第⼆节⾼速铁路接触⽹
⼀、接触悬挂形式及其主要技术参数
⾃1964年⽇本开通世界上第⼀条⾼速铁路⾄今，世界发达国家已经致⼒于⾼速电⽓化铁路的研究和发展.经过30多年的运⾏、实验，使⾼速电⽓化铁路的车速不断提⾼，运营速度由220 千⽶／h 提⾼到270 千⽶／h，正向300 千⽶／h 进.法国是⽬前轮轨系列车时速的世界记录保持者，它于 2007年 4⽉4⽇进⾏的实验运⾏速度达到574．8 千⽶／h，在激烈竞争的市场经济条件下，各种交通⼯具之间为争夺市场运输份额，不断开发和引进⾼新技术,⽽提⾼铁路车速将给铁路参与市场竞争带来机遇.
接触⽹结构在机车⾼速运⾏情况下，发⽣了许多重⼤变化，需要进⾏⼀系列的改⾰，采取什么样的悬挂类型来适应⾼速铁路,⼀直是各发达国家研究的课题.根据国外⾼速电⽓化铁路运⾏经验,⾼速滑⾏的受电⼸，其抬升⼒在空⽓动⼒和⾃⾝惯性作⽤下，以列车速度平⽅的⽐例⼤幅度增加，因⽽使接触线产⽣较⼤的抬升量，当驶过等距⽀柱甚⾄在跨距中的等距吊弦时，会周期性激发接触线振动，它会使接触线弯曲应⼒增加，容易引发疲劳断线事故，同时这种振动可沿导线以⼀定速度传播，在遇到吊弦线夹和悬挂点时，会将波反射放⼤引起导线振荡，这是引起受电⼸离线的主要原因，离线产⽣的电弧会烧伤接触线使磨耗增加，即电磨耗.当导线弯曲刚度⼩⽽张⼒⼤时，其波动速度可由下式求出：ρT C =
式中 T ——接触线张⼒(N);
ρ——线密度 .
为了减少导线抬升量，可提⾼其张⼒，减少接触⽹弹性不均匀性，同时也提⾼了接触线波动传播速度 ，不引起导线共振使受电⼸取流状态更好.
接触悬挂形式是指接触⽹的基本结构形式，它反映了接触⽹的空间结构和⼏何尺⼨.不同的悬挂形式，在⼯程造价、受流性能、安全性能上均有差别，另外，对接触⽹的设计、施⼯和运营维护也有不同的要求.
对⾼速接触⽹悬挂形式的要求是：受流性能满⾜⾼速铁路的运营要求、安全可靠、结构简单、维修⽅便、⼯程造价低.
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世界上发展⾼速铁路的主要国家如：⽇本、德国、法国的⾼速接触⽹悬挂形式是在不断改进中发展起来的 ，主要有三种悬挂形式：简单链形悬挂、弹性链形悬挂、复链形悬挂.各国对这三种悬挂形式有不同的认识和侧重，根据各⾃的国情发展⾃⼰的悬挂形式.⽇本的⾼速线路如：东海道新⼲线、⼭阳新⼲线、东北新于线、上越新⼲线均采⽤复链形悬挂，近⼏年来,⽇本⾼速铁路⼜采⽤了简单链形悬挂；
法国的巴黎⼀⾥昂的东南线采⽤弹性链形悬挂，巴黎⼀勒芒／图尔的⼤西洋线采⽤接触导线带预留弛度的简单链形悬挂；德国在⾏车速度低于160千⽶／h 的线路采⽤简单链形悬挂，在160千⽶／h 及以上的线路采⽤弹性链形悬挂.下⾯分别介绍简单链形悬挂、弹性链形悬挂和复链形悬挂三种形式的结构和技术性能.
1、简单链形悬挂
以法国为代表的⾼速铁路采⽤此种类型，在 1990年开通的速度为300 千⽶／h 的⼤西洋新⼲线上采⽤,⽽且认为该悬挂类型完全可以满⾜ 330—350 千⽶／h，简单链形悬挂维修简单造价低，有多年成熟的运⾏经验.
