羅亞敏，崔 瑩

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剛性接觸網(wǎng)卡滯原因分析及防卡滯裝置的研究

羅亞敏，崔 瑩

分析了目前城市軌道交通剛性接觸網(wǎng)接觸懸掛裝置產(chǎn)生卡滯的原因，重點闡述了如何解決該卡滯現(xiàn)象，并研究了新型防卡滯裝置。

剛性接觸網(wǎng)；防卡滯；原因分析

0 引言

隨著近幾年地鐵線網(wǎng)不斷擴展，接觸網(wǎng)作為提供列車正常取流的重要設備，其設備狀態(tài)的好壞直接關系到地鐵的運營質(zhì)量與安全。接觸網(wǎng)按結(jié)構(gòu)特點分柔性接觸網(wǎng)、剛性接觸網(wǎng)和接觸軌。目前國內(nèi)除北京地鐵供電方式多采用接觸軌外，其他地區(qū)普遍采用剛性接觸網(wǎng)，如廣州地鐵除四、五、六號線采用接觸軌和一號線部分區(qū)段采用柔性接觸網(wǎng)的供電方式外，一號線部分區(qū)段、二號線、八號線、三號線、三北線、廣佛線均采用剛性接觸網(wǎng)，它是目前國內(nèi)地鐵使用范圍最廣的一種供電設備類型。剛性接觸網(wǎng)主要由具有一定剛度的匯流排和接觸線及支持裝置組成，其與柔性接觸網(wǎng)相比主要優(yōu)勢是剛性匯流排和接觸線無軸向力，不存在斷排或斷線的可能，從而避免了鉆弓、燒融、不均勻磨耗以及受電弓故障造成的斷線故障。剛性懸掛的故障是點故障，所以剛性懸掛事故范圍小。

1 剛性接觸網(wǎng)使用現(xiàn)狀

雖然剛性接觸網(wǎng)具有上述優(yōu)點，但隨著運行時間的推移，剛性接觸網(wǎng)裝置的缺點逐漸顯現(xiàn)，即剛性接觸網(wǎng)的匯流排和接觸線通過定位線夾與隧道頂部槽鋼等裝置固定連接，在設計安裝時考慮到匯流排在長時間運行過程中會出現(xiàn)輕微的位移，所以定位線夾與匯流排之間留有一定間隙，以滿足匯流排因溫度變化而引起的順線路方向位移變化，允許匯流排在線夾槽內(nèi)滑動，但由于列車運行，匯流排熱脹冷縮和客車受電弓的慣性力始終朝向一個方向，容易使定位線夾處出現(xiàn)卡滯、阻礙匯流排的情況，特別是在急彎處與變坡處容易出現(xiàn)卡滯，長此以往會造成絕緣子受力異常，匯流排損傷，嚴重時造成底座開裂、絕緣子扭曲變形，進而影響接觸網(wǎng)設備的安全運行，存在一定的安全隱患?，F(xiàn)場卡滯情況如圖1所示。

2 卡滯原因分析

2.1 剛性接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

剛性懸掛是和柔性懸掛相對應的一種接觸網(wǎng)懸掛方式，所謂剛性懸掛就是要考慮整個懸掛導體的剛度。架空剛性懸掛是剛性懸掛的一種，一般采用具有相應剛度的導電軌或具有相應剛度的匯流排與接觸線組成；整個系統(tǒng)由若干個錨段的機械分段結(jié)構(gòu)構(gòu)成，一般一個錨段長度為250 m，在錨段中間位置采用中錨進行固定，防止匯流排竄動；每隔6～8 m采用線夾、絕緣子、橫撐等裝置將匯流排和接觸線與周邊固定，該固定點習慣稱為定位點。定位點的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1 化學錨栓；2、7、12 螺母；3 螺母墊片；4 T型頭螺桿；5 槽鋼；6 鎖緊螺母；8 絕緣子；9 定位線夾；10 懸吊安裝底座；11 架空地線線夾

2.2 卡滯原因定量分析

（1）當環(huán)境溫度變化時，匯流排由于溫度變化出現(xiàn)熱脹冷縮，具體變化量如下：

D=×D×（1）

式中，D為匯流排隨溫度變化的伸縮量；為匯流排到中錨的距離；D為溫度差；為匯流排的線膨脹系數(shù)（1.374×10-5mm/℃）。

從式（1）中可以看出，匯流排伸縮量與溫度變化、匯流排長度成正比，溫度變化越大，匯流排越長，匯流排的伸縮量就會越大，正常一個錨段長250 m（其中由于錨段的中間位置固定，則計算取值為整錨段的一半，即= 125 m），如在極限溫度下，溫度差為40℃時，匯流排伸縮量可達 68.7 mm。

