中低速磁浮列車集電方案比選研究

徐斌杰

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司）

1 引言

目前，已開通運(yùn)營的中低速磁浮線路有北京S1線和長沙磁浮快線，在建項目有清遠(yuǎn)磁浮線等。部分城市需要建設(shè)時速160km～200km的中速磁懸浮線路[1]。目前，100km/h以上磁浮列車的集電方案，國內(nèi)外仍無相關(guān)工程案例，因此，對于不同運(yùn)行速度等級的磁浮列車集電方案比選十分必要。

2 國內(nèi)外已應(yīng)用的磁浮列車集電方案

2.1 日本

日本的名古屋至愛知縣磁浮線于2005年3月開通運(yùn)營，最高運(yùn)營速度為100km/h。其集電方案技術(shù)參數(shù)有：

①采用側(cè)部受流方式，載體為受電靴與T型截面匯流排加接觸線；

②供電軌與回流軌沿橋梁對稱懸吊絕緣子支撐。

2.2 韓國

韓國的仁川國際機(jī)場線于2014年5月開通運(yùn)營，最高運(yùn)營速度為110km/h。集電方案技術(shù)參數(shù)有：

①采用側(cè)部受流方式，載體為受電靴與工型截面復(fù)合導(dǎo)電軌；

②供電軌與回流軌沿橋梁對稱坐式絕緣子支撐。

2.3 中國

長沙磁浮線全長18.55km，最高運(yùn)營速度為100km/h。集電方案技術(shù)參數(shù)有：

①采用側(cè)部受流方式，載體為受電靴與C型截面復(fù)合導(dǎo)電軌；

②供電軌與回流軌沿橋梁對稱棒式絕緣子支撐。

北京S1線全長10.2km，最高運(yùn)營速度為100km/h。集電方案技術(shù)參數(shù)有：

①采用側(cè)部受流方式，載體為受電靴與工型截面復(fù)合導(dǎo)電軌；

②供電軌與回流軌沿橋梁對稱棒式絕緣子支撐。

2.4 已應(yīng)用的集電方案對比

國內(nèi)外磁浮列車均為側(cè)部受流，但所采用的集電載體和懸掛方式有一定差異。集電載體有T型匯流排加接觸線、工型復(fù)合導(dǎo)電軌和C型復(fù)合導(dǎo)電軌。三種集電載體除在磁浮列車上應(yīng)用外，在地鐵、輕軌中也有應(yīng)用。

以下將重點(diǎn)分析不同集電載體和懸掛方式下技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和靴軌動態(tài)受流性能。

3 磁浮列車集電方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較

3.1 鋼鋁復(fù)合導(dǎo)電軌的技術(shù)特點(diǎn)

鋼鋁復(fù)合導(dǎo)電軌在使用過程中出現(xiàn)的主要問題有：

①受電靴滑板磨耗過快和偏磨；

②受電靴通過導(dǎo)電軌的噪聲較大；

③鋼帶和滑板有燒蝕。

3.2 匯流排加接觸線的技術(shù)特點(diǎn)

匯流排加接觸線在使用過程中出現(xiàn)的主要問題有：

①接觸線局部磨耗和燒蝕較大；

②滑板磨耗不均勻；

③匯流排緊固件松動，接觸線脫槽等零部件安裝緊固問題。

3.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較

表1定性比較了復(fù)合導(dǎo)電軌和匯流排加接觸線在工程中的實用性、可靠性、可維護(hù)性、耐久性、環(huán)境適應(yīng)性。

表1 集電方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較

4 磁浮列車集電載體的相互作用

4.1 空間幾何匹配

影響靴軌的空間姿態(tài)、幾何參數(shù)的因素主要有集電靴的滑板位置、底座位置；導(dǎo)電軌的鋼帶或接觸線位置、絕緣支撐位置。

橫斷面空間上，受電靴與鋼鋁復(fù)合導(dǎo)電軌理想情況下，集電靴與接觸軌為面面接觸，但實際上為滑板局部面與鋼帶的接觸，如圖1所示。

圖1 靴軌橫斷面空間姿態(tài)

橫斷面空間上，受電靴與剛性接觸網(wǎng)理想情況和實際情況均為線面接觸，如圖2所示。

圖2 剛性接觸網(wǎng)橫斷面空間姿態(tài)

縱向空間上，受電靴與鋼鋁復(fù)合導(dǎo)電軌理想情況下，接觸軌之間絕對平直。但實際上，集電靴與接觸軌難以實現(xiàn)完全平直過渡，接觸軌之間可能存在一定的抬高、抬頭、低頭，造成接觸軌表面不連續(xù)，易造成滑板磨耗增大，如圖3所示。

圖3 鋼鋁復(fù)合導(dǎo)電軌線路縱向空間姿態(tài)

縱向空間上，剛性接觸網(wǎng)由于采用貫通敷設(shè)的接觸線，接觸面始終保持連續(xù)，如圖4所示。

圖4 剛性接觸網(wǎng)縱向空間姿態(tài)

4.2 動態(tài)性能匹配

仿真計算不同運(yùn)行速度下的靴軌接觸力和弓網(wǎng)接觸力，得到接觸力標(biāo)準(zhǔn)差隨運(yùn)行速度的變化曲線，如圖5所示。

圖5 不同運(yùn)行速度下的動態(tài)接觸力標(biāo)準(zhǔn)

比較不同集電載體的接觸力標(biāo)準(zhǔn)差，剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)在不同運(yùn)行速度下的接觸力標(biāo)準(zhǔn)差均較小，該系統(tǒng)動態(tài)性能具有一定優(yōu)勢。

5 結(jié)語

分析國內(nèi)外中低速磁浮列車集電方案的異同點(diǎn)，比較鋼鋁復(fù)合導(dǎo)電軌、匯流排加接觸線兩種集電方式的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，以及空間幾何和動態(tài)性能相互作用指標(biāo)，得到如下結(jié)論：

①匯流排加接觸線具有實用速度較高、環(huán)境適應(yīng)性較好等優(yōu)勢；

②20km/h運(yùn)行速度以上，剛性接觸網(wǎng)方案在弓網(wǎng)接觸質(zhì)量上有一定優(yōu)勢。