结构形式如图2-1所⽰.
图2-1 带预留驰度的简单链形悬挂
性能特点：结构简单、安全可靠、安装调整维修⽅便，适应于⾼速受流.
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定位点处弹性⼩，跨中弹性⼤，造成受电⼸在跨中抬升量⼤，跨中采⽤预留弛度，受电⼸在跨中的抬升量可降低；定位点处易形成相对硬点，磨耗⼤.如果选择结构形式合理、性能优良的定位器，则可消除这⽅⾯的不⾜.
2、弹性链形悬挂
德国开发的⾼速接触⽹普遍采⽤，并作为德国联邦铁路标准，其主要出发点是降低接触⽹弹性不均匀度 ，在80年代末修建的曼海姆到斯图加特⾼速铁路(250 千⽶／h)上采⽤，并计划在柏林⾄汉诺威、法兰克福⾄科隆间(300～400 千⽶／h)仍采⽤.弹性链形悬挂⽐简单链形悬挂弹性好，但造价较⾼.弹性链形悬挂的结构形式图如图2-2所⽰.
在结构上，相对于简单链形悬挂在定位点处装设弹性吊索，主要有两种形式：“π”形和“Y”
形.弹性吊索的材质⼀般与承⼒索相同，其线胀系数与承⼒索相匹配.
性能特点：结构⽐较简单，改善了定位点处的弹性，使得定位点处的弹性与跨中的弹性趋于⼀致,
图2-2 弹性链形悬挂
整个接触⽹的弹性均匀，受流性能好.其缺点是弹性吊索调整维修⽐较复杂，定位点处导线抬升量⼤，对定位器的安装坡度要求也较严格.
3、复链形悬挂
在 1964年 10⽉建成的⽇本东海道新⼲线上采⽤，时速为210 千⽶／h，它是⽤带弹簧的吊弦合成复链形悬挂.⽇本研究部门认为它适⽤于多⼸受流情况，在今后300 千⽶／h⾼速线路上仍采⽤.复链形悬挂运⾏性能好，但造价⾼、设计复杂，施⼯和维修难度⼤ ，复链形悬挂结构形式如图2-3所⽰.
图2-3 复链形悬挂
在结构上，承⼒索和接触导线之间加了⼀根辅助承⼒索.
性能特点：接触⽹的张⼒⼤，弹性均匀，安装调整复杂、抗风能⼒强.
表2-2-1 三种悬挂类型的定性⽐较
我国⾼速铁路尚在试运⾏阶段，已提速的⼏条⼲线仍采⽤原来的接触悬挂类型,⽬前正在建设的⼴深⾼速铁路，采⽤全补偿简单链形悬挂，根据国外经验和我国铁路路轨现状，通过科技⼈员论证，普遍认为采⽤全补偿简单链形悬挂较为合适，特别是在车速不⾼的情况下，有利于投资少见效快，完全能够适应200 ㎞／h车速的要求.
⼆、⾼速接触⽹的主要技术参数
1．导线⾼度：指接触导线距钢轨⾯的⾼度.它的确定受多⽅⾯的因素制约，如：车辆限界、绝缘距离、车辆和线路振动、施⼯误差等.⼀般地,⾼速铁路接触导线的⾼度⽐常规电⽓化铁路的接触导线低，这主要因为：
①⾼速铁路⼀般⽆超级超限列车通过，车辆限界为4 800nl⽶;
②为了减少列车空⽓阻⼒及空⽓动态⼒对受电⼸的影响，受电⼸的底座沉于机车车顶顶⾯，受电⼸的⼯作⾼度较⼩.所以,⾼速铁路接触导线的⾼度⼀般在5 300⽶⽶左右.
