接触网课程设计张力自动补偿装置的分析与研究.docx
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接触网课程设计张力自动补偿装置的分析与研究
接触网课程设计---张力自动补偿装置的分析与研究
接触网工程课程设计
指导教师评语
专业：
电气工程及其自动化
班级：
姓名：
学号：
2009
指导教师：
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2012年7月13日
1基本题目
1.1题目
张力自动补偿装置的分析与研究。
1.2题目分析
在这次课程设计中，我做的是滑轮式、Re200c非并联棘轮式、YB液压型张力自动补偿装置的分析和研究。
张力自动补偿装置，又称张力自动补偿器，它是装在锚段的两端，并且串接在接触线和承力索内，它的作用是补偿线索内的张力变化，使张力保持恒定。
对张力自动补偿装置的要求有两点，其一，补偿装置应灵活，在线索内的张力发生缓慢变化时，应能及时补偿，传送效率要高；其二，具有快速制动作用，一旦发生断线事故或其他异常情况，线索内的张力迅速变化时，补偿装置还应有一种制动功能。
张力自动补偿装置的分类有：
滑轮式、棘轮式、鼓轮式、液压式及弹簧式等。
2张力自动补偿装置的分析与研究
2.1张力自动补偿装置的概念
张力自动补偿装置，又称张力自动补偿器，它是装在锚段的两端，并且串接在接触线和承力索内，它的作用是补偿线索内的张力变化，使张力保持恒定。
因为在大气温度发生变化时，接触线或承力索也会发生伸长或缩短，从而使线索内的张力发生变化，这时就会影响到接触线或承力索的驰度也会发生变化，因而使受流条件恶化。
为改变这种情况，一般在一个锚段的两端，在接触线及承力索内串接张力自动补偿装置后，再进行下锚。
对张力自动补偿装置的要求有两点，其一，补偿装置应灵活，在线索内的张力发生缓慢变化时，应能及时补偿，传送效率要高；其二，具有快速制动作用，一旦发生断线事故或其他异常情况，线索内的张力迅速变化时，补偿装置还应有一种制动功能。
一般对于全补偿的承力索内的补偿装置，如果不具备这种功能时，还需专门加有断线制动装置，以防止在一旦发生断线时，坠砣串落地而造成事故扩大、恢复困难。
2.2滑轮式张力自动补偿装置
（1）我国电气化铁路广泛采用滑轮组式补偿装置，它是由补偿滑轮、补偿绳、杵环杆、锤铊杆、限制导管和坠砣组成。
对于半补偿链形悬挂，承力索为硬锚，就是直接下锚，如图1所示。
图1半补偿链形悬挂
（2）对于全补偿链形悬挂，接触线和承力索都通过滑轮组补偿装置后下锚，此时承力索采用三个滑轮，接触线采用两个滑轮，承力索张力为15kN，接触线张力为10kN，承力索采用的传动比为3:
1，接触线采用的传动比为2:
1，所以坠砣的重负载都是5kN，如图2所示。
这种全补偿装置的断线制动装置是另外的加设的。
图2全补偿链形悬挂
（3）应该指出，各种线索的张力值不是任意选用的，而是根据线索的拉断力（抗拉应力）除以安全系数决定的。
不同材质、不同截面线索，所选用的张力不同，因而坠砣重量和传动比都会有所变化。
2.3Re200C型非并联棘轮式补偿装置
我国哈（尔滨）—大（连）线电气化技术改造，引进了德国非并联棘轮补偿装置。
这种棘轮，从结构上看，接触线和承力索不是并联连接到补偿器上，而是分别连接到补偿器上，同时，棘轮的中间有一个齿轮，它是起断线制动作用的。
这种补偿器的优点是不仅在承力索断线时具有快速制动功能，而且在发生事故后，能够较易于修复，影响面较小。
引进德国技术的Re200C型补偿装置，其安装结构如图3所示。
图3Re200C型非并联棘轮式补偿装置
承力索和接触线是分别通过棘轮装置固定到支柱上去的，支柱设有拉线。
从图可以看出，承力索和接触线分别固定到支柱的两侧。
为防止坠砣摆动，坠砣串上装有限制环，在温度发生变化时，限制环可以沿导杆上下移动。
在结构上，接触线和承力索的补偿棘轮上都装有断线制动装置，以防在断线时，不致扩大事故范围，并易于恢复；同时还可以防止坠砣串受到破坏。
安装曲线下面标注的300—800m数字是所使用的半个锚段的长度，右侧的数字从上至下为对应温度下坠砣的安装高度。
安装曲线对应的安装温度为-40℃—+80℃，这一点与我国原来采用的计算最高温度的不一样，我国的最高温度从南方至北方一律采用+40℃。
这里采用+80℃，实际上是在最高计算温度上加了40℃，它是考虑承力索和接触线在满电流负荷运行中，线索可能产生的最高温度。
在这种情况下，承力索和接触线的伸长所形成的位移，不致使坠砣串的底部着地。
这种棘轮式补偿装置的安装形式有两种，图3所示为接触线和承力索的下锚棘轮是上下布置，这样会增加支柱的高度和容量；另一种是接触线和承力索的下锚棘轮是水平布置，两个棘轮安装在支柱的两侧，这样，可相应降低支柱的高度。
