基于剛性懸掛接觸網(wǎng)的設(shè)計分析

1、<p>　　基于剛性懸掛接觸網(wǎng)的設(shè)計分析</p><p>　　【摘要】：剛性懸掛接觸網(wǎng)的接觸線具有無張力、載流量大、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于隧道、車站、橋下通道的供電，但在實際運(yùn)營中，剛性懸掛受電弓及接觸線非常容易發(fā)生不均勻磨損現(xiàn)象。尤其近年來，隨著我國城市軌道交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，運(yùn)營速度越來越高，對弓網(wǎng)系統(tǒng)提出了更高要求。鑒于此，本文通過介紹剛性懸掛的形式及安裝方式，設(shè)計注意點(diǎn)，然后給出了改善道岔位置

2、剛性懸掛弓網(wǎng)關(guān)系的優(yōu)化方案，以期延長接觸線和受電弓的使用時間，提高接觸網(wǎng)運(yùn)性的安全性。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】：隧道；鐵路；剛性懸掛；接觸網(wǎng)設(shè)計 </p><p>　　中圖分類號：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A </p><p>　　架空剛性懸掛匯流排系統(tǒng)是城市軌道交通的一種新型供電系統(tǒng)。剛性懸掛的接觸網(wǎng)與電力機(jī)車頂上面的受電弓相互作用，可以直接影響到機(jī)車的受流性

3、能情況，一些學(xué)者運(yùn)用假設(shè)模態(tài)方法，計算出剛性懸掛接觸網(wǎng)的振動微分方程，進(jìn)一步得出弓網(wǎng)系統(tǒng)的動力方程。下面本文主要分析剛性懸掛接觸網(wǎng)的設(shè)計情況。 </p><p><b>　　剛性懸掛簡介 </b></p><p>　　剛性懸掛在國外發(fā)展較早，法國、日本以及韓國的高凈空隧道、低凈空隧道等等各種各樣的線路中大量應(yīng)用了剛性接觸網(wǎng)。瑞士的剛性隧道接觸網(wǎng)設(shè)計速度已是160km/

4、h；奧地利的Sittenberg隧道剛性接觸網(wǎng)這一區(qū)段已經(jīng)完成了速度是260km/h的試驗；這說明剛性懸掛在速度性能方面的潛力較大。 </p><p>　　廣州地鐵二號線是我國第一條采用架空剛性懸掛的地鐵線路，目前我國各大城市如上海、南京、杭州、沈陽、成都、西安等紛紛采用剛性懸掛安裝模式，城市軌道交通建設(shè)已成網(wǎng)絡(luò)化，部分線路如果廣州三號線架空剛性懸掛供電系統(tǒng)運(yùn)營速度已提高到120km/h，剛性懸掛接觸網(wǎng)的弓網(wǎng)關(guān)系

5、更是受到業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。 </p><p>　　懸掛定位的形式及安裝方式 </p><p>　　地鐵設(shè)計規(guī)范中指出懸掛架空的接觸網(wǎng)采用T形或者π型匯流排，π匯流排主要利用其彈性夾口加緊接觸線， T形匯流排運(yùn)用的是螺栓、夾板夾緊接觸線。π型匯流排已在廣州、南京、鄭州、深圳等地鐵的剛性懸掛接觸網(wǎng)中大量應(yīng)用。 </p><p>　　目前地鐵普遍采用的架空剛性接觸網(wǎng)主要由π

6、型匯流排及附件、接觸線、絕緣子以及懸吊裝置等組成。其定位安裝方式有垂直懸掛和懸臂懸掛兩種。具體選用哪一種方式，需要依據(jù)隧道凈空高度與斷面情況而定。 </p><p>　　一般情況下，地鐵DC1500V剛性懸掛接觸網(wǎng)運(yùn)用的是垂直懸掛定位方式，這種方式結(jié)構(gòu)較簡單，并且具有較高的可靠性，現(xiàn)在絕大多數(shù)地鐵的剛性懸掛接觸網(wǎng)均采用這種形式，也有兩者都采用的。如石化段的幾處既有隧道，列車時速度（80-120）km/h，采用了垂

7、直懸掛定位安裝方式與懸臂懸掛安裝方式。前者運(yùn)用的是鋼焊接底座，在隧道頂部安裝，運(yùn)用四根螺栓來調(diào)節(jié)接觸線的具體空間位置，而后者是在距離受電弓中心線約650mm的隧道頂部安裝吊柱，通常用的是高強(qiáng)度瓷質(zhì)的支柱絕緣子、或者是硅橡膠形絕緣子傾斜方式的懸臂懸掛。在設(shè)計過程中需要注意由于隧道凈空高度＜6450mm的懸掛定位點(diǎn)較少，當(dāng)運(yùn)用懸臂懸掛定位方式，當(dāng)隧道凈空高度＞6700mm時，吊柱的中心線和受電弓中心線距離約是（1085）mm，將前臂該變成匯

