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1、西 南 交 通 大 学本科毕业设计（论文）基于CAD技术的站场平面设计（常州站）STATIONS PLANE DESIGN OF CATENARY BASED ON CAD TECHNOLOGY（THE CHANGZHOU STATION）年 级: 2008级学 号: 姓 名: 专 业: 电气自动化指导老师: 2012年 6 月院 系 电气工程系 专 业 电气自动化 年 级 2008级 姓 名 题 目 基于CAD技术的站场平面设计 指导教师 评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日 毕业设计（论文）任务书班 级 电化级班 学生
2、姓名 学 号 发题日期：2012年3月1日 完成日期：2012年6月10日题 目 (常州站) 1、 本论文的目的、意义基于高速电气化铁路近年来飞速发展的需求，掌握高速接触网平面设计及相关知识就显得非常重要。接触网是电气化铁道中主要供电装置，接触网平面设计特别是接触网站场平面设计是施工设计的重要内容。从现场设计、施工等部门来看，接触网平面设计占用了大量人力，花费过多精力。随着计算机技术的发展，近年来CAD技术在该领域得到了广泛应用，设计等部门普遍采用CAD技术进行辅助设计，节约了大量人力及精力，为该领域指明了发展方向。本论文的目的是通过毕业设计，掌握高速接触网平面设计及CAD技术的应用。2、学生
3、应完成的任务完成指定车站（常州站）站场平面设计所需的必要计算。 完成应用CAD技术的站场平面布置图。 完成一跨距吊弦长度计算 完成CAD原始图纸的整理工作 3、论文各部分内容及时间分配：（共 16 周）第一部分 收集相关资料文献，掌握AUTO CAD应用。 ( 3周) 第二部分 掌握站场平面设计方法。 ( 4周) 第三部分程序编制及相关计算。 ( 3周) 第四部分 站场平面布置图。 ( 3周) 第五部分 完成论文写作及整理。 ( 3周)评阅及答辩审定、装订，答辩。 备 注 设计原始资料如下： 一、线路条件：按站场实际线路条件考虑。 二、技术条件：1、接触线高度：6.45M 2、结构高度：1.4
4、0M 3、悬挂数据： 正线：CTA-120+JTM-95(15+15KN)；站线：CTA-85+JTMH-70（10+15KN）、悬挂形式：正线站线全补偿简单链型悬挂 5、土壤特性：=30 填方地段 三、气象条件：第III型气象区 四、设计时速200公里 指导教师： 2012年 3月 1 日审 批 人： 2012年 3月 1 日摘 要现代高速铁路绝大多数都是采用电力牵引方式。接触网设计特别是高速接触网设计过程包含了大量的设计计算、绘图、校验等工作。单靠人工设计工程量大，且质量难以保证。为了减少接触网设计人员的工作负担，缩短设计周期，提高设计质量，保证电气化铁路运行的安全性和可靠性，使用计算机辅
5、助设计是非常必要的。本设计是基于CAD制图系统进行站场接触网的平面设计，完成了福厦城际A站的250km/h高速铁路接触网平面布置图的设计和绘制。本次设计就是采用AutoCAD2007为制图工具，依据相应的计算结果、站场气象条件和地质条件等对正线和站线进行相关的跨距的选择，支柱布置和类型选取以及锚段长度的划分，再按照设计手册中的相关要求在表格栏中对侧面限界、支柱类型、地质情况、安装图号等进行相应的表述。高速接触网与普速接触网无论在设计还是施工方面，都有着许多的不同之处。因此，在本设计中运用了普速接触网所没有的技术。同时，本设计还注重各方面的因素考虑，以使本设计在技术、经济、美观方面都达到基本的要
6、求。另外，在设计后期，本文对接触网的特点进行了分析，对高速接触网与普速接触网的主要差异进行了探讨，对高速铁路接触网部分施工关键技术进行了阐释，为设计和施工提供必要的参考与指导。 关键词 高速铁路；接触网；平面设计；CADAbstractMost modern high-speed railway is adopted electrical traction. Catenary design but especially in high-speed catenary design process contains a large amount of job like design calcula
