電氣化鐵路接觸網無交叉線岔的分析與設計
1 題目分析與方案設計
1.1 題目分析
在鐵路的站場上，站線、側線、到髮線總是併入正線的。如果線路設乙個道岔，那麼接觸網就必須設乙個線岔。就像道岔的形式多種多樣，線岔的形式也是多種多樣的。
目前，在我國的普通線路上使用的是普通交叉線岔，而在武廣、鄭西、京滬客專等高速鐵路接觸網上，除部分交叉線岔外，大多數都採用高速無交叉線岔。
無交叉線岔就是在道岔處，正線和側線兩組接觸網懸掛無相交點。
隨著無交叉線岔方式的提出，線岔的概念也發生相應的變化，如今，線岔應理解為電氣化鐵路的接觸網在站場軌道道岔上方兩組接觸懸掛匯交（過渡）的特殊結構。
有交叉線岔是電氣化鐵路建立之初便採用的結構形式，在我國施工、運營也已有約40年的歷史，實踐證明，這種結構形式簡單可靠，便於施工和維修，適於低速和中速執行，故在我國得到普遍採用。
對於電氣化鐵路而言,要提高電力機車執行速度，必須通過減少脫機率來提高受電弓的受流質量，這就需要通過改善接觸網的彈性來改善弓網關係。有交叉線岔的集中重量、硬點及受電弓相對於兩支接觸線壓力的不均勻性，成了改善接觸網彈性的制約點，從而制約了電氣化鐵路的提速與發展。為了適應電氣化鐵路提速的需要，無交叉線岔應用而生。
無交叉線的優點：
無交叉線岔的優點是正線和側線兩組接觸線既不相交、不接觸，也沒有線岔設施，因此既不會產生刮弓事故，也沒有因線岔形成的硬點，提高了接觸網懸掛的彈性均勻性，從而保證在高速行車時，消除了打弓、鑽工及刮弓的可能性。
無交叉線岔的主要表現為：道岔處兩支懸掛在空間是分開的，不像普通線岔那樣有交點，相對於交叉線岔，無交叉線岔的安裝與調整比較麻煩，但它能滿足高速電氣化鐵路的要求，機車經過線岔時平穩良好的受流優越性是其他結構無法替代的。
無交叉線岔應能保證正線高速通過時不受側線接觸懸掛的影響，同時在機車從正線駛向側線或從側線駛入正線時都能平穩順利的過渡。
1.2 方案設計
在平面布置時，應使側線接觸線位於正線線路中心以外999mm。因為，機車受電弓一半寬度為673mm，考慮受電弓擺動200mm,富餘量100mm,即執行機車受電弓在側線側最外端可觸及到的尺寸限界為673+200+100=973(mm),其值小於999mm，如果受電弓向側線反向擺動200mm，則673-200=473(mm)，其值大於定位處拉出值333mm，因而機車從正線高速通過岔區時，與區間接觸網一樣受流，而與側線接觸懸掛無關係。
由於在懸掛布置時，已充分考慮了受電弓工作長度和擺動量，因此在正線通過時，可以保證側線接觸線與正線線路中心間的距離始終大於受電弓的工作寬度之半加上受電弓的橫向擺動量，因而正線高速行車時，受電弓滑板不可能接觸到側線接觸線，從而保證了正線高速行車時的絕對安全性，並且在道岔處不存在相對硬點。
當機車從正線進入側線時，**間距126～526mm之間為受電弓與側線接觸線的始觸。此時，因側線接觸懸掛被抬高下錨，側線接觸線高於正線接觸線，過岔時，側線接觸線比正線接觸線高度以-3/1000坡度降低，因而，受電弓可以順利過渡到側線接觸懸掛。在機車由正線向側線過渡時，由於側線接觸線比正線接觸線有較大的抬高，因此，受電弓不會接觸側線接觸線而從正線接觸線上受流。
隨著機車的前進，由於在定位點處受電弓中心與正線接觸線之間的距離較小，受電弓經過等高區後逐漸降低至正常高度。因而，受電弓可以順利過渡到測線接觸懸掛。
當機車從正線進入側線時，**間距126～526mm之間為受電弓與側線接觸線的始觸。此時，因側線接觸懸掛被抬高下錨，側線接觸線高於正線接觸線，過岔時，側線接觸線比正線接觸線高度以-3/1000坡度降低，因而，受電弓可以順利過渡到側線接觸懸掛。在機車由正線向側線過渡時，由於側線接觸線比正線接觸線有較大的抬高，因此，受電弓不會接觸側線接觸線而從正線接觸線上受流。
