摘要：由于遂渝铁路速度目标值从160km/h提速至200km/h，遂渝线上许多的单线隧道内的接触网悬挂，采用何种安装方式是一个急待解决的问题。目前国内隧道中普遍使用的水平悬挂，仅适用于速度目标值120km/h以下的线路，单支撑腕臂悬挂方案也只适用于速度目标值140km/h以下线路。本文以速度目标值200 km/h为研究对象，提出了若干解决单线隧道内接触网的悬挂方案。

关键词：单线 隧道 接触网 悬挂方式 研究

一、研究的目的及必要性

　　1.高速铁路对接触网悬挂的要求

　　高速铁路反映与代表了一个国家的经济技术水平，是当今世界铁路发展的趋势和潮流。接触网系统是牵引供电系统中主要的供电设备之一，它直接与机车相连，当列车高速运行时，接触导线和机车受电弓之间是一种动态稳定的系统，受流质量既取决于弓的参数，又取决于网的参数，两者参数应合理的匹配才能实现高质量的取流，才能确保列车高速运行。因此接触网悬挂系统的选择，应能保证在车速变化等各种恶劣条件下正常取流，以提高运行可靠性。

　　列车要高速运行，弓网受流质量是高速电气化铁路需要解决的最关键的问题。评价受流质量通常有离线率、动态接触压力、动态抬升量、接触网的弹性、受电弓的追随特性等因素，下面是世界各国对高速接触网悬挂弓网受流质量的普遍评价标准：

　　（1）最大接触压力（Fmax）：＜200N

　　（2）最小接触压力（Fmin）：＞40N

　　（3）接触压力标准偏差（δ）：δ=20%~30%F

　　（4）平均接触压力（F）：（F-3δ）＞0

　　（5）离线：离线率（μ）：μ＜5%

最大持续时间＜50ms

　　（6）弹性不均匀系数：U＜30%

　　要满足以上要求，除提高接触线、承力索张力外，接触网的悬挂形式也是非常重要的研究课题。

　　2.水平悬挂存在的问题

　　目前，我国单线隧道内接触网所采取的悬挂方式为水平悬挂方式，该方式从我国第一条电气化铁路就一直沿用。长期运营经验证明：该方式结构简单、稳定、可靠，其装配形式得到广泛推广和使用。见下图：

　　水平悬挂方式存在以下缺陷：

　　（1）在接触线定位点集中了定位装置的全部重量约9.5kg，局部形成硬点，影响接触网弹性的均匀度；

　　（2）定位绝缘子已伸到了受电弓的工作范围内，成为不安全隐患；

　　（3）承力索柔性悬挂，接触网的稳定性差；

　　在列车高速运行的情况下，由于该悬挂的弹性非均匀度较大，容易形成离线，离线时产生的火花与电弧，不但使受电弓受流质量差，造成接触线及受电弓局部磨耗加大，缩短接触网、受电弓使用寿命，而且其高次谐波形成对临近环境的电磁污染。由于高速线路接触压力的增大，引起接触线的抬升增大，受电弓可能直接与定位绝缘子碰撞，造成行车事故。因此水平悬挂方式已不能满足高速线路的运营模式，必须对其进行改进。

　　3.遂渝铁路工程设计需要

遂渝铁路为我院设计的第一条山区高速铁路，其技术设计鉴定时确定的速度目标值为160km/h。根据铁道部跨越式发展的要求，对铁路大中型在建项目，进行提速研究，遂渝铁路的速度目标值提高为200km/h，并且全线按通过装载高度为5847mm的双层集装箱设计。遂渝线共有41座隧道，总长约22550m。在提速到200km/h后，车体与隧道限界均要相应变化；考虑双层集装箱的情况后，隧道净空为7760mm。由于隧道占线路全长18.8%，其中很多为单线隧道，因此遂渝工程设计迫切需要研究与确定高速铁路单线隧道内的接触网悬挂形式。

综上所述，为满足遂渝高速铁路的设计需要，我们必须对单线隧道内的接触网悬挂安装形式进行研究，以便确定适合高速线路运营要求的接触网悬挂方案。

二、隧道内接触网悬挂方案研究思路

目前国外高速铁路隧道外及双线隧道内的接触网悬挂形式均采用直链形全补偿简单或弹性悬挂，该悬挂方式，在特定的接触线、承力索张力条件下，接触网波传播速度可达500km/h以上，已可以满足350km/h高速铁路的运营需要，其结构高度为1100mm~1800mm之间，最短吊弦应大于400mm，而单线隧道内，由于隧道净空的限制，结构高度要大大降低，所以采用弹性链形悬挂是无法安装的。针对水平悬挂的稳定性差，接触网弹性非均匀性高的问题，我们设计的思路应重点放在解决这两方面的问题上。基于以上思想我们确定了以下研究思路：

　　（1）不改变悬挂方式，仍然采用直链形全补偿简单链形悬挂；

　　（2）方案研究中尽量采用既有、成熟的接触网悬挂零部件，减少新零件的研制工作，提高悬挂零件的通用性；

　　（3）充分利用隧道净空，加大结构高度，增加悬挂的稳定性；

　　（4）设计新的接触线定位方式，减少定位器分配于接触线上的重量，提高悬挂的弹性均匀度。

根据以上思路，我们研究设计了多种悬挂方案，采用现有的接触网零件，按照1：1的比例绘制了设计方案图。每种方案均有其优缺点，通过反复设计比较，最后确定了以下几种比较理想的悬挂方案。