2．结构⾼度：指定位点处承⼒索距接触导线的距离.它由所确定的最短吊弦长度决定的，吊弦长时，当承⼒索和导线材质不同时，因温度变化引起的吊弦斜度⼩，使锚段内的张⼒差⼩，有利于改善⼸⽹受流特性；长吊弦的另⼀个优点是⾼速⾏车引起的导线振动时，吊弦弯度⼩，可以减少疲劳，延长使⽤寿命.表2-2-2为三种⾼速悬挂的结构⾼度.
表2-2-2 三种⾼速接触⽹悬挂的结构⾼度
祛斑净法国TGV-A 德国Re330 ⽇本HC 结构⾼度 1.4⽶ 1.8⽶ 1.5⽶
我国接触⽹的结构⾼度为1.1~1.6⽶.
3．跨距及拉出值：取决于线路曲线半径、最⼤风速和经济因素等.
考虑安全因素及对受电⼸滑板的磨耗，我国⾼速铁路⼀般在保证跨中导线及定位点在最⼤风速下均不超过距受电⼸中⼼300⽶⽶的条件下，确定跨距长度和拉出值的⼤⼩ .
4．锚段长度：它的确定主要考虑接触导线和承⼒索的张⼒增量不宜超过10％，且张⼒补偿器⼯作在有效⼯作范围内.⾼速铁路接触⽹的锚段长度与常规电⽓化铁路基本⼀样.
5．绝缘距离：参照电⽓化铁路接触⽹的绝缘配合标准.
6．吊弦分布和间距：吊弦间距指⼀跨内两相邻吊弦之间的距离，吊弦间距对接触⽹的受流性能有⼀定的影响，改变吊弦的间距可以调整接触⽹的弹性均匀度 ，但是，如果吊弦过密，将影响接触导线的波动速度 ,⽽对弹性改善效果不⼤ ，所以，确定吊弦间距时，既要考虑改善接触⽹的弹性,⼜要考虑经济因素.
吊弦分布有等距分布、对数分布、正弦分布等⼏种形式，为了设计、施⼯和维护的⽅便，吊弦分布⼀般采⽤最简单的等距分布.
7．接触导线预留弛度：指在接触导线安装时，使接触导线在跨内保持⼀定的弛度 ，以减少受电⼸在跨中对接触导线的抬升量，改善⼸⽹的振动.对⾼速接触⽹，简单链形悬挂设预留弛度 ，弹性链形悬挂⼀般不设预留弛度 .
豆奶机8．锚段关节：锚段关节是接触⽹的张⼒的机械转换关节，是接触⽹的薄弱环节，其设计和安装质量对受流影响较⼤ ,⾼速接触⽹⼀般采⽤两种形式的锚段关节：
①⾮绝缘锚段关节采⽤三跨锚段关节;②绝缘锚段关节采⽤五跨锚段关节.
安装处理上，尽量缩短接触导线⼯作⽀和⾮⼯作⽀同时接触受电⼸滑板的长度 ，提⾼⾮⼯作⽀的坡度 .
9．接触导线的张⼒：提⾼接触导线的张⼒，可以增⼤波形传播速度 ，改善受流性能，同时增加了接触⽹的稳定性.导线张⼒的确定受导线的拉断⼒，接触⽹的安全系数等因素影响.
10．承⼒索的张⼒：受接触⽹的稳定性、载流容量、结构⾼度、⽀柱容量等因素影响，提⾼承⼒索的张⼒可以增加接触⽹的稳定性，但对⼸⽹受流性能影响不⼤ .减少承⼒索的张⼒，有利于减少反射系
数，承⼒索的张⼒受接触⽹的结构⾼度的限制，也就是在⼀定的结构⾼度上，要保持跨内最短吊弦的长度 .
