动比为2:1，所以坠砣的重负载都是5kN，如图2所示。这种全补偿装置的断线制动装置是另外的加设的。

应该指出，各种线索的张力值不是任意选用的，而是根据线索的拉断力（抗拉应

力）除以安全系数决定的。

不同材质、不同截面线索，所选用的张力不同，因而坠砣重量和传动比都会有所变化。

图1 半补偿链形悬挂

图2 全补偿链形悬挂

2.3 鼓轮式张力自动补偿装置

我国在（北）京—秦（皇岛）线部分站场及正线上，试行装设无中心锚结、带变化鼓轮补偿装置的并联下锚方式，以便在无中心锚结状况下防止接触悬挂的窜动。

这种下锚方式的结构如图三3所示。从图中可明显看出，这种全补偿下锚方式的特点就在于用平衡板将承力索和接触线平行地“并联”在一起下锚，以便只利用一套特殊的补偿滑轮（鼓轮）装置就可以预防整个接触悬挂的窜动。利用锚段两端全补偿下锚装置的坠砣，通过补偿绳对整个锚段的接触悬挂施加规定的张力，此张力在悬挂中承力索与接触线之间的分配，决定于平衡板上中间与绝缘子串的联结点和两端与承力索、接触线的联结点之间两段距离的比值。

这种方式中所用的特殊补偿滑轮（鼓轮）叫做变比补偿鼓轮，其外形如图3所示。这种补偿鼓轮中央有一根轴，轴的两端装有轴承，形成一体的鼓轮，靠其两端的轴承孔套于轴承外圈从而支撑于滚动轴承上，并可绕轴自由旋转。在鼓轮零件上，直径较小（ф127-ф137mm）的鼓轮部分具有由中间向两端缩小的锥度，鼓轮是和滑轮在一起的，滑轮直径约是鼓轮的4倍，滑轮上具有一个沟槽，补偿绳在沟槽内转动，具有沟槽形状的滑轮外廓为特制的涡状曲线形状。半径由263mm逐渐均匀增大至269mm、275mm，平均每隔30度增大1mm。该涡状曲线其实就是一段所谓的阿基米德螺线，其方程以极坐标表示时为

式中，（mm）、（度）为曲线的极坐标，、皆为常数。对于上述尺寸的滑轮，常数取值为263mm；a取值为1/30mm（度）。

图3 鼓轮并联全补偿装置

图4 阿基米德曲线

由于采用了阿基米德螺线形的滑轮沟部外廓，当补偿鼓轮回转时，鼓轮的传动比随着回转角的变化而变化，从而施加于接触悬挂的张力也将相应变化，即张力将随鼓轮的顺时针或逆时针回转而相应减少或增加，其回转角、传动比与施加于悬挂的张力三者之间的关系如表1所示。

表1 鼓轮传动比与接触悬挂张力的关系表

带变化鼓轮补偿装置具有防止接触悬挂窜动的作用。设由于某种原因，接触悬挂由左方补偿鼓轮一侧向右方补偿鼓轮一侧窜动了220mm，从而左方一侧鼓轮将回转

-180度，由表1可知，其对接触悬挂施加的张力（拉力）将由25.00kN增至25.625kN；而右方一侧鼓轮将回转+180度，其对悬挂的拉力将由25.00kN减至24.375kN，从而锚段两侧补偿装置间产生1.25kN的张力差，张力差的方向向着左方，从而将接触悬

挂曳向左方，直至消除此窜动、两侧张力平衡（皆为25kN）为止。

2.4 Re200C型非并联棘轮式补偿装置

我国哈（尔滨）—大（连）线电气化技术改造，引进了德国非并联棘轮补偿装置，外形及结构如图5所示。这种棘轮，从结构上看，接触线和承力索不是并联连接到补偿器上，而是分别连接到补偿器上，同时，棘轮的中间有一个齿轮，它是起断线制动作用的。这种补偿器的优点是不仅在承力索断线时具有快速制动功能，而且在发生事故后，能够较易于修复，影响面较小。

图5 Re200C型非并联棘轮式补偿装置

引进德国技术的Re200C型补偿装置，其安装结构如图5所示。承力索和接触线是分别通过棘轮装置固定到支柱上去的，支柱设有拉线。从图可以看出，承力索和接触线分别固定到支柱的两侧。为防止坠砣摆动，坠砣串上装有限制环，在温度发生变化时，限制环可以沿导杆上下移动。在结构上，接触线和承力索的补偿棘轮上都装有断线制动装置，以防在断线时，不致扩大事故范围，并易于恢复；同时还可以防止坠砣串受到破坏。安装曲线下面标注的300—800m数字是所使用的半个锚段的长度，右侧的数字从上至下为对应温度下坠砣的安装高度。安装曲线对应的安装温度为-40℃—+80℃，这一点与我国原来采用的计算最高温度的不一样，我国的最高温度从南方至北方一律采用+40℃。这里采用+80℃，实际上是在最高计算温度上加了40℃，它是考虑承力索和接触线在满电流负荷运行中，线索可能产生的最高温度。在这种情况下，承力索和接触线的伸长所形成的位移，不致使坠砣串的底部着地。

根据哈（尔滨）—大（连）线地理特点，选定20℃为标准安装温度，在此温度