7、tion, drawing, checking,and so on. The project amounts are big if it depends solely on a manpower designing, and it is difficult to guarantee the quality. In order to reduce the contact network designers work, shorten the design cycle, improve design quality, and ensure the safety and reliability of
8、 electrified railways operation, the use of computer-aided design is very necessary. The design which is based on the CAD drawing system has finished Stations Plane Design of catenary, completed the Fuxia A station 250km/h high-speed railway catenary floor plan design and drawing. This design is the
9、 use of AutoCAD2007 as mapping tools, according to the corresponding results, station weather conditions and geological conditions on the line and station lines are related to the choice of the span, pillar layout and type selection and the anchor length of the division, Then in accordance with the
10、relevant requirements of the design manual column in the table on the side of the gauge, pillar type, geology, such as installation of the corresponding figure number expressed.High-speed catenary and the normal-speed catenary design or construction, have a lot of difference. Therefore, the technolo
11、gy which this design used does not make use of by the normal-speed catenary design.At the same time, pay attention to all aspects of design considerations to enable the design of technical, economic, and aesthetic aspects of basic requirements to meet. In addition, late in the design, the paper touc
12、hes the characteristics of catenary, discussed the mayor differences between the high-speed catenary and the normal-speed catenary, explained the key technology of the high-speed railway catenary construction to provide necessary reference and guidance.Key words High-speed railway；Catenary；Plane des