二、单线隧道内接触网悬挂方案介绍

　　1.悬挂方案一：

　　（1）设计思路：采用水平悬挂方式固定承力索，单支撑腕臂方式固定接触线。

（2） 特点：隧道内水平悬挂方式是一种成熟的承力索悬挂方案，具有安全和可靠性；而单支撑腕臂悬挂方式也是一种通过了鉴定的悬挂方式。该方案对隧道净空的利用非常充分，其净空利用的限制条件仅取决于滑轮框架对隧道壁的绝缘距离；隧道内接触网悬挂方式可采用全补偿简单或弹性链型悬挂。隧道内接触网悬挂方式可采用全补偿简单或弹性链型悬挂。理论上也可以满足200Km/h以上速度。

　　（3）存在问题：

　　①. 承力索悬挂为柔性悬挂，对接触网的振动是否有不好的影响应进一步研究；

　　②. 承力索采用悬吊滑轮悬挂，悬吊滑轮对承力索的磨损依然存在，需要对悬吊滑轮进行改进。

　　2.悬挂方案二

　　（1）设计思路：本方案采用原V型简单悬挂方式悬挂承力索，套管铰环 悬吊滑轮固定承力索，单支撑腕臂悬挂方式进行接触线定位。

　　（2）特点：隧道内V型简单方式也是一种成熟的悬挂方案，具有安全和可靠性，施工简单，运营维护方便；对隧道净空利用的限制条件取决于V型悬挂的结构尺寸。日本新干线采用的隧道悬挂方式的原理与此相似。

　　（3）存在问题：

　　①因为增加了悬挂重量，必须对V型悬挂相应零部件进行力学校验；

　　②方案三中承力索采用悬吊滑轮悬挂，悬吊滑轮对承力索的磨损依然存在，需要对悬吊滑轮进行改进。

　　③该方案接触线定位全部采用反定位方式，定位管受压。

　　（4）该方案可将V形悬挂顺线路安装，结构高度可增加至750mm。

　　3.悬挂方案三：

　　（1）设计思路：参照水平悬挂方式采用单支撑腕臂悬挂组成水平悬挂，用套管铰环 悬吊滑轮进行承力索悬挂，单支撑腕臂悬挂方式进行接触线定位。

　　（2）特点：该方案中承力索的稳定性最好，对隧道净空利用的限制条件取决于隧道吊柱安装结构尺寸对隧道断面的充分利用，隧道内接触网悬挂方式可采用全补偿简单或弹性链型悬挂。

　　（3）存在问题：

　　①.承力索采用悬吊滑轮悬挂，悬吊滑轮对承力索的磨损依然存在，需要对悬吊滑轮进行改进。

　　②工程造价较高。

　　③悬挂承力索的零件占用净空约200mm（套管绞环100mm 悬吊滑轮100mm），应进一步优化悬挂零件。

　　（4）方案变化：悬挂承力索的水平悬挂改为顺线路安装。

　　4.悬挂方案四

　　（1）设计思路：该方式在承力索和接触线支撑之间用定位管支撑连接起来，构成“菱形”，温度变化导致的承力索和接触线位移依靠定位管支撑使之相互带动，更加提高了接触网的受流状态及线路运行安全可靠性，并改善了定位点的弹性及受电弓的振动量。单支撑腕臂悬挂方式进行接触线定位。

　　（2）特点：该方案中悬挂重量分别由两悬臂支撑，接触网的稳定性较好，对隧道净空利用的限制条件取决于隧道吊柱安装结构尺寸对隧道断面的充分利用，该方案能最大限度地利用隧道净空高度加大结构高度，提高支持结构的稳定型从而获得良好的动态性能；另外该方案交之方案六，减少一个绝缘子，节约了投资。

　　（3）存在问题：

　　① 悬挂承力索的承力索座，要进行新零件的试制，另外需进一步研究承力索受温度影响的位移情况。

　　5.悬挂方案五

　　（1）设计思路：采用单支撑弓型腕臂 旋转腕臂斜腕臂 双线隧道吊柱构成变形三角形悬挂支撑，承力索座固定承力索，定位管 定位器固定接触线。

　　（2）特点：弓形腕臂与斜腕臂构成三角形结构，增强悬挂稳定性。弓型腕臂、QBNS2绝缘子均应重新设计，并可作图一~图三变形设计。隧道内接触网悬挂方式可采用全补偿简单或弹性链型悬挂。

　　（3）存在问题：

　　①弓型腕臂、QBNS2绝缘子均必须重新设计。

　　②该结构的稳定性应进一步研究。

　　③图二、图三中，弓形腕臂与斜腕臂的旋转轴不在同一平面，对悬挂装置旋转灵活程度的影响应进一步研究。

　　6.定位方案

　　（1）方案一：采用单支撑平腕臂 JL9101（D1）定位器 吊柱

　　该方案调整方便，零部件现成，但受绝缘子长度、吊柱安装尺寸限制及绝缘距离限制，在接触网悬挂高度较高的双层集装箱通行条件下安装困难。

　　（2）方案二：采用单支撑平腕臂 JL9101（D1）定位器 隧道腕臂调整底座。该方案垂直方向调整困难。

　　（3）方案三：采用单支撑弓形腕臂 定位管 JL9101（D1）定位器 隧道腕臂。解决了垂直方向调整问题，但净空要求较大。

　　以上三种方案均存在优化问题，既所有零部件在仅作定位的时候，其强度已大大超过定位所需要的强度，可通过结构校核，以满足设计要求来重新设计零部件。

　　结论，通过对上述方案的研究，我们认为方案一、二、三具有较为明显的优越性，推荐采用。