中日2 种补偿装置接触线伸缩量计算对比分析

蒋渊博

0 引言

电气化铁路中下锚补偿装置是接触网的重要部件。它装在锚段的两端，并且串接在接触线和承力索内，其作用是补偿线索内的张力变化，使张力保持恒定。当温度发生变化时，接触线或承力索会产生伸长或缩短，线索内张力将随之发生变化，进而引起线索弛度变化，导致受流条件恶化。下锚补偿装置就是为改变这种状况而设计，补偿装置性能的好坏直接影响着接触网的悬挂弹性，对减少弓网故障起着至关重要的作用。

接触网下锚补偿装置的设计及使用取决于该补偿装置的补偿行程，而其补偿行程又与接触线或承力索的伸缩量有直接关系。因此接触网线索伸缩量的计算方法非常重要。对于接触网线索的伸缩量计算，中国和日本采用的方法存在差异。本文以滑轮组、弹簧2 种接触网下锚补偿装置为例，对其计算方法及计算结果进行对比分析。

1 计算公式

不考虑新线延伸率，中国及日本接触线伸缩量的计算公式分述如下。

1.1 中国计算公式

对于滑轮组、弹簧2 种接触网下锚补偿装置，中国计算方法是同样的，计算公式如式（1）：式中，l 为接触线的伸缩量，m；L 为接触线锚段长度，m；α为线膨胀系数，1/℃；t1为最小温度，℃；t2为最大温度，℃。

由式（1）可以看出：当材质为铜或铜合金时，中国计算方法中接触线的伸缩量大小只取决于接触网锚段长度及补偿装置使用地区的温差。

1.2 日本计算公式

滑轮组补偿装置：计算公式与中国相同，均为式（1）。

而弹簧补偿装置，考虑了接触线荷重产生形变的伸长量，有：

式中，T1为最小温度时张力，kN；T2为最大温度时张力，kN；E 为杨氏模量，kN/mm2；A 为接触线的截面积，mm2。

考虑接触线松弛的伸长量，有

式中，W 为接触线的单位长度重量，kg/m；S 为支柱平均跨距，m。

式（1）+式（2）+式（3），日本计算公式如式（4）：

由式（4）可以看出：当材质为铜或铜合金时，日本计算方法中接触线的伸缩量大小除取决于接触网锚段长度及补偿装置使用地区的温差外，还取决于接触线随金属的荷重产生的形变以及接触线松弛的伸长量。

2 计算原理和伸长量的对比分析

2.1 计算原理

（1）对于接触网滑轮组、弹簧2 种下锚补偿装置，当锚段长度固定，中国计算接触线伸缩量时仅考虑温度变化，不考虑补偿张力变化。

（2）当锚段长度固定，日本计算接触线伸缩量时，对于滑轮组补偿装置，其补偿张力按恒定值考虑，仅考虑温度变化，计算方法与中国相同；但弹簧补偿装置除了考虑温度变化外，还需要考虑因补偿张力变化导致的接触线线材荷重形变及接触线松弛的伸长量。

2.2 接触线伸长量

当接触网下锚采用弹簧补偿装置时，中国、日本计算接触线伸长量对比分析如下：

（1）当温度上升时，接触线伸长；但随着温度上升，弹簧补偿装置的补偿张力随之下降，接触线随之缩短。

接触线伸长量对比示意图见图1。

（2）当温度下降时，接触线缩短；但随着温度下降，弹簧补偿装置的补偿张力随之上升，接触线随之伸长。

接触线伸长量对比示意图见图2。

图1 温度上升时接触线伸长量对比图

图2 温度下降时接触线伸长量对比图

3 计算实例

3.1 普速铁路

以普速铁路，使用地区温差80℃，接触网采用弹簧补偿装置，锚段长度为1 600 m，接触线材质为铜或铜合金（标称截面积为120 mm2），标准张力为15 kN 为例，中国、日本接触线伸缩量计算对比如表1 所示。

表1 弹簧补偿装置接触线伸缩量计算对比表

由表1 计算结果可知：普速铁路，在接触网半锚长度为800 m 时，2 种计算公式得出的接触线伸缩量差值为187 mm，占仅由温度变化引起的伸缩量的17.2%。

3.2 高速铁路

以高速铁路，使用地区温差100℃，接触网采用弹簧补偿装置，锚段长度为1 400 m，接触线材质为铜或铜合金（标称截面积为150 mm2），标准张力为25 kN 为例，中国、日本接触线伸缩量计算对比如表1 所示。

由表1 计算结果可知，高速铁路，在接触网半锚长度为700 m 时，2 种计算公式得出的接触线伸缩量差值为101 mm，占仅由温度变化引起的伸缩量的8.5%。

4 结论与建议

（1）对于滑轮组补偿装置，中国和日本的接触线伸缩量计算方法相同。

（2）对于弹簧补偿装置，因中国接触线伸缩量是以弹簧补偿张力恒定为条件进行计算，但实际上张力并不能达到完全恒定，也有±4%的张力偏差，故日本的计算方法更为合理。但因中国计算方法得出的接触线伸缩量较日本的数值为大，故在考虑弹簧补偿装置额定工作行程时反而占了优势。

（3）在低净空隧道等空间受限的特殊使用工况下，弹簧补偿装置的接触线伸缩量计算可按日本方法，以降低补偿装置重量，缩小结构尺寸，节约安装空间。

[1] 于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都：西南交通大学出版社，2003：148.

[2] 塚越 宏，尋田 伸幸.新幹線用新型ばねバランサーの開発[EB/OL].日本：東日本旅客鉄道株式会社，2003：051.http://www.jreast.co.jp/development/tech/pdf_2/50-56.p df.

[3] TB 10009-2005.铁路电力牵引供电设计规范[S].

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