接觸軌中心錨結偏移原因及解決方法淺析

張龍飛

摘 要：通過對廣州地鐵接觸軌供電方式中出現的中心錨結問題進行說明，通過理論、試驗對比，找出接觸軌中心錨結偏移的原因，并針對故障原因提出相應的解決辦法，為以后應用新型接觸軌供電的地鐵提供一定的參考。

關鍵詞：接觸軌；膨脹接頭；中心錨結

1 概述

城市軌道交通的接觸網懸掛方式大致分為3種形式，一種為柔性架空接觸網，一種為剛性架空接觸網，第三種為接觸軌供電。接觸軌供電以傳輸電流大、重量輕、安裝方便而得到廣泛應用。廣州地鐵4號線是國內第一個采用1500V直流供電系統供電的鋼鋁復合軌接觸軌系統主要由鋼鋁復合軌（包括鋁軌本體和不銹鋼帶）、膨脹接頭、端部彎頭等相關部件及絕緣支撐裝置組成，為電力機車組提供電能。

由于環境溫度的變化或運行中電流產生的熱量都會造成接觸軌溫度的變化，使接觸軌因熱脹冷縮而產生長度變化，因此需要安裝膨脹接頭在機械和電氣特性兩方面連接兩根長軌中間的空隙。高架段接觸軌一般75m需要設置一處膨脹接頭。

為了防止接觸軌向兩側不均勻躥動，每兩個膨脹接頭之間需設置一處中心錨結，所以，中心錨結的作用是將一段接觸軌穩定的固定起來。

2 中心錨結偏移的危害

在廣州地鐵對接觸軌實際的檢修維護時發現：很多中心錨結在受力偏移后，通過連接件將絕緣支架及卡爪托架拉偏斜，絕緣支架及卡爪托架是由復合材料制成，不如中心錨結及鋼鋁復合軌堅硬，在超出承受范圍時會發生斷裂，如下圖1，就是檢修時發現支撐裝置卡爪托架裂開的現象。

x旦絕緣支架及卡爪托架斷裂，未及時更換處理，可能造成接觸軌的整體下降，使得接觸軌參數不符合行車要求，造成集電靴與接觸軌發生碰撞，進一步引發較大的設備故障。所以，我們在日常維護中，要避免此類情況的發生。

3 中心錨結偏移的原因分析

3.1 正常情況下中心錨結受力分析（如圖2）

正常情況下，一個錨段的接觸軌（75m）受到集電靴摩擦力，以及在大坡道及曲線段由于接觸軌重力產生的沿線路方向上的分力作用（如圖2），接觸軌的熱脹冷縮產生的熱應力通過兩端膨脹接頭的間隙來進行釋放。所以說，正常情況下f3.2 異常情況下中心錨結受力分析（如圖3）

當一端膨脹接頭補償間隙為0時，整個錨段的接觸軌由于熱脹冷縮的原因，熱應力只能向行車方向釋放，導致中心錨結兩端接觸軌受到一個偏線路方向的熱應力（如圖3），當f+f2>F（中錨抗彎負荷）時，接觸軌就會向行車方向偏移。所以，一側或兩側膨脹接頭不能有效補償接觸軌由于溫度變化發生的長度變化，這就是中錨偏移的主要原因。

那么，到底這個膨脹接頭的間隙設計是否滿足實際需求，接觸軌熱脹冷縮到底膨脹了多長，產生了多大的力呢？

3.3 是否設計問題

通過查閱膨脹接頭安裝曲線表來看：正常情況下（25度）整個間隙為2*60mm。根據接觸軌的線膨脹系數

（a1=21.48×10-6），根據公式d=lt-l0=l0*T*a1（一般接觸軌最高溫度約為70度），所以經過計算d=75000*（70-25）*21.48×10-6=72.5mm，就是說，在最高溫度下，接觸軌最多膨脹72.5mm，一端膨脹36mm，按照設計膨脹間隙，完全符合要求。所以，不存在設計缺陷導致中錨偏移。

3.4 接觸軌線性膨脹產生的力

接觸軌在熱脹情況下，75m的接觸軌最多膨脹72.5mm，那么接觸軌沒膨脹1mm產生的力是多少，根據接觸軌技術參數彈性模量（86387.5）和接觸軌截面積（4400），根據彈性模量公式E=（F/S）/（dL/L），得出，接觸軌每膨脹1mm，產生的力為F=E*dL*S/L=86387.5*1*4400/75000=5068N，就是說，當接觸軌膨脹達到5mm時，接觸軌產生的熱應力f2=25kN>F（絕緣支架的抗彎負荷，查資料是16kN），此時，中心錨結就會產生偏移。

3.5 接觸軌膨脹接頭結構設計問題

讓我們來看一看老式的膨脹接頭設計過程中有哪些因素導致了其不能有效伸縮。這個阻力來源于：①膨脹間隙為0。②膨脹接頭螺栓緊固力太大（見圖4 膨脹接頭設計圖紙），當右邊螺栓緊固力過大時，接觸軌膨脹接頭就不能有效起作用。③膨脹接頭上端導流板緊固力過大。④膨脹接頭導滑板摩擦力過大。

4 中心錨結偏移的解決方法

通過試驗發現：接觸軌膨脹接頭初始滑動力遠遠超過16KN，意思就是說當膨脹接頭還未滑動時，溫度應力就導致了接觸軌支架的破裂，這在實際運用中是不科學的。所以，接觸軌膨脹接頭由于設計缺陷，導致初始滑動力過大，不能有效補償接觸軌由于溫度變化導致的長度變化，是接觸軌中心錨結發生偏移的主要原因。

為了解決這一難題，廣州地鐵與廠家合作，設計出了一款滾動式膨脹接頭，此膨脹接頭針對老款膨脹接頭的缺陷進行了改造：將左右軌之間的滑動摩擦改為了通過滾針軸承進行滾動摩擦，用銅線圈替代電連接板，大大減小了膨脹接頭的初始滑動力，經過試驗：新型膨脹接頭的初始滑動力僅為200N，完全可以滿足現場的需求。目前，新型膨脹接頭已經在廣州地鐵6號線運用，而4、5號線老式的膨脹接頭也被逐步更換為新型膨脹接頭。

接觸軌作為新型的接觸懸掛形式，出現了很多意想不到的問題，這就需要我們在檢修過程中加強巡視，總結經驗，發現問題及早處理。

參考文獻

[1]何江海.接觸網檢修工[M].中國勞動社會保障出版社，2010.

[2]李偉.接觸網[M].中國鐵道出版社，2003.

（作者單位：廣州地鐵集團有限公司運營事業總部）