1、基于刚性悬挂接触网的设计分析【摘要】：刚性悬挂接触网的接触线具有无张力、载流量大、施工方便等优点，广泛用于隧道、车站、桥下通道的供电，但在实际运营中，刚性悬挂受电弓及接触线非常容易发生不均匀磨损现象。尤其近年来，随着我国城市轨道交通事业的蓬勃发展，运营速度越来越高，对弓网系统提出了更高要求。鉴于此，本文通过介绍刚性悬挂的形式及安装方式，设计注意点，然后给出了改善道岔位置刚性悬挂弓网关系的优化方案，以期延长接触线和受电弓的使用时间，提高接触网运性的安全性。 【关键词】：隧道；铁路；刚性悬挂；接触网设计 中图分类号：U45 文献标识码：A 架空刚性悬挂汇流排系统是城市轨道交通的一种新型供电系统。刚
2、性悬挂的接触网与电力机车顶上面的受电弓相互作用，可以直接影响到机车的受流性能情况，一些学者运用假设模态方法，计算出刚性悬挂接触网的振动微分方程，进一步得出弓网系统的动力方程。下面本文主要分析刚性悬挂接触网的设计情况。 刚性悬挂简介 刚性悬挂在国外发展较早，法国、日本以及韩国的高净空隧道、低净空隧道等等各种各样的线路中大量应用了刚性接触网。瑞士的刚性隧道接触网设计速度已是 160km/h；奥地利的 Sittenberg 隧道刚性接触网这一区段已经完成了速度是 260km/h 的试验；这说明刚性悬挂在速度性能方面的潜力较大。 广州地铁二号线是我国第一条采用架空刚性悬挂的地铁线路，目前我国各大城市如
3、上海、南京、杭州、沈阳、成都、西安等纷纷采用刚性悬挂安装模式，城市轨道交通建设已成网络化，部分线路如果广州三号线架空刚性悬挂供电系统运营速度已提高到 120km/h，刚性悬挂接触网的弓网关系更是受到业内的广泛关注。 悬挂定位的形式及安装方式 地铁设计规范中指出悬挂架空的接触网采用 T 形或者 型汇流排， 汇流排主要利用其弹性夹口加紧接触线， T 形汇流排运用的是螺栓、夹板夹紧接触线。 型汇流排已在广州、南京、郑州、深圳等地铁的刚性悬挂接触网中大量应用。 目前地铁普遍采用的架空刚性接触网主要由 型汇流排及附件、接触线、绝缘子以及悬吊装置等组成。其定位安装方式有垂直悬挂和悬臂悬挂两种。具体选用哪一
4、种方式，需要依据隧道净空高度与断面情况而定。 一般情况下，地铁 DC1500V 刚性悬挂接触网运用的是垂直悬挂定位方式，这种方式结构较简单，并且具有较高的可靠性，现在绝大多数地铁的刚性悬挂接触网均采用这种形式，也有两者都采用的。如石化段的几处既有隧道，列车时速度（80-120）km/h，采用了垂直悬挂定位安装方式与悬臂悬挂安装方式。前者运用的是钢焊接底座，在隧道顶部安装，运用四根螺栓来调节接触线的具体空间位置，而后者是在距离受电弓中心线约 650mm 的隧道顶部安装吊柱，通常用的是高强度瓷质的支柱绝缘子、或者是硅橡胶形绝缘子倾斜方式的悬臂悬挂。在设计过程中需要注意由于隧道净空高度6450mm
5、的悬挂定位点较少，当运用悬臂悬挂定位方式，当隧道净空高度6700mm 时，吊柱的中心线和受电弓中心线距离约是（1085）mm，将前臂该变成汇流排的伸缩旋转形式，运用悬挂定位来调节架确保刚性悬挂的拉出数值，进一步避免悬挂线卡滞汇流排。 悬臂旋转腕臂悬挂的这种安装形式是近几年为了适应高速列车运行速度而设计的，在欧洲铁路及我国兰武二线乌鞘岭特长隧道中也均有采用。 3.改善刚性悬挂接触网弓网关系的优化方案 3.1 布置方面： 首先，由于刚性接触网汇流排刚度很大，在设计过程中需要注意其和接触线的平面布置不适合运用柔性接触网那样呈“之”字形，目前我国国内已经建成的刚性悬挂线路其汇流排平面布置通常采用两种形
6、式：其一“C”字型布置，其二和正弦波相似的布置。 “C”字型布置，从国内几条线路的运营实际情况看，存在着非常严重的接触线磨耗快、或者受电弓磨耗非常不均匀的问题。因此最近几年来这种方式也慢慢被淘汰。而和正弦波相似的布置方案较为常用，其实正弦波并不是一个完整的正弦波，固然它有波峰、波谷两个重要特点,但是在锚段两端关节位置汇流排拉出数值相对于线路中心约为 100mm，但是波峰、波谷的拉出数值只是 200mm，整个锚段分布在距离受电弓中心（100-200）mm 范围左右，其长度约占整个锚段长度的 1/2 以上锚段，在这段区域内受电弓滑板的磨耗非常严重，会因为碳滑板表面凹凸不平，进一步导致接触线与受电弓
