一種直流架空剛性懸掛接觸網(wǎng)旋臂支撐方案

林 建

0 引言

架空剛性懸掛接觸網(wǎng)系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)零部件少，維護(hù)、維修成本低等優(yōu)點(diǎn)在城市軌道交通供電領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，成為主流牽引供電系統(tǒng)之一。剛性懸掛接觸網(wǎng)的支撐懸掛裝置作為其主要組成部分，裝置的功能及適用性對(duì)剛性懸掛接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)布局、安裝、運(yùn)營維護(hù)起著非常關(guān)鍵的作用。

1 傳統(tǒng)直流架空剛性接觸網(wǎng)懸掛方案

國內(nèi)直流架空剛性接觸網(wǎng)采用垂直懸掛固定方式，主要有3種結(jié)構(gòu)：高凈空工況下的吊柱式組合懸掛結(jié)構(gòu)、常規(guī)凈空工況下的U型懸掛結(jié)構(gòu)、超低凈空工況下的橫撐懸掛結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 直流架空剛性接觸網(wǎng)垂直懸掛結(jié)構(gòu)

采用垂直懸掛方案的剛性接觸網(wǎng)中，匯流排可在懸掛線夾中竄動(dòng)，從而適應(yīng)整個(gè)剛性錨段的熱脹冷縮。由于匯流排與懸掛線夾竄動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生較大的滑動(dòng)摩擦力，可導(dǎo)致匯流排出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象，引起匯流排撓度增加，影響弓網(wǎng)受流質(zhì)量，嚴(yán)重情況下甚至?xí)?dǎo)致懸掛線夾或絕緣子斷裂，影響行車安全。為減小這種不良影響，垂直懸掛方案的剛性接觸網(wǎng)錨段長度一般控制在250 m以下，但該不良影響也不能完全消除，需維護(hù)人員定期調(diào)整。另外，該垂直懸掛結(jié)構(gòu)中懸掛點(diǎn)導(dǎo)高微調(diào)及曲線段匯流排與軌面的垂直控制均需來回松緊8個(gè)螺母，工作繁瑣。

2 旋臂支撐方案

國內(nèi)目前采用旋臂支撐方案（圖2）的剛性懸掛接觸網(wǎng)全部為交流供電制式。匯流排與旋臂支撐中的懸掛線夾固定，整個(gè)剛性錨段的熱脹冷縮通過旋臂支撐的順線路旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，因此不會(huì)出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象，剛性錨段長度可達(dá)到500 m以上。由于供電制式的不同，旋臂支撐方案在直流剛性懸掛接觸網(wǎng)中不能直接采用，存在一定區(qū)別。

圖2 交流供電制式旋臂支撐

2.1 直流供電制式旋臂支撐方案

旋臂支撐主要由旋轉(zhuǎn)可調(diào)底座、支撐架、絕緣子、調(diào)節(jié)支架和可調(diào)懸掛線夾組成（圖3），相互之間通過螺栓組件連接，裝置沿隧道拱頂傾斜設(shè)置使整套裝置為弓形結(jié)構(gòu)，可以減小安裝凈空需求，通過三角底座或吊柱固定于隧道壁。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝調(diào)整方便、零部件少、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，可滿足多種隧道凈空安裝要求。

圖3 直流供電制式旋臂支撐

2.1.1 旋轉(zhuǎn)可調(diào)底座

旋轉(zhuǎn)可調(diào)底座主要由連接本體、調(diào)整雙耳和固定壓板組成（圖4），相互間通過螺栓固定。連接本體與壓板間形成倒錐形，調(diào)整雙耳設(shè)置上大下小錐形，位于連接底板和壓塊之間，形成楔形固定，通過楔子原理確保相互連接的穩(wěn)固性，防止雙耳連接的旋臂長期運(yùn)行后松動(dòng)下垂。調(diào)整雙耳可繞連接本體在垂直軌面方向調(diào)整±7.5°（圖5），可實(shí)現(xiàn)線路曲線段吊柱按豎直安裝設(shè)計(jì)，調(diào)整后滿足旋轉(zhuǎn)軸及匯流排垂直于軌面，且旋臂在旋轉(zhuǎn)時(shí)導(dǎo)高與軌面相對(duì)位置不變，保證了剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)可減少吊柱規(guī)格種類，降低了施工難度，提高了施工效率。圖4～圖7、圖9中數(shù)據(jù)單位為mm。

圖4 旋轉(zhuǎn)可調(diào)底座

圖5 曲線段旋轉(zhuǎn)可調(diào)底座調(diào)整示意

連接本體、調(diào)整雙耳和固定壓塊均采用鋁合金精密鑄造或鍛造工藝成型，表面經(jīng)陽極氧化處理，具有重量輕、美觀、精度可控、防腐性好等特點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)軸采用不銹鋼機(jī)械加工制造而成，與調(diào)整雙耳通過不銹鋼軸套過渡連接，提高耐磨性同時(shí)保證配合精度。

2.1.2 支撐架

支撐架的主要作用是減小絕緣部件長度尺寸，減少絕緣部件負(fù)載，增加整套裝置的限界，保證剛性錨段熱脹冷縮過程中懸掛點(diǎn)參數(shù)的穩(wěn)定，確保系統(tǒng)受流質(zhì)量。

