蕪湖軌道交通項(xiàng)目跨坐式單軌接觸軌安裝中的技術(shù)問(wèn)題及解決措施

何小寶 胡 偉 劉 勇 盧勝超 熊 晨

(1.江蘇寧鐵技術(shù)股份有限公司,210032,南京; 2.國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司,210032,南京; 3.蕪湖市運(yùn)達(dá)軌道交通建設(shè)運(yùn)營(yíng)有限公司,241007,蕪湖; 4.中車(chē)南京浦鎮(zhèn)車(chē)輛有限公司,210031,南京∥第一作者,高級(jí)工程師)

蕪湖軌道交通1、2號(hào)線(xiàn)是我國(guó)首例采用跨坐式單軌接觸軌系統(tǒng)的項(xiàng)目?？缱絾诬壗佑|軌的安裝精度會(huì)直接影響跨坐式單軌車(chē)輛集電靴通過(guò)的安全性和平順性,而且安裝精度不高將導(dǎo)致閃絡(luò)拉弧現(xiàn)象并產(chǎn)生碳刷磨耗[1]。為提高跨坐式單軌接觸軌安裝質(zhì)量,本文對(duì)蕪湖軌道交通1、2號(hào)線(xiàn)跨坐式單軌接觸軌系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“蕪湖接觸軌系統(tǒng)”)在安裝過(guò)程中遇到的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行分析,并提出解決措施。

1 蕪湖接觸軌系統(tǒng)的構(gòu)成及接觸軌安裝

蕪湖接觸軌系統(tǒng)是我國(guó)首個(gè)龐巴迪INNOVIA Monorail 300型跨坐式單軌接觸軌系統(tǒng),其主要包括接觸軌隔離開(kāi)關(guān)、接觸軌避雷器及接觸軌。其中接觸軌隔離開(kāi)關(guān)和避雷器分開(kāi)設(shè)置,與車(chē)輛無(wú)物理接觸。因此,本文僅對(duì)其中的接觸軌部分進(jìn)行研究。

1.1 接觸軌構(gòu)成

接觸軌是將電能直接傳送給電力牽引車(chē)輛的部件,具有導(dǎo)電性能好、電流容量大、耐腐蝕,價(jià)格便宜及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。接觸軌主要由絕緣支架、側(cè)接觸式C型鋼鋁復(fù)合軌(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“鋼鋁復(fù)合軌”)、分段絕緣器、中間接頭、電纜連接板、中心錨結(jié)裝置、膨脹接頭、端部彎頭及過(guò)渡彎頭構(gòu)成。

絕緣支架用于鋼鋁復(fù)合軌的絕緣支撐和定位,由底座本體、連接金具、銷(xiāo)軸及開(kāi)口銷(xiāo)組成。鋼鋁復(fù)合軌由鋁型材和不銹鋼帶復(fù)合而成。分段絕緣器安裝于接觸軌端部對(duì)供電進(jìn)行分區(qū),主要包括用于道岔的道岔分段絕緣器,以及用于其他部位的分段絕緣器。中間接頭通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)螺栓加雙疊鎖緊墊圈來(lái)連接固定相鄰的鋼鋁復(fù)合軌并傳導(dǎo)電流,其材質(zhì)與鋼鋁復(fù)合軌材質(zhì)相同。電纜連接板通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)螺栓加雙疊鎖緊墊圈來(lái)連接DC 750 V電纜,以向鋼鋁復(fù)合軌供電,其最多可連接2根240 mm2電纜。中心錨結(jié)裝置通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)螺栓加雙疊鎖緊墊圈安裝于錨段中部的絕緣底座兩側(cè),用于防止鋼鋁復(fù)合軌向兩側(cè)不均勻移動(dòng)。膨脹接頭可補(bǔ)償鋼鋁復(fù)合軌因溫度變化而產(chǎn)生的長(zhǎng)度變化,保證接觸軌系統(tǒng)電氣連接的可靠性。端部彎頭用于線(xiàn)路斷口處,過(guò)渡彎頭用于線(xiàn)路道岔轉(zhuǎn)轍處。設(shè)置3個(gè)接頭均為了保證集電靴平滑過(guò)渡。

1.2 接觸軌的安裝

蕪湖接觸軌系統(tǒng)的接觸軌安裝流程圖如圖1所示。

圖1 接觸軌安裝流程

根據(jù)CJ/T 414—2012《城市軌道交通鋼鋁復(fù)合導(dǎo)電軌技術(shù)要求》,“鋼鋁復(fù)合軌之間,鋼鋁復(fù)合軌與膨脹接頭之間,鋼鋁復(fù)合軌與端部彎頭之間,通過(guò)中間接頭連接后,接縫處間隙應(yīng)小于2.0 mm,左右錯(cuò)牙應(yīng)小于0.5 mm,其接觸面的高度差應(yīng)小于0.2 mm”,且需要在施工安裝過(guò)程中持續(xù)做復(fù)測(cè)調(diào)整?？梢?jiàn),接觸軌安裝精度要求很高,且極易出現(xiàn)安裝問(wèn)題。

