电气化铁路大型货场新型移动接触网设计探讨.pdf

69现 代 工 程 科 技Modern Engineering Technology第 3 卷第 2 期2024 年 1 月Vol.3 No.2Jan.2024电气化铁路大型货场新型移动接触网设计探讨杨 浩中铁十四局集团电气化工程有限公司，山东济南250000摘要：随着我国铁路运输的发展，电气化铁路成为我国主要铁路运输方式之一。而在电气化铁路货场的装卸作业中，移动接触网是一种常用的设备。对目前使用的移动接触网系统进行了总结分析，在此基础上提出了一种新型的移动接触网设计方案。该方案具有架设简单、施工方便、经济性好等优点。目前，该移动接触网系统已在国内多个电气化货场投入使用，运行效果良好，并取得了良好的经济效益和社会效益。关键词：电气化铁路；大型货场；新型移动接触网中图分类号：U225 文献标识码：ADesign of New Mobile Contact Network for Large Electrified Railway Freight YardYang HaoChina Railway 14th Bureau Group Electrification Engineering Co.,Ltd.,Jinan,Shandong 250000Abstract:With the development of railway transportation in China,electrified railways have become one of the main railway transportation modes.In the loading and unloading operations of electrified railway freight yards,mobile contact networks are commonly used equipment.The article summarizes and analyzes the currently used mobile contact network systems,and proposes a new design scheme for mobile contact networks based on this.This plan has the advantages of simple installation,convenient construction,and good economy.At present,the mobile contact network system has been put into use in multiple electrified freight yards in China,with good operating results and achieving good economic and social benefits.Keywords:electrified railways;large freight yards;new type of mobile contact network作者简介：杨浩（1992），男，中铁十四局集团电气化工程有限公司工程师，研究方向为铁路电气化。电气化铁路是指电力机车与电气化铁路供电的牵引电机直接相连，通过受电弓为电气化铁路供电，并向电力机车提供电能的铁路。目前我国铁路运输主要以电力牵引为主，因此，我国铁路运输仍处于电气化阶段。我国电气化铁路自20世纪80年代开始建设，至今已建成近300条。近年来，随着我国国民经济的持续快速发展和高速铁路网建设的全面展开，电气化铁路在国民经济中所占比重不断提高。据统计，目前我国铁路营业里程达到16.1万km，其中电气化线路已达12.3万km。从目前我国的电气化铁路建设情况看，全国大部分铁路货场已经或正在进行改造升级。在我国的一些大型货场中，已经或正在进行电气化改造的货场有数十座之多。这些货场都是由露天场地改造而成的，其平面形状为多边形或长方形。由于货场建设时对占地面积考虑较少，因此一些大型货场的建设往往是一次建成，再进行几次改造升级。这给改造升级带来了很大难度。