2. Цепная контактная подвеска

В цепных контактных подвесках (рис. 1.91) контактный про­вод 2 (или контактные провода) подвешивают с помощью звень­евых струн 4—7 непосредственно или через рессорную струну 3 (или трос) к несущему тросу 1, закрепленному на поддерживающих устройствах.

Рис 1.91. Схема рессорной цепной контактной подвески: а — общий вид; б — основные элементы контактной сети, характеризующие ее размещение относительно других постоянных устройств; 1 — несущий трос; 2 — контактный провод; 3 — рессорная струна; 4—7 — звеньевые струны; 8 — опора, консоль, фиксатор; 9 — изоляторы; Г — габарит опоры; Н — высота подвески контактного провода от УГР; А — расстояние от токоведущих частей до заземленных частей искусственного сооружения

Основными геометрическими параметрами цепных подвесок являются:

• длина пролета l — расстояние между соседними точками под­веса несущего троса к поддерживающим устройствам;

• конструктивная высота h — расстояние от контактного прово­да до несущего троса у точки его подвеса при беспровесном поло­жении контактного провода в полукомпенсированной подвеске или при номинальном натяжении несущего троса компенсированной подвески;

• стрела провеса несущего троса F — расстояние от низшей точ­ки троса в пролете до прямой, проведенной через точки подвеса троса;

• стрела провеса контактного провода f — расстояние от наибо­лее удаленной по вертикали точки контактного провода в пролете от прямой, проведенной через точки подвеса контактного провода у опор;

• струновой пролет с — расстояние между двумя соседними струнами (с_с — расстояние между струнами в середине пролета);

• длина струны S — расстояние между точкой закрепления (под­веса) струны на несущем тросе (вспомогательном проводе, рессор­ной струне или каком-либо элементе, в свою очередь закрепленном на несущем тросе) до контактного провода (S_min — длина струны, установленной в середине пролета).

В рессорных контактных подвесках геометрическими парамет­рами являются также: l_р = 2а — длина рессорной струны (троса); е — расстояние от опоры до первой вертикальной струны; l_к = = (l — 2е) — длина части пролета, в которой контактный провод имеет провес; d — расстояние от опоры до подрессорной струны (закрепленной на рессорной струне); с₀ — расстояние от подрессор­ной до вертикальной струны; с_р = 2d — расстояние между подрессорными струнами; b — расстояние по вертикали от точки подвеса несущего троса до рессорной струны.

Наличие в цепной подвеске несущего троса позволяет в отли­чие от простых контактных подвесок задать контактному проводу (подбором струн соответствующей длины) беспровесное положе­ние в пролете или смонтировать его с небольшой стрелой провеса. Изменение стрелы провеса контактного провода в полукомпенсированной цепной подвеске зависит от изменения стрелы провеса несущего троса.

В любой цепной подвеске несущий трос изменяет стрелу провеса при воздействии на него дополнительных нагрузок (например, от гололеда), при этом изменит свое высотное положение контактный провод.

Имеется несколько конструктивных мероприятий, с помощью которых изменение стрелы провеса контактного провода в пролете можно сделать меньшим, чем изменение стрелы провеса несущего троса. Если выполнить цепную подвеску так, что несущий трос не будет при изменении температуры окружающего воздуха изме­нять свою стрелу провеса, то и положение контактного провода в пролете по высоте будет постоянным, такая контактная подвеска называется компенсированной.

Стрелы провеса контактного провода в струновых пролетах не­значительны и могут быть соответствующим выбором расстояния между струнами и повышением натяжения контактного провода доведены до размеров, мало влияющих на качество токосъема. Поэтому цепные контактные подвески позволяют осуществлять нормальный токосъем при высоких (160 км/ч и более) скоростях движения поездов и длине пролета между опорами не более 65 м.

Цепные контактные подвески различают по следующим основ­ным признакам:

• способу подвешивания контактных проводов к несущему тросу;

• способу регулирования натяжения проводов;

• взаимному расположению проводов, образующих подвеску в плане;

• типу струн у опор.

Все конструкции цепных подвесок в зависимости от способа подвешивания контактного провода к несущему тросу разделяют на две группы. К первой группе относят одинарные цепные подвески, в которых контактные провода 1 (рис. 1.92, а, б) подвешивают на струнах 2 непосредственно к несущему тросу 3 и к рессорной стру­не 4 ко второй группе — двойные (рис. 1.92, в). В двойной цепной подвеске к несущему тросу 3 подвешивают на струнах 2 вспомога­тельный провод 5, к которому крепят контактные провода 1.