2.4YB型液压张力补偿装置
施工中利用坠砣对接触线和承力索进行张力补偿，虽然结构简单，但容易出现滑轮偏磨、卡滞、坠砣摆动等不安全因素。
而且由于占用空间大，在线路周围空间受限的情况下无法使用。
在长达隧道和隧道群地段，接触网往往需要在隧道内下锚，而传统的补偿方式将大大增加新线隧道开挖的工作量；对既有线则需要扩大原有隧道断面，可能破坏隧道原有衬砌的承载结构，而YB型液压补偿装置不仅能够满足接触网补偿的要求，还能在低矮狭窄净空条件下安装。
图4为“YB型液压张力补偿装置”的工作原理简图，该装置由一个单作用的油缸通过油管和一个气囊式储能器连通，组成一个封闭的独立液压系统。
储能器的气囊中充有一定压力的气体，油缸和储能器中注有液压油。
油缸拉力的大小由储能器中气体压力的大小决定。
图4YB型液压张力自动补偿装置的结构
接触线或承力索的自动张力补偿，是一个缓慢变化的动态过程，在每一个固定时刻，线索的张力和补偿装置对线索施加的拉力相等，系统处于力的平衡状态。
当环境温度自平衡点升高时，线索膨胀伸长，张力减小，则储能器内具有一定压力的气体挤压液压油通过油管向油缸内补充，使油缸活塞杆回缩，并达到新的力平衡位置，当环境温度自平衡点降低，线索回收，张力加大，则带动活塞油缸活塞杆伸出，将油缸内部分液压油压回储能器，储能器气体体积压缩，并达到新的平衡位置。
在活塞杆伸缩的过程中，储能器内气体的体积、压力和温度三个参数之间的关系应基本符合理想气体状态方程。
对接触网系统来说，当环境温度达到最低温度时，即
，线索产生最大收缩，油缸活塞杆拉出至最大位移，储能器中气体被压缩，体积为最小，即
，压力最大，即
。
反之，当环境温度达到最高，即
，则储能器中体积最大，即
，压力最小，即
，则有理想气体的状态方程可得：
如果要求补偿张力保持恒定，即将
代入上式可得：
设
为
到
过程中V的增量，则
，根据设计要求,可设定补偿量（即活塞行程）为L，油缸活塞面积为f，则
时上式成立，表明整个温度变化和全部补偿范围内，张力保持恒定。
因而可以根据线索额定张力值来设计液压系统的标准压力，并将系统平衡点的温度设置在环境温度最大差值1/2的位置处，将系统平衡点的几何位置设置在油缸最大行程的中点。
但实际应用条件和理论分析有一定的差别，如补偿器和线索的温度环境不一定完全一致；导线温度还受载流温升的影响装置动作过程中摩擦阻力的变化和影响等。
因此将理论计算和大量的模拟必选相结合，优化选取了系统参数，以期缩小计算与实际的差距，尽量提高补偿精度。
“YB型液压张力自动补偿装置”在结构组合方式、密封形式和材料的选择、实验检测及安装方法等方面做了许多改进补偿精度进一步得到了提高温差范围可扩大到70℃，补偿量可达到1200mm，补偿张力可达到29.4kN，在关键区段、投资允许的条件下选择国外高等级的油缸和储能器组装，装置的工作寿命可达到15年以上。
近年来，该装置在襄渝线、大秦线、石怀线、西康线、宁西线、盘西线、南昆线、贵昆线宝兰二线以及上海市城市轨道交通线等多条既有线和新线上已推广应用了300多套，运行状态稳定，使用效果良好，取得了显著的技术和经济效益。
3结论与体会
接触网是一种复杂的供电设备，为了列车的安全运行，必须保证列车受流平稳，在技术上在要求接触线具有恒张力。
然而接触网受温度和气象条件的影响很大，温度会使接触线和承力索的张力发生变化，不利于列车的安全运行。
为了解决线索能够保持恒张力，在实际中采用了各种形式的张力自动补偿装置。
在这次设计中依次论述了滑轮式张力补偿装置、鼓轮式张力补偿装置、德国Re200C型非并联棘轮式补偿装置、日本弹簧式张力补偿装置以及我国最新的YB型液压补偿装置，采用不同的补偿装置其张力补偿的效果也不同，由于我国幅员辽阔，各地气象温度差异很大，在施工过程中可以灵活采用各种形式的补偿装置。
此次设计过程中，我查阅了大量国内外有关接触网张力补偿的文献，本文所罗列的各种补偿装置中既有传统的滑轮式补偿装置，又有国外先进的补偿装置，同时还详细介绍了最新的YB型液压补偿装置。
通过不断查阅和学习，更深刻地了解了张力补偿装置的工作原理及其在实际使用中的重要性，加深了对课堂理论知识的理解。
原本以为补偿装置仅仅是课本上所叙述的那几种，在做这次课程设计的工作中，我得以接触到国内外各种更新更先进的补偿装置，所以课外探索式学习是课堂理论学习的重要补充，在今后的学习中，我会着力培养这方面的能力，在知识深度和广度上得到更大的提升。
参考文献
[1]于万聚主编.高速电气化铁路接触网[M].成都:
西南交通大学出版社,2002.
[2]李爱敏主编.接触网生产实习指导[M].北京:
中国铁道出版社,2000.
[3]李伟主编.接触网[M].北京:
中国铁道出版社,2000.
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