劉 娟

APM鋼鋁復(fù)合接觸軌及配套零部件研制

劉 娟

介紹了旅客自動(dòng)捷運(yùn)系統(tǒng)APM用鋼鋁復(fù)合接觸軌供電系統(tǒng)零部件的組成、研制及國內(nèi)相關(guān)工程應(yīng)用情況，建議推廣應(yīng)用。

APM；接觸軌；供電系統(tǒng)；零部件；研制

0 引言

旅客捷運(yùn)系統(tǒng)APM（Automated People Mover systems），也稱為自動(dòng)導(dǎo)軌快捷運(yùn)輸系統(tǒng)（AGTS），該系統(tǒng)采用無人駕駛的電力機(jī)車運(yùn)送旅客，代表了目前國際先進(jìn)的軌道交通系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于美國亞特蘭大、西班牙馬德里等國際主要樞紐航空港，是安全快捷、綠色環(huán)保、技術(shù)含量高的一種新型現(xiàn)代化運(yùn)輸方式，其主要特點(diǎn)是：（1）安裝在機(jī)車正下方的導(dǎo)軌梁上，占用空間比較??；（2）車輛采用膠輪車輪，對車內(nèi)和周圍環(huán)境產(chǎn)生的噪音和振動(dòng)影響都非常小，有利于環(huán)境保護(hù)；（3）車輪與軌面的黏著性能好，與鋼輪鋼軌相比能產(chǎn)生較大的摩擦力，爬坡能力強(qiáng)；（4）列車適應(yīng)平面曲線半徑較小，可適應(yīng)較為復(fù)雜的地形。

目前，北京首都機(jī)場在T3航站樓A座，B座和C座之間修建了無人駕駛的全自動(dòng)旅客運(yùn)輸系統(tǒng)，全套產(chǎn)品自國外引進(jìn)。廣州珠江新城APM項(xiàng)目是第16屆亞運(yùn)會(huì)的重要基礎(chǔ)配套工程之一，是國內(nèi)第一條真正意義上的全自動(dòng)無人駕駛膠輪運(yùn)輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)全部采用國產(chǎn)化產(chǎn)品。DC 1 500 V供電制式，該系統(tǒng)采用三相AC 600 V供電，通過5根接觸軌實(shí)現(xiàn)線路電流及信號的導(dǎo)通，其中供電軌為A、B、C三相，信號/接地軌2根，如圖2所示。本文著重介紹APM鋼鋁復(fù)合接觸軌供電系統(tǒng)零部件的研制情況。

圖1 APM供電系統(tǒng)形式典型結(jié)構(gòu)圖

圖2 APM AC 600 V接觸軌系統(tǒng)示意圖

1 研制主要內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)所示

APM供電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

APM鋼鋁復(fù)合接觸軌供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力滿足車輛最高60 km/h的運(yùn)行速度，牽引網(wǎng)類型為供電軌。不同于國內(nèi)其他城市軌道交通DC 750 V /

1.1 研制主要內(nèi)容

APM供電系統(tǒng)研究包括鋼鋁復(fù)合軌、中間接頭、絕緣支架、膨脹接頭、防護(hù)罩、電纜夾、快速端部接頭、絕緣分段接頭等零部件的設(shè)計(jì)與研制。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 鋼鋁復(fù)合軌

鋼鋁復(fù)合軌是供電系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件，是主要載流導(dǎo)體。集電靴通過鋼鋁復(fù)合軌的鋼帶面進(jìn)行取流，所以鋼鋁復(fù)合軌材料的導(dǎo)電性、耐磨性等電氣、機(jī)械性能會(huì)影響機(jī)車的滑動(dòng)取流和導(dǎo)電軌的工作質(zhì)量，直接關(guān)系到機(jī)車行駛的平穩(wěn)性。

（1）結(jié)構(gòu)形式。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，鋼鋁復(fù)合軌采用鋼帶嵌入復(fù)合，保證了鋼帶與鋁軌的密貼性，提高了鋼鋁復(fù)合軌的導(dǎo)電性能（圖3）。鋼鋁復(fù)合軌的制造長度一般為10 m，鋁軌本體的尺寸精度符合GB/T14846-2006《鋁及鋁合金擠壓型材尺寸偏差》（高精級）。鋼帶厚度設(shè)計(jì)為3 mm，比進(jìn)口產(chǎn)品增加50%，產(chǎn)品壽命提高50%。