支撐架采用鋁合金精密鑄造工藝一體成型（圖6），表面經(jīng)陽極氧化處理，具有重量輕、美觀、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)采用斜向上弓形結(jié)構(gòu)，降低了安裝凈空要求。

圖6 支撐架

2.1.3 絕緣子

絕緣子采用硅橡膠復(fù)合和瓷質(zhì)兩種方案，兩端為法蘭連接結(jié)構(gòu)，機(jī)械及電氣性能按線路使用需求設(shè)計(jì)，如圖7所示。

圖7 絕緣子

2.1.4 調(diào)節(jié)支架

調(diào)節(jié)支架主要采用板材整體折彎成型（圖8），設(shè)置有導(dǎo)向滑槽和限位槽。懸掛線夾可通過導(dǎo)向滑槽進(jìn)行拉出值調(diào)節(jié)，拉出值根據(jù)線路需求設(shè)置。懸掛線夾在安裝過程中可通過其安裝座底部設(shè)置的滑塊與導(dǎo)向槽配合，保證匯流排與調(diào)節(jié)支架平行，并且連接板設(shè)置有圓弧長孔，可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)支架與軌面平行，保證懸掛線夾受力平衡。

圖8 調(diào)節(jié)支架

2.1.5 可調(diào)懸掛線夾

懸掛線夾安裝在調(diào)節(jié)支架上用于懸掛固定匯流排，可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)高±35 mm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。懸掛調(diào)節(jié)軸通過防轉(zhuǎn)卡板固定在連接本體上，對(duì)懸掛調(diào)節(jié)軸進(jìn)行有效固定，提高線夾穩(wěn)定性（圖9）。

圖9 可調(diào)懸掛線夾

線夾上下連接本體均采用鋁合金精密鑄造工藝制造，表面經(jīng)陽極氧化處理，具有重量輕、美觀、精度可控、防腐性能好等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 直流供電制式旋臂支撐安裝凈空

旋臂支撐結(jié)構(gòu)緊湊，可有效節(jié)省安裝空間，具體如圖10、圖11所示。

圖10 低凈空隧道安裝

圖11 高凈空隧道安裝

一般情況下，H值可調(diào)至最小290 mm，適用于現(xiàn)有地鐵標(biāo)準(zhǔn)隧道安裝；在隧道施工誤差較大的低凈空隧道段，可通過對(duì)匯流排的改型及旋臂改型減小H值進(jìn)行適應(yīng)。L值根據(jù)錨段長度、匯流排溫度變化、拉出值a協(xié)同設(shè)計(jì)確定。

2.3 直流供電制式旋臂支撐性能參數(shù)

（1）整體性能參數(shù)：最大水平工作荷重1.5 kN，水平破壞荷重不小于4.5 kN；最大垂直工作荷重3 kN，垂直破壞荷重不小于9.0 kN；經(jīng)200萬次振動(dòng)疲勞試驗(yàn)后，裝置的破壞荷重下降不大于5%。

（2）旋轉(zhuǎn)可調(diào)底座性能參數(shù)：最大水平工作荷重7.5 kN，水平破壞荷重不小于22.5 kN；最大垂直工作荷重10 kN，垂直破壞荷重不小于30 kN。

（3）支撐架性能參數(shù)：最大水平工作荷重7.5 kN，水平破壞荷重不小于22.5 kN；最大垂直工作荷重10 kN，垂直破壞荷重不小于30 kN。

（4）絕緣子主要性能參數(shù)見表1。

表1 絕緣子主要性能參數(shù)

（5）調(diào)節(jié)支架性能參數(shù)：最大水平工作荷重1.5 kN，水平破壞荷重不小于4.5 kN；最大垂直工作荷重3 kN，垂直破壞荷重不小于9.0 kN。

（6）可調(diào)懸掛線夾性能參數(shù)：最大水平工作荷重1.5 kN，水平破壞荷重不小于4.5 kN；最大垂直工作荷重3 kN，垂直破壞荷重不小于9.0 kN；經(jīng)200萬次振動(dòng)疲勞試驗(yàn)后，線夾的破壞荷重下降不大于5%。

3 旋臂支撐方案優(yōu)勢(shì)

相比國內(nèi)傳統(tǒng)直流供電剛性接觸網(wǎng)懸掛方案，采用旋臂支撐剛性接觸網(wǎng)具有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）最大錨段長度可以增加1倍以上，減少了關(guān)節(jié)數(shù)量，提高了弓網(wǎng)系統(tǒng)質(zhì)量。

（2）標(biāo)準(zhǔn)化程度高，互換性強(qiáng)，旋臂支撐可提前預(yù)配，安裝調(diào)整方便，降低施工難度，提高安裝效率和精度。

（3）在剛性錨段熱脹冷縮過程中，旋臂支撐通過自身旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)懸掛點(diǎn)位移補(bǔ)償，懸掛點(diǎn)不會(huì)出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象，減少弓網(wǎng)磨耗，提高了系統(tǒng)使用壽命及安全可靠性，同時(shí)減少了后期運(yùn)營維護(hù)工作量。

綜上所述，旋臂支撐方案具有結(jié)構(gòu)簡單、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、安裝調(diào)整方便、無卡滯隱患等優(yōu)點(diǎn)，可為既有線路改造及新建線路設(shè)計(jì)提供參考。