架空剛性懸掛接觸網新型零部件結構及其優勢探討

胡 舜

(深圳市地鐵集團有限公司運營分公司，518000，深圳∥助理工程師)

現階段國內地鐵列車運營最高時速為80 km。考慮到城市軌道交通的未來發展，列車提速是必然趨勢。在此背景下，本文分析了深圳地鐵第一條采用架空剛性懸掛接觸網的線路——蛇口線在運營中出現的一系列剛性懸掛問題。在諸多可改進因素中，著重論述了新型剛性懸掛零部件的結構、優勢及可行性，并與蛇口線目前采用的剛性懸掛零部件進行比較。

1 新型零部件

1.1 新型匯流排

新型匯流排由瑞士Furrer_Frey AG公司研發，選用的材質與普通匯流排一樣，都是6101B牌號鋁合金。產品照片如圖1所示。與目前國內地鐵普遍使用的匯流排相比，其內部兩側各多出4條貫通全長的條形凸出。另外，匯流排與中間接頭連接板的連接方式原來為通過兩端共16根10 mm螺桿連接固定，現改成通過兩端共8根14 mm螺桿固定，螺桿側采用墊片加螺母的方式固定。

圖1 新型匯流排

1.2 支撐懸臂

為使接觸網設備滿足100 km/h以上高速行車的條件，使地鐵車輛保持良好的受流關系，減少弓網磨耗以及確保剛性懸掛壽命長、故障少、維護任務少，改進地鐵隧道內剛性懸掛的定位方式成為攻關方向之一。本文介紹一種垂向懸掛接觸網的技術——懸臂支撐方式，其現場照片及結構示意圖如圖2、3所示。

懸臂支撐方式在支撐結構上有很大的改進:在懸臂底座處采用了鉸接式連接，在懸掛匯流排處加裝了可調節的彈性旋轉頭［1］，使其具有可旋轉、可精調的優點。

目前國內地鐵隧道形狀有圓形、矩形和馬蹄形等。接觸懸掛與隧道頂部距離基本都在500 mm以內，空間比較狹小，而懸臂支撐方式完全能滿足隧道內安裝空間的要求。

圖2 懸臂支撐方式現場照片

圖3 支撐懸臂結構示意圖

2 新型零部件優勢及可行性

2.1 新型匯流排的改進

剛性懸掛匯流排自20世紀60年代投入應用至今，成型過兩代成熟的產品工藝。目前國內地鐵剛性懸掛普遍使用的匯流排即為第二代產品。本文僅將新型匯流排與第二代匯流排進行比較分析。

新型匯流排與第二代匯流排插入中間接頭連接板后照片分別如圖4、圖5所示。從圖4中可以看出，連接板兩側的4處凹槽與匯流排內壁上的4處突出相咬合。這4處承力點可分擔連接板的質量，理論上能很好地改善中間接頭部位因受電弓振動及接頭部位本身弛度所造成的連接螺桿與連接板螺紋滑絲的問題。另一處改進是將連接螺桿由原來的16顆螺桿單邊緊固形式縮減至8顆螺桿單邊緊固形式，大大減少了檢修任務和時間，降低了螺桿滑絲的可能性及更換需求。

兩種中間接頭的連接板螺孔均有螺紋，匯流排螺孔均無螺紋。這大大提升了新舊匯流排更換過渡期間的兼容性。新型匯流排在沒有增加制造成本的前提下，僅通過改善制造工藝即實現了上述改進。

2.2 懸臂支撐方式的改進

目前，包括深圳地鐵蛇口線及環中線在內的絕大多數城市軌道交通剛性接觸網系統采用的定位方式是:安裝底座+垂直懸吊槽鋼連接懸掛絕緣子及定位線夾夾持匯流排(見圖6)。這種懸掛方式具有結構簡單、無張力補償、結構高度小等特點，能滿足運行速度80 km/h以下時的要求。但是在運營一段時間之后，由于受電弓的往復振動能量疊加及接觸網系統各種電纜隨著溫度變化而產生的竄動，定位點各連接部位會松脫、卡滯甚至斷裂。具體表現為絕緣子與上部懸吊槽鋼及下部定位線夾處的松脫、匯流排與定位線夾的卡滯甚至是匯流排的扭曲變形等［2］。某地鐵線路曾因定位結構偏斜，導致懸掛絕緣子出現裂紋，經過一段時間的隧道潮濕、漏水等惡劣條件影響，最終造成絕緣子炸裂脫落的事故。

圖4 新型匯流排插入中間接頭連接板照片

圖5 第二代匯流排插入中間接頭連接板照片

圖6 垂直懸掛定位安裝圖

采用懸臂支撐的新型定位方式如圖7所示。與現階段國內地鐵普遍采用的垂直懸掛定位方式相比，其優勢為:①將絕緣子與上下部零件連接做成一體化設計，精簡了連接結構，省略了懸吊槽鋼、T型頭連接螺桿等部件，減小了連接部位出現問題的可能;②在懸臂底座處采用鉸接式連接，在懸掛匯流排處加裝了可調節的彈性旋轉頭，使整個懸臂可以旋轉和精調。這很好地解決了匯流排因溫度變化及附著電纜伸縮而產生的竄動問題，并增加了懸掛點的接觸網彈性，提高了對受電弓振動的適應能力，同時可更加精確地調節相關懸掛參數。

圖7 懸臂支撐定位方式

3 新型零部件的改進及發展

為改善剛性懸掛不能緩沖外界振動和沖擊的特質，增加受電弓對剛性懸掛的跟隨性［3］，國內同行研制出彈性定位線夾以提升整體懸掛的“彈性”。特別在曲線半徑較小處，這種彈性定位線夾可減少列車通過時產生的拉弧和弓網設備磨損。彈性定位線夾屬于系統關鍵設備，其設計圖及照片如圖8所示。

圖8 彈性定位線夾

廣州地鐵3號線曾試掛過3個月的彈性定位線夾，出現了兩個問題:

(1)在曲線半徑較小處，由于匯流排本身的曲線拉力(或彈力)較大，彈性定位線夾的卡槽與匯流排之間會形成較大的摩擦力。當受到受電弓120 N的向上接觸壓力之后，有的地方由于摩擦力過大，使得彈性定位線夾與匯流排出現卡滯現象，彈簧的作用失效。若該現象發生嚴重，不僅無法優化線索磨耗，反而會惡化受流質量，增大磨耗。

(2)在彈性定位線夾試掛期間，由于隧道內環境惡劣，彈性定位線夾內部及表面吸附了各種雜質，因此，匯流排在直線區段上下滑動的過程中，接觸卡滯現象屢有發生。

雖然此設備目前還有不少瑕疵，但是它的設計方向很值得深入研究。即在剛性懸掛中融入部分彈性元素，在保持剛性懸掛自身優勢的同時，又能兼具柔性懸掛弓網關系良好的優點。

4 結語

本文探討了兩種新型零部件——新型匯流排以及支撐懸臂。其中，支撐懸臂只在蘭新鐵路蘭武二線烏鞘嶺特長隧道等少數地段應用，而新型匯流排目前暫未在國內地鐵中投入使用。因此，兩種新型零部件對于現有問題的改善效果還有待考證，但其精巧的設計思路是非常值得學習的。

［1］劉長利.地鐵隧道內120 km/h剛性接觸網技術研究［J］.城市軌道交通研究，2012(6):45.

［2］周國家.架空剛性懸掛匯流排竄動分析及解決方案淺析［J］.科技傳播，2012(3):117.

［3］傅俊武.剛性與柔性接觸網若干功能差異及標準的討論［J］.電氣化鐵道，2007(6):41.