架空剛性懸掛接觸網(wǎng)新型零部件結(jié)構(gòu)及其優(yōu)勢(shì)探討

胡 舜

(深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，518000，深圳∥助理工程師)

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)地鐵列車(chē)運(yùn)營(yíng)最高時(shí)速為80 km?？紤]到城市軌道交通的未來(lái)發(fā)展，列車(chē)提速是必然趨勢(shì)。在此背景下，本文分析了深圳地鐵第一條采用架空剛性懸掛接觸網(wǎng)的線(xiàn)路——蛇口線(xiàn)在運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的一系列剛性懸掛問(wèn)題。在諸多可改進(jìn)因素中，著重論述了新型剛性懸掛零部件的結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢(shì)及可行性，并與蛇口線(xiàn)目前采用的剛性懸掛零部件進(jìn)行比較。

1 新型零部件

1.1 新型匯流排

新型匯流排由瑞士Furrer_Frey AG公司研發(fā)，選用的材質(zhì)與普通匯流排一樣，都是6101B牌號(hào)鋁合金。產(chǎn)品照片如圖1所示。與目前國(guó)內(nèi)地鐵普遍使用的匯流排相比，其內(nèi)部?jī)蓚?cè)各多出4條貫通全長(zhǎng)的條形凸出。另外，匯流排與中間接頭連接板的連接方式原來(lái)為通過(guò)兩端共16根10 mm螺桿連接固定，現(xiàn)改成通過(guò)兩端共8根14 mm螺桿固定，螺桿側(cè)采用墊片加螺母的方式固定。

圖1 新型匯流排

1.2 支撐懸臂

為使接觸網(wǎng)設(shè)備滿(mǎn)足100 km/h以上高速行車(chē)的條件，使地鐵車(chē)輛保持良好的受流關(guān)系，減少弓網(wǎng)磨耗以及確保剛性懸掛壽命長(zhǎng)、故障少、維護(hù)任務(wù)少，改進(jìn)地鐵隧道內(nèi)剛性懸掛的定位方式成為攻關(guān)方向之一。本文介紹一種垂向懸掛接觸網(wǎng)的技術(shù)——懸臂支撐方式，其現(xiàn)場(chǎng)照片及結(jié)構(gòu)示意圖如圖2、3所示。

懸臂支撐方式在支撐結(jié)構(gòu)上有很大的改進(jìn):在懸臂底座處采用了鉸接式連接，在懸掛匯流排處加裝了可調(diào)節(jié)的彈性旋轉(zhuǎn)頭［1］，使其具有可旋轉(zhuǎn)、可精調(diào)的優(yōu)點(diǎn)。

目前國(guó)內(nèi)地鐵隧道形狀有圓形、矩形和馬蹄形等。接觸懸掛與隧道頂部距離基本都在500 mm以?xún)?nèi)，空間比較狹小，而懸臂支撐方式完全能滿(mǎn)足隧道內(nèi)安裝空間的要求。

圖2 懸臂支撐方式現(xiàn)場(chǎng)照片

圖3 支撐懸臂結(jié)構(gòu)示意圖

2 新型零部件優(yōu)勢(shì)及可行性

2.1 新型匯流排的改進(jìn)

剛性懸掛匯流排自20世紀(jì)60年代投入應(yīng)用至今，成型過(guò)兩代成熟的產(chǎn)品工藝。目前國(guó)內(nèi)地鐵剛性懸掛普遍使用的匯流排即為第二代產(chǎn)品。本文僅將新型匯流排與第二代匯流排進(jìn)行比較分析。

新型匯流排與第二代匯流排插入中間接頭連接板后照片分別如圖4、圖5所示。從圖4中可以看出，連接板兩側(cè)的4處凹槽與匯流排內(nèi)壁上的4處突出相咬合。這4處承力點(diǎn)可分擔(dān)連接板的質(zhì)量，理論上能很好地改善中間接頭部位因受電弓振動(dòng)及接頭部位本身弛度所造成的連接螺桿與連接板螺紋滑絲的問(wèn)題。另一處改進(jìn)是將連接螺桿由原來(lái)的16顆螺桿單邊緊固形式縮減至8顆螺桿單邊緊固形式，大大減少了檢修任務(wù)和時(shí)間，降低了螺桿滑絲的可能性及更換需求。

兩種中間接頭的連接板螺孔均有螺紋，匯流排螺孔均無(wú)螺紋。這大大提升了新舊匯流排更換過(guò)渡期間的兼容性。新型匯流排在沒(méi)有增加制造成本的前提下，僅通過(guò)改善制造工藝即實(shí)現(xiàn)了上述改進(jìn)。

2.2 懸臂支撐方式的改進(jìn)

