淺談控制地鐵剛性懸掛接觸網(wǎng)對受電弓磨耗的措施

王鐵成中鐵建電氣化局集團第三工程有限公司 北京 100076

引言：

地鐵作為城市交通體系的重要構(gòu)成，有效改善交通擁堵問題，提高公共交通運輸能力。地鐵供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性決定著地鐵運行安全，而良好的弓網(wǎng)關(guān)系又是保證供電系統(tǒng)穩(wěn)定的前提。由于受到凈空高度限制，目前國內(nèi)地鐵大多采用剛性懸掛接觸網(wǎng)或三軌式供電模式，分別通過受電弓或受流靴給地鐵機車供電，系統(tǒng)采用直流牽引供電系統(tǒng)。本文以剛性懸掛接觸網(wǎng)模式為例研究通過對施工過程的控制來改善弓網(wǎng)關(guān)系以減少其對受電弓的磨耗。

1 當(dāng)前存在弓網(wǎng)磨耗情況

隨著地鐵速度、密度和穩(wěn)定性等運營要求的不斷提高，為了保證良好的弓網(wǎng)關(guān)系就需要剛性懸掛接觸網(wǎng)在滿足授流要求的前提下，盡量減少對受電弓的磨耗。然而目前國內(nèi)軌道交通營運線路中，剛性懸掛接觸網(wǎng)或多或少存在著對受電弓的不均勻磨耗問題，如下圖1.1所示。由于異常磨耗，造成受電弓局部磨損嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了受電弓的工作壽命，增加了運營成本，同時在一定程度上影響著運營安全。

圖1.1 機車受電弓磨耗嚴(yán)重情況

研究如何避免或減輕不均勻磨耗問題是當(dāng)前軌道交通運營維護(hù)中一個較為重要的環(huán)節(jié)，有必要在建設(shè)初期研究受電弓磨耗問題，盡可能改善受電弓的磨耗，使之均勻磨耗，達(dá)到運營的基本要求。

2 產(chǎn)生磨耗原因

地鐵列車在運行過程中由于弓網(wǎng)關(guān)系、輪軌關(guān)系等的復(fù)雜性，機車受電弓的異常磨耗不光與接觸網(wǎng)專業(yè)相關(guān)而且與車輛、線路等專業(yè)也是密不可分的。在此只針對剛性懸掛接觸網(wǎng)專業(yè)進(jìn)行分析。機車受電弓與剛性懸掛接觸網(wǎng)(簡稱弓網(wǎng)系統(tǒng))的動態(tài)受流過程是通過受電弓滑動接觸實現(xiàn)的,因此在弓網(wǎng)運行的過程中勢必會帶來剛性懸掛接觸線與機車受電弓滑板之間的機械磨耗和電氣磨耗。而產(chǎn)生磨耗的原因從整個剛性懸掛接觸網(wǎng)的施工過程來看主要有以下幾個：剛性懸掛接觸網(wǎng)的彈性、拉出值的布置方式、錨段關(guān)節(jié)施工精度、道岔定位方案、跨距大小以及設(shè)備的安裝質(zhì)量等。

3 有效解決方案

地鐵剛性懸掛接觸網(wǎng)目前主要有“T”型結(jié)構(gòu)和“Π”型結(jié)構(gòu)兩種代表型式?！癟”型匯流排緊固程度高，載流量大，但重量較大，懸掛點相對較多，施工維修繁瑣，成本較高；“Π”型匯流排重量輕，剛度性能好，接觸導(dǎo)線的固定方式簡單，施工及維護(hù)檢修方便，成本相對較低，且已經(jīng)國產(chǎn)化。所以采用“Π”型匯流排方式已成為日后地鐵建設(shè)的主導(dǎo)方向，在此以“Π”型匯流排方式剛性懸掛為例進(jìn)行闡述。

3.1 增加剛性接觸網(wǎng)的彈性方案

眾所周知，在地鐵線路中列車的出站加速段、變坡點、減振道床及錨段關(guān)節(jié)處為剛性接觸網(wǎng)授流的薄弱位置，列車在通過時不僅容易發(fā)生電流不穩(wěn)打火、拉弧等現(xiàn)象而且會對受電弓造成嚴(yán)重磨耗。如果在以上這些位置安裝彈性線夾及絕緣裝置，如圖3.1.1所示，增加剛性接觸網(wǎng)的彈性，使機車受電弓通過時得到緩沖，避免硬點的形成，可以有效改善弓網(wǎng)受流關(guān)系，并在一定程度上減少受電弓的磨耗。

圖3.1.1 彈性部件

3.2 剛性懸掛匯流排的平面布置方案

根據(jù)剛性懸掛鋁合金匯流排的最小彎曲半徑和實際施工經(jīng)驗，剛性懸掛匯流排在線路的直線區(qū)段可采用以下布置方案。沿機車受電弓中心線左右對稱均勻分布安裝，如圖3.2.1所示。