而一些新建的大型货场则因为占地面积较大，且对平面形状和占地面积有较高要求，所以对改造升级也提出了很高要求。目前我国铁路货场的装卸设备主要包括龙门吊、汽车吊和桥式起重机等。因为这些设备都是露天布置的，且其起重臂上装有液压装置以保证其起升高度和速度等指标，所以这些设备对地面平整程度要求较高，并且不能与地面或其他建筑物发生冲突。这就给装卸作业带来了很多不便之处。特别是在大型货物装卸作业中，吊车工作半径有限，无法有效地将货物吊起或卸下；而起重机起重臂下有空间，也无法对货物进行装卸或码垛等操作；龙门吊起重臂上的液压装置则不能移动到地面进行操作等。因此针对大型货场的装卸作业，设计一种适用于大型货场的移动接触网系统就成为目前迫切需要解决的问题。1移动接触网系统移动接触网是由电气化铁路货车和牵引电机构成，能在高速运动中实现无接触供电的电力传动系统，主要由车体、牵引电机和移动接触网3部分组成。目前，我国已经建成投产的铁路货场中，有不少采用了移动接触网702024 年 1 月第 3 卷第 2 期现 代 工 程 科 技70系统。其中，京广、京九、京沪等铁路线上的大型货场采用了移动接触网系统。移动接触网系统与一般的接触网系统相比，具有结构简单、架设方便、易维护等特点。其主要由车体、牵引电机和移动接触网3部分组成。（1）车体是移动接触网系统的载体，在设计时应充分考虑其外形尺寸和质量。一般情况下，车体的宽度为22.5m；质量为1525t；长度为610m。车体长度应与牵引电机长度相匹配；车体的长度和高度应根据运输货物的种类、重量和尺寸进行设计。（2）牵引电机是移动接触网系统的动力源，其直径和功率直接决定了移动接触网的承载能力。在设计时应考虑牵引电机的大小、功率与移动接触网载流能力的匹配问题。（3）移动接触网系统由悬挂装置、导电装置、绝缘装置、支撑装置及运行机构5部分组成。悬挂装置固定在车体上，其主要作用是支撑车体与牵引电机之间的电气连接，并将牵引电机输出的电流送至接触线，保证其正常运行。导电装置固定在车体上，主要作用是为移动接触网系统提供足够多的电流，保证其正常运行。绝缘装置由绝缘夹、绝缘棒及绝缘绳组成，其在车体与牵引电机之间起到绝缘作用。支撑装置由支柱、支撑臂及悬挂装置组成，保证支柱和悬挂机构在车辆运行时保持稳定状态。运行机构主要包括牵引电机及其驱动机构和移动接触网系统1。（4）移动接触网系统由车载设备、地面设备及控制系统3部分组成。车载设备主要用于控制移动接触网系统的运行；地面设备主要用于给移动接触网系统供电；控制系统主要用于对移动接触网系统进行监测和控制。2新型移动接触网方案的提出2.1方案特点（1）传统移动接触网系统是将移动接触网安装在站台上，该系统具有施工过程烦琐、安装不方便、存在安全隐患等缺点，并且由于站台与货场的高度差较大，需要占用大量的轨道空间，影响货场的装卸效率。此外，站台与货场之间存在着较大的高度差，对站台结构也有较大影响。（2）文章提出的移动接触网方案是在传统移动接触网基础上进行改进。与传统接触网不同，新型移动接触网系统不需要架设大型铁塔和基础，只需将移动接触网架设在站台上即可。另外，由于新型移动接触网系统只占用站台上的一小部分空间，且不需要铺设轨道和基础，因此不会影响到站台结构以及周围环境。（3）新型移动接触网系统在传统移动接触网上增加了两个支撑柱，支撑柱长度与站台高度相同，支撑柱通过螺栓与站台固定。由于在站台上增加了两个支撑柱，因此对站台的结构要求不高。另外，新型移动接触网系统可将整个站台分为三个部分：第一部分为轨道区域；第二部分为装卸作业区；第三部分为休息平台区域。通过设置三个独立的支撑柱可以使整个站台的结构更加稳定，降低了施工难度和成本。（4）新型移动接触网系统在传统移动接触网系统基础上增加了一个水平牵引机构。该水平牵引机构采用螺栓与轨道固定，可在不影响站台结构以及周围环境的前提下实现对列车的牵引。另外，水平牵引机构可以在不占用轨道空间的前提下实现对列车的制动。2.2设计原则（1）在满足安全性的前提下，保证设备安装施工方便、快捷，保证工程施工顺利，降低工程成本。（2）根据不同的系统布置方式，合理选择设备的安装方式。例如：采用传统的移动接触网系统时，可以采用传统的接触网系统安装方式；在采用新型移动接触网系统时，可以采用新型的移动接触网系统安装方式。