7、发生不均匀磨耗。 其次，车辆经过高速道岔或者关节等各部分时，当受电弓从一支接触线变化转变成另一支接触线时，汇流排产生相应的冲击、振动，让受电弓和接触线不能进行有效可靠的接触，然后产生火花，诱发较严重的电气磨耗、机械磨耗，故需要找出一道岔区最佳弓网的配合关系才可有效解决磨耗难题。 针对刚性悬挂平面布置中出现的问题，可以增大正弦波频率、加大接触线相对于受电弓中心轨迹线斜率，让滑板在有效物流范围内的磨损强度分布均匀，加快滑板和接触线接触点横向位移的速度，不断改变受电弓取流位置，以有效避免滑板某部分区域出现连续不断的取流情况。但需注意在岔心前方远端的一定范围内，渡线接触线需处于这段正线线路中心一侧并且
8、和正线线路中心平行。在岔心前方近端位置，渡线接触线处于这段渡线线路中心外侧，此处悬挂点的渡线需和正线接触线等高度，以此控制点向岔跟方向，两条接触线需要按照各自线路走向拉开距离。 使接触线相对于受电弓中心轨迹的偏离数值在（100-200）mm 的范围中其长度大约占据整个锚段长度的 45%左右，根据所得数据显示，受电弓滑板在有效取流范围中磨耗程度分布有很大程度的优化，其中一个锚段内接触线相对于受电弓中心轨迹线偏离数值在（0-100）mm 的范围内其汇流排长度占据整个锚段长度的 55%左右。这说明受电弓的磨耗较均匀，能够有效改善受电弓滑板的表面平滑程度，减少受电弓表面凹凸不平引发的局部区段接触线部分
9、的异常消耗，在某种程度上还会延长受电弓与接触线的使用期限。同时因避免了滑板局部凹陷可能在车场中引起柔性接触网刮弓事故，或者在隧道中出现内刮碰汇流排下沿的情况，必须提高整个接触网系统的可靠性能。同时还增加了正弦波的频率，使水平面上面的汇流排曲率也有所转变，进一步校核，以有效避免曲率半径太小而导致施工安装不便或者影响到受流质量等。当增加正弦波频率之后汇流排曲率半径500m 圆弧曲线，且弯曲程度很小，足以满足汇流排设计安装要求。 3.2 零件方面 根据国内外相关研究资料显示，将既有系统刚度降低，可以提高系统弹性以缓解弓网之间的磨耗。给刚性接触网适当增加一些弹性会有利于改善弓网关系，减少接触线磨耗不均
10、匀和燃弧现象。在一 定程度上改善了弓网受流效果，具体可以应用在弹性旋转腕臂或者其他悬挂类弹性零件上。这些措施在 120 km/h 以上速度的架空刚性悬挂接触网上也有很好的应用性。 3.3 特殊地段（道岔处） 为了实现在道岔处弓网之间的最佳配合，然后将这种配合关系设计成标准化模式，必须找出道岔结构尺寸与道岔区接触网 空间位置之间的配合关系，进一步充分利用受电弓滑板表面弧形状态形成的横向高度差距，避免在道岔区域接触网的设计过程中出现太大的随意性以避免不良现象的发生，提升运行可靠性。下面就以单开道岔为例，分析优化方案的要点，在岔心前方远处一定范围内，渡线接触线在这段正线线路中心一旁并且还和正线线路的
11、中心平行，在岔心前方的近端位置，悬挂点的渡线和症线接触线处于同等高度，从控制点向着岔跟放线，两条接触变慢慢地向着各自线路走势拉开了距离。若车辆正线通过道岔，受电弓通常不会触碰到渡线接触线，那么车辆能够高速度通过，这一种布置方式可以避免车辆正线运行过程中受电弓对于渡线接触线产生的不必要磨耗，保证正线全程通畅无阻。 4、结论， 总之，降低既有系统刚度，增加悬挂点弹性，同时合理增加正弦波频率，进一步调节汇流排平面的布局形态，加大接触线相对受电弓中心轨迹的斜率，可以有效解决改善架空刚性悬挂接触网的弓网关系，解决受电弓不均匀磨耗问题。同时，道岔位置的刚性悬挂如果能够依据受电弓碳滑板表面曲线特点实施平立面
12、布置，然后把布置方案当作标准定位，也可有效改善弓网之间的关系，延长接触线和受电弓的使用时间，进一步提升运行的可靠性。 【参考文献】： 1骆志勇.刚性接触网在运营中出现的问题及解决方案J.都市快轨交通.2006，5(04):106-107. 2李晋.长大隧道刚性悬挂接触网平面布置研究J.兰州交通大学学报.2006，7(03):85-86. 3刘长志,徐爱军.京秦线提速改造工程接触网设计原则J.中国铁路.2005，6(07):99-100. 4谢贤良.适用于地铁的刚性接触网J.现代城市轨道交通.2007，3(01):68-69. 5阮云斌,戚广枫.有限元应力计算对高速铁路接触网设计的指导作用探讨J.铁道工程学报. 2008，6(03):135-136.