圖3.2.1 剛性懸掛匯流排的平面布置示意圖

采用上圖布置方式時，匯流排沿機車受電弓中心保持恒定變化率，拉出值的分布更加均勻，能有效避免受電弓沿某一部位的過度磨損問題，更有利于受電弓滑板的均勻磨耗。

3.3 錨段關(guān)節(jié)的處理

錨段關(guān)節(jié)位于兩個錨段的銜接過渡段，列車受電弓需要從一個錨段過渡到另外一個錨段。如果在此處有過渡不良的情況，會造成受電弓發(fā)生碰撞從而導(dǎo)致受電弓磨耗的增加。解決這一問題的關(guān)鍵是如何實現(xiàn)錨段的平滑過渡，可以從垂直和水平兩個方向進(jìn)行完善。兩個錨段的匯流排垂直方向高度的施工誤差關(guān)系到能否平滑過渡，因此在施工交底以及施工驗收中應(yīng)對此處加強監(jiān)測；水平方向要保證兩端匯流排的平行距離，同時必須加強對施工質(zhì)量的要求。剛?cè)徇^渡處的處理，與此相類似。經(jīng)運營實踐證明，錨段關(guān)節(jié)是受電弓的磨耗最重要的原因之一，故應(yīng)當(dāng)盡可能采用大的錨段長度，減少錨段關(guān)節(jié)數(shù)量。

3.4 道岔定位方案

剛性懸掛接觸網(wǎng)在道岔處通過布置重疊、等高的匯流排形成錨段關(guān)節(jié)實現(xiàn)變道過渡。目前剛性懸掛在道岔處錨段關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)有兩種方案：一種方案為錨段關(guān)節(jié)的兩平行匯流排相對于受電弓中心線對稱布置；另一種方案為兩匯流排位于受電弓中心線同側(cè)布置?！皩ΨQ布置”時，如果“始觸區(qū)”范圍內(nèi)剛性懸掛調(diào)整出現(xiàn)部分偏差，在列車快速通過時，由于受電弓的自身結(jié)構(gòu)特性存在不均勻振動的現(xiàn)象，可能會產(chǎn)生弓網(wǎng)異常磨耗，影響道岔處的弓網(wǎng)受流?！巴瑐?cè)布置”時，能降低對受電弓不均勻振動的影響，可有效改善道岔處弓網(wǎng)受流條件，大幅度減少弓網(wǎng)磨耗程度。因此在施工過程中道岔定位應(yīng)采用“同側(cè)布置”更穩(wěn)妥。

3.5 跨距的選取

剛性懸掛接觸網(wǎng)的磨耗面是接觸導(dǎo)線，其在初期投入使用時平整度較高，連續(xù)不平滑程度主要體現(xiàn)在剛性懸掛由于自重產(chǎn)生的撓度。然而撓度大小與懸掛剛體的剛度和跨距有關(guān)，因此在匯流排和接觸導(dǎo)線定型的情況下，跨距越大意味著剛體撓度的增加越多，對授流不利。所以必須適當(dāng)縮短剛性懸掛接觸網(wǎng)的跨距。實踐證明采用6m和8m跨距，兩者均能滿足最高運行速度的授流要求。綜合經(jīng)濟指標(biāo)、運營維護(hù)工作量等因素，更建議采用8m的標(biāo)準(zhǔn)跨距，且特殊情況下跨距最大值不宜超過10m。

3.6 過渡跨的選取

在錨段關(guān)節(jié)設(shè)計中合理確定過渡段與正?？缍戎g的跨距布置，避免過渡跨與正?？鐡隙劝l(fā)生突變，導(dǎo)致列車受電弓在通過時發(fā)生劇烈震動，加劇受電弓的磨耗。合理布置兩段跨距能夠優(yōu)化授流質(zhì)量，減少弓網(wǎng)磨耗。

3.7 設(shè)備安裝質(zhì)量的把控

分段絕緣裝置等設(shè)備是剛性懸掛接觸網(wǎng)系統(tǒng)中必不可少的重要組成部分，它們是否被正確的安裝以及能否調(diào)試到最佳狀態(tài)，不僅關(guān)系到是否能夠發(fā)揮設(shè)備自身的作用，而且直接對受電弓的磨耗產(chǎn)生影響。剛性懸掛接觸網(wǎng)分段絕緣裝置安裝完成后整體應(yīng)與軌道面保持平行(以分段絕緣器兩端的接頭線夾處為測量點)，其中心點偏離線路中心線不應(yīng)大于50mm，且距相鄰懸掛定位點的距離應(yīng)符合設(shè)計要求，允許誤差±200mm。因此在施工過程中要做到認(rèn)真交底、反復(fù)測量校準(zhǔn)，甚至多次冷滑試驗，以確保機車正常運行時受電弓能無卡滯、無偏磨，平滑通過減小磨耗。

4 結(jié)束語

隨著我國各大城市地鐵建設(shè)的不斷發(fā)展，人們對地鐵的運營要求也逐漸提高。對于剛性懸掛接觸網(wǎng)模式運行的地鐵線路，良好的弓網(wǎng)關(guān)系無疑是安全運行的重要保障。本文通過對“Π”型匯流排方式剛性懸掛接觸網(wǎng)施工中的幾個重要環(huán)節(jié)采取有效措施來減輕網(wǎng)對受電弓工的磨耗，以求達(dá)成理想的弓網(wǎng)關(guān)系，尤其是在新建線路中能起到一定的借鑒作用，為降低地鐵的運營成本及保障安全營運提供了依據(jù)。