浅析接触网腕臂计算方法论文_田弘扬

1.腕臂计算的目的

当在既有非电化区段进行电化改造且既有铁路线路中心及轨顶高程保持不变时，我们可以很准确的测量出组立之后支柱的准确侧面限界，再依据设计导高、拉出值等参数可以较准确的计算出腕臂管长度；当处在新建电气化铁路区段时，很多时候会出现站前站后交叉施工的现象，此时为了更加快速、准确的实现腕臂安装等一系列高空作业施工，就得将腕臂提前预制，可实现更快、更高效的批量化安装。在腕臂的预制过程中，主要是根据现场实测数据以及设计给定的参数，计算出水平腕臂及斜腕臂的长度，再扣除各连接件的长度或高度，进而确定水平腕臂管和斜腕臂管的实际长度。由于各连接件之间空隙从在，避免安装后的腕臂出现“低头”现象，在扣料时还得适当的将斜腕臂管予以加长。

2.腕臂预制计算中的各项参数

在腕臂的预制计算中需要明确的各项参数有：根据设计平面图、安装图，可以得到以下参数：导高、拉出值、结构高度、上下腕臂底座安装间距、侧面限界、曲线半径、定位器长度、定位器安装坡度等；需要现场测量得到的数据有：支柱斜率、支柱实际侧面限界、定位点轨顶实际超高。因曲线半径与定位点处外轨超高为曲线腕臂计算要素，本文暂不作介绍。

3.单腕臂正定位支柱的腕臂计算

单腕臂中间柱的腕臂计算，主要是以支柱实际测量的定位点侧面限界为参考。

3.1平腕臂计算

如图1所示：

图1

从图1中可以看出：O点为上腕臂底座安装位置，A点为平腕臂末端。OA为平腕臂的计算长度，B点为承力索座安装位置，D点为承力索安装位置，G点为接触线安装位置，F点位定位点线路中心，EF为现场实测支柱侧面限界。DG的延长线与轨面EF交于H点，C点为线路中心在平腕臂上的投影。H1为上腕臂底座安装高度，H2为下腕臂底座安装高度。ΔH为上下腕臂底座安装间距。

过O点做一条垂直于轨面EF的辅助线OP，则OP的高度为：

OP=BH=DH-DB=DG+GH-DB。

注：DG为结构高度

GH为接触线高度

DB为承力索座的高度+平腕臂管横截面的半径

所以：OA的计算长度为：

OA=OC+CA=PF+CA=(PE+EF)+(BA-BC)

=（OP*δ+EF）+(BA-BC)

注：BA为平腕臂调节距离

BC为拉出值（当定位方式改变为反定位时，则拉出值取负值。）

当得出OA的计算长度后，就需要计算平腕臂的实际长度，也就是我们常说的扣料。首先，平腕臂的安装方式是：底座+棒瓶+平腕臂的方式，所以只需要扣除腕臂底座及棒瓶的有效长度即可。扣除过程中，需要注意的是，位置距离的计算，一般是把底座和棒瓶连接在一起以后，再测量。棒瓶和平腕臂的连接部位，是以连接的孔中心为测量点。

3.2斜腕臂的计算

如图2所示

图2

从图2中可以看出：O点为下腕臂底座安装位置，OA为斜腕臂的计算值，G点为定位点，H点为线路中心在平腕臂上的投影。

过O点作一条垂直于轨平面EF的垂线，交EF于P点；过O点作一条平行于轨平面EF的平行线，交FH于D点，过G点做一条垂直于轨平面EF的垂线，交OD于C点，过A点作一条垂直于OD的垂线，交OD于点B。

则OP的高度为：

OP=HF-AB

注：HF为上图计算所得的上腕臂底座安装高度

AB为设计给定的上下腕臂底座的安装间距

由勾股定理可得，OA的计算长度为：

OA²=OB²+AB²

而OB的计算长度为：

OB=OD-BD=PF-BD=(PE+EF)-(BC+CD)

=（OP*δ+EF）-(BC+CD)

