Контактные сети и ЛЭП

стиями; 5 — двутавровая; 6— трубчатая; 7— телескопическая сварная; 8— телескопическая литая; 9 – треугольная. 1— 4- сквозные, 5— 9- сплошные

Рис. 4.11. Схемы деревянных опор для линий ВСЛ СЦБ: одностоечная— промежуточная для установки в болотистых грунтах (а); А-образная— силовая с трансформатором типа ОМ (6); АПобразная— концевая кабельная (в); П-образная— мачтовая подстанция (г); трехногая— угловая для перехода через железнодорожные пути (д)

4.4. Жесткие поперечины

Жесткие поперечины представляют собой металлические фермы, закрепленные на опорах с оттяжками, подкосами или без них, и предназначены для поддержания более чем трех продольных подвесок контактной сети. Классификация жестких по-

перечин включает в себя арочные, шпренгельные и оттяжечные конструкции, а так-

же фермы, образующие с опорами рамные, шарнирные и шарнирно-рамные кон-

струкции (рис. 4.12).

Балочные раскосные фермы с прямолинейными поясами и простой решеткой применяемых на РЖД шарнирных поперечин состоят из нескольких коротких про-

странственных блоков (от 2 до 4), выполненных с параллельными поясами и рас-

косной решеткой из стальных уголков и соединенных между собой. Как правило, в

России сооружают жесткие поперечины из ригелей длиной от 17 до 44 м, устанав-

ливаемых на железобетонные стойки (рис. 4.13, а, б). По сравнению с конструкцией гибкой поперечины жесткие поперечины имеют ряд преимуществ: меньший расход стали (при пролетах до 34 м — в 1,5—2 раза); меньшую стоимость (при пролете до

44 м — в 1,2 раза); возможность установки аппаратуры для освещения станций;

снижение трудоемкости сооружения (при свайных фундаментах — в 2—3 раза) и

стоимости (при пролетах до 44 м — до 20 %). При прочих равных условиях и нали-

чии надежной защиты от коррозии наиболее целесообразно примененять жесткие поперечины при пролетах до 34 м, т.е. при перекрытии не более 6 путей.

С 1957 г. широкое распространение получили жесткие поперечины балочного типа с расходом металла на ригель от 30 до 70 кг/м. Однако, более экономичной по расходу стали (на 20—30 %) является жесткая поперечина рамного типа, представ-

ляющая собой портал из жестко соединенных между собой железобетонных стоек и ригеля (рис. 4.13, в). При этом конструкция узла соединения ригеля со стойкой тре-

бует увеличения высоты надземной части опор по сравнению с балочными кон-

струкциями, что вызывает необходимость уменьшения глубины заделки в гру1|т

стоек длиной 13,6 м. Применение поперечин рамного типа при электрификации участка Вязьма— Орша обеспечило снижение стоимости строительных конструкций на 10 %, экономию металла на поперечины — я)а 30% и бетона — на 3 %. Жесткие поперечины рамной конструкции широко применяют также в Англии, во Франции и в Японии.

Рис. 4.12. Классификация жестких поперечин

Увеличение надежности и повышение срока службы жестких поперечин может быть достигнуто выполнением их конструкций из атмосферостойкой стали

14ХГНДЦ (разработка ЦНИИС). Эта сталь, имея расчетное сопротивление на 40 %

больше, чем у СтЗ, обеспечивает уменьшение веса на 10 % и увеличивает ожидае-

мый срок службы до 70 лет.

Следующим шагом по пути совершенствования жесткой поперечины является создание конструкции рамного типа с трехгранным ригелем (см. рис. 4.13, в). Новая

форма ригеля позволяет снизить расход металла на 7—10 % по сравнению с четы-

рехгранным, уменьшить ветровые нагрузки на 10 %, улучшив аэродинамические ха-

рактеристики, в 1,5—2 раза увеличить коэффициент использования подвижного со-

става при транспортировке ригелей, создать лучшие условия для борьбы с гнездова-

нием птиц.

Разработан проект жесткой поперечины рамного типа с трехгранным ригелем,

создана компьютерная программа для выбора типа ригеля, стоек и заделки их в грунт. За рубежом (например, в Словакии) применяются облегченные поперечины с тягами (рис. 4.13, г), в Швеции — шпренгели — конструкции, состоящие из верхне-

го сжатого пояса из прокатного профиля и нижнего растянутого в виде троса или прутка, периодически соединяемых жесткими вертикальными стойками.