13、ign；CAD目录摘 要IV目录VI第1章 绪论11.1 高速接触网的特点及要求11.2 高速接触网的技术特征21.3 高速接触网与普速接触网的主要差异3第2章 接触网平面设计的相关计算52.1 原始资料52.2 接触网负载计算52.2.1 线索资料52.2.2 其他相关资料62.2.3 负载计算62.3 最大跨距计算92.4 坠砣高度安装曲线112.5全补偿链型悬挂锚段长度及张力增量曲线决定142.5.1正线全补偿链形悬挂锚段长度及张力增量曲线152.5.2站线全补偿链形悬挂锚段长度及张力增量曲线202.6 吊弦长度计算282.6.1 基本条件分析282.6.2参数说明282.7支柱容量计算
14、302.7.1中间柱容量计算及校验302.7.2转换柱容量计算322.7.3下锚柱容量计算342.7.4道岔柱容量计算352.8 风偏值的校验372.8.1曲线段风偏值校验372.8.2直线区段风偏值校验38第3章 常州接触网站场平面设计393.1 站场接触网平面设计程序393.2 硬横跨的选择403.3 硬横跨结构型式及组成403.4 线索选取413.5 单线支柱选用423.6 锚段的划分433.7 锚段关节443.7.1 五跨绝缘锚段关节453.7.2 四跨非绝缘锚段关节453.8咽喉区放大图463.9 线岔选用473.10 侧面限界的选用493.11安装图号493.11.1 下锚柱安装参
15、考图号503.11.2 道岔柱安装参考图号503.11.3 中间柱安装参考图号513.11.4 转换柱安装参考图号52总结54致谢55参考文献56第1章 绪论为了适应我国铁路运输市场的需求，国家大力发展铁路建设，特别是高速铁路的建设。高速铁路能缩短旅行时同，运输量大，准点率高，占用土地少，能源消耗少，对环境的污染小，社会效益高。为了提高列车的运行速度，节省能源消耗，高速铁路一般采用接触网供电方式。接触网能保证良好地供给电力机车电能，保证电力机车在线路上安全，高速运行。并能节省投资、结构合理、维修简便、便于新技术的应用。因此，对于铁道电气化专业的本科学生来说，了解和掌握高速接触网平面设计是必须的
16、。接触网平面设计是接触网设计的重要环节，是施工工程的重要依据，是高速电气化铁路接触网设计中的关键技术。因此，通过本课题的研究，一则能够深化和巩固学过的高速电气化铁路接触网技术的理论基础，培养自己的独立设计能力，熟悉接触网平面设计过程和技巧；并根据工作去向，重点讨论和研究相关工作领域内容和技术，解决设计、施工和运营中的一些工程技术问题，为以后的接触网工作奠定坚实的基础。在本研究课题中，将尽力采用众多的计算机技术来进行接触网的平面设计工作。提高工作效率，简化工作流程，提高设计质量，为高速电气化铁路做出应有的贡献。研究设计常州接触网平面布置图，其中包括如下内容：确定接触悬挂类型；支柱的位置、类型及容
17、量；锚段的划分及走向；拉出值的大小和方向；支柱的侧面限界；支持装置类型及相应安装图号；咽喉区的放大图；接触线高度等。并运用CAD技术完成设计。研究接触网设计计算，其中包括：接触网负载计算、支柱容量计算及校验，张力计算，最大跨距计算，锚段长度计算，一跨距吊弦长度计算等。了解高速接触网与普速接触网的主要异同点，学习高速铁路接触网施工的关键技术。1.1 高速接触网的特点及要求接触网担负着把从牵引变电所获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务。因此接触网的质量和工作状态将直接影响着电气化铁道的运输能力。由于接触网是露天设置，没有备用，线路上的负荷又是随着电力机车的运行而沿接触线移动和变化的，对接触网
18、提出以下要求：1、在高速运行和恶劣的气候条件下，能保证电力机车正常取流，要求接触网在机械结构上具有稳定性和足够的弹性。2、接触网设备及零件要有互换性，应具有足够的耐磨性和抗腐蚀能力并尽量延长设备的使用年限。3、要求接触网对地绝缘好，安全可靠。4、设备结构尽量简单，便于施工，有利于运营及维修。在事故情况下，便于抢修和迅速恢复送电。5、尽可能地降低成本，特别要注意节约有色金属及钢材。总的来说，要求接触网无论在任何条件下，都能保证良好地供给电力机车电能，保证电力机车在线路上安全，高速运行，并在符合上述要求的情况下，尽可能地节省投资、结构合理、维修简便便于新技术的应用。 1.2 高速接触网的技术特征高
