剛性懸掛彈性支持裝置研究

劉崗

摘 要：為增加剛性懸掛的系統彈性，改善弓網授流質量，可考慮采用增加彈性措施的懸掛部件。為此，本文通過理論分析，結合目前所采用的兩種新型剛性懸掛彈性支持裝置產品特點，提出合理的架空剛性懸掛支持結構選型，以及工程實施中需注意的問題，對同類型的架空接觸網設計方案選擇具有一定的參考性。

關鍵詞：剛性懸掛 彈性絕緣組件 彈性線夾

中圖分類號：U212 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0109-02

懸掛剛性一般采用垂直懸吊構件作為匯流排安裝的支持裝置，如圖1所示，主要包括匯流排定位線夾、絕緣子、底座及相應的安裝螺栓，通過以上裝置將匯流排及接觸線固定在車輛上方，從而達到可靠地向車輛授流的作用。

1 剛性懸掛懸吊結構剛度對授流質量的影響

從整體上說，剛性懸掛懸吊結構剛度的變化對接觸力的影響很難用可規定或者可追尋的規律來分析，從受電弓運行過程中抬升匯流排和接觸線的作用分析，可以說懸吊結構剛度變小將導致剛性懸掛整體變柔（即剛度變小），受電弓滑板的最大位移將會隨剛性懸掛整體剛度的減小而變得平緩，這有利于保持受電弓具有更好的追隨性，從而獲得較高的受流效果。

應用非線性和動力有限元的基本原理，對受電弓、接觸網系統進行的弓網耦合仿真研究結果（見圖2）也表明，當