隨著機車的前進，由於在定位點處受電弓中心與正線接觸線之間的距離較小，受電弓經過等高區後逐漸降低至正常高度。因而，受電弓可以順利過渡到測線接觸懸掛。
當機車從側線進入正線時，**間距806～1306mm之間為受電弓與正線接觸線的始觸區。此時，因正線接觸線比側線接觸線高4/1000的坡度，過岔後，渡線被抬高下錨，正線接觸線高度又低於側線，因而，受電弓可以順利過渡到正線接觸懸掛。
在機車從側線向正線開始過渡時，由於側線低於正線，所以仍由側線供電，受電弓進入正線接觸懸掛的始觸區，受電弓滑板的側面與正線接觸線開始接觸。經過等高區以後，由於側線接觸線比正線接觸線抬高，隨著機車的繼續前進，受電弓將逐步脫離側線接觸懸掛而平滑地過渡到正線接觸懸掛。
2 高速電氣化鐵道接觸網無交叉線岔的平面布置
2.1 線岔的作用
線岔是電力牽引中電氣化接觸網的關鍵部位,其質量的高低定張力應相同且線索的伸縮方向應一致。交叉線岔平面布置將直接關係到電力機車的安全過岔速度。線岔在道岔處對接觸圖線起定位作用,能夠保證機車受電弓從一支懸掛順利地過渡到另
一支懸掛,目前在我國電氣化鐵道中主要採用以下兩種方式:交叉線岔和無交叉線岔。
2.2 高速接觸網對線岔的要求
機車在正線可實現高速行車,不受站線接觸懸掛的影響;必須保證兩支懸掛過渡平滑,機車從正線駛入站線,受電弓可以平穩過渡到站線線,不出現打弓、鑽弓等現象;必須保證線岔處的彈性,減少硬點; 要求施工時安裝簡單,運營時減少維修,事故時容易恢復。
2.3 交叉線岔平面布置
道岔定位不分標準和非標準,道岔柱一般設在兩線間距200 mm～400 mm 範圍內,兩支接觸線在間距500 mm～600 mm 處交叉,並盡可能向岔心側靠近。始觸點處, 兩支接觸線應位於受電弓的同側且間距盡可能小,以免鑽弓。兩支接觸線採用正線與站線交叉吊掛形式,交叉吊弦把兩支相互交叉的接觸懸掛有機地聯絡起來。
兩支互相交叉的接觸懸掛,其額定張力應相同且線索的伸縮方向一致。
圖1 交叉線岔平面布置示意圖
2.4 無交叉線岔的平面布置
標準定位時接觸網支柱位於兩線間距600mm處，正線支拉出值為400mm，站線支拉出值為350mm，站線接觸線距正線線路中心為950mm,兩接觸線水平距為550mm。
交叉線岔與無交叉線岔平面布置上的乙個明顯區別便是兩支接觸懸掛是否相交。由於交叉線岔兩支接觸懸掛相互交叉，平面布置相對複雜，施工難度大，事故狀態下不易恢復，但無明顯效果。
無交叉線的布置規則：
(1)側線接觸懸掛應盡量遠離正線線路中心，使其處於從正線高速通過的受電弓的動態包絡線之外，保證受電弓以最大允許抬公升量和最大允許擺動量高速通過正線接觸線時碰觸不到側線接觸線。
(2)正線接觸懸掛應盡量靠近側線線路中心，使受電弓能順利地在正線接觸線與側線接觸線間相互轉換。
(3)道岔區域上空的正線接觸懸掛的技術引數和結構形式盡量與道岔區域外的懸掛一致，以保證受電弓在正線上的受流環境不產生變化。
(4)為便於受電弓在正線接觸線與側線接觸線間相互轉換，側線接觸懸掛應按一定坡度布置，使側線懸掛在道岔前端高於正線接觸線，道岔後端低於正線接觸線，保證受電弓無論從正線進側線或從側線進正線都是由低向高執行。
(5)為降低外界因素對無交叉線岔的影響，正線接觸懸掛和側線接觸懸掛的懸掛型別、線索和零部件型號、技術引數應盡量一致。
(6)對於350 km/h 的正線，接觸線的變化坡度為0 。側線由於速度較低，其坡度的變化應考慮受電弓在正線和側線轉換執行時，任何方向都應滿足始觸區範圍內無線夾。
