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

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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(diǎn)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(kuò)展，接觸網(wǎng)作為提供列車(chē)正常取流的重要設(shè)備，其設(shè)備狀態(tài)的好壞直接關(guān)系到地鐵的運(yùn)營(yíng)質(zhì)量與安全。接觸網(wǎng)按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分柔性接觸網(wǎng)、剛性接觸網(wǎng)和接觸軌。目前國(guó)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(hào)線采用接觸軌和一號(hào)線部分區(qū)段采用柔性接觸網(wǎng)的供電方式外，一號(hào)線部分區(qū)段、二號(hào)線、八號(hào)線、三號(hào)線、三北線、廣佛線均采用剛性接觸網(wǎng)，它是目前國(guó)內(nèi)地鐵使用范圍最廣的一種供電設(shè)備類(lèi)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(shì)是剛性匯流排和接觸線無(wú)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(diǎn)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(diǎn)，但隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，剛性接觸網(wǎng)裝置的缺點(diǎn)逐漸顯現(xiàn)，即剛性接觸網(wǎng)的匯流排和接觸線通過(guò)定位線夾與隧道頂部槽鋼等裝置固定連接，在設(shè)計(jì)安裝時(shí)考慮到匯流排在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中會(huì)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(mǎn)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(dòng)，但由于列車(chē)運(yùn)行，匯流排熱脹冷縮和客車(chē)受電弓的慣性力始終朝向一個(gè)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(zhǎng)此以往會(huì)造成絕緣子受力異常，匯流排損傷，嚴(yán)重時(shí)造成底座開(kāi)裂、絕緣子扭曲變形，進(jìn)而影響接觸網(wǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行，存在一定的安全隱患?，F(xiàn)場(chǎng)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(duì)應(yīng)的一種接觸網(wǎng)懸掛方式，所謂剛性懸掛就是要考慮整個(gè)懸掛導(dǎo)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(yīng)剛度的導(dǎo)電軌或具有相應(yīng)剛度的匯流排與接觸線組成；整個(gè)系統(tǒng)由若干個(gè)錨段的機(jī)械分段結(jié)構(gòu)構(gòu)成，一般一個(gè)錨段長(zhǎng)度為250 m，在錨段中間位置采用中錨進(jìn)行固定，防止匯流排竄動(dòng)；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(diǎn)習(xí)慣稱(chēng)為定位點(diǎn)。定位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1 化學(xué)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(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，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(zhǎng)度成正比，溫度變化越大，匯流排越長(zhǎng)，匯流排的伸縮量就會(huì)越大，正常一個(gè)錨段長(zhǎng)250 m（其中由于錨段的中間位置固定，則計(jì)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(shí)，匯流排伸縮量可達(dá) 68.7 mm。

（2）線路為小曲線半徑時(shí)，機(jī)車(chē)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(dāng)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(wèn)題的原因是由于線路定位點(diǎn)按一定的拉出值布置，線路出現(xiàn)軌道超高時(shí)，定位點(diǎn)處的受電弓會(huì)對(duì)匯流排施加一個(gè)作用力，該力將通過(guò)水平分力1傳遞給線夾，從而出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。

另一個(gè)原因則是由于匯流排熱脹冷縮，在末端時(shí)，由于匯流排的伸長(zhǎng)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(duì)上述卡滯原因，為剛性接觸網(wǎng)研究設(shè)計(jì)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(guò)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(guò)M10螺栓緊固，不會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，并通過(guò)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(wú)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(zhǎng)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(diǎn)處受電弓對(duì)匯流排施加一個(gè)水平力1。

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

同時(shí)，在槽鋼與絕緣子之間增加一個(gè)剛性滑道，滑道長(zhǎng)度滿(mǎn)足因溫度變化引起的絕緣子位移長(zhǎng)度，解決了卡滯問(wèn)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(dòng)，且定位線夾與絕緣子之間不發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，在順線路方向設(shè)置滑道，其內(nèi)腔采用耐磨襯墊，當(dāng)匯流排因溫度變化而發(fā)生位移及扭矩時(shí)，特制的球面圓盤(pán)絕緣子金具在滑道內(nèi)滑動(dòng)，且可以360°旋轉(zhuǎn)，滿(mǎn)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(shè)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(wèn)題。

圖5 無(wú)障礙懸掛裝置線夾及滑道結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)定位點(diǎn)匯流排和線夾的卡滯原因分析，從結(jié)構(gòu)上對(duì)原裝置進(jìn)行優(yōu)化，增設(shè)滑道，解決了原裝置發(fā)生卡滯的問(wèn)題。目前，該裝置已經(jīng)在線路上投入試運(yùn)行，效果良好。

[1] 張衛(wèi)，沈志云. 接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)研究[J]. 鐵道學(xué)報(bào)，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

B

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

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

2016-05-05