蕪湖接觸軌系統(tǒng)在接觸軌安裝中主要遇到了道岔分段絕緣器與道岔的干涉問(wèn)題,以及分段絕緣器與接觸軌的平面超差問(wèn)題。本文將針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行闡述。

2 道岔分段絕緣器安裝與道岔干涉問(wèn)題

2.1 現(xiàn)場(chǎng)情況

在安裝某車(chē)輛段內(nèi)部分道岔處接觸軌時(shí)發(fā)現(xiàn),道岔分段絕緣器在安裝完成后無(wú)法全部搭接,相鄰的道岔分段絕緣器存在約30 mm寬的間隙(如圖2所示)。若按原安裝要求進(jìn)行安裝,則道岔分段絕緣器將與道岔發(fā)生干涉。道岔分段絕緣器與道岔腹板干涉實(shí)景圖如圖3所示。

圖2 道岔分段絕緣器的間隙

圖3 道岔分段絕緣器與道岔腹板干涉實(shí)景圖

經(jīng)分析,在曲線(xiàn)梁擺動(dòng)到活動(dòng)端固定段的過(guò)程中,道岔因擺動(dòng)而產(chǎn)生了伸縮量的變化,其中,曲線(xiàn)半徑R為54 m道岔的伸縮量變化約為 135 mm,曲線(xiàn)半徑為69 m道岔及曲線(xiàn)半徑為100 m 道岔的伸縮量變化約為 99 mm。進(jìn)一步分析可知,替換梁型道岔曲線(xiàn)梁的道岔分段絕緣器均會(huì)與道岔固定端腹板干涉,且曲線(xiàn)半徑為54 m道岔的干涉最嚴(yán)重。

2.2 道岔與道岔分段絕緣器干涉問(wèn)題的解決措施

由于原道岔分段絕緣器調(diào)整完成后再次發(fā)生干涉的部位為道岔鎖定裝置支撐板,故由接觸網(wǎng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員對(duì)原道岔分段絕緣器尺寸進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整尺寸后的道岔分段絕緣器如圖4所示。

a) 側(cè)視圖

完成道岔分段絕緣器尺寸調(diào)整后,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整情況及道岔擺動(dòng)模擬數(shù)據(jù),可以通過(guò)切割道岔腹板再進(jìn)行調(diào)整。計(jì)算可知:對(duì)于曲線(xiàn)半徑為69 m或100 m的道岔,只需將道岔腹板切割約 40 mm,就能完全滿(mǎn)足施工圖安裝要求,使道岔分段絕緣器不再與道岔腹板發(fā)生干涉;對(duì)于曲線(xiàn)半徑為54 m的道岔,需在切割約 40 mm寬道岔腹板的基礎(chǔ)上,再將腹板干涉部位局部切割10 mm,才能以保證道岔分段絕緣器能在鎖定裝置底板處通過(guò)。曲線(xiàn)半徑為54 m道岔分段絕緣器切割的局部示意圖如圖5所示。

圖5 曲線(xiàn)半徑為54 m道岔分段絕緣器切割的局部示意圖

3 分段絕緣器與鋼鋁復(fù)合軌平面超差問(wèn)題

3.1 現(xiàn)場(chǎng)情況

根據(jù)《接觸軌分段絕緣器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)及維護(hù)手冊(cè)》描述,在完成分段絕緣器安裝后,分段絕緣器接觸面與鋼鋁復(fù)合軌不銹鋼帶面應(yīng)無(wú)高差。然而,實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量發(fā)現(xiàn),二者存在一定高差,即分段絕緣器與鋼鋁復(fù)合軌存在平面超差問(wèn)題。分段絕緣器的部分現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示。根據(jù)記錄,2020年12月4日的氣溫為8.0 ℃,軌面溫度為8.0 ℃,絕緣器本體溫度為4.9 ℃;2020年12月10日的氣溫為8.0 ℃,軌面溫度為8.0 ℃,絕緣器本體溫度為4.9 ℃。

表1 分段絕緣器的部分現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)

結(jié)合表1分析可知:受鋼鋁復(fù)合軌與分段絕緣器的制造精度,以及軌道梁平順度等客觀因素影響,分段絕緣器接觸面與鋼鋁復(fù)合軌不銹鋼帶面存在一定高差。對(duì)此,按照CJ/T 414—2012《城市軌道交通鋼鋁復(fù)合導(dǎo)電軌技術(shù)要求》中的接觸軌表面高差要求,提出分段絕緣器接觸面與鋼鋁復(fù)合軌不銹鋼帶面的高差限值為0.20 mm。按此標(biāo)準(zhǔn),表1中仍有部分?jǐn)?shù)據(jù)無(wú)法滿(mǎn)足要求。

3.2 初步原因分析

分段絕緣器安裝如圖6所示。分析施工現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量數(shù)據(jù)可知,分段絕緣器與鋼鋁復(fù)合軌的平面超差問(wèn)題的產(chǎn)生原因主要為以下兩方面:

