剛性懸掛接觸網(wǎng)拉出值布置與受電弓磨耗分析

張權(quán)

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安710061）

我國新建城市軌道交通接觸網(wǎng)采用剛性懸掛方式以來，現(xiàn)場多次報(bào)道受電弓碳滑板磨耗不均勻問題，如廣州地鐵二號線受電弓在最大拉出值附近磨耗嚴(yán)重，形成較深凹槽。磨耗布局不合理，不僅會降低受電弓的使用壽命，還會造成接觸網(wǎng)拉弧、打火。研究表明，接觸網(wǎng)拉出值平面布置方式不合理是造成受電弓磨耗不均勻的主要原因[1]。因此，為保障電氣化鐵路的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需對剛性懸掛接觸網(wǎng)拉出值布置方式展開分析。

1 正弦波拉出值布置方式

圖1 為剛性懸掛接觸網(wǎng)拉出值按正弦波方式布置示意圖。圖中黑色點(diǎn)劃線為線路中心線，紅色實(shí)線由各個(gè)懸掛點(diǎn)拉出值擬合而成，其中A 為全線拉出值最大點(diǎn)，C、D 點(diǎn)為關(guān)節(jié)處懸掛點(diǎn)。由圖可知，拉出值采用正弦波方式布置時(shí)，線路兩側(cè)懸掛點(diǎn)個(gè)數(shù)幾乎相同，匯流排在線路兩側(cè)排布總長均等，理論上受電弓在線路上滑動時(shí)，碳滑板上兩半弓磨耗分布均勻。

圖1 剛性懸掛正弦波拉出值布置示意圖

在正弦波布置方式下，拉出值計(jì)算：

式中，λ 為正弦波長度，在平面布置圖中等效為一個(gè)錨段長度；a 為最大拉出值，一般取值為250mm，x 為正弦波上任意一點(diǎn)與拉出值為0 的懸掛點(diǎn)之間的距離；y 為x 點(diǎn)處對應(yīng)的拉出值。

2 類“之”字形拉出值布置方式

基于正弦波平面布置方式，本文通過進(jìn)一步優(yōu)化，對接觸網(wǎng)拉出值采用類“之”字形布置，如下圖2 所示。圖中A 點(diǎn)為最大拉出值，一般取值為250mm；B 為次最大拉出值，通常條件下為230mm；C 點(diǎn)為錨段關(guān)節(jié)處懸掛點(diǎn)，距離錨段終端3.8m，拉出值為100mm（絕緣錨段關(guān)節(jié)為150mm）；D 點(diǎn)為錨段關(guān)節(jié)處懸掛點(diǎn)，距離C 點(diǎn)2m，拉出值取100mm（絕緣錨段關(guān)節(jié)為150mm）。

圖2 剛性懸掛類“之”字形布置示意圖

y1為任一懸掛點(diǎn)x 的拉出值，以非絕緣關(guān)節(jié)為例，AC 區(qū)段拉出值計(jì)算如下：

由于D、C 兩點(diǎn)拉出值相同，可認(rèn)為受電弓在此時(shí)處于水平狀態(tài)，以C 點(diǎn)為原點(diǎn)建立坐標(biāo)，則x 點(diǎn)處拉出值計(jì)算如上式（2）所示，式中xC為曲線上任意一點(diǎn)x 到C 點(diǎn)距離，LBC為B 點(diǎn)到C點(diǎn)距離，y1為x 點(diǎn)處拉出值。

同理，BB1 區(qū)段拉出值計(jì)算如式（3）所示：

式中，x0為BB1 區(qū)段上任意一點(diǎn)到拉出值為0 的點(diǎn)之間的距離，LBB1為BB1 之間距離，y2為x 點(diǎn)處拉出值。

3 兩種布置方式受電弓磨耗分析

標(biāo)準(zhǔn)匯流排長度為12m，為減少匯流排截?cái)嗬速M(fèi)，錨段布置原則如下：5.95*2+12*n（標(biāo)準(zhǔn)匯流排長度12m，將其截?cái)酁閮砂?，長度本應(yīng)為6m，但考慮到施工過程中存在一定誤差，本文誤差考慮5mm，作為計(jì)算裕度）。匯流排長度不應(yīng)超過250m，施工現(xiàn)場使用較多的主要是215.9、227.9、239.9。以215.9 標(biāo)準(zhǔn)錨段長度對接觸網(wǎng)平面布置展開分析討論。

3.1 正弦波布置方式磨耗分析

當(dāng)一個(gè)錨段長度內(nèi)只有一個(gè)正弦波時(shí)，不同拉出值位置處受電弓的磨耗距離如表1 所示。

表1 正弦波拉出值平面布置方式受電弓磨耗距離

由上表可見，在拉出值為200～250mm 范圍內(nèi)，受電弓磨耗距離最大，其磨耗距離占正弦波百分比高達(dá)40%以上；其他拉出值變化范圍內(nèi)，受電弓磨耗距離相差較小，磨耗距離與正弦波的百分比均在20%以下，且當(dāng)懸掛點(diǎn)拉出值越接近0 時(shí)，相同拉出值變化范圍內(nèi)受電弓磨耗距離占正弦波比例越小。

3.2 類“之”字形布置方式磨耗分析

下表為不同拉出值位置處受電弓的磨耗距離，假定某方向拉出值為正，則另一方向拉出值為負(fù)，將拉出值劃分為10 個(gè)區(qū)間。

表2 一個(gè)正弦波范圍內(nèi)受電弓磨耗距離

由表2 可知，在拉出值為0 附近受電弓磨耗距離較短，相應(yīng)磨耗較輕，對其拉出值變化率進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)，其變化率小，說明受電弓在拉出值為0 附近速度較快，并能實(shí)現(xiàn)平滑過渡；其他拉出值范圍內(nèi)，磨耗距離幾乎相同，差距較小，說明受電弓在除拉出值為0 附近外，各個(gè)部位磨耗均勻。因此當(dāng)接觸網(wǎng)拉出值采用此種類型平面布置方式時(shí)，受電弓不易損傷。

4 結(jié)論

基于傳統(tǒng)正弦波拉出值布置方式，剛性懸掛接觸網(wǎng)拉出值采用類“之”字形布置，懸掛點(diǎn)均勻分布在線路兩側(cè)，受電弓在一定區(qū)段相同移動距離情況下拉出值變化率一致，從而使受電弓磨耗均勻，在設(shè)計(jì)過程中具有一定的指導(dǎo)意義。