接觸軌電連接板式膨脹接頭初始滑動(dòng)力研究

林明磊

摘 要：以廣州地鐵四號(hào)線為例，針對(duì)廣州地鐵四號(hào)線開通運(yùn)營(yíng)十多年以來頻繁出現(xiàn)的接觸軌膨脹接頭不能實(shí)時(shí)補(bǔ)償問題，做了詳細(xì)介紹。并就其與膨脹接頭初始滑動(dòng)力關(guān)系進(jìn)行了闡述與研究，提出針對(duì)電連接板式膨脹接頭初始滑動(dòng)力過大問題的解決方法。

關(guān)鍵詞：廣州地鐵；接觸軌；電連接板式膨脹接頭；初始滑動(dòng)力

中圖分類號(hào)：U231 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）27-0066-02

Abstract： Taking Guangzhou Metro Line 4 as an exemplar， this paper gives a detailed introduction to the problem that the contact rail expansion joint frequently appears in more than ten years of operation of Guangzhou Metro Line can not be compensated in real time. The relationship between the initial sliding force and the expansion joint is described and studied， and the solution to the problem of excessive initial sliding force of the expansion joint is put forward.

Keywords： Guangzhou metro； contact rail； expansion joint with electric connecting plate； initial sliding force

1 研究背景

廣州地鐵四號(hào)線是國(guó)內(nèi)首條采用DC1500V接觸軌供電方式的地鐵線路，線路全長(zhǎng)59公里，有一半為高架露天段。自2006年底開通以來，接觸軌系統(tǒng)總體運(yùn)行情況正常，未出現(xiàn)嚴(yán)重影響行車的重大故障。高架線路接觸軌由于受露天段溫差較大影響，因熱脹冷縮產(chǎn)生縱向伸縮頻繁，若膨脹接頭不能實(shí)時(shí)進(jìn)行伸縮補(bǔ)償，使接觸軌向兩側(cè)不均勻竄動(dòng)導(dǎo)致接觸軌中心錨結(jié)出現(xiàn)偏移，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致中心錨結(jié)處支撐件開裂、斷開等情況，給運(yùn)營(yíng)帶來很大的安全隱患。

為有效消除該類型設(shè)備隱患，需對(duì)膨脹接頭進(jìn)行研究?jī)?yōu)化，特別是四號(hào)線早期采用的電連接板式膨脹接頭初始滑動(dòng)力較大，無法實(shí)時(shí)補(bǔ)償接觸軌熱脹冷縮造成的伸縮，因此需要對(duì)該類膨脹接頭進(jìn)行改造優(yōu)化，以保證接觸軌系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、有效的運(yùn)行。

2 接觸軌膨脹接頭

2.1 膨脹接頭原理

接觸軌一般沿線路敷設(shè)在機(jī)車的側(cè)下方。為了防止接觸軌的自由竄行，接觸軌每隔一定長(zhǎng)度必須進(jìn)行中錨固定。由于環(huán)境溫度的變化或接觸軌運(yùn)行中電流產(chǎn)生的熱量都會(huì)造成接觸軌溫度的變化，使接觸軌錨段因熱脹冷縮而產(chǎn)生長(zhǎng)度變化。因此，接觸軌鋪設(shè)時(shí)，相鄰錨段之間要安裝一個(gè)膨脹接頭裝置，使接觸軌錨段因熱脹冷縮而產(chǎn)生的長(zhǎng)度變化得到補(bǔ)償。膨脹接頭除了補(bǔ)償?shù)罔F線路上接觸軌錨段伸縮量外，還起著電氣連接的作用，是接觸軌供電系統(tǒng)的關(guān)鍵裝置。

2.2 膨脹接頭結(jié)構(gòu)

廣州地鐵四號(hào)線接觸軌系統(tǒng)采用的是電連接板式膨脹接頭（結(jié)構(gòu)如圖1所示）。一般由膨脹接頭本體（左滑軌、中間軌及右滑軌）、錨固夾板（魚尾板）及電流連接器3 部分組成。2 個(gè)錨固夾板卡在左滑軌、中間軌及右滑軌的腰部型腔中，分別用緊固件進(jìn)行緊固連接。左、右滑軌上開有長(zhǎng)孔，可以沿線路方向開合以補(bǔ)償伸縮量。 中間軌和左滑軌、中間軌與右滑軌均通過電流連接器連接。電流連接器可以在沿線路方向移動(dòng)或滑動(dòng)，使電流連續(xù)。

2.3 膨脹接頭初始滑動(dòng)力過大的危害

根據(jù)廣州地鐵四號(hào)線接觸軌設(shè)計(jì)規(guī)范：由于環(huán)境溫度的變化或運(yùn)行中電流產(chǎn)生的熱量都會(huì)造成接觸軌溫度的變化，使接觸軌因熱脹冷縮而產(chǎn)生長(zhǎng)度變化，因此要在接觸軌錨段兩端設(shè)置膨脹接頭，用以補(bǔ)償接觸軌錨段長(zhǎng)度的變化量，膨脹接頭的活動(dòng)間隙的最大補(bǔ)償余量是200mm，滿足廣州地鐵四號(hào)線的工程需要。在運(yùn)行過程中，當(dāng)接觸軌錨段因熱脹冷縮產(chǎn)生長(zhǎng)度變化時(shí)，膨脹接頭的左右滑軌會(huì)根據(jù)接觸軌錨段的長(zhǎng)度變化而自由伸縮滑動(dòng)，補(bǔ)償接觸軌錨段的變化量，使接觸軌始終處于一個(gè)平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)（如圖2所示）。