Расчет жестких поперечин-ферм (ригелей) и порталов в сборе с фиксирующим тросом или фиксаторными стойками производят так же, как металлических и желе-

зобетонных опор. Методики расчетов с примерами, разработанные под руковод-

ством профессоров В.П. Шурыгина и А.А.Кудрявцева, изложены в пособии по про-

ектированию контактной сети.

Выбрать тип ригеля поперечин, применяемых на РЖД, можно и без прочност-

ных расчетов по таблицам, зная требующуюся длину и несущую способность. Так,

например, поперечины марок П(ПС)15-16,3 и П(ПС)13 имеют несущую способность

147 и 127 кН/м соответственно и основные (и возможные расчетные длины) в мм: 16115(15315, 14515, 13715, 12 915). В скобках приведены возможные расчетные длины поперечин, которые могут быть уменьшены на величину до 0,8 м или до 1,25

м для поперечин с основной длиной до и более 29,1 м соответственно (за счет изме-

нения мест опирания в пределах крайних усиленных панелей). Марка самых боль-

ших поперечин П(ПС)43-44,2.

4.5. Гибкие поперечины

Конструкции. Гибкие поперечины предназначены для перекрытия значитель-

ного числа путей с использованием всего двух опор. В конструкцию гибкой попере-

чины входят поперечно-несущий и фиксирующие тросы, изолирующие устройства и

продольные контактные подвески.

Классифицируют поперечины по степени изоляции и типу конструкций — для трамвайных, троллейбусных, карьерных и магистральных железнодорожных кон-

тактных сетей.

Применяемые в России гибкие поперечины с двойной разнесенной изоляцией

(рис. 4.14, а) позволяют выполнять работы без снятия напряжения с контактной сети как на контактных подвесках в ее зоне и на тросах поперечины вблизи подвесок

(при постановке под напряжение нейтральной части поперечины шунтированием одного из изоляторов), так и на опорах и тросах вблизи опор (при заземлении нейтральной части шунтированием одного из изоляторов). Поскольку изолирован-

ная гибкая поперечина исключает необходимость снятия напряжения с контактной сети для ее технического обслуживания, она нашла самое широкое распространение.

Гибкие поперечины также могут быть изолированными (с 6 изоляторами), но без секционирования станции (рис. 4.14, б), а также заземленными с фиксаторными стойками (число изоляторов 8) и полным секционированием, но с близостью к про-

водам заземленных частей (рис. 4.14, в).

Поперечные несущие и фиксирующие тросы выполняют из биметаллических или стальных проводов, причем для увеличения надежности каждый поперечный несущий трос имеет не менее чем два провода сечением 70 мм2, чтобы при обрыве одного из них оставшиеся могли выдержать всю нагрузку с достаточным запасом прочности. Сечение проводов для фиксирующих тросов — не менее 50 мм2.

В компенсированной подвеске продольные перемещения несущего троса при изменениях его температуры в трех точках крепления контактного провода, бли-

жайших к средней анкеровке, оказываются настолько малыми, что в этих точках на гибких поперечинах никаких специальных мер, обеспечивающих перемещение тро-

са, не принимают. На следующих трех опорных точках применяют удлиненную до

180 мм серьгу, включаемую между изолятором и седлом несущего троса. Это обес-

печивает максимальные перемещения троса при небольшом наклоне подвесного изолятора. На всех остальных опорных точках, вплоть до компенсатора, к изолятору вместо серьги подвешивают ролик, в желоб которого вкладывают отрезок троса

жесткая поперечина; 3 — фиксирующий трос; 4 — фиксатор; 5 — треугольный подвес; 6 — наклонный подвес; 7 — тяга; Н0 — высота контактного провода; УГР— уровень головки рельса; В— размер междупутия; Г — габарит опоры; а — зигзаг

контактным проводом и нижним фиксирующим тросом при скоростях движения до 75 км/ч принимают равным 250 мм, при более высоких скоростях — 400 мм. Эти расстояния в зонах расположения контактных проводов увеличиваются примерно на

50 мм подтягиванием нижнего фиксирующего троса струнами, соединяющими этот трос с точками подвеса несущих тросов контактных подвесок.