圖6 分段絕緣器安裝示意圖

1) 型材熱膨脹系數(shù)不一致。鋼鋁復(fù)合軌不銹鋼帶的熱膨脹系數(shù)為16.5×10-6K-1,鋁軌的熱膨脹系數(shù)為23.5×10-6K-1。鋼帶和鋁軌通過(guò)鉚釘固定,故整個(gè)接觸軌的熱膨脹系數(shù)為(16.5～23.5)×10-6K-1。分段絕緣器的材料為聚四氟乙烯,在常溫下膨脹系數(shù)約為(11.0～25.6)×10-5K-1?？梢?jiàn),分段絕緣器熱膨脹系數(shù)約為鋼鋁復(fù)合軌熱膨脹系數(shù)的10倍,在溫度變化時(shí)很可能導(dǎo)致分段絕緣器和接觸軌受流面高差變化。

2) 緊固力矩作用或單軌車(chē)輛集電靴擠壓作用。按照安裝使用說(shuō)明書(shū)要求,分段絕緣器與鋼鋁復(fù)合軌的連接螺栓緊固力矩為50～55 Nm。采用50～55 Nm緊固力矩緊固后,分段絕緣器本體和接觸軌本體緊密貼合,也可能扭矩過(guò)大,形成對(duì)分段絕緣器的擠壓。列車(chē)集電靴在通過(guò)時(shí)會(huì)對(duì)分段絕緣器產(chǎn)生向內(nèi)的擠壓力(120～180 N),進(jìn)而造成分段絕緣器擠壓下沉。

3.3 分段絕緣器與鋼鋁復(fù)合軌平面超差問(wèn)題的解決措施

針對(duì)鋼鋁復(fù)合軌與分段絕緣器連接處平面度超差問(wèn)題,本文提出以下解決措施:

1) 對(duì)已安裝完成的分段絕緣器進(jìn)行檢測(cè),將分段絕緣器接觸面與鋼鋁復(fù)合軌不銹鋼帶面高差達(dá)0.50 mm以上、且各間隙值不符合要求的(按要求,接縫寬度應(yīng)不大于1.00 mm;左右錯(cuò)牙應(yīng)小于0.50 mm),松開(kāi)緊固螺栓,調(diào)整分段絕緣器后重新安裝。

2) 對(duì)于調(diào)整后分段絕緣器接觸面與鋼鋁復(fù)合軌不銹鋼帶面高差仍不滿(mǎn)足要求,且高差不大于0.50 mm的,對(duì)接口處鋼鋁復(fù)合軌不銹鋼帶面進(jìn)行坡口打磨,順線(xiàn)路方向打磨長(zhǎng)度范圍不超過(guò)20 mm(過(guò)渡圓角除外),打磨后接口處高差不超過(guò)0.20 mm。打磨過(guò)程應(yīng)避免接觸分段絕緣器表面,以防止因誤磨分段絕緣器表面而造成凹坑等,進(jìn)而影響集電靴通過(guò)的平順性。若調(diào)整后分段絕緣器接觸面與鋼鋁復(fù)合軌不銹鋼帶面高差仍大于0.50 mm,則需對(duì)鋼帶棱邊進(jìn)行倒鈍處理,防止棱邊對(duì)車(chē)輛集電靴造成異常磨損。

在蕪湖軌道交通項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng),采取上述措施對(duì)分段絕緣器的安裝進(jìn)行了調(diào)整。針對(duì)某處分段絕緣器的平面超差問(wèn)題重新安裝緊固螺栓,并在緊固力矩要求范圍內(nèi)調(diào)整緊固力矩大小。測(cè)量后發(fā)現(xiàn),該處平面高差小于0.20 mm。對(duì)另一處平面超差問(wèn)題采用調(diào)整后打磨的措施進(jìn)行處理,最終滿(mǎn)足高差要求。打磨前后的接觸軌分段絕緣器連接面如圖7所示。實(shí)際使用情況表明,上述措施有效解決了采樣安裝產(chǎn)品的平面度超差問(wèn)題。

a) 打磨前

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于蕪湖軌道交通1、2號(hào)線(xiàn)跨坐式單軌接觸軌安裝完成后的多組施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù),針對(duì)接觸軌安裝過(guò)程中遇到的道岔分段絕緣器與道岔的干涉問(wèn)題,以及分段絕緣器與接觸軌平面超差問(wèn)題進(jìn)行分析。

由于施工圖設(shè)計(jì)階段未充分考慮到不同轉(zhuǎn)彎半徑道岔擺動(dòng)時(shí)道岔分段絕緣器間隙的影響,故產(chǎn)生了道岔分段絕緣器與道岔的干涉問(wèn)題。對(duì)此,可采用局部調(diào)整道岔或調(diào)整分段絕緣器施工圖尺寸的解決措施。

由軌道梁本身存在不平順,不同型材的熱膨脹系數(shù)不一致,緊固力矩存在差異,故而鋼鋁復(fù)合軌不銹鋼帶面與分段絕緣器的表面存在平面超差問(wèn)題。在安裝使用說(shuō)明要求范圍內(nèi)調(diào)整緊固力矩,在局部無(wú)法調(diào)整位置打磨等措施可有效解決該問(wèn)題。