Рис. 1.92. Основные виды цепных контактных подвесок: а — одинарная; б — рессорная одинарная; в — двойная

В зависимости от способа регулирования натяжения проводов цепная подвеска может быть:

некомпенсированной, когда контактный провод 1 и несущий трос 2 закрепляют (анкеруют) жестко (рис. 1.93, а) и нет устройств для ав­томатического регулирования их натяжения. Разновидностью такой подвески является цепная подвеска, имеющая в контактном про­воде приспособления (например, натяжные муфты) для сезонного регулирования их натяжения;

полу компенсированной, в которой только часть проводов, напри­мер контактные провода (рис. 1.93, 6) или контактные и вспомо­гательные провода, снабжена устройствами для автоматического регулирования натяжения — компенсаторами 3;

компенсированной, в которой все провода снабжены общими (рис. 1.93, в, г) или отдельными для каждого провода компенса­торами.

Рис. 1.93. Схемы анкеровок проводов цепных подвесок: а — некомпенсированная (жесткая); б — полукомпенсированная; в, г — компенсированная

По взаимному расположению проводов, образующих цепную подвеску, в плане различают:

вертикальную цепную подвеску, в которой провода расположены в одной вертикальной плоскости (рис. 1.94);

косую цепную подвеску, когда несущий трос в плане значительно (угол наклона струн к вертикали в плоскости, перпендикулярной оси пути, превышает 20°) смещен относительно контактного про­вода (рис. 1.95).

В вертикальной подвеске на прямом участке пути возможны две схемы расположения несущего троса в плане: по оси пути над контактным проводом с зигзагом, равным зигзагу контактного провода. В косой подвеске и струны получают большой наклон в плоскости, перпендикулярной оси пути. Чтобы исключить выкручивание кон­тактного провода, применяют специальные способы крепления его к струнам в зависимости от угла наклона струны.

Рис. 1.94. Вертикальная подвеска на прямом участке пути: а — несущий трос (2) по оси пути (1); б — несущий трос над контактным проводом и с зигзагом контактного провода (3)

Рис. 1.95. Расположение в плане косой контактной подвески на прямом

участке пути:

1 — несущий трос; 2 — ось пути; 3 — опора; 4 — контактный провод;

5 — звеньевая струна

На кривых участ­ках пути в средней части пролета струны оттягивают контактный провод в наружную сторону кривой, вследствие этого он принимает криволинейное (в плане) очертание, приближающееся по форме к кривой железнодорожного пути.

Косая цепная подвеска на кривых участках позволяет существен­но уменьшить в плане углы изменения направления контактного провода у опор в местах расположения фиксаторов (устройств, удер­живающих контактный провод в требуемом положении в горизон­тальной плоскости). Это повышает эластичность контактной под­вески в опорных узлах, что благоприятно сказывается на токосъеме, особенно в кривых малого радиуса. При определенных радиусах кривых косая цепная подвеска может быть выполнена без фиксато­ров. Косая подвеска обладает повышенной ветроустойчивостью по сравнению с вертикальной подвеской, однако монтаж и эксплуата­ция ее значительно сложнее. От расположения контактного провода в плане по длине пролета зависит как ветроустойчивость контакт­ной подвески, так и срок службы контактных пластин (вставок) полозов токоприемников электроподвижного состава. Чем ближе расположен контактный провод к оси пути во всем пролете, тем ветроустойчивее цепная подвеска. Это положение находится в противоречии с вопросом увеличения срока службы контактных пластин из спеченных материалов (металлокерамических, метало- угольных) и особенно угольных вставок токоприемников, посколь­ку чем больше смещен контактный провод от оси пути у опор и чем это смещение равномернее по длине пролета, тем больше срок службы контактных пластин и вставок токоприемников. Поэтому контактный провод (или провода) на прямых участках располагают зигзагообразно относительно оси пути, т.е. с поочередным смеще­нием в ту и другую сторону (рис. 1.96, а).

Нормативный размер зигзагов контактного провода от оси пути при расчетном беспровесном его положении принят 300 мм.

Зигзаги, направленные от опор, называют плюсовыми, а к опорам минусовыми.