8、流排的伸縮旋轉(zhuǎn)形式，運(yùn)用懸掛定位來調(diào)節(jié)架確保剛性懸掛的拉出數(shù)值，進(jìn)一步避免懸掛線卡滯匯流排。 </p><p>　　懸臂旋轉(zhuǎn)腕臂懸掛的這種安裝形式是近幾年為了適應(yīng)高速列車運(yùn)行速度而設(shè)計的，在歐洲鐵路及我國蘭武二線烏鞘嶺特長隧道中也均有采用。 </p><p>　　3.改善剛性懸掛接觸網(wǎng)弓網(wǎng)關(guān)系的優(yōu)化方案 </p><p><b>　　3.1布置方面： &l

9、t;/b></p><p>　　首先，由于剛性接觸網(wǎng)匯流排剛度很大，在設(shè)計過程中需要注意其和接觸線的平面布置不適合運(yùn)用柔性接觸網(wǎng)那樣呈“之”字形，目前我國國內(nèi)已經(jīng)建成的剛性懸掛線路其匯流排平面布置通常采用兩種形式：其一“C”字型布置，其二和正弦波相似的布置。 </p><p>　　“C”字型布置，從國內(nèi)幾條線路的運(yùn)營實際情況看，存在著非常嚴(yán)重的接觸線磨耗快、或者受電弓磨耗非常不均勻的

10、問題。因此最近幾年來這種方式也慢慢被淘汰。而和正弦波相似的布置方案較為常用，其實正弦波并不是一個完整的正弦波，固然它有波峰、波谷兩個重要特點(diǎn),但是在錨段兩端關(guān)節(jié)位置匯流排拉出數(shù)值相對于線路中心約為100mm，但是波峰、波谷的拉出數(shù)值只是200mm，整個錨段分布在距離受電弓中心（100-200）mm范圍左右，其長度約占整個錨段長度的1/2以上錨段，在這段區(qū)域內(nèi)受電弓滑板的磨耗非常嚴(yán)重，會因為碳滑板表面凹凸不平，進(jìn)一步導(dǎo)致接觸線與受電弓發(fā)生

11、不均勻磨耗。 </p><p>　　其次，車輛經(jīng)過高速道岔或者關(guān)節(jié)等各部分時，當(dāng)受電弓從一支接觸線變化轉(zhuǎn)變成另一支接觸線時，匯流排產(chǎn)生相應(yīng)的沖擊、振動，讓受電弓和接觸線不能進(jìn)行有效可靠的接觸，然后產(chǎn)生火花，誘發(fā)較嚴(yán)重的電氣磨耗、機(jī)械磨耗，故需要找出一道岔區(qū)最佳弓網(wǎng)的配合關(guān)系才可有效解決磨耗難題。 </p><p>　　針對剛性懸掛平面布置中出現(xiàn)的問題，可以增大正弦波頻率、加大接觸線相對于受

12、電弓中心軌跡線斜率，讓滑板在有效物流范圍內(nèi)的磨損強(qiáng)度分布均勻，加快滑板和接觸線接觸點(diǎn)橫向位移的速度，不斷改變受電弓取流位置，以有效避免滑板某部分區(qū)域出現(xiàn)連續(xù)不斷的取流情況。但需注意在岔心前方遠(yuǎn)端的一定范圍內(nèi)，渡線接觸線需處于這段正線線路中心一側(cè)并且和正線線路中心平行。在岔心前方近端位置，渡線接觸線處于這段渡線線路中心外側(cè)，此處懸掛點(diǎn)的渡線需和正線接觸線等高度，以此控制點(diǎn)向岔跟方向，兩條接觸線需要按照各自線路走向拉開距離。 </p&

13、gt;<p>　　使接觸線相對于受電弓中心軌跡的偏離數(shù)值在（100-200）mm的范圍中其長度大約占據(jù)整個錨段長度的45%左右，根據(jù)所得數(shù)據(jù)顯示，受電弓滑板在有效取流范圍中磨耗程度分布有很大程度的優(yōu)化，其中一個錨段內(nèi)接觸線相對于受電弓中心軌跡線偏離數(shù)值在（0-100）mm的范圍內(nèi)其匯流排長度占據(jù)整個錨段長度的55%左右。這說明受電弓的磨耗較均勻，能夠有效改善受電弓滑板的表面平滑程度，減少受電弓表面凹凸不平引發(fā)的局部區(qū)段接觸

