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摘要：本文詳細探討了接觸線磨耗與波傳播速度、接觸線張力、安全系數之間的關系，提出了350km/h運營線路接觸線張力選擇的優化方案。

關鍵詞：高速鐵路張力磨耗方案

一350km/h運營速度接觸線張力要求

國外300km/h及以上接觸網懸掛動態參數表表1

懸掛組合

運行速度（km/h）

接觸線張力(KN)

承力索張力(KN)

波動傳播速度(km/h)

反射系數

多普勒因子

放大因數

彈性非均勻度(%)

法國TGV大西洋線：THJ-70+Cu-150(簡鏈)

300

20

14

440

0.357

0.187

1.909

36

德國Re330(彈鏈)：THJ-120+CuMg-120

350

27

21

572

0.468

0.241

1.938

8

西班牙EAC(彈鏈)：Cu-95+CuMg-150

350

31.5

15.75

553

0.36

0.225

1.600

6．25

接觸導線的張力對高速接觸網特性有決定性的影響，波的傳播速度是個基本參數，國外350km/h運行速度接觸網波的傳播速度達到了550km/h以上，多普勒因素為0.22～0.24之間，截面120、150接觸線的必要張力分別為27kN及30kN以上，考慮必要的安全系數，導線的抗拉強度應達到500N/mm²。目前國內外達到如此強度的接觸線只有合金含量為0.5的鎂銅導線。

二國內安全系數對接觸線張力選擇的影響

接觸線最大允許張力及安全系數的選用直接關系到懸掛系統的運行穩定性和安全性。

目前國內對安全系數的選用表2

接觸線磨耗

現行規范規定

TB10009-98

秦沈客運專線暫規

鐵技[2000]25號

京滬高速鐵路設計暫規

鐵建設[2003]13號

磨耗≤15%

≥2.5

≥2.1

15%＜磨耗≤25%

≥2.2

25%

≥2.0

選用秦沈客運專線暫規及京滬高速鐵路設計暫規的安全系數進行比較。

銅合金接觸線的最大使用張力、波動傳播速度、β值表3

接觸線類型

拉斷力(KN)

京滬：磨耗25%、安全系數2.0

秦沈：磨耗15%、安全系數2.1

最大使用張力（KN）

波速度(km/h)

β值

最大使用張力（KN）

波速度(km/h)

β值

CuMg-120(0.2)

50.10

17.848

472.75

0.740

19.265

491

0.713

CuMg-120(0.5)

60.00

21.375

517.35

0.677

23.071

537

0.651

CuMg-150(0.2)

62.20

22.301

472.79

0.740

24.071

491

0.713

CuMg-150(0.5)

72.00

25.650

507.05

0.690

27.686

527

0.664

注：表中接觸線張力增量按5%考慮，列車運行速度350km/h。

由此可以看出，由于國內安全系數的影響，鎂銅接觸線的最大使用張力只能達到21.375KN及25.65KN，其最大波傳播速度被限制在510km/h左右，接觸網的動態特性不能進一步得到提高。

三磨耗與速度的關系

1磨耗與接觸線波傳播速度的關系

接觸線波傳播速度的計算公式為：C=3.6*√Fj/mj

其中：C—波傳播速度（km/h）；

Fj—接觸線張力(KN)；

mj—接觸線的單位質量（kg/m）；

接觸網波傳播速度與接觸線的張力及單位質量有關，隨著接觸線張力的增加，波傳播速度增大，接觸線單位質量的減少，波傳播速度也會增大。在接觸網運營過程中，受電弓與接觸線是一種動態接觸，受電弓與接觸線之間存在機械磨耗及電氣磨耗，隨著磨耗增加，接觸線單位質量降低，同時也伴隨著接觸線最小拉斷力的降低，其關系如圖一、圖二所示。