19、速铁路接触网结构上的技术特征，总括起来有以下几点：1. 全补偿悬挂结构由于接触悬挂是露天装置，因此，大气温度对它的将产生较大的影响，在温度发生变化的时候，线性生产不应影响张力的变化。为保证良好受流，在设计时根据线索的材质、强度和截面积，一般张力选取为1025KN，综合张力不宜超过50KN。为保证接触线和承力索的恒定张力，通常采用全补偿的链型悬挂结构。计算表明，综合张力过大，其弹性性能变低，受流质量下降。2. 整体吊弦在高速接触网接触悬挂中，吊弦是其中的主要环节，为适应高速的要求，吊弦向整体式和轻型化发展，过去采用的环节吊弦逐步被淘汰，而改为采用整体式吊弦，同时相应的加大了吊弦的密度。根据计算和
20、试验，吊弦密度太疏了效果不好，因为接触线存在自重负载的影响，在两根吊弦之间要产生寄生弛度，这种寄生弛度和吊弦的支持作用，造成受电弓运行的不平滑性。但是吊弦密度过大，吊弦支持点过密，将会破坏接触悬挂的柔性状态。经过计算机的优化，其吊弦间距一般以8-12m为宜。但在支柱点处，距悬挂点处两侧的简单支柱吊弦相距越近，则悬挂点处的弹性性能将显著变差。3. 锚段关节随着列车速度的提高，在锚段关节处，有一个区段是受电弓同时接触两组悬挂，这时悬挂重量相对加大，在高速运行时，受电弓的抬升量就要减小，相应的会增加接触线和受电弓的磨损，缩短其使用寿命。因而不同的运行速度，其锚段关节的结构参数也应有相应改变，适应不同
21、运行速度的接触悬挂所采用不同的锚段关节类型。在高速接触悬挂中，一般采用五跨绝缘锚段关节作为高速接触悬挂的电分段方式，这时的转换点在跨中，这样就有效的避免了硬点的产生。4. 轻型定位器在每一个定位点处，都必须设置定位器。在高速运行时，该处就是一个集中硬点。而且，速度越高，所反应的硬点越明显。为了解决这个问题，各国都采用铝合金的轻型定位器，这样既减小了硬点，又提高了定位器的灵活性。同时，由于速度的提高，接触线也会产生相应的动态抬高，为了不产生打弓，有些线路还采用弓形定位器。根据不同线路，多数是加设限位装置和防风装置，以便在高速运行时，防止过多抬高和保持相对稳定。5. 减小接触线坡度高速运行中的列车
22、，若接触线的坡度较大，在变坡点必然会引起火花或对受流的破坏，影响十分明显，高速接触网对坡度值的要求是较为严格的，其值不应大于0.3%，一般控制在0.15%以内。1.3 高速接触网与普速接触网的主要差异根据线路的设计速度，接触网可分为普速接触网（运行速度在160km/h）、准高速接触网（运行速度在160200km/h之间）和高速接触网（运行速度在200km/h以上）。高速接触网与普速接触网比较，在悬挂方式、线索材质、线索张力、电气强度、机械强度、结构稳定性、悬挂弹性及均匀性、悬挂抬升量、导线高度及其变化率、弓网振动特性等方面的技术要求均比普速接触网的技术要求高。在接触网的设计、施工、运营工作中，
23、普速接触网一般比较侧重于弓网关系中的几何关系，如拉出值、导高、定位器坡度、绝缘间隙、限界等，在高速接触网中，几何关系是弓网安全运行的基础，要想保证受流质量，弓网系统在高速运行下的动态特性、电气稳定性、机械稳定性是核心。表1-1 高速接触网与普速接触网的大致比较对比项目普速接触网高速接触网基本结构悬挂类型半补偿和全补偿链形悬挂全补偿链形悬挂支持装置以柔性支撑为主以刚性支撑为主定位装置普通定位器高强度轻型组合定位器锚段关节以3、4跨锚段关节为主以4、5跨锚段关节为主分相结构器件式带中性段锚段关节式线岔形式以小号道岔对应的交叉线岔为主，采用标准定位以大号道岔对应的交叉线岔和无交分线岔为主，无标准定位
24、基本参数及动态特性最大跨距(m)6560结构高度(m)1.1l.71.3l.6正线导线高度(m)5.86.05.35.8导线高度变化率不大于0.5不丈于0.3吊弦布置间距(m)5+5*10+5吊弦间距9米，弹性吊弦8米吊弦形式普通吊弦整体吊弦预留弛度(mm)无预留弛度060之间预留平均弹性0.45左右0.7左右弹性差异系数50左右20以下波动速度不考虑是决定要素，须充分考虑综合补偿张力2.5t3.5t5.5t动态抬高不考虑充分考虑并加以限制弓网关系接触压力只考虑接触力的静态值除考虑静态值外，还考虑最大偏差机械磨耗考虑井加以限制考虑并加以限制电气磨耗几乎不考虑确定滑板和接触线材料的重要因素动态包
25、络线上下左右100mm上下左右200mm400mm线材承力索GJ-70 TJ-90THG-95 THG-120接触线钢铝线、黄铜线以银铜线、镁铜线为主第2章 接触网平面设计的相关计算2.1 原始资料1线路条件：按站场实际线路条件考虑2气象条件：第典型气象区 , ,，3技术条件： 接触线高度：6.45m； 结构高度：1.4m； 悬挂数据：正线：CTA-120+JTM-95(15+15KN) 站线：CTA-85+JTMH-70（10+15KN）； 悬挂形式：正线站线全补偿简单链型悬挂； 土壤特性：=30 填方地段 。2.2 接触网负载计算2.2.1 线索资料承力索的规格结构及尺寸性能 表2-1 承