（2）線路為小曲線半徑時，機車給接觸網(wǎng)匯流排施力，該力正交分解為水平力1和垂直力2，且1=×cos，2=×sin，其中由線路曲線的半徑和線路超高決定，當線路超高越大，其產(chǎn)生的水平力就越大。

由此可以得出，接觸網(wǎng)匯流排和線夾出現(xiàn)卡滯問題的原因是由于線路定位點按一定的拉出值布置，線路出現(xiàn)軌道超高時，定位點處的受電弓會對匯流排施加一個作用力，該力將通過水平分力1傳遞給線夾，從而出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。

另一個原因則是由于匯流排熱脹冷縮，在末端時，由于匯流排的伸長及匯流排本身的重量，線夾和匯流排之間產(chǎn)生摩擦力，造成定位卡滯。

3 防止卡滯現(xiàn)象研究

針對上述卡滯原因，為剛性接觸網(wǎng)研究設計了一種防卡滯裝置。

剛性接觸懸掛裝置原結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 原剛性接觸懸掛裝置結(jié)構(gòu)示意圖

由于線夾和匯流排之間存在一定的間隙，線夾通過上端的螺桿與絕緣子固定連接，絕緣子則與槽鋼固定相連。原裝置匯流排與線夾通過M10螺栓緊固，不會發(fā)生相對滑動，并通過線夾中間M20的螺栓與頂端固定的絕緣子相互連接固定。匯流排與線夾間的間隙約10 mm，容易發(fā)生相互卡滯。如圖4所示。

圖4 無障礙懸掛裝置結(jié)構(gòu)圖

從第2.2節(jié)所述的卡滯原因分析：

（1）溫度變化引起匯流排長度的變化，在極限溫度變化下，其匯流排伸縮量為68.7 mm。

（2）線路定位點處受電弓對匯流排施加一個水平力1。

改造方案：為防止卡滯對線夾進行了優(yōu)化，采用冷軋成型，并與匯流排固定，同時線夾螺桿與絕緣子固定連接，絕緣子采用可活動的杵頭絕緣子。

同時，在槽鋼與絕緣子之間增加一個剛性滑道，滑道長度滿足因溫度變化引起的絕緣子位移長度，解決了卡滯問題。如圖5所示，其整體結(jié)構(gòu)圖略。

該裝置采用定位線夾與匯流排相互固定的方式，定位線夾與匯流排間不發(fā)生相互竄動，且定位線夾與絕緣子之間不發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，在順線路方向設置滑道，其內(nèi)腔采用耐磨襯墊，當匯流排因溫度變化而發(fā)生位移及扭矩時，特制的球面圓盤絕緣子金具在滑道內(nèi)滑動，且可以360°旋轉(zhuǎn)，滿足扭轉(zhuǎn)的需求，防止卡滯。其中剛性滑道裝置以背角鋼的形式安裝在垂直懸吊安裝底座上，采用方鋼管增加剛度，防止絕緣子金具滑出滑道，在兩端設封堵裝置，從根本上解決了由于匯流排溫度變化和水平分力1造成卡滯的問題。

圖5 無障礙懸掛裝置線夾及滑道結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論

通過對定位點匯流排和線夾的卡滯原因分析，從結(jié)構(gòu)上對原裝置進行優(yōu)化，增設滑道，解決了原裝置發(fā)生卡滯的問題。目前，該裝置已經(jīng)在線路上投入試運行，效果良好。

[1] 張衛(wèi)，沈志云. 接觸網(wǎng)動態(tài)研究[J]. 鐵道學報，1991，（4）：26-33.

The paper analyzes causes of stagnation of rigid suspension of overhead contact system for urban mass transit, illustrates with emphasis on measures to solve the stagnation and researches of a new type of stagnation protection device.

Rigid overhead contact system; stagnation protection; analysis of causes

U225.2

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1007-936X(2017)02-0030-03

羅亞敏.廣州地鐵基地維修中心，高級工程師，電話：15920382485；崔 瑩.中鐵電氣化局集團寶雞器材有限公司，高級工程師。

2016-05-05