集装箱站装卸线不挂网列车牵引供电设计创新

万一农

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

铁路运输集装箱中心站，由于集装箱的起重机吊装工作需要，要求电气化接触网可移动或接触网在集装箱装卸范围内(装卸区间)不悬挂接触网(简称不挂网)，可移动接触网我院在昆明集装箱中心站得以成功实现，但只限于单边装卸站台，对于有龙门吊的双边装卸站台就不实用了，比如我们设计的成都、兰州、太原、银川、西安等铁路集装箱中心站有龙门吊作业，要求双边站台均可起吊装卸，故上述铁路集装箱站货物装卸区域内均采用并实现了牵引供电系统不悬挂接触网行车技术。

为解决我国电力机车牵引的货物装卸，提高列车调度效率，原铁道部组织开展了电力机车不挂网行车研究，并组织出国考察，进行了行车试验。研究表明，电力机车装卸线不挂网行车是一项简单、可靠、实用的货场行车技术，在德国普遍采用，同样不挂网行车在我国完全可行，具有普遍推广意义。

按照铁道行业运输装卸的要求[1]，集装箱中心站按不挂网行车设计，建设为未来不挂网行车预留条件，这就是说建设项目前期就要考虑到装卸场两端接触网与电力机车停靠的位置关系，综合研究龙门吊、车挡、机车、车辆等因素，确定装卸场两端接触网支柱位置，保证机车受电区长度，满足电力机车不挂网直接行驶发车的条件。

在上述条件达到后，电力机车从有网区间进入不挂网的装卸场，牵引供电系统接触网终端下锚固定的结构设计就成了不挂网行车的关键技术。这个接触网终端锚固结构方式担负着承上启下的作用，既要完成接触网终锚的力学要求，还需要保证电力机车受电弓平滑到集装箱站不挂网装卸线或从不挂网装卸场顺势导入接触网上。为此设计了两种接触网终锚结构形式，第一种为门形接触网终锚结构形式，第二种为“T”形接触网终锚结构形式，及其配套的接触网支持平滑定位器装置。

1 门形接触网终锚结构形式设计

1.1 门形终锚结构的安装

接触网采用门形终锚结构形式，详见图1，就是将门形架构架设置在集装箱中心站场两端，即龙门吊货物装卸区域的进出口两端。接触网终锚门形架构横跨股道，其两个边柱及基础设置在集装箱站台上，电力机车受电弓通过门形架构下的接触网支持定位器，从有网区段(有电区)进入不挂网区段(无电区)，或是从不挂网区段(无电区)进入有网区段(有电区)，从而实现电力机车从有网区间进入不挂网的集装箱装卸场，在完成集装箱装卸工作后，同样完成电力机车从不挂网装卸场进入有网的区间。

图1 门形终锚结构形式(单位：mm)

1.2 门形终锚结构优缺点

这种接触网终锚采用门形结构形式[2]，其优点是接触网终端下锚受力稳定，接触网支持定位器安装简单并便于调节支持定位器位置，其缺点是用钢量较大，两个基础设置在装卸场站台上，容易受到来往装卸车辆(机动车)的碰撞，或给装卸场站台来往的装卸车辆(机动车)造成视觉障碍，为保护门形终锚门形架构边柱不被撞坏，还应在两边柱外侧加防撞墩。

接触网采用门形终锚结构形式，两边柱受力特点是只弯不扭的情况，结构计算相对简单，是典型的偏心受力构件，整个结构的弯矩、变形量容易控制。

2 T形接触网终锚结构形式设计

2.1 T形终端结构的安装

接触网采用T形终锚结构形式，详见图2，就是将T形架构设置在集装箱中心站场两端的股道之间，即龙门吊货物装卸区域的两端的股道之间。接触网终锚T形架构横担在两股道上方，其T形终锚结构向两侧股道伸出悬臂梁位于股道正上方，其单柱及基础不在集装箱站台上，而在两股道中间，电力机车受电弓通过T形架构悬臂梁下接触网支持定位器，从有网段(有电区)进入不挂网段(无电区)，或是从不挂网段(无电区)进入有网段(有电区)，从而实现电力机车从有网区间进入不挂网的集装箱装卸场，在完成集装箱装卸工作后，同样完成电力机车从不挂网装卸场进入有网的区间。

图2 T形终锚结构形式(单位：mm)

2.2 T形终端锚固的优缺点

这种接触网终锚采用T形结构形式，其优点是接触网终端下锚的基础不再设置于集装箱站台上，从而不影响来往装卸车辆(机动车)的视线，站台来往的装卸车辆(机动车)行走可畅通无阻，只有一个基础一个支柱，基础设置在两股道之间，基坑开挖时不破损站台，结构用钢量较小，接触网支持定位装置安装简单并便于调节定位器位置。其缺点是基础设置在两股道中间，基础施工难度较大，同时由于T形终锚结构形式是单支柱托起对称的两个悬臂梁，正常工作时两悬臂梁承受接触网张力产生的弯矩相互抵消，当一侧接触网断线后，T形终锚结构支柱的受扭变形较大，对T形终锚结构单支柱的抗扭强度要求较高，需采取特殊措施增强T形终锚结构单支柱的抗扭强度和刚度。