三、接触⽹的主要设备和零部件
1、接触⽹的线材
(1)．接触导线
接触导线是接触⽹中直接与机车受电⼸作摩擦运动传递电能的线材，它对接触⽹——受电⼸系统的受流性能的好坏产⽣⾄关重要的作⽤，受流系统的许多性能指标直接由接触导线决定，如：波动传播速度、接触导线的抬升量、接触导线的磨耗、安全系数.表2-2-3给出了国外⾼速接触导线的⽐较.⾼速铁路对接触导线的基本要求如下：○1机械强度⾼;
○2)单位质量尽量⼩ ;
○3导电性能好;
○4良好的耐磨及耐腐蚀性能及⾼温软化特性，使⽤寿命长;
○5摩擦性能与受电⼸滑板相匹配.调盘
表2-2-3 国外⾼速接触导线的⽐较
随着运⾏速度的提⾼，为了提⾼抗拉强度，增⼤波动传播速度、耐磨性，国外有关国家对⾼速铁路的接触导线都趋向于研制铜合⾦导线或复合导线.
铜合⾦导线是在铜中加⼈其他⾦属元素，如镁、银，采⽤合⾦⽅法制成的.
复合导线是⽤铜与另⼀种机械强度⾼的⾦属制成的.
(2)．承⼒索
承⼒索是接触⽹承载接触导线，并传输电流的线材.承⼒索的选⽤应符合下列条件：承⼒索的线胀系数与接触导线相匹配；机械强度⾼；耐疲劳、耐腐蚀性能好，耐温特性好；导电率⾼.
国外⾼速铁路使⽤的承⼒索性能如表2-2-4所⽰.
表2-2-4 国外⾼速铁路使⽤的承⼒索性能表
我国电⽓化铁路接触⽹的承⼒索⼀般采⽤95⽶⽶2和70⽶⽶2的铜合⾦绞线，增加承⼒索的张⼒可以增强接触⽹的稳定性.
(3)．弹性吊索
对弹性链形悬挂，弹性吊索⼀般选⽤截⾯积为35⽶n2的青铜绞线，张⼒为2．8～3．5 kN.
2、⾼速铁路接触⽹的⽀持装置
(1)．⽀柱：由于⾼速铁路接触⽹的承⼒索和接触导线的张⼒增⼤，使作为接触⽹⽀撑的⽀柱受到较⼤
的负荷，另外，还要考虑到接触⽹的稳定性问题.⾼速铁路接触⽹⽀柱的选择，区间⼀般采⽤环形等径预应⼒混凝⼟⽀柱；桥上⽀柱采⽤热浸镀锌钢柱；软横跨硬横跨⽀柱；跨度⼩时⽤环形等径预应⼒混凝⼟⽀柱，跨度⼤时选⽤热浸镀锌钢柱.
(2)．硬横跨：是⽤于站场或两股以上线路的接触⽹⽀持钢结构,⼀般⽤型钢焊接成梁式结构横跨于线路上空,⽤于⽀持接触悬挂.这种刚性硬横跨的特点是，各股道上的接触⽹在机械上和电⽓上相互独⽴.接触悬挂在硬横跨上采⽤吊柱旋转腕臂的⽀持结构，其结构特性与区间中间柱基本相同，组合定位装置与区间的接触悬挂完全相同.硬横跨的优点是，机械上独⽴，结构稳定，抗风能⼒强，寿命长，在受流性能上与区间接触悬挂相同.法国、英国、⽇本等国家的⾼速铁路接触⽹⼏乎全部采⽤硬横跨.我国的⾼速铁路的接触⽹也趋向使⽤刚性硬横跨.
(3)．腕臂⽀持结构：为了提⾼接触⽹的稳定性和安全性,⾼速铁路接触⽹采⽤刚性腕臂⽀持结构，由⽔平腕臂和斜腕臂组成的稳定三⾓形结构，提⾼了腕臂结构的整体稳定性和抗风能⼒.
(4)．组合定位装置：组合定位装置包括：定位器、定位管、⽀持器，定位防风拉线和定
位管防风⽀撑，这部分零部件对接触导线起定位和⽀持作⽤，影响⼸⽹受流性能.
