广清城轨接触网中间柱腕臂及腕臂支撑计算

周国维

摘  要：文章主要论述广清城轨接触网中间柱腕臂及腕臂支撑的预配计算方法，针对目前存在的腕臂支撑过长问题，通过计算腕臂长度，可计算出相应的腕臂支撑长度，保证腕臂安装一次到位。腕臂计算中涉及的主要参数有侧面限界、外轨超高、m值及悬挂结构参数等等，这些参数分别通过初步设计或现场测量得到。

关键词：广清城轨;接触网;腕臂计算;m值

中图分类号：U225 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）20-0116-02

Abstract： This paper mainly discusses the pre-configuration calculation method of wrist arm and wrist arm support in the middle column of the catenary of Guangzhou-Qingyuan Intercity Railway. In view of the existing problem of excessive length of wrist arm support， the corresponding wrist arm support length can be calculated by calculating the length of wrist arm， so as to ensure that the wrist arm is installed at one time. The main parameters involved in the calculation of the wrist arm are side limit， outer rail superelevation， m value， suspension structure parameters and so on. These parameters are obtained by preliminary design or field measurement respectively.

Keywords： Guangzhou-Qingyuan Intercity Railway; catenary; wrist arm calculation; m value

1 概述

接触网腕臂组装是电气化接触网施工中的一项关键工序，而腕臂预配计算是腕臂组装中的重点和难点。能否准确计算及预配腕臂，使腕臂组装能一次到位，直接影响电气化施工效率。在广清城轨接触网施工过程中，存在由腕臂支撑过长导致的腕臂支撑与腕臂夹角不符合要求，腕臂支撑与平腕臂绝缘子、定位环距离过小等问题，本文就此类问题对接触网中间柱腕臂及腕臂支撑计算方法进行探讨，为接触网问题整改提供参考。

2 腕臂计算

2.1 安装方式

广清城轨接触网采用带回流线路的直接供电方式全补偿简单直链型悬挂，中间柱正、反定位安装方式如图1所示。

2.2 平腕臂计算

在腕臂计算中，需先通过理论计算得出定位点到线路中心的距离m值。由腕臂计算模型图2可得，支柱在曲线外侧时平腕臂长度LP=Hp*β+Cx-m-C+L露头。

注：LP：平腕臂总长度;Hp：平腕臂离轨面高度;β：支柱斜率（广清城轨桥梁、路基区段采用H型钢柱，近似计算β可直接取0）;Cx：侧面限界;m：定位点到线路中心线的距离;C：腕臂上其他零部件长度的代数和（图中C=L腕臂底座+L绝缘子-L铁模压板=100+800-90=810mm）;L露头：承力索座中心至平腕臂管帽距离。

上述公式中Hp、β、Cx、C四个量可现场直接测出，而m值需通过其他计算得出。m值与拉出值a、外轨超高h、接触线高度H及轨距L有关。当定位点在线路中心线和曲外之间时，可得m=a-c。注意a、m有符号规定：m为正值时，定位点在线路中心与外轨之间;m为负值时，定位点在线路中心与内轨之间;a为正值时，定位点在受电弓中心线与外轨之间;a为负值时，定位点在受电弓中心线與内轨之间。当a>0，m>0，c>0且|a|>|c|时，根据三角关系，c=H*h/L，则m=a-c>0成立。

当定位点在线路中心与受电弓中心线之间或者在受电弓中心与曲内之间，m=a-c都是成立的，本文不再重复证明，直接用m=a-c，或m=a-H*h/L进行下一步的腕臂计算。

由计算模型图2可得，支柱在曲线外侧且m>0时，平腕臂长度LP=Hp*β+Cx-m-C+L露头，支柱在m>0、m<0、曲线内侧外侧及直线区段的平腕臂计算不再重复证明，各种情况的计算总结为表1所示：

进一步简化公式可得，曲线上平腕臂长度LP=Hp*β+Cx+Am-C+L露头，曲外取A=-1，曲内取A=1。

（4）直线段拉出值向线路侧拉为负，向田野侧拉为正，由于桥梁路基区段支柱均在田野侧，因此支柱、定位点在同一侧时，a>0，m=a，所以LP=Hp*β+Cx-a-C+L露头;不同侧时，a<0，m=a，所以LP=Hp*β+Cx-a-C+L露头。因此支柱在直线上时，统一使用 LP=Hp*β+Cx-a-C+L露头 进行计算;而隧道及站台吊柱则相反，使用LP=Hp*β+Cx+a-C+L露头进行计算。

2.3 斜腕臂计算

斜腕臂LX可由勾股定理算出，如图2所示，LX=-L绝缘子+L铁模压板，其中A=LP-Hp*β+L绝缘子-L铁模压板-L露头-LHC=Cx+Am-L腕臂底座;B=HSX-LTP。

LHC：套管双耳中心至承力索座中心的距离;

HSX：上下底座高差;

LTP：套管双耳圆环至平腕臂中心距离。

3 腕臂支撑计算

在计算出平腕臂及斜腕臂长度后，再进行腕臂支撑计算。根据设计要求，腕臂支撑与斜腕臂的夹角α在70°～90°之间，腕臂支撐与定位环及平腕臂绝缘子均不小于100mm，以下保证夹角α及腕臂支撑与定位环的距离两种情况计算：

3.1 保证夹角α

如图2，可得腕臂支撑长度LZC=LZC'/sinα。在不考虑腕臂支撑与定位环距离的情况下，当腕臂支撑与平腕臂绝缘子的距离为100mm，且α=70°时，LZC有最大值为LZC'/sin70°。若腕臂支撑大于此长度，则造成夹角α小于70°或与平腕臂绝缘子的距离小于100mm。因此在预配腕臂支撑时，应选用长度小于最大值的型号。

根据相似三角形性质，可得LZC'=LZT*sinθ，LZT=LP-L铁模压板-L露头-LHC-100（mm）。

LZT：腕臂支撑上部卡子至套管双耳的距离;

θ：斜腕臂与平腕臂夹角，cosθ=A/，sinθ=B/，cotθ=A/B。

3.2 保证腕臂支撑与定位环距离

在不考虑夹角α的情况下，当腕臂支撑与平腕臂绝缘子及定位环的距离均为100mm时，LZC有最大值为LZC"。

如图2，根据余弦定理，LZC"=LXZT2+LZT2-2LXZT*LZT*cosθ;

LXZT：腕臂支撑下部卡子至套管双耳的距离，LXZT=LX-LDD-100（mm），公式中仅定位环距腕臂底座距离LDD为未知值，接下来介绍如何计算定位环安装位置：

根据相似三角形性质，LDD=*B1/B+LDWH*cotθ;

B1：定位管至腕臂底座距离;

LDWH：定位环圆环中心至斜腕臂中心的距离。

综上所述，预配腕臂支撑时，由于要同时满足腕臂支撑与斜腕臂的夹角α在70°～90°之间，腕臂支撑与定位环及平腕臂绝缘子均不小于100mm的条件，需保证腕臂支撑长度分别小于LZC'/sin70°及LZC"，实际中选择腕臂支撑长度时可由计算最大值向下取整。

4 结束语

本文对接触网中间柱腕臂及腕臂支撑计算方法进行探讨，通过计算得出腕臂支撑的理论最大长度，为腕臂支撑的预配提供重要依据，减少由于计算不准确造成的腕臂支撑过长问题，提高施工效率。

参考文献：

[1]TB10758-2018.高速铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准[S].

[2]于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都：西南交通大学出版社，2003.

[3]张成祥.铁路接触网支持架的有限元分析[D].武汉：武汉大学，2004.