（3）设备之间连接可靠、牢固，并能有效减少设备故障发生。例如：采用传统移动接触网系统时，由于需要将接触网架设在站台上，因此不能实现与站台之间的连接；而在新型移动接触网系统中，由于在站台上只需要设置三个独立支撑柱，因此可以实现与站台之间的连接。（4）保证设备运行的安全性和可靠性。由于传统移动接触网系统需要在站台上架设多个支柱，且每个支柱之间必须保持一定距离，因此在其周围存在较大的安全隐患。而在新型移动接触网系统中，由于可以直接将支柱安装在站台上，因此可以避免安全隐患的发生。（5）在进行移动接触网系统设计时，应遵循以下基本原则：移动接触网系统应遵循“安全可靠、技术先进、经济合理”的原则；移动接触网系统的设计应满足运输要求，避免对运输造成影响；移动接触网系统的设计应有利于货场装卸作业，缩短作业时间，提高作业效率；移动接触网系统设计应采用模块化设计思想，71杨 浩：电气化铁路大型货场新型移动接触网设计探讨建造科技提高产品的通用性、可维护性和可扩展性；移动接触网系统设计应保证产品质量可靠、运行稳定；移动接触网系统的设计应符合相关标准和规范2。2.3主要设备新型移动接触网系统主要由以下设备组成。（1）定位装置。该定位装置由一套电磁铁和一个线圈组成，电磁铁放置在一根长杆上，线圈通过电缆连接到地面上的电磁铁，电磁铁通过电磁铁吸附线圈。定位装置与牵引柱固定后，即可实现对列车的定位。（2）水平牵引机构。水平牵引机构采用两个螺栓固定于站台上，两个螺栓通过一根长杆固定在站台上。水平牵引机构可以实现对列车的纵向和横向移动，并且可以将列车的纵向和横向偏移限制在一定范围内。（3）辅助机械装置。辅助机械装置包括定位杆、定位钩、牵引杆、定位销、定位板、水平牵引装置等。（4）连接件和固定件。连接件主要包括牵引销、滑块螺栓、滑块、滑板等。固定件主要包括底座、基础螺栓等。（5）通信设备。通信设备包括视频监控系统、调度监控系统等，主要用于监视和控制系统的运行状况以及控制人员对设备的操作。（6）辅助电源设备。辅助电源设备包括蓄电池组、蓄电池等，主要用于系统供电和紧急情况下对设备供电。2.4水平牵引机构设计在水平牵引机构的设计中，应根据列车运行的特点和要求，设计出一套完善的水平牵引机构，保证其能实现对列车的牵引、制动等功能。在结构设计中，应根据其安装位置及方式、连接方式等设计出合理的结构尺寸，保证水平牵引机构能在不影响站台结构和周围环境的前提下实现对列车的牵引、制动等功能。可根据其结构特点和安装位置选择合适的连接方式。传统移动接触网系统中，水平牵引机构采用螺栓与轨道固定。当列车运行至站台时，水平牵引机构可通过轨道固定装置与站台连接，实现对列车的牵引；当列车运行至换流站时，水平牵引机构通过轨道固定装置与换流站连接，实现对列车的制动。3移动接触网的主要性能指标移动接触网系统是一种为机车、轨道车辆等提供动力的装置，是电气化铁路中不可或缺的一部分，主要由牵引变电所和接触网两大部分组成，是列车与接触网之间进行电连接的重要组成部分。其主要性能指标包括以下几个方面。（1）悬挂点高差、高度差。悬挂点高差是指移动接触网与机车接触线之间的垂直距离。通常采用在接触网支柱上加装导向板的方法来保证两接触线的垂直距离，导向板的作用是保持移动接触网与机车接触线之间的高度一致，避免机车在行驶中与接触线之间发生碰撞，保证机车运行安全。高度差是指移动接触网与机车接触线之间的水平距离，一般用绝缘间隙来表示，用于表示移动接触网与机车接触线之间的空间。（2）绝缘性能。在牵引变电所或接触网中，移动接触网与机车接触线之间一般都采用绝缘支撑结构（绝缘柱）来进行连接，移动接触网本身并不与机车接触，它只是用来支撑机车和轨道车辆，作为机车、轨道车辆的动力部分。在运行过程中，移动接触网与机车接触线之间始终保持绝缘状态，因此其绝缘性能是非常好的。在进行移动接触网的设计时，首先要对其自身及周围环境进行分析，选择合适的绝缘材料。通常情况下，移动接触网所使用的绝缘材料主要有聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯三种。其中以聚氯乙烯使用最为广泛。在选择绝缘材料时，除了要考虑其自身性能外，还需要考虑其是否与其他材料相兼容。（3）动静态特性。