注：BC为设计给定调节距离

CD为拉出值（当定位方式改变为反定位时，则拉出值取负值。）

斜腕臂的安装方式是：底座+棒瓶+斜腕臂+套管双耳的方式，在施工过程中，如果支柱一根一根计算会加大工程量，一般是进行批量计算，腕臂底座与套管双耳的安装方式与斜腕臂不在一条理论直线上，但是，我们主观上认为在一条直线上进行计算。斜腕臂扣料方式与平腕臂一样。在过去的几年的工作中，由经验得出，在斜腕臂扣料过程中，在得出实际长度以后，可以再加上1公分，因为斜腕臂两端都是螺杆连接，连接孔的直径与螺杆直径不完全一样，加上一公分以后，可以减小甚至消除这种误差，从而预防腕臂低头的可能。

4.非绝缘关节转换柱双腕臂的计算

双腕臂转换柱工作支的水平腕臂和斜腕臂的计算方法与中间柱的计算方法一样；抬高支的腕臂计算，是以工作支水平腕臂的计算长度参照的。在双腕臂计算中，可以从设计安装图纸中的到：工作支与抬高支的承导线安装高度间距。一般转换柱采用的，就是我们常说的“平二抬三”，绝缘关节常采用的是“平五抬五”。而且，水平线间距也有正负值之分，因为一个关节里，靠近下锚支柱的两根转换柱，其中一根支柱为开口，则另一根支柱为闭口。

4.1抬高支平腕臂的计算

如图3所示

图3

从图3中我们可以看出：A点为工作支平腕臂承力索座安装位置，S点为抬高支平腕臂末端，B点为抬高支平腕臂承力索座安装位置，O点为上腕臂底座安装位置。

过B点作工作支平腕臂OA 的垂线，交OA于点C，AC段即为转换柱承导线的水平间距，BC段即为转换柱承导线的垂直间距。在图1的解题过程中，已经得出过OA的计算长度，

所以，由勾股定理可得，OB的计算长度：

OB2=BC2+OC2=BC2+(OA-CA)2

所以，抬高支平腕臂的计算值OS的值为：

OS=OB+BS

注：BS为设计给定调节距离

4.2抬高支斜腕臂计算

如图4所示

图4

从图中可以看出：E点为下腕臂安装位置，ED为抬高支斜腕臂的计算值，过点D作BC的垂线，交BC于点G，过E点作OA 的平行线EF，过D点作OA的垂线，交EF于点F，过O点作EF的垂线，交EF于点H。

在三角形OBC中，ODI与OBC为相似三角形，DB与BS的数值，为设计给定值。

所以，从图中可以得出:

DI:BC=OD:OB=(OB-BD):OB

IF=OH

DF=DI+IF

注：OH为上下腕臂底座安装间距

同理可得：在相似三角形ODI与OBC中，

OI:OC=OD:OB=(OB-BD):OB

EF=HF-HE=OI-HE=OE-OH*δ

在三角形EDF中，由勾股定理可得，ED的计算长度为：

ED²=EF²+DF²

5.测量过程的一些建议

测量过程中，支柱斜率一般使用JDD-8型激光测距仪测量得出，但是混凝土支柱受压面，是凹凸不平的，测量人员在测量的时候，有可能会因为测量参考点选取不当，得出错误的测量结果。所以，在支柱斜率测量时，一般需要进行二次测量，两次的数据相比较，相差较大的，需要再次测量，两次相近的，取平均值。另一种验证方法是：使用靠尺。在支柱光面进行测量，得出的数据根据支柱自身斜率，反算受压面斜率。这种测量方法的缺点是：主观性较大，不能得出比较精确的数据，优点是能比较快且直观的给出数据范围，验证数据的准确性。

在站前站后交叉施工区段，当站前施工滞后，铁路线路中心及轨顶高程还未到位时，就得精确地测量出每根支柱所处里程处的线路中心及轨顶高程，若是曲线时，还得确定外轨超高，此时还需和站前施工紧密联系，以免双方施工的误差或站前施工的变更而倒至错误的测量结果。

当遇有上跨桥且上跨桥对接触网承力索的绝缘距离不足时，可以适当的将上腕臂底座安装高度下调，同时将上下腕臂底座间距减小，此时还需考虑斜腕臂的动态包络数据是否满足将来列车安全运行的情况。

6.结束语

接触网腕臂的预制，是整个接触网网上施工最基础的步骤。只有掌握腕臂计算的原理，才能更好的完成腕臂预制工作，为施工节约成本和时间。本文从最普遍的接触网腕臂的安装形式，简要分析了接触网腕臂计算的推导，这些只是笔者的粗浅认识，不足之处，请批评指正。

论文作者:田弘扬

论文发表刊物:《信息技术时代》2018年12期

论文发表时间:2019/8/15

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