Рис. 1.96. Расположение контактных проводов вертикальной подвески

в плане:

а — на прямых участках пути; б — на кривых участках пути; 1 — контактный провод

Двойные контактные провода в точках фиксации рас­полагают на расстоянии 40—60 мм один от другого.

На кривых участках пути контактный провод у опор смещен с помощью фиксаторов во внешнюю сторону кривой — ему дают зигзаг относительно оси (середины полоза) токоприемника. Нор­мативный зигзаг контактного провода у опор в зависимости от ра­диуса кривой допускается не более 400 мм (рис. 1.96, б). Несущий трос на кривых участках пути располагают обычно над контактным проводом. Допускается отклонение в расположении несущего троса в плане не более ±200 мм. Провода вертикальной цепной подвески на кривых участках пути располагают по хор­дам. Поэтому вертикальную подвеску иногда называют хордовой. В отдельных случаях допускается увеличивать зигзаг контактного провода: до 400 мм — на прямых участках и воздушных стрелках и до 500 мм — на кривых. При двойном контактном проводе размер зигзагов принимают по отношению к наружному от оси токоприем­ника проводу. Отклонения от установленных зигзагов контактного провода при расчетном беспровесном его положении не должны превышать ±30 мм, а на скоростных участках ±20 мм. На ветровых участках применяется ромбовидная цепная подвеска (рис. 1.97), в которой контактные провода располагают в плане у опор в виде ромба с разносторонними зигзагами 300—400 мм, а в средней части пролета — параллельно оси пути на расстоянии 50—100 мм один от другого. Ромбовидная подвеска более ветро­устойчива, чем подвески, в которых контактные провода по всему пролету расположены параллельно между собой с одинаковыми зигзагами у опор. Различные варианты ромбовидной подвески приведены на рис. 1.98.

Рис. 1.97. Ромбовидная рессорная цепная подвеска с двумя контактными проводами:

1 — контактный провод; 2 — несущий трос; 3 — струна; 4 — соединительная планка;

l — длина пролета

Рис. 1.98. Схемы расположения контактных проводов ромбовидной контакт­ной подвески: а — на однопутном участке с ромбом на каждой опоре; б — на двухпутном участке с ромбом через опору при расположении опор в створе; в — на двухпутном участке с оттяжным проводом через опору; г — на од­нопутном участке с оттяжным проводом на каждой опоре; L — расстояние

между опорами

На ряде железных дорог эксплуатируется пространственно-ромби­ческая контактная подвеска с двумя несущими тросами (рис. 1.99). Отличительной особенностью ее является то, что контактные про­вода расположены в виде ромбов относительно оси пути. Провода в пролетах соединяются шарнирными планками, а в середине между планками каждый провод крепится к соответст­вующему несущему тросу фиксирующим элементом. Фиксирую­щие элементы выполняют двойную функцию: являются точками подвешивания контактных проводов и одновременно фиксируют провода относительно оси пути. Конструктивно они выполняются в виде гибкого фиксатора и жестко крепятся на несущем тросе и контактном проводе.

Пространственно-ромбичес­кая контактная подвеска является автокомпенсированной системой. Такая конструкция обеспечивает компенсацию возникающих при температурных изменениях напряжений в проводах при отсутствии их продольных перемещений, снимает ограничения по длине анкерного участка.

Общий вид пространственно-ромбической подвески показан на рис. 1.99, а, закрепление несущих тросов на поддерживающих устройствах на рис. 1.99, б, в. Длина пролета определяется проектом и составляет от 24 до 70 м.

Рис. 1.99. Схема пространственно-ромбической контактной подвески на пря­мом участке пути:

а — общий вид сверху; б — вид в продольном направлении; в — в однопутном тоннеле; 1 — контактный провод; 2 — несущий трос; 3 — шарнирная планка; 4 — фиксатор; 5 — изолятор; l — расстояние между узлами подвеса несущих тросов (длина пролета)

В зависимости от типа струн и их расположения у опор цепная подвеска может быть:

с простыми вертикальными струнами, когда струны устанавли­вают не далее 1—2 м от опор;

со смещенными простыми вертикальными струнами, когда струны удалены от опор более чем на 2 м, в одинарной подвеске опорные простые струны устанавливают обычно на расстоя-нии 4—5 м от опоры, в двойной подвеске — на расстоянии 5—9 м;

рессорной, когда струны контактного провода (или вспомогатель­ного провода — в двойных подвесках) закреплены на рессорной струне (тросе) (рис. 1.100).

