接觸網(wǎng)彈性線夾在地鐵剛性懸掛中的應(yīng)用

黃冬亮

0 引言

自2003年廣州地鐵2 號(hào)線第一次采用剛性懸掛接觸網(wǎng)以來(lái)，國(guó)內(nèi)多個(gè)城市也相繼采用了剛性懸掛技術(shù)。剛性懸掛接觸網(wǎng)因其維護(hù)少、壽命長(zhǎng)、接觸線無(wú)張力架設(shè)、載流量大及對(duì)隧道凈空要求較低等特點(diǎn)，正在被越來(lái)越多的線路采用。

先期建成的剛性懸掛線路一般采用B 形匯流排定位線夾和門形懸掛結(jié)構(gòu)，縱橫向剛度較大，沒有彈性，受電弓滑過(guò)時(shí)跟隨性較差。在剛性懸掛錨段關(guān)節(jié)、道岔等位置有受電弓和匯流排的碰撞、離線等情況出現(xiàn)，引起接觸線異常磨耗的情況。通過(guò)受電弓和匯流排的碰撞受力分析比較，采用彈性線夾使匯流排具有一定阻尼特性，可緩解碰撞，降低磨耗。

1 接觸線在錨段關(guān)節(jié)區(qū)段磨耗異常分析

剛性接觸網(wǎng)匯流排剛度大，匯流排在受電弓高速通過(guò)時(shí)幾乎沒有抬高，與柔性接觸網(wǎng)系統(tǒng)中接觸線和受電弓的追隨性相比相差甚遠(yuǎn)。安裝調(diào)整對(duì)精度要求高，特別是在小曲線、道岔、變坡點(diǎn)等位置，與線路超高、變坡等因素息息相關(guān)。另外在剛性懸掛錨段關(guān)節(jié)區(qū)段也產(chǎn)生較大的接觸線磨耗。

剛性懸掛錨段關(guān)節(jié)，由兩段匯流排重疊布置，匯流排間距一般為200～300 mm。關(guān)節(jié)分為絕緣錨段關(guān)節(jié)和非絕緣錨段關(guān)節(jié)，用于補(bǔ)償匯流排的熱脹 冷縮，其中絕緣錨段關(guān)節(jié)兼用于電氣上的分段。剛性懸掛錨段關(guān)節(jié)布置實(shí)物詳見圖1。

圖1 剛性懸掛錨段關(guān)節(jié)實(shí)物圖

錨段關(guān)節(jié)位置容易產(chǎn)生異常磨耗的原因有以下幾點(diǎn)：

（1）匯流排施工安裝不到位、微調(diào)精度達(dá)不到要求，可能會(huì)引起重疊段雙支匯流排存在高差。

（2）剛性懸掛錨段關(guān)節(jié)采用匯流排終端平行過(guò)渡，受電弓通過(guò)時(shí)勢(shì)必會(huì)對(duì)一側(cè)匯流排產(chǎn)生一定的沖擊，受電弓在沖擊過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生比較大的振動(dòng)，造成離線，引起電火花，對(duì)關(guān)節(jié)的損傷較大。所以一般剛性懸掛錨段關(guān)節(jié)處火花相對(duì)比較嚴(yán)重，接觸線有異常磨耗。

2 彈性線夾的運(yùn)用及受力分析

上述情況在每條新設(shè)計(jì)的地鐵線路中都會(huì)存在，而且是難以避免的。

首先列車在行駛中，由于運(yùn)行速度、線路情況及接觸網(wǎng)參數(shù)的變動(dòng)（坡度、超高、不平度、拉出值等），受電弓必然會(huì)發(fā)生左右搖晃和上下抖動(dòng)。因此在進(jìn)入關(guān)節(jié)過(guò)渡區(qū)時(shí)，受電弓與匯流排終端翅起部位發(fā)生碰撞是可預(yù)見的，如圖2所示。

