基于剛性懸掛接觸網(wǎng)的設計分析

1、<p>　　基于剛性懸掛接觸網(wǎng)的設計分析</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，廣泛用于隧道、車站、橋下通道的供電，但在實際運營中，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，設計注意點，然后給出了改善道岔位置

2、剛性懸掛弓網(wǎng)關系的優(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)運性的安全性。 </p><p>　　【關鍵詞】：隧道；鐵路；剛性懸掛；接觸網(wǎng)設計 </p><p>　　中圖分類號：U45 文獻標識碼：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)與電力機車頂上面的受電弓相互作用，可以直接影響到機車的受流性

3、能情況，一些學者運用假設模態(tài)方法，計算出剛性懸掛接觸網(wǎng)的振動微分方程，進一步得出弓網(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用了剛性接觸網(wǎng)。瑞士的剛性隧道接觸網(wǎng)設計速度已是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，城市軌道交通建設已成網(wǎng)絡化，部分線路如果廣州三號線架空剛性懸掛供電系統(tǒng)運營速度已提高到120km/h，剛性懸掛接觸網(wǎng)的弓網(wǎng)關系

5、更是受到業(yè)內(nèi)的廣泛關注。 </p><p>　　懸掛定位的形式及安裝方式 </p><p>　　地鐵設計規(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。前者運用的是鋼焊接底座，在隧道頂部安裝，運用四根螺栓來調(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。在設計過程中需要注意由于隧道凈空高度＜6450mm的懸掛定位點較少，當運用懸臂懸掛定位方式，當隧道凈空高度＞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，運用懸掛定位來調(diào)節(jié)架確保剛性懸掛的拉出數(shù)值，進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高速列車運行速度而設計的，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，在設計過程中需要注意其和接觸線的平面布置不適合運用柔性接觸網(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)幾條線路的運營實際情況看，存在著非常嚴重的接觸線磨耗快、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,但是在錨段兩端關節(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重，會因為碳滑板表面凹凸不平，進一步導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)過高速道岔或者關節(jié)等各部分時，當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)生相應的沖擊、振動，讓受電弓和接觸線不能進行有效可靠的接觸，然后產(chǎn)生火花，誘發(fā)較嚴重的電氣磨耗、機械磨耗，故需要找出一道岔區(qū)最佳弓網(wǎng)的配合關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)的磨損強度分布均勻，加快滑板和接觸線接觸點橫向位移的速度，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)，此處懸掛點的渡線需和正線接觸線等高度，以此控制點向岔跟方向，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，進一步校核，以有效避免曲率半徑太小而導致施工安裝不便或者影響到受流質(zhì)量等。當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)適當增加一些彈性會有利于改善弓網(wǎng)關系，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，然后將這種配合關系設計成標準化模式，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系，進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，在岔心前方遠處一定范圍內(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，懸掛點的渡線和癥線接觸線處于同等高度，從控制點向著岔跟放線，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，增加懸掛點彈性，同時合理增加正弦波頻率，進一步調(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實施平立面布置，然后把布置方案當作標準定位，也可有效改善

19、弓網(wǎng)之間的關系，延長接觸線和受電弓的使用時間，進一步提升運行的可靠性。 </p><p><b>　　【參考文獻】： </b></p><p>　　[1]駱志勇.剛性接觸網(wǎng)在運營中出現(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、大學學報.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.有限元應力計算對高速鐵路接