目前，包括深圳地鐵蛇口線(xiàn)及環(huán)中線(xiàn)在內(nèi)的絕大多數(shù)城市軌道交通剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)采用的定位方式是:安裝底座+垂直懸吊槽鋼連接懸掛絕緣子及定位線(xiàn)夾夾持匯流排(見(jiàn)圖6)。這種懸掛方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)張力補(bǔ)償、結(jié)構(gòu)高度小等特點(diǎn)，能滿(mǎn)足運(yùn)行速度80 km/h以下時(shí)的要求。但是在運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間之后，由于受電弓的往復(fù)振動(dòng)能量疊加及接觸網(wǎng)系統(tǒng)各種電纜隨著溫度變化而產(chǎn)生的竄動(dòng)，定位點(diǎn)各連接部位會(huì)松脫、卡滯甚至斷裂。具體表現(xiàn)為絕緣子與上部懸吊槽鋼及下部定位線(xiàn)夾處的松脫、匯流排與定位線(xiàn)夾的卡滯甚至是匯流排的扭曲變形等［2］。某地鐵線(xiàn)路曾因定位結(jié)構(gòu)偏斜，導(dǎo)致懸掛絕緣子出現(xiàn)裂紋，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的隧道潮濕、漏水等惡劣條件影響，最終造成絕緣子炸裂脫落的事故。

圖4 新型匯流排插入中間接頭連接板照片

圖5 第二代匯流排插入中間接頭連接板照片

圖6 垂直懸掛定位安裝圖

采用懸臂支撐的新型定位方式如圖7所示。與現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)地鐵普遍采用的垂直懸掛定位方式相比，其優(yōu)勢(shì)為:①將絕緣子與上下部零件連接做成一體化設(shè)計(jì)，精簡(jiǎn)了連接結(jié)構(gòu)，省略了懸吊槽鋼、T型頭連接螺桿等部件，減小了連接部位出現(xiàn)問(wèn)題的可能;②在懸臂底座處采用鉸接式連接，在懸掛匯流排處加裝了可調(diào)節(jié)的彈性旋轉(zhuǎn)頭，使整個(gè)懸臂可以旋轉(zhuǎn)和精調(diào)。這很好地解決了匯流排因溫度變化及附著電纜伸縮而產(chǎn)生的竄動(dòng)問(wèn)題，并增加了懸掛點(diǎn)的接觸網(wǎng)彈性，提高了對(duì)受電弓振動(dòng)的適應(yīng)能力，同時(shí)可更加精確地調(diào)節(jié)相關(guān)懸掛參數(shù)。

圖7 懸臂支撐定位方式

3 新型零部件的改進(jìn)及發(fā)展

為改善剛性懸掛不能緩沖外界振動(dòng)和沖擊的特質(zhì)，增加受電弓對(duì)剛性懸掛的跟隨性［3］，國(guó)內(nèi)同行研制出彈性定位線(xiàn)夾以提升整體懸掛的“彈性”。特別在曲線(xiàn)半徑較小處，這種彈性定位線(xiàn)夾可減少列車(chē)通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的拉弧和弓網(wǎng)設(shè)備磨損。彈性定位線(xiàn)夾屬于系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備，其設(shè)計(jì)圖及照片如圖8所示。

圖8 彈性定位線(xiàn)夾

廣州地鐵3號(hào)線(xiàn)曾試掛過(guò)3個(gè)月的彈性定位線(xiàn)夾，出現(xiàn)了兩個(gè)問(wèn)題:

(1)在曲線(xiàn)半徑較小處，由于匯流排本身的曲線(xiàn)拉力(或彈力)較大，彈性定位線(xiàn)夾的卡槽與匯流排之間會(huì)形成較大的摩擦力。當(dāng)受到受電弓120 N的向上接觸壓力之后，有的地方由于摩擦力過(guò)大，使得彈性定位線(xiàn)夾與匯流排出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象，彈簧的作用失效。若該現(xiàn)象發(fā)生嚴(yán)重，不僅無(wú)法優(yōu)化線(xiàn)索磨耗，反而會(huì)惡化受流質(zhì)量，增大磨耗。

(2)在彈性定位線(xiàn)夾試掛期間，由于隧道內(nèi)環(huán)境惡劣，彈性定位線(xiàn)夾內(nèi)部及表面吸附了各種雜質(zhì)，因此，匯流排在直線(xiàn)區(qū)段上下滑動(dòng)的過(guò)程中，接觸卡滯現(xiàn)象屢有發(fā)生。

雖然此設(shè)備目前還有不少瑕疵，但是它的設(shè)計(jì)方向很值得深入研究。即在剛性懸掛中融入部分彈性元素，在保持剛性懸掛自身優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，又能兼具柔性懸掛弓網(wǎng)關(guān)系良好的優(yōu)點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文探討了兩種新型零部件——新型匯流排以及支撐懸臂。其中，支撐懸臂只在蘭新鐵路蘭武二線(xiàn)烏鞘嶺特長(zhǎng)隧道等少數(shù)地段應(yīng)用，而新型匯流排目前暫未在國(guó)內(nèi)地鐵中投入使用。因此，兩種新型零部件對(duì)于現(xiàn)有問(wèn)題的改善效果還有待考證，但其精巧的設(shè)計(jì)思路是非常值得學(xué)習(xí)的。

［1］劉長(zhǎng)利.地鐵隧道內(nèi)120 km/h剛性接觸網(wǎng)技術(shù)研究［J］.城市軌道交通研究，2012(6):45.

［2］周?chē)?guó)家.架空剛性懸掛匯流排竄動(dòng)分析及解決方案淺析［J］.科技傳播，2012(3):117.

［3］傅俊武.剛性與柔性接觸網(wǎng)若干功能差異及標(biāo)準(zhǔn)的討論［J］.電氣化鐵道，2007(6):41.