Провода поперечного несущего троса на железнодорожных дорогах России со-

единяют между собой, устанавливая зажимы двойного троса, к которым подвеши-

вают вертикальные струны. Однако на железных дорогах ряда стран, например Гер-

мании, четыре поперечных провода несущего троса между собой в точках подвеса не соединяют: часть контактных подвесок подвешивают к одной паре поперечных проводов, часть — к другой.

Рис. 4.14. Схемы гибких поперечин: с изолированными тросами (б); заземленными тросами (в); двойной изоляцией (а); 1 — поперечный несущий трос; 2 и 5 — верхний и нижний фиксирующие тросы: 3 — электрический соединитель; 4 — изолятор; б — секционный изолятор; 7— струна; 8

—струна фиксатора: 9 — фиксатор; 10 — стойка

Пружинный компенсатор, включенный в верхний фиксирующий трос для ком-

пенсации его температурных деформаций, в последнее время не устанавливают как излишний при малых значениях этих деформаций.

Расчеты. Гибкая поперечина представляет собой систему тросов, связанных между собой в нескольких точках. Можно подобрать такой начальный провес попе-

речного троса, что его температурное изменение будет незначительным и им можно будет пренебречь. В этих условиях удобно вести расчеты поперечного несущего троса и расчеты фиксирующих тросов независимо один от другого Можно считать,

что поперечный несущий трос воспринимает и передает на опоры все вертикальные силы, действующие на гибкую поперечную конструкцию, а фиксирующие тросы — на горизонтальные силы.

Расчет поперечного несущего троса. На рис. 4.15 обозначим:

Q1, Q2 , Q3,…Q i — сосредоточенные нагрузки, учитывающие силу тяжести под-

весок, изоляторов, фиксирующих тросов и фиксаторов, воспринимаемую в этих точках поперечным несущим тросом, кН;

y1, y2 , y3,…y i — ординаты поперечного несущего троса в точках приложения

нагрузок, м;

Hп — горизонтальная составляющая натяжения поперечного несущего троса,

кН;

RА, Rв — вертикальная составляющая натяжения поперечного несущего троса соответственно у опор А и В, кН;

ТA и ТB — натяжение поперечного несущего троса, кН; lп - Длина поперечного пролета, м.

Определение вертикальных составляющих опорных реакций сходно с расчетом для балки, свободно лежащей на двух опорах.1 Вертикальную составляющую натя-

жения Кв поперечного несущего троса у опоры В определяют из условия равенства нулю суммы моментов всех сил, взятых относительно точки А, и при расположении точек А и В на одном уровне:

i =1

где gп — равномерно распределенная вертикальная нагрузка на', поперечный трос

(собственный вес и гололед), кН/м.

Рис.4.15. Схема распределения нагрузки поперечного несущего троса

Та же составляющая для опоры А:

i=1

Рассматривая условия равновесия выделенной части поперечного троса при за-

мене действия отброшенных частей соответствующими силами, можно написать уравнение моментов относительно точки С (рис. 4.16).

H п yi = RA x − Q1 x1 − Q2 x2 − g п x 2 / 2

Отсюда

Выражение в числителе формулы (4.7) представляет собой сумму моментов вертикальных сил Мп, действующих слева от рассматриваемого сечения, а в знаме-

нателе — ординату поперечного несущего троса в этом же сечении.

Расчет ведут таким образом. Сначала определяют вертикальные составляющие опорных реакций. Затем так же, как и для балки со свободными опорами на обоих

концах, находят наибольший момент (который, как известно, имеет место в точке,

где эпюра перерезывающих сил проходит через нуль). Разделив наибольший момент

Мп на наибольшую ординату, т.е. допустимую стрелу провеса поперечного несущего троса fп, получим горизонтальную составляющую натяжения троса:

Рис. 4.16. Расчетная схема поперечного несущего троса

Эта составляющая, как ясно из условия равенства нулю суммы проекций всех сил на ось х, остается постоянной по всей длине троса. Для случая, представленного ранее на рис. 4.15, примем условно, что наибольший момент совпадает с точкой приложения нагрузки Q3 . Тогда

M п = М3 = RAl3 − Q1 (l3 − l1 ) − Q2 (l3 − l2 ) − 0,5g пl32

В соответствии с принятым условием будем иметь fп = у3 Тогда горизонтальная

составляющая натяжения поперечного несущего троса:

Затем определяют ординаты троса в точках приложения нагрузок у-. Для этого необходимо найти моменты, действующие в этих точках, и разделить их на горизон-

тальную составляющую натяжения: