空中列車供電軌系統(tǒng)技術(shù)研究

楊雨地

摘 要：根據(jù)空中列車模式特點，對其接觸軌供電系統(tǒng)進行研究。重點對接觸軌的選型、線路及道岔布置等進行分析，為空中列車軌道交通工程建設(shè)提供有益參考。

關(guān)鍵詞：空中列車;接觸軌;道岔布置

中圖分類號：U12 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）07-0067-02

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的加快，城市軌道交通模式也呈多樣化發(fā)展趨勢，地鐵、輕軌、市郊鐵路、有軌電車以及磁懸浮列車等多種模式得到快速發(fā)展，近幾年，空中列車模式得到越來越廣泛的關(guān)注。空中列車即是以懸掛的方式在空中軌道下方運行的列車，見圖1所示，這種列車最早出現(xiàn)在德國，已投入商業(yè)運行，但由于技術(shù)、必要性等各種原因，未能得到廣泛的推廣使用。同地鐵及輕軌相比，空中列車具有占用土地少、投資成本低、工程周期短、適用范圍廣、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，作為一種輕型、中速、中運量和綠色環(huán)保的交通運輸方式，具有廣泛的適用性。

目前國內(nèi)已有多家設(shè)計院和相關(guān)單位進行空中列車項目的研究工作，但由于空軌鋼梁限界條件以及車輛等因素的影響，國內(nèi)尚無成熟方案滿足商業(yè)化運營需求。而供電軌系統(tǒng)作為向列車提供電能保證車輛安全平穩(wěn)運行的關(guān)鍵，與既有軌道交通接觸軌模式相比，具有安裝限界小、軌隨梁而動等特點，具有全新的挑戰(zhàn)。因此，本文結(jié)合開封空軌試驗線針對空中列車接觸軌供電系統(tǒng)進行研究。

1 系統(tǒng)總體技術(shù)要求

根據(jù)開封空中列車系統(tǒng)特點，供電軌系統(tǒng)產(chǎn)品安裝于箱形梁內(nèi)壁，通常設(shè)置兩根接觸軌（一根授流軌，一根回流軌），通過與位于車頂?shù)募娧セ|向車輛授電。系統(tǒng)標(biāo)稱電壓DC750V，接觸軌需滿足最小1600A持續(xù)載流量的要求，同時具備合理的彈性和剛性以滿足小曲線的安裝要求。

2 接觸軌系統(tǒng)選型

目前國內(nèi)鋼鋁復(fù)合接觸軌主要有兩種結(jié)構(gòu)形式，即工字型軌和C型軌。兩種軌型對比如表1。

根據(jù)空中列車系統(tǒng)限界條件參照國外應(yīng)用經(jīng)驗，接觸軌在箱形梁上有兩種布置方式，一種是同側(cè)布置，一種是雙側(cè)布置，如圖2、圖3所示。

由于空中列車車輛走行軌道由車輛走行輪和導(dǎo)向輪限制，接觸軌系統(tǒng)安裝空間有限。因此，根據(jù)車輛集電靴的布置方式不同，應(yīng)選擇不同的接觸軌形式。當(dāng)車輛正負(fù)極集電靴為同側(cè)布置時，由于C型軌附件在垂向占用空間更小，一般不會超出軌寬，因此建議采用C型接觸軌系統(tǒng)，中間接頭安裝示意圖見圖4的C型軌中間接頭;當(dāng)車輛正負(fù)極集電靴為雙側(cè)側(cè)布置時，由于工字軌附件上下安裝的便捷性，因此建議采用工字型接觸軌系統(tǒng)，中間接頭安裝示意圖見圖4的工字軌中間接頭。

由于空中列車制式線路曲線半徑小，最小可達(dá)R30米，因此要求接觸軌順線路方向的剛度要小以滿足線路使用要求，而接觸軌隨著載流量的增加，其截面面積增大，相對應(yīng)的剛度也會增大。以同為側(cè)接觸使用的磁浮3000A工字軌為例，根據(jù)理論分析及試驗結(jié)果測試，為保證接觸軌在現(xiàn)場的順暢滑移及附件的正常安裝使用，其最小允許彎曲半徑為R50m。結(jié)合接觸軌截面積對剛度的影響，無論選擇何種軌型，建議空中列車用接觸軌載流量不大于2500A為宜，當(dāng)線路最小曲線半徑增大時，可適當(dāng)增加接觸軌載流設(shè)計，視具體情況而定。

3 接觸軌的布置

不同于傳統(tǒng)的地鐵及跨座式單軌線路型式，空中列車橋梁由長度不同的箱型鋼梁分段組成，在每段箱型鋼梁接縫處由鋼柱支撐，一般鋼梁長度為25米，曲線段長度減小，最小10米左右，如圖5所示。

由于鋼梁自身的剛性影響，當(dāng)車輛通過鋼梁時，由于重力作用鋼梁會產(chǎn)生豎直方向的撓度變化，并隨之產(chǎn)生梁的振動，車輛速度越高，此現(xiàn)象越明顯。而安裝于鋼梁上的接觸軌及附件，也會隨之振動，由于接觸軌自身的彈性變形，會額外對絕緣支撐產(chǎn)生作用力，因此，相對于傳統(tǒng)接觸軌形式，空軌系統(tǒng)絕緣支撐受力更為苛刻。尤其在鋼梁接縫處，當(dāng)車輛通過時，兩段梁接縫處會產(chǎn)生一個微小高度差，此處接觸軌對絕緣支撐作用力更大。因此，空軌系統(tǒng)接觸軌跨距建議不超過2.5m，具體根據(jù)接觸軌撓度及軌型確定。

4 道岔處接觸軌的布置

結(jié)合國內(nèi)外空中列車系統(tǒng)道岔的設(shè)置方式，主要分為兩種，一種為轉(zhuǎn)轍道岔，見圖6示意，一種為平移道岔，見圖7示意，無論何種道岔，在實際運行時道岔處都會進行反復(fù)的偏轉(zhuǎn)或平移，若此處接觸軌進行連續(xù)布置，則隨道岔運動而產(chǎn)生位移變化的接觸軌會將由彈性變形引發(fā)的內(nèi)力轉(zhuǎn)移到絕緣支撐上，更容易產(chǎn)生絕緣支撐的破壞失效，而且對接觸軌本身也有疲勞累積作用，易產(chǎn)生變形。因此，道岔處接觸軌建議采用斷開布置方式。

道岔處接觸軌采用斷開布置時，也有兩種具體布置方式，一種為道岔活動段無接觸軌，另一種為布設(shè)接觸軌，但與道岔兩端斷開，接觸軌系統(tǒng)采用單獨的上網(wǎng)電纜供電，此方式是為了減小線路無電區(qū)，保證車輛供電穩(wěn)定。但筆者認(rèn)為此種布設(shè)方式不僅增加了線路布設(shè)復(fù)雜程度，而且由于采用斷口設(shè)計，車輛集電靴通過時反倒增加了沖擊，對車輛取流及集電靴的使用壽命都產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響，因此不建議采用該布設(shè)方式。

一般情況下空中列車每節(jié)車廂都會設(shè)置集電靴，車輛在通過道岔時車速都在30km/h以下，且道岔長度一般不超過12米，即使道岔區(qū)段不設(shè)置接觸軌，也不會造成車輛失電，因此，建議在道岔活動部分不布設(shè)接觸軌。

5 其他影響因素

由于空軌軌道梁為箱型鋼梁，雖然車輛為橡膠輪胎，但由于鋼梁的特殊屬性，車輛通過時的少許聲音，都會被擴大，尤其是車輛集電靴與接觸軌面的摩擦噪聲及接觸軌的振動噪聲，都會被成倍放大，因此在接觸軌系統(tǒng)設(shè)計時，如何減小接觸軌系統(tǒng)的噪聲將是一個重要課題，比如接觸軌與絕緣支撐接觸軌部位采用軟質(zhì)耐磨材料、絕緣支撐與鋼梁接觸部位增加彈性材料等，都能產(chǎn)生有益效果。

6 結(jié)語

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，空中列車系統(tǒng)模式由于其特殊的優(yōu)勢必將有廣闊的發(fā)展前景。希望本文能為空中列車模式軌道交通工程建設(shè)、設(shè)計及施工等提供有益參考。

參考文獻(xiàn)

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