Конструктивную высоту цепных подвесок принимают с целью унификации всех конструктивных размеров цепных подвесок с учетом применения типовых железобетонных опор контактной сети в типовых проектах конструктивную высоту цепных подвесок, принимают 1,8 с допуском +0,6—0,3 м. Для контактных подвесок КС-200 допускается отклонение от конструктивной высоты 1,8 м в пределах ±10 мм.

Рис. 1.100 (окончание): в — основные параметры контактной подвески КС-200; г, д — основные па­раметры контактной подвески КС-160 (соответственно постоянного и пере­менного тока); НТ — несущий трос; КП — контактный провод

В компенсированной цепной подвеске при изменениях темпе­ратуры воздуха происходит перемещение вдоль анкерного участка как контактного провода, так и несущего троса. Причем в случае изготовления троса и провода из одного материала эти перемеще­ния будут одинаковыми, и, следовательно, при любых температурах струны подвески будут располагаться в ее плоскости вертикально, а если трос и провод из разнородных материалов, то с незначи­тельным наклоном.

Важным параметром цепной подвески является длина струнового пролета. При больших струновых пролетах (более 12 м) из-за на­личия местной стрелы провеса контактный провод в средней части струнового пролета изнашивается быстрее, чем у струн. Следова­тельно, чтобы износ контактного провода в пределах струновых пролетов был равномерным, необходимо их длины принимать по возможности меньшими, особенно в средней части пролета цепной подвески.

При электрификации железных дорог, реконструкции и обнов­лении находящейся в эксплуатации контактной сети широкое при­менение находит компенсированная контактная подвеска КС-160. По своим динамическим качествам она значительно превосходит полукомпенсированную КС-120. Даже при невысоких скоростях движения неравномерность нажатий полозов токоприемников на контактные провода при полукомпенсированной подвеске оказыва­ется значительно выше, чем при компенсированной. Это приводит к неравномерному износу контактных проводов и повышению их среднего удельного износа, а следовательно, и уменьшению срока службы. Срок службы двойного контактного провода в компен­сированной подвеске в 1,3 раза больше, чем в полукомпенсиро­ванной.

На российских электрифицированных железных дорогах смонти­рована главным образом одинарная полукомпенсированная и ком­пенсированная цепные подвески. На скоростных магистралях Мос­ква—Санкт-Петербург и Санкт-Петербург—Бусловская, где ско­рость движения поездов достигает 200 км/ч, применена компенси­рованная рессорная подвеска с улучшенными параметрами и ко­эффициентом неравномерности эластичности не более 1,2 (КС-200).

Расстояние между креплениями струн на контактном проводе не должен превышать 8 м при компенсированной подвеске и 10 м при полукомпенсированной, а также при компенсированной под­веске КС-200.

Двойные контактные провода компенсированных подвесок кре­пят каждый на отдельных струнах, расположенных в шахматном порядке с расстояниями между смежными струнами не более 4 м или на совмещенных струнах с закрепленными на струнах скоба­ми и расстоянием 40—50 мм между струновыми зажимами разных контактных подвесок.

Металлическая струна выполняет не менее чем из трех звеньев, длина нижнего звена должна быть 300мм, верхнего— не более 600мм, а длина среднего звена определяется по месту.

Типы основных контактных подвесок и область их примене­ния на электрифицированных линиях приведены в таблице 2.1.1 ПУТЭКС [3].

На открытых местах, где скорость ветра может оказаться выше нормативной для данного района на 20 % и более, применяют ромбовидные и пространственно-ромбические подвески или с оттяжными проводами или устанавливают ограни­чители подъема дополнительного фиксатора, жесткие распорки на сочлененных прямых и обратных фиксаторах (рис. 1.101).

Рис. 1.101. Жесткие распорки между несущим тросом и основным стержнем фиксатора на ветровом участке

Рис. 1.102. Схема установки ветровой струны: а — на обратном фиксаторе; б — на прямом фиксаторе; в — ветровая струна; 1 — стержень основного обратного фиксатора; 2 — ветровая струна; 3 — зажим фиксирующий; 4 — фиксатор дополнительный; 5 — стойка; 6 — стержень основной прямого фиксатора

На КС-200 применяют ветровые струны (рис. 1.102). В местах, подверженных автоколебаниям, на несущем тросе на расстоянии 2—2,5 м от под­весной точки устанавливают гасители автоколебаний (металличес­кие полосы шириной 45 мм, длиной 1,2 м).