26、力索标称截面积（）计算截面积（）计算外径（）拉断力不小于（KN）单位质量（错误！未找到引用源。）JTM-95（正线）9593.2712.546.08849JTMH-70（站线）7065.8110.538.64599接触线的规格结构及尺寸性能 表2-2 接触线标称截面积（错误！未找到引用源。）计算截面积（错误！未找到引用源。）截面直径A（mm）截面宽度B（mm）参考单位量（错误！未找到引用源。）CTA-120（正线）12012112.9012.901082CTA-85 （站线）858610.8010.767692.2.2 其他相关资料自由落体重力加速度错误！未找到引用源。；吊弦及线夹的单位长度重
27、力负载错误！未找到引用源。；风速不均匀系数错误！未找到引用源。=0.85；线索风负载体型系数错误！未找到引用源。1.25。2.2.3 负载计算1自重负载正线：错误！未找到引用源。站线：错误！未找到引用源。2覆冰负载由于该站处于第典型气象区，覆冰厚度为5mm。(1)承力索的覆冰负载： JTM-95 ：JTMH-70 ：（2）接触线覆冰负载CTA-120 ： 错误！未找到引用源。CTA-85 ：3单位长度风负载（分无覆冰和覆冰两种情况）（1）无覆冰，最大风速时承力索的单位长度风负载：JTM-95 ：错误！未找到引用源。JTMH-70 ：（2）无覆冰，最大风速时接触线的单位长度风负载：CTA-120
28、： 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。CTA-85（3）覆冰时，承力索的单位长度风负载：JTMH-70： JTM-95： 错误！未找到引用源。（4）覆冰时，接触线的单位长度风负载：CTA-120： 错误！未找到引用源。CTA-85 错误！未找到引用源。4合成负载在线索同时承受垂直负载和水平负载时，合成负载是它们的几何和。在计算链形悬挂的合成负载时（是对承力索而言的），其接触线上所承受的水平风负载被认为是传给了定位器而予以忽略。正线 （1）覆冰时的合成负载（只考虑承力索） 正线：站线：此时合成负载对铅垂线的夹角 （2）最大风速时的合成负载（只考虑承力索） 正线：战线：（3）合成负载对铅垂线
29、间的夹角正线：站线 ：2.3 最大跨距计算1. 参与计算数据（1）悬挂当量系数选择 当量计算法是将链型悬挂中的接触线和承力索以及联系它们的吊弦看为一个整体，简单悬挂当量系数取值为1，链型悬挂接触线为铜线时取为0.9，为钢铝线取为0.85，接触线为铜线，故当量系数取为（2）接触线允许风偏移值根据铁路电力牵引供电设计规范第5.4.5条规定 接触线距受电弓中心的水平偏移值在直线区段不超过500mm，在曲线区段不超过450mm，故接触线许可风偏移值在直线区段可取在曲线区段取（3）支柱扰度 接触线水平面处支柱的受风偏移称为支柱扰度（4）直线区段拉出值 根据铁路电力牵引供电设计规范第5.4.6条规定，取2
30、00-300mm，此处取曲线区段拉出值由表2-2确定:接触线拉出值选用 表2-3曲线半径R（米）300R12001200R18001800R区间拉出值（mm）400250150300（5）计算最大跨距时的接触线风负载接触线CTA-120单位长度风负载 接触线CTA-85单位长度风负载 （6）由原始资料得 接触线张力2. 最大跨距计算（链形悬挂）（1）直线区段最大跨距计算正线 站线 由于工程上跨距值取5的倍数，且不能超过60m，故该直线区段的最大跨距取为60m。（2）曲线区段最大跨距计算正线 站线 图纸曲线半径，对应数据如下表2-3所示曲线半径对应最大跨距数据 表2-4曲线半径（m）300120
31、02700正线最大跨距计算值（m）40.0267.4983.82最大跨距取值 （m）406060站线最大跨距计算值（m）40.9969.6最大跨距取值 （m）4060则曲线区段最大跨距取为60米2.4 坠砣高度安装曲线对于全补偿链形悬挂，不仅在接触线下锚处设有补偿装置，在承力索两端也设有补偿装置。因此，可以近似地认为接触线张力和承力索张力均近似为常数（不考虑因温度变化形成的张力增量）。在温度变化时，接触线、承力索虽然也会发生线性伸长（或缩短），由于设有补偿器，它们的张力不受温度变化的影响，其弛度可以认为与温度变化无关（实际受张力增量的影响，弛度也会有相应变化）。全补偿链型悬挂，在无附加负载（覆