接触网采用T形终锚结构形式时，要求T形终锚结构支柱水平截面上的剪力流布局合理，在设计T形底柱构造尺寸时，加强了柱平面的闭合构件刚度，控制整个结构不同特征变形的矢量合成方向在允许范围内，笔者对T形终锚结构的计算特点做重点论述。

2.3 T形终端锚结构的特征计算

接触网采用T形终锚结构形式时，其单支柱受力特点是同时受弯和受扭的情况，结构计算相对复杂，支柱截面环形剪力流计算不易简化，整个结构变形量不容易控制。经过对各类工况的比较，认为T形终锚结构接触网单边断线是最不利工况，其计算过程方法如下[3-4]。

接触网采用T形终锚结构在接触网单边断线后，其单支柱截面受力，按箱形断面的翘曲扭转特征计算方法，控制其正应力、剪应力、变形值。

(1)箱形断面的翘曲扭转的正应力

(2)箱形断面的翘曲扭转的剪应力

(3)箱形断面的翘曲扭转变形

式中，T为总扭矩；G为剪切模量；K为扭转常数。

接触网采用T形终锚结构在接触网单边断线后，其水平横梁可按典型的悬臂梁结构计算，同门形终锚横梁相似按受弯强度计算即可。

3 接触网终锚结构实现有网无网之间的过渡方式

电力机车牵引车辆进入集装箱中心站装卸股道区域过程中，电力机车受电弓滑板平稳地从接触线滑脱或导入接触线的过渡构造方式，是接触网终锚结构实现有网无网之间的过渡的关键[5-6]，具体详见图3。接触网的承力索通过绝缘子与带电体隔开，承力索带张力15 kN锚接在钢梁上方，接触网的接触线的带槽沟夹在π形铝质梁槽缝中，通过π形铝质梁端头弯起和夹具紧握，接触线带张力10 kN镶嵌锚固在π形铝梁夹角中，π形铝梁由3个支持绝缘子与带电体隔开。

图3 终锚结构过渡安装形式

4 接触网终锚定位装置

接触网终锚结构钢横梁(或悬臂梁)下方安装的接触网支持定位装置[7-10]，详见图4，主要用途和功能如下。

图4 终锚定位装置

接触网支持定位装置主要完成接触线的锚固、张力传递、电绝缘隔断、电力机车受电弓滑板平稳滑脱或导入[11-12]。同时要保证受电弓有一定的抬起值，将3个支持绝缘子中的2个支持绝缘子底座做成上下活动的创新型活塞连接方式，最端头的一个支持绝缘子底座做成螺栓铰链连接方式，以防止π形铝质梁滑动[13-14]，成功避免了受电弓导入接触网的硬点碰撞。接触网支持定位装置的高度要满足接触网的6.45 m导高要求。

5 结论

综上所述，门形接触网终锚结构和T形接触网终锚结构两种形式各有利弊，T形终锚结构形式可避免集装箱中心站台上装卸车辆与如同门形终锚结构的边柱相碰撞的问题，采用T形终锚结构形式，可使集装箱站台视野开阔，装卸车辆畅通无阻。只是T形终锚结构形式，结构变形复杂，钢结构加工、安装精确度要求较高，同时T形终锚结构形式的荷载传递，使基础工况组合主次不明显，设计时各种工况均应考虑比选，在选择基础方案时必须考虑基础的刚度和强度与T形终锚结构的整体刚度和强度相适应，并且要考虑基础的抗扭曲刚度。采用门形终锚结构形式，虽然在集装箱站台两端占地空间大，给装卸车辆运输带来不畅，两个边柱需要设置防撞墩，但门形终锚结构形式稳定，钢结构安装简单，施工方便，基础工况组合是明确的单向抗倾覆结构，基础满足抗弯强度要求即可[15]。

门形终锚结构形式可以通过正在运营的成都集装箱中心站，牵引供电设计案例中现场照片得到佐证[16-17]，详见图5。

图5 成都集装箱中心站接触网终锚结构现场

建议在铁路集装箱装卸线站场坪较平展，车辆运行远离牵引供电接触网终锚架构的集装箱站，牵引供电接触网设计采用门形终锚结构形式，较为合理。在铁路集装箱装卸线站场坪两端弯道大，车辆运行接近接触网终锚架构的集装箱站，且运输繁忙，装卸车辆往来频繁时，牵引供电接触网采用T形终锚结构形式，较为依据合理。只是要在两股道间设置接触网T形终锚结构时，必须在前期考虑基本限界的要求。