圖3 鋼鋁復(fù)合軌結(jié)構(gòu)示意圖

（2）材質(zhì)及制造工藝。鋁軌本體選用鋁鎂硅合金材質(zhì)6101B（T6），與國外合金成分相同，具有強(qiáng)度高、耐腐蝕、可熱處理等特點(diǎn)，采用一次性熱擠壓成型。

不銹鋼帶采用06Cr19Ni10，采用自主開發(fā)的軋輥成型生產(chǎn)線加工鋼帶，保證了鋼帶結(jié)構(gòu)尺寸、機(jī)械性能和表面質(zhì)量。

鋼鋁復(fù)合軌采用自主開發(fā)的漸進(jìn)式滾壓成型專用設(shè)備（圖4），確保了鋼鋁密貼緊密、牢固，結(jié)合力比進(jìn)口產(chǎn)品提高了1倍，鋼帶與鋁軌本體縱向結(jié)合力≥15 kN/m，進(jìn)一步減小了接觸電阻、提高了導(dǎo)電性能，延長了鋼鋁復(fù)合軌的使用壽命。

圖4 鋼鋁復(fù)合軌成型示意圖

（3）性能。鋼鋁復(fù)合軌主要性能指標(biāo)見表1。

表1 鋼鋁復(fù)合軌的主要技術(shù)參數(shù)表

1.2.2 中間接頭

（1）結(jié)構(gòu)形式。中間接頭用于鋼鋁復(fù)合軌間的連接，其采用內(nèi)裝式，穿入鋼鋁復(fù)合軌空腔，通過緊固螺釘使其與鋼鋁復(fù)合軌內(nèi)腔貼緊，該結(jié)構(gòu)簡單、無方向性，安裝方便。其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 中間接頭結(jié)構(gòu)示意圖

（2）材質(zhì)及工藝。中間接頭本體采用爆炸焊接銅鋁過渡板，對于進(jìn)口產(chǎn)品，提高了載流性能，且可避免連接件間的電化學(xué)腐蝕。

（3）性能。與鋼鋁復(fù)合軌間的滑動(dòng)荷重≥1.0 kN；溫升載流：載流量≥1 000 A、50 Hz，溫升≤45℃，且無機(jī)械破壞；經(jīng)疲勞試驗(yàn)后，該裝置不應(yīng)出現(xiàn)裂紋、變形等缺陷。

1.2.3 絕緣支架

（1）結(jié)構(gòu)形式。絕緣支架起到支撐整個(gè)供電系統(tǒng)和隔離三相交流電路的作用，采用絕緣材料，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度除承受接觸軌的自重及外界風(fēng)載外，還能夠承受電動(dòng)力的沖擊。上部3個(gè)“耳朵”和下部2個(gè)“耳朵”分別用于安裝供電軌和接地軌。加強(qiáng)型絕緣支架，外形與普通絕緣支架相同，在“耳朵”處鑲嵌金屬骨架，提高了連接器處的抗扭能力，是普通絕緣支架的1.7倍。其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

（2）材質(zhì)及工藝。絕緣支架采用玻璃纖維增強(qiáng)樹脂（SMC玻璃鋼）材料，具有機(jī)械強(qiáng)度高、電性能優(yōu)良、收縮率低、阻燃、耐電弧、高耐漏電起痕性及耐熱等特點(diǎn)。采用專業(yè)熱固型材料模壓成型，制品不易變形，表面光滑，纖維浮出少，流動(dòng)均勻，成型后制件表面平整、光滑、無氣泡和裂紋。

圖6 絕緣支架結(jié)構(gòu)示意圖

（3）性能。絕緣支架主要性能參數(shù)見表2。

表2 主要材料、結(jié)構(gòu)、機(jī)電性能參數(shù)表

1.2.4 膨脹接頭

（1）結(jié)構(gòu)形式。每個(gè)錨段均設(shè)置膨脹接頭，用于補(bǔ)償環(huán)境溫度變化以及鋼鋁復(fù)合接觸軌自身溫升等產(chǎn)生的熱脹冷縮，根據(jù)設(shè)置部位分為導(dǎo)電軌膨脹接頭和接地軌膨脹接頭。