32、冰）时，认为接触线呈无弛度状态，此时承力索弛度由下式决定 式中 锚段内的实际跨距值（m）； Z承力索换算张力（KN）； 承力索最大许用张力（KN）； 链型悬挂合成自重负载（KN/m）； 链型悬挂换算负载，其值为 由上两式可知，全补偿链型悬挂承力索弛度,在跨距一定时，由悬挂的负载和承力索张力决定。在常温下，若不考虑冰，风等附加负载的影响，和均近似的被认为是常数，而承力索弛度是不变的，但它的大小由补偿器给定的承力索张力决定。随着大气温度的变化，承力索和接触线会发生线性伸长（或缩短）。为了不使承力索和接触线在最高温度时，因补偿器坠砣着地而失去补偿作用及在最低温度时补偿装置因卡住滑轮而发生事故，一般根
33、据锚段长度的不同，计算出在极限范围内坠砣串的安装高度，称为全补偿链形悬挂坠砣安装高度曲线。安装曲线通常是受上端和下端控制，由于我国疆域辽阔，南北方的极限温度的温差较大，一般在北方由上端控制，计算出的安装距离（坠砣顶部至滑轮组）；在南方有下端距地面的安装高度控制，其安装曲线是表示坠砣串底部至基础面（钢筋混泥土支柱为至地面）的高度。 由于本设计气象区处于南方地区，故计算的安装距离。其计算公式为 式中 坠砣串顶部至滑轮组的最小允许距离（m）；半个锚段的长度（m）；新线延伸率，承力索取6.0，接触线取6.0；承力索或接触线的线胀系数（）;补偿滑轮传动比安装时的大气温度（）。根据铁200769号接触网运
34、行检修规程规定，任何情况下、值均应大于200mm，故取值300mm。根据电气化铁道接触网零件知补偿滑轮组的传动比分为1:2、1:3、1:4三种。本设计接触线为1:2，承力索为1:3.南方接触线安装曲线数据表2-5所示南方接触线安装曲线数据 表2-5 Ltxbx 3004005006007008009001000 400.660.780.901.021.141.261.381.50 300.760.921.071.221.381.531.691.84 200.861.051.241.431.621.801.992.18 100.971.191.411.631.852.082.302.52 01.
35、071.321.581.842.092.352.602.86-101.171.461.752.042.332.622.913.20利用MATLAB绘制出接触线的的安装曲线如图2-2所示图 2-2利用MATLAB绘制出承力索的安装曲线如图2-3所示图 2-32.5全补偿链型悬挂锚段长度及张力增量曲线决定 直线区段锚段长度的确定仅按在极限温度下，中心锚结与补偿器之间接触线的张力差不大于其额定张力的15%来要求。即不考虑承力索的张力差变化。曲线区段锚段长度的确定按在极限温度下，中心锚结与补偿器之间的张力差，接触线不大于其额定张力的15%，承力索不大于其张力差的10%来要求。同时由于全补偿链形悬挂中，
36、接触线弛度的变化很小，因温度变化而损耗与弛度变化的位移更小，故在计算中可令为零。2.5.1正线全补偿链形悬挂锚段长度及张力增量曲线1. 计算条件 : 温差 ；吊弦及定位器处于正常位置时的温度， 结构高度 =02. 全补偿链形悬挂接触线无弛度时承力索弛度及吊弦平均长度式中 锚段内实际跨距值Z承力索换算张力承力索最大许用张力链形悬挂合成自重负载链形悬挂换算负载吊弦的平均长度（m），其值为，计算结果表2-6所示(m)4045505560(m)0.3240.410.5060.6130.729(m)1.1841.1271.0620.9910.914表2-63. 接触线张力差计算直线区段直线区段由于接触线交替受拉和受压，定位器对接触线张力变化影响很小，可以忽略不计，此时仅考虑吊弦作用，在同时考虑温度变化和弹性变形时的张力差计算公式为 由于，故在此时接触线由吊弦引起的张力差为0，根据参考京沪高速的暂行设计规范，故在正线直线区段，锚段长度取1400m。曲线区段此时仅考虑定位器引起的张力增量，计算公式为 式中 曲线半径；定位器长度，取1.2m；跨距,此处取。考虑到代入数据并化简得 计算结果如表2-7所示 T(kN) RL 2700m100m0.0039200m0.0276300m0.071400m0.1344500m0.218600m0.3222700m0.4473