在机械结构上它必须满⾜接触导线温度偏移，保证⾼速受电⼸安全通过及接触导线抬⾼等要求.
对定位器的要求：
○1构造简单，安装⽅便，不形成接触悬挂硬点;
○2材质上⼀般采⽤铝合⾦材料，重量轻，耐腐蚀;
○3具有较⾼的强度;
○4环路电阻⼩，不形成电损坏.
3、⾼速接触⽹的终端锚固类零部件
终端锚固类零部件包括：承⼒索终端锚固线夹、接触导线终端锚固线夹、张⼒补偿器、坠砣等.
(1)张⼒补偿装置
张⼒补偿装置是调整承⼒索、接触导线张⼒，使它们保持恒定的⾃动装置，是接触⽹的关键部件.⾼速铁路接触⽹⼀般有两种⽅式的⾃动张⼒补偿装置：①滑轮组⾃动补偿装置;
②棘轮补偿装置.对张⼒补偿装置的要求是，传动效率⾼，达到97％以上；安全可靠；耐腐蚀性能好，少维修，寿命长，有断线制动装置.坠砣采⽤铁坠砣.
(2)承⼒索终端锚固线夹和接触导线终端锚固线夹
这两种零件是接触⽹的主要受⼒部件，是保障接触⽹安全的关键零件.在结构上，有锥套式螺纹胀紧结构和楔形胀紧式结构两种.在材质上，整体铝青铜，紧固件采⽤不锈钢.其⼯作张⼒，应满⾜20～27 kN.
4、⾼速接触⽹的电连接类零件
十字滑块联轴器电连接是保证接触⽹各导线之间及各股道之间电流畅通的部件.对它的要求是：电连接线夹与接触导线或承⼒索间的接触电阻⼩，整体电连接导电性能好.在结构上，连接可靠，重量轻，耐腐蚀.在材质上,⽤纯铜和铝青铜.
5、吊弦及吊弦线夹
它是接触⽹的悬吊类零件，在接触⽹中调节接触导线弛度,⼜可分流，属于⾯⼴量⼤的零件.正确选⽤悬吊类零件将有效地保证接触⽹的受流性能,⼜能减少其维修⼯作量.在⾼速接触⽹中,⼀般先经过现场测量，再计算出每跨中每根吊弦的长度.在⼯⼚将吊弦线夹和吊弦制成⼀体后，到现场直接安装.
对吊弦及吊弦线夹的要求为：重量轻，体积⼩，耐腐蚀，安全可靠.
材质上，吊弦采⽤青铜绞线；吊弦线夹采⽤铝青铜.
6、⾼速接触⽹的线岔
线岔是两股道接触⽹交叉处的装置，是接触⽹上的重要设备，在常速下,⼀般采⽤有交叉线岔，运⾏经验表明它完全能满⾜要求，但也存在着问题，交叉线岔硬点不易消除，机车⽆论从正线进⼊侧线，还是从侧线进⼊正线，在始触点处受电⼸都要
接触两条接触线，接触瞬间由于受电⼸抬升⼒的作⽤，将要接触
的导线总是⽐正在滑⾏的导线低，如图2-4所⽰.造成低侧导线,
会沿受电⼸滑板圆弧导⾓向上移动到接触板上，这就难免发⽣钻
⼸和打⼸事故，也给现场施⼯和维修带来困难.尤其是⾼速铁路,
这种滑动接触对接触线和受电⼸危害极⼤ ,
它直接影响着⾼速受电⼸的运⾏安全，是⾼速接触⽹设计和安装
中需要特别解决好的环节.
⾼速接触⽹的线岔应满⾜下列要求：
(1)满⾜正线⾼速⾏车，避免钻⼸、打⼸.
(2)正线进渡线或渡线进正线时，保证受电⼸平稳过渡. 图2-4 始触点处导线⽰意图
(3)保证正线⾼速⾏车的受流质量，做到离线率低、硬
点⼩ ，导线抬⾼量满⾜要求.
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