移动接触网系统在运行过程中必须保持动静态特性一致，否则就会出现“脱弓”现象。所谓“脱弓”是指在移动接触网运动过程中有一物体突然跳离接触线并向外运动的现象。一般情况下，脱弓量主要取决于两个因素：接触线与其表面间的摩擦系数；接触线与支撑结构间的摩擦系数。（4）强度。在列车高速运行过程中，移动接触网与机车接触线之间需要承受较大的压力、扭矩、冲击力等作用。为保证其正常使用和安全运行，在设计时必须保证其具有较高的强度。（5）电气性能。移动接触网作为一种电力机车供电设备，其电气性能要求较高。要保证其自身结构具有足够的强度；要保证其在恶劣环境下正常运行；还要保证其具有足够的安全可靠性。（6）振动特性。由于移动接触网系统在运行过程中所处环境比较复杂，因此必须对其进行振动特性分析和计算。振动特性计算主要是通过对移动接触网结构进行有限元分析来实现的。722024 年 1 月第 3 卷第 2 期现 代 工 程 科 技72（7）疲劳强度和疲劳寿命计算。在运行过程中，移动接触网与机车接触线之间会受到各种载荷作用，在这种情况下，接触线可能会出现疲劳损伤和断裂现象。为保证移动接触网具有较长的使用寿命，必须对其进行疲劳强度和疲劳寿命计算3-5。（8）运行稳定性和安全性评价。运行稳定性评价主要是对移动接触网系统进行安全性评价，对移动接触网系统的基础结构、控制系统、零部件等进行分析研究以确保其在运行过程中不会出现故障或损坏现象。（9）节能环保性能。移动接触网在运行过程中产生大量热量以及粉尘等物质需要及时排出，因此必须具备节能环保性能；此外为了保障其运行过程中的安全性和稳定性，还需要具备一定的安全保护功能。（10）可维护性和易操作性。移动接触网系统作为一种电力机车供电设备，其最大的特点就是能够进行快速拆装和维修，因此必须具有一定的可维护性和易操作性，以便相关工作人员进行操作和维修。4移动接触网设计需要注意的问题在进行移动接触网设计时，首先要确定移动接触网的各种参数，并根据参数进行移动接触网系统的设计。在设计过程中，要保证移动接触网系统具有足够的强度和电气性能，并满足各种特殊工况下的使用要求。同时，还需注意以下几个问题。（1）移动接触网系统在运行过程中，要保证其具有足够的安全性和稳定性。由于移动接触网系统自身结构具有一定的柔性，其在运行过程中受到各种载荷作用，因此必须对其进行分析和计算，以确保其能够满足各种工况下的使用要求。（2）由于移动接触网系统在运行过程中具有一定的灵活性和可适应性，因此可以采用不同类型的连接方式，以满足各种特殊工况下对其性能的要求。在选择连接方式时，要考虑到移动接触网系统在运行过程中能够适应不同方向、不同形状、不同大小的连线装置。（3）由于移动接触网系统本身具有一定的柔性，因此需要对其进行适当的调整和补偿。在调整和补偿过程中要根据实际情况进行分析和计算，以保证其能够满足各种工况下对其性能的要求。（4）移动接触网系统在运行过程中可能会受到各种不同类型的外力作用。为了确保移动接触网系统能够安全运行，应采取相应的措施进行防护。比如在移动接触网系统附近设置防撞垫、防撞杆等措施以保证其能够正常运行。（5）为确保移动接触网系统具有足够的电气性能和电气安全性能，必须对其进行严格把关。在设计过程中必须对相关零部件进行严格审查，确保其质量合格。5结语电气化铁路货场移动接触网系统作为一种新型的设备，具有架设简单、施工方便、经济性好等优点，特别适合于大型货场的装卸作业，已在国内多个电气化铁路货场投入使用。同时，移动接触网系统也存在一些需要改进的地方，主要表现在以下几个方面。（1）目前使用的移动接触网系统中，在使用过程中存在一定的安全隐患，如移动接触网系统的吊索不能固定在钢轨上；移动接触网系统的支撑脚安装在钢轨上，当轨道出现震动时，支撑脚会产生偏移；移动接触网系统的锚段关节没有完全固定在钢轨上，当车辆通过时会产生振动。（2）移动接触网系统的设计是基于货场内大跨度、大荷载的作业要求来完成的，但是在实际施工过程中出于种种原因不可能完全实现设计要求，因此需要进行现场施工方案设计。（3）由于货场内大型货物多，因此需要设置多个轨道来保证列车正常运行。但目前使用的轨道不能完全满足大跨度、大荷载作业要求。参考文献1 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