經(jīng)多年運(yùn)營(yíng)維護(hù)發(fā)現(xiàn)，部分接觸軌錨段的中心錨節(jié)會(huì)出現(xiàn)往線路一側(cè)偏移，錨段一側(cè)的膨脹接頭不滑動(dòng)的情況。也就是說，接觸軌膨脹接頭并沒有起到對(duì)接觸軌錨段實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)淖饔?，接觸軌錨段因熱脹冷縮產(chǎn)生的長(zhǎng)度變化量全部作用于中心錨節(jié)上。而中心錨結(jié)是錨固在中錨支撐件上的，當(dāng)中心錨結(jié)偏移過大時(shí)會(huì)出現(xiàn)支撐件斷裂情況，危害地鐵運(yùn)營(yíng)安全。

3 原因分析

將部分在線運(yùn)行的膨脹接頭拆卸下來進(jìn)行了初始滑動(dòng)力試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)膨脹接頭初始滑動(dòng)力普遍在10kN以上。而接觸軌中錨支撐件額定水平荷載設(shè)計(jì)值為1.5kN，遠(yuǎn)小于膨脹接頭的初始滑動(dòng)力。即在實(shí)際運(yùn)行過程中，接觸軌錨段因熱脹冷縮出現(xiàn)伸縮時(shí)，膨脹接頭還沒能開始滑動(dòng)，接觸軌中錨支撐件就會(huì)因?yàn)槌惺艿乃胶奢d過大而出現(xiàn)變形，接觸軌錨段因熱脹冷縮產(chǎn)生的伸縮量將通過中錨支撐件的形變來補(bǔ)償，膨脹接頭沒有起到補(bǔ)償?shù)淖饔?，與設(shè)計(jì)原則相違背。出現(xiàn)這種情況的直接原因就是膨脹接頭的初始滑動(dòng)力過大。

4 優(yōu)化改造

針對(duì)此情況，對(duì)膨脹接頭進(jìn)行改造研究，優(yōu)化膨脹接頭的初始滑動(dòng)力，使其達(dá)到能實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)淖饔?。?jīng)過不同方式改造試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，影響膨脹接頭初始滑動(dòng)力的因素有以下三個(gè)：（1）膨脹接頭的電連接板的摩擦力。膨脹接頭的電連接板對(duì)整個(gè)膨脹接頭的初始滑動(dòng)力影響很大，但是為了使膨脹接頭更好的起到導(dǎo)流作用，膨脹接頭導(dǎo)流板不能去掉。通過調(diào)整U型螺栓的夾持力，也可以減少電連接夾板的滑動(dòng)摩擦力，進(jìn)而減少膨脹接頭的初始滑動(dòng)力。（2）膨脹接頭夾板的摩擦力。相應(yīng)減少膨脹接頭夾板和接觸軌的接觸面積，會(huì)減少膨脹接頭和夾板之間的摩擦力。（3）夾板對(duì)膨脹接頭的壓力。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：通過減少中間以及兩側(cè)緊固螺栓的力矩，將會(huì)減少夾板對(duì)膨脹接頭的壓力。改造試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

通過一系列的試驗(yàn)，最終形成了下列優(yōu)化改造方案：

（1）減少夾板和膨脹接頭的摩擦面積，對(duì)膨脹接頭本體和夾板進(jìn)行倒角及打磨處理，有效減少了夾板的摩擦面積，并在本體與夾板間接觸面注潤(rùn)滑油，進(jìn)而減少摩擦力。

（2）減少膨脹接頭和夾板之間的壓力，通過改造減小膨脹接頭夾板處接觸壓力。在不影響膨脹接頭結(jié)構(gòu)的前提下，將夾板中間螺栓力矩調(diào)小，在夾板兩端緊固螺栓處加不銹鋼軸套，進(jìn)而減少膨脹接頭和夾板之間的壓力。

（3）減少膨脹接頭電連接板的滑動(dòng)摩擦力，通過調(diào)節(jié)電連接板U型螺栓彈簧余量長(zhǎng)度，在不改變電連接板導(dǎo)流能力的前提下，減少電連接板的滑動(dòng)摩擦力。

改造后初始滑動(dòng)力測(cè)試，滑動(dòng)力由原來大于10kN減小到400N，大大減少了初始滑動(dòng)力?？紤]到優(yōu)化改造后，膨脹接頭電連接板的壓力發(fā)生了變化，可能會(huì)影響膨脹接頭的電氣性能，特地用微歐計(jì)對(duì)改造后的膨脹接頭的過渡電阻進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量結(jié)果基本不變，滿足技術(shù)要求。

為了對(duì)改造過的膨脹接頭效果進(jìn)行驗(yàn)證，將改造過的膨脹接頭上線試驗(yàn)，定期收集膨脹接頭運(yùn)行數(shù)據(jù)。通過上線對(duì)比觀察和數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)改造過的膨脹接頭通過減少初始滑動(dòng)力，可以有效的實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償作用，消除了中心錨結(jié)的偏移情況，滿足了接觸軌的技術(shù)要求，確保了供電安全。

5 結(jié)束語

廣州地鐵四號(hào)線直流1500V接觸軌屬于國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用，且高架段距離長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)環(huán)境復(fù)雜，很多問題是設(shè)計(jì)上不可預(yù)知的。本文結(jié)合廣州地鐵四號(hào)線接觸軌設(shè)備運(yùn)行多年的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，不斷積累設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)出現(xiàn)的電連接板式接觸軌膨脹接頭不能實(shí)時(shí)補(bǔ)償問題積極探求解決方法，通過對(duì)膨脹接頭本體的一系列分析試驗(yàn)研究，在不需要更換設(shè)備的前提下，形成最終的優(yōu)化改造方案，消除了設(shè)備隱患，也為后續(xù)地鐵線路接觸軌設(shè)備的產(chǎn)品開發(fā)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

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