14、線部分的異常消耗，在某種程度上還會延長受電弓與接觸線的使用期限。同時因避免了滑板局部凹陷可能在車場中引起柔性接觸網(wǎng)刮弓事故，或者在隧道中出現(xiàn)內(nèi)刮碰匯流排下沿的情況，必須提高整個接觸網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性能。同時還增加了正弦波的頻率，使水平面上面的匯流排曲率也有所轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步校核，以有效避免曲率半徑太小而導(dǎo)致施工安裝不便或者影響到受流質(zhì)量等。當(dāng)增加正弦波頻率之后匯流排曲率半徑＞500m圓弧曲線，且彎曲程度很小，足以滿足匯流排設(shè)計安裝要求。 <

15、;/p><p><b>　　3.2 零件方面 </b></p><p>　　根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究資料顯示，將既有系統(tǒng)剛度降低，可以提高系統(tǒng)彈性以緩解弓網(wǎng)之間的磨耗。給剛性接觸網(wǎng)適當(dāng)增加一些彈性會有利于改善弓網(wǎng)關(guān)系，減少接觸線磨耗不均勻和燃弧現(xiàn)象。在一 定程度上改善了弓網(wǎng)受流效果，具體可以應(yīng)用在彈性旋轉(zhuǎn)腕臂或者其他懸掛類彈性零件上。這些措施在120 km/h 以上速度的架空剛

16、性懸掛接觸網(wǎng)上也有很好的應(yīng)用性。 </p><p>　　3.3特殊地段（道岔處） </p><p>　　為了實現(xiàn)在道岔處弓網(wǎng)之間的最佳配合，然后將這種配合關(guān)系設(shè)計成標(biāo)準(zhǔn)化模式，必須找出道岔結(jié)構(gòu)尺寸與道岔區(qū)接觸網(wǎng) 空間位置之間的配合關(guān)系，進(jìn)一步充分利用受電弓滑板表面弧形狀態(tài)形成的橫向高度差距，避免在道岔區(qū)域接觸網(wǎng)的設(shè)計過程中出現(xiàn)太大的隨意性以避免不良現(xiàn)象的發(fā)生，提升運(yùn)行可靠性。下面就以單開道

17、岔為例，分析優(yōu)化方案的要點(diǎn)，在岔心前方遠(yuǎn)處一定范圍內(nèi)，渡線接觸線在這段正線線路中心一旁并且還和正線線路的中心平行，在岔心前方的近端位置，懸掛點(diǎn)的渡線和癥線接觸線處于同等高度，從控制點(diǎn)向著岔跟放線，兩條接觸變慢慢地向著各自線路走勢拉開了距離。若車輛正線通過道岔，受電弓通常不會觸碰到渡線接觸線，那么車輛能夠高速度通過，這一種布置方式可以避免車輛正線運(yùn)行過程中受電弓對于渡線接觸線產(chǎn)生的不必要磨耗，保證正線全程通暢無阻。 </p>

18、<p><b>　　4、結(jié)論， </b></p><p>　　總之，降低既有系統(tǒng)剛度，增加懸掛點(diǎn)彈性，同時合理增加正弦波頻率，進(jìn)一步調(diào)節(jié)匯流排平面的布局形態(tài)，加大接觸線相對受電弓中心軌跡的斜率，可以有效解決改善架空剛性懸掛接觸網(wǎng)的弓網(wǎng)關(guān)系，解決受電弓不均勻磨耗問題。同時，道岔位置的剛性懸掛如果能夠依據(jù)受電弓碳滑板表面曲線特點(diǎn)實施平立面布置，然后把布置方案當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)定位，也可有效改善

19、弓網(wǎng)之間的關(guān)系，延長接觸線和受電弓的使用時間，進(jìn)一步提升運(yùn)行的可靠性。 </p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】： </b></p><p>　　[1]駱志勇.剛性接觸網(wǎng)在運(yùn)營中出現(xiàn)的問題及解決方案[J].都市快軌交通.2006，5(04):106-107. </p><p>　　[2]李晉.長大隧道剛性懸掛接觸網(wǎng)平面布置研究[J].蘭州交通

20、大學(xué)學(xué)報.2006，7(03):85-86. </p><p>　　[3]劉長志,徐愛軍.京秦線提速改造工程接觸網(wǎng)設(shè)計原則[J].中國鐵路.2005，6(07):99-100. </p><p>　　[4]謝賢良.適用于地鐵的剛性接觸網(wǎng)[J].現(xiàn)代城市軌道交通.2007，3(01):68-69. </p><p>　　[5]阮云斌,戚廣楓.有限元應(yīng)力計算對高速鐵路接