圖2 斷面方向受電弓與關(guān)節(jié)接觸線位置關(guān)系圖

針對(duì)上述情況，可以設(shè)想，假如匯流排具有一定的彈性，在受電弓對(duì)匯流排產(chǎn)生沖擊的瞬間可以有一定的緩沖效果，可避免或減輕弓網(wǎng)磨損。所以，在錨段關(guān)節(jié)、小曲線、道岔等受電弓容易對(duì)匯流排產(chǎn)生沖擊的區(qū)段采用帶有一定彈性的定位線夾。該種線夾采用一體化結(jié)構(gòu)以及金屬擠壓工藝，使安裝施工效率及產(chǎn)品性價(jià)比得到進(jìn)一步的優(yōu)化；此外，線夾特設(shè)的金屬?gòu)椥宰枘嵫b置可以改善弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)受流性能，減緩接觸網(wǎng)局部區(qū)段異常電磨損，提高列車時(shí)速。彈性線夾如圖3所示。

圖3 彈性線夾示意圖

彈性線夾的主要特點(diǎn)如下：

（1）改善弓網(wǎng)的動(dòng)態(tài)受流性能、減緩接觸網(wǎng)異常的電磨損，具有提高列車時(shí)速的潛力。

（2）確保定位線夾在水平方向荷重的作用下不會(huì)歪翹，彈簧的調(diào)節(jié)效率得以充分的發(fā)揮，匯流排的膨脹與收縮，在標(biāo)準(zhǔn)彎曲半徑及坡度的線路（軌道）條件下，均能靈活自由，匯流排不會(huì)出現(xiàn)卡死于線夾中而危及絕緣子抗彎強(qiáng)度的情況，運(yùn)行可靠性得到提高。

（3）滑塊由導(dǎo)電性材料制成，為匯流排與定位線夾必需具備的整體電氣性能、為設(shè)備在帶電運(yùn)行時(shí)的可靠性以及停電維修時(shí)所需接地的有效性和安全性提供了保證。

（4）定位線夾在裝上匯流排和固定于絕緣子后，支架與絕緣子的連接便會(huì)牢靠鎖死，互相不會(huì)脫離，運(yùn)行可靠性更高。

（5）阻尼元件為金屬?gòu)椈?，沒有時(shí)效老化問題，使用壽命長(zhǎng)。

安裝彈性定位線夾前后受電弓與關(guān)節(jié)發(fā)生碰撞時(shí)的受力對(duì)比分析：

設(shè)：F 為匯流排終端作用于受電弓的反作用力，kg；Mp為受電弓碳板質(zhì)量，kg；Δt 為碰撞作用時(shí)間，s；Vo為列車時(shí)速，km/h；V 為受電弓碳板與匯流排終端碰撞速度，m/s。

當(dāng)受電弓與匯流排終端碰撞時(shí)，以下關(guān)系必然成立：

F×Δt= Mp×(V - 0)

V= Vo×(70 / 1500) ×(10/ 36)= 0.013 Vo（70為匯流排終端翹起高度，1 500 為翹起端長(zhǎng)度。）

F= (Mp×0.013Vo)/Δt

相關(guān)數(shù)據(jù)分析詳見表1。

分析總結(jié)：表1中情況A、情況B 的碰撞作用時(shí)間雖均為假設(shè)，但在彈性定位線夾阻尼作用下，因碰撞作用時(shí)間的增長(zhǎng)而引起的碰撞沖擊力相應(yīng)減小是必然的，因此表中數(shù)據(jù)對(duì)彈性定位線夾改善受電弓與關(guān)節(jié)碰撞所發(fā)生的電磨損的效果可以提供一個(gè)定性的數(shù)量分析。

表1 受電弓與匯流排沖擊數(shù)據(jù)分析表

3 結(jié)語(yǔ)

在剛性懸掛錨段關(guān)節(jié)、小曲線、道岔等區(qū)段采用金屬型彈性線夾，以減緩受電弓對(duì)匯流排的沖擊，降低局部區(qū)段的接觸線異常磨耗。運(yùn)用彈性阻尼原理，提高弓網(wǎng)工作性能，從而達(dá)到延長(zhǎng)接觸網(wǎng)系統(tǒng)的使用壽命，降低運(yùn)營(yíng)成本，具有較廣泛的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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