(7)將正線或側線線路中心線兩側600-1050mm的區域內設定為無線夾區，以保證在受電弓限界範圍內無接觸網零部件。
圖2 無交叉線岔平面布置示意圖
2.5 無交叉線岔工作原理
列車沿正線通過時,由於側線接觸線相對正線拉出值為950 mm , 側線支接觸線在受電弓運動範圍以外,受電弓只與正線導線接觸,與側線接觸懸掛沒有任何關係。 列車沿側線進入正線時,當機車受電弓進入始觸區範圍內(兩接觸線間距1 025 mm 前後各1 m) ,受電弓的側面與正線接觸線開始接觸,由於側線接觸線較正線接觸線略高,因此正線接觸線位於受電弓導角下方。隨著機車前進,正線支接觸線由於拉出值的不斷變小,將順著受電弓導角逐步上滑到工作面,側線支由於越抬越高而終於在某一點脫弓成為非工作支。
這樣,受電弓就由側線支順利地過渡到正線支接觸懸掛。列車沿正線進入側線時,在定位點處正線接觸線的拉出值為200 mm(600 mm～400 mm) ,側線接觸線的拉出值為350 mm , 二者都位於受電弓上方,此時由於側線接觸線比正線接觸線有較大的抬高,機車不會接觸側線而從正線取流。隨著機車的前進,正線接觸線將慢慢滑離受電弓,同時側線接觸線高度逐漸降低與受電弓接觸,受電弓順利地過渡到站線接觸懸掛。
交叉線岔與無交叉線岔在工作原理上各有其特點,首先,機車在高速通過正線時,交叉線岔與側線接觸,並有相當長的一段始觸區,如果調整不當容易產生硬點及發生鑽弓事故,而無交叉線岔由於受電弓始終不與側線接觸,如同區間行車一樣,不會產生以上問題;其次,機車由側線進入正線時,交叉線岔利用始觸區側線、正線同時抬高順利地完成過渡,而無交叉線岔時正線接觸線則利用受電弓導角的弧度強行上滑到接觸面,這就要求兩線的高度調整必須精確,否則極易發生鑽弓事故。
圖3 無交叉線岔工作原理示意圖
3 無交叉線岔的分析與計算
3.1 無線夾區的確定
對於350km/h的正線，接觸線的變化坡度為0。側線由於速度較低，其坡度的變化應考慮受電弓在正線和側線轉換執行時，任何方向都應滿足始觸區範圍內無線夾。在距線路中心600-1050mm範圍為無線夾區，在此區域內接觸線不得安裝任何線夾，包括定位線夾、吊弦線夾、電連線線夾等。
在道岔區，當接觸網無線夾區內有接觸懸掛時，此區域稱為道岔始觸區。
3.2 無交叉線岔「三區」的確定
無交叉線岔有兩個始觸區和乙個等高區。平面布置時，應使側線接觸線和正線線路中心的距離大於兩接觸線間的距離。
以1/18號可動心軌高速單開道岔為例，受電弓最外端尺寸的半寬為673mm，擺動量為250mm(考慮 350km/h速度)，公升高後的加寬為120mm。所以受電弓在側線側最外端可觸及到的尺寸限界為：
673+250+120=1043(mm)。
18號道岔無交叉線岔考慮到整個渡線的長度及道岔布置的對稱性，單邊採用一根道岔定位柱和一組硬橫樑定位，其中b柱正線拉出值200mm，側線拉出值 -1000mm，支柱位置處道岔導曲線兩外軌之間的距離150mm。受電弓在側線側最外端可觸及到的尺寸限界為：
1043mm<1000+150=1150mm。
c2柱側線拉出值-300mm，支柱位置處道岔導曲線兩外軌之間的距離1400mm，受電弓在側線側最外端可觸及到的尺寸限界為：
1043mm<1400-300=1100mm。
因而機車從正線高速通過岔曲時，與區間接觸網一樣正常受流，不會觸及側線接觸線，而與側線接觸懸掛無關。
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