由于接觸線單位質量的減少，在固定接觸線張力條件下，其波傳播速度隨著磨耗的增加逐漸增大，如圖3所示：MgCu120、MgCu150接觸線張力分別為27KN及30KN。

2.磨耗與安全系數的關系

接觸線磨耗達到25%時，接觸線波傳播速度較起始值增加了15%左右，也既是說，隨著接觸網運營時間的推移，由于接觸線磨耗的增加，接觸網的動態特性得到了改善。但是這種改善是以犧牲接觸懸掛的安全性為代價的，圖4顯示了磨耗與安全系數的關系：（接觸線張力分別為30KN及27KN。）

接觸線磨耗達到15%~18%時，其安全系數均已降到了2.0以下，不能滿足京滬暫規：磨耗25%、安全系數2.0要求；按照秦沈暫規安全系數2.1要求，磨耗也只能達到11%~14%。目前的解決方案是降低接觸線的張力，犧牲接觸網的動態特性，以確保接觸網的安全性。

四.優化方案

由于受到安全系數的限制，目前接觸導線的張力不可能進一步提高，但是波傳播速度與張力及導線單位質量有密切的關系，假設波傳播速度固定不變，隨著磨耗增加，接觸線張力變化如圖5所示

即在固定波傳播速度下，隨著磨耗的增加，對接觸線張力要求呈下降的趨勢。利用該項特性，我們可以在接觸網運營過程中，隨著接觸導線磨耗的變化，通過卸載的方式來保證任何磨耗情況下，接觸網的安全系數均保持在2.1以上，如圖6所示。

以CuMg150為例，磨耗小于10%，接觸線張力保持在30kN，磨耗在10%到16%之間時，接觸線張力卸載為27kN，磨耗大于16%，接觸線張力卸載為25kN。接觸線張力需然經過三次卸載，其波傳播速度始終保持在540km/h左右，安全系數均大于2.1。同時接觸網各項參數也進一步得到優化，多普勒因子：0.221，放大因數：2.012，β值：0.638，彈性懸掛時跨中彈性為：0.343mm/N。

五方案對運營維護的影響

由于方案在接觸網運營過程中，存在多次卸載，其是否可行性，必須解決兩方面的問題：第一是卸載點，即卸載時機的確定；其次是每次卸載對接觸網的影響有多大，這涉及到運營維護單位的工作量問題。

在高速鐵路的日常運營維護中，普遍采用了高科技的接觸網檢測手段，定期對接觸網的各項參數進行檢測，以及時發現接觸網安全隱患。接觸網檢測過程中，接觸線磨耗是其重要的檢測參數之一，因此通過接觸網的日常檢測，收集接觸線的磨耗資料，可以非常容易地確定接觸線的張力卸載時機。

接觸線卸載后對接觸網參數的影響，主要是卸載過程中，接觸線的位移引起的，導致這種位移的主要因素是張力的減小，引起接觸線彈性伸長的減小。以MgCu150為例，初始張力30KN，在卸載點卸載為27KN時，隨著錨段長度的不同，接觸線彈性伸長量減少了128~183mm，如圖7所示（圖中“L”為半錨長度）。接觸線的縮短會引起接觸網兩方面的變化，第一是接觸線弛度變化，另一方面會引起吊弦的偏斜。

以700m半錨長度來研究該變化對最短吊弦及定位角度的影響（最短吊弦長度取800mm，定位器長度取1200mm），如圖8所示。

由圖中所示可以看出，假設接觸線縮短對接觸網的影響全部作用在吊弦上時，最短吊弦傾角在10°以內，定位器偏轉角度在7°以內，當跨距為50m時，每跨中接觸線的縮短均為9.2mm。綜合考慮接觸線弛度的變化，卸載后必須對部分接觸網進行調整。

由于接觸網高速性能得到提高，弓網關系得到優化，接觸線單位弓架次磨耗有所降低，其壽命進一步提高，雖然增加了部分運營維護的工作量，筆者認為該方案是可行的。