（2）材質(zhì)和工藝。膨脹接頭本體采用不銹鋼材質(zhì)焊接組裝而成。電纜連接板采用銅鋁過渡形式，避免了電化學(xué)腐蝕且方便現(xiàn)場安裝。

（3）性能。補(bǔ)償量≥200 mm；與鋼鋁復(fù)合軌間的滑動(dòng)荷重≥1.0 kN；載流量（溫升）、溫升-機(jī)械破壞：載流量≥400 A、50 Hz，溫升≤45 ℃，且無機(jī)械破壞；經(jīng)疲勞試驗(yàn)后，該裝置不應(yīng)出現(xiàn)裂紋、變形等缺陷。

1.2.5 防護(hù)罩

（1）結(jié)構(gòu)形式。防護(hù)罩用于鋼鋁復(fù)合軌的防護(hù)，達(dá)到保護(hù)乘客及維修人員的目的。根據(jù)使用部位，防護(hù)罩分為普通防護(hù)罩、絕緣支架處防護(hù)罩、絕緣分段接頭處防護(hù)罩、電纜連接器防護(hù)罩等。

（2）材質(zhì)及工藝。防護(hù)罩材質(zhì)選用難燃PVC，具有抗紫外線、耐老化的特性，適用于地下隧道環(huán)境使用。成型工藝采用模具擠壓，其產(chǎn)品質(zhì)量均勻、性能穩(wěn)定、表面光潔。

（3）性能。工頻干耐受電壓≥60 kV；工頻濕耐受電壓≥30 kV；吸水率≤0.2%；耐燃性能FV0級。

1.2.6 其他安裝零部件

（1）導(dǎo)向軌電纜夾。用于保護(hù)電纜通過導(dǎo)向軌的裝置，安裝于導(dǎo)向軌腹板預(yù)留的空間內(nèi)。

（2）快速端部接頭?？焖俣瞬拷宇^設(shè)在斷軌兩端，用于引導(dǎo)車輛集電靴進(jìn)入/離開供電軌，其能承受一定的機(jī)械張力，使車輛集電靴平穩(wěn)過渡。

（3）絕緣分段接頭。絕緣分段接頭用于供電軌之間需要絕緣分段連接的部位，實(shí)現(xiàn)相鄰供電分區(qū)之間的電氣隔離。

2 成果認(rèn)證

在該項(xiàng)目的國產(chǎn)化研制過程中，中鐵電氣化局集團(tuán)寶雞器材有限公司與廣州地下鐵道設(shè)計(jì)研究院、廣州市地下鐵道總公司密切合作，通過對產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)真、系統(tǒng)地研究，形成了準(zhǔn)確、完善、科學(xué)的先進(jìn)工藝，并按照技術(shù)要求進(jìn)行了各項(xiàng)性能的檢測和試驗(yàn)，取得了合格的第三方型式試驗(yàn)報(bào)告。研制單位還在模擬現(xiàn)場安裝了一段50 m的試驗(yàn)段，該試驗(yàn)段基本包括了供電系統(tǒng)的所有零件，同時(shí)還可展現(xiàn)R = 22.86 m小曲率半徑安裝情況。

3 結(jié)語

APM鋼鋁復(fù)合接觸軌供電系統(tǒng)產(chǎn)品的成功研制填補(bǔ)了國內(nèi)該領(lǐng)域的空白。目前，該系統(tǒng)產(chǎn)品已在廣州珠江新城旅客自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)（簡稱APM系統(tǒng)）成功應(yīng)用，替代了進(jìn)口產(chǎn)品，大大降低了工程造價(jià)，滿足了城市軌道交通建設(shè)的需求，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，建議推廣應(yīng)用。

[1] 周慶瑞，金峰.新型城市軌道交通[M]. 北京：中國鐵道出版社，2005.

[2] CJ/T414 城市軌道交通鋼鋁復(fù)合導(dǎo)電軌技術(shù)要求[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

Introducing the parts composition、developing and domestic application situation of the contact rail power supply system used in the passenger automatic MRT system, popularization and application are recommended.

APM; contact rail; power supply system; matchable component; research and development

U231.8

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1007-936X(2015)01-0044-03

2014-07-03

劉 娟.中鐵電氣化局集團(tuán)寶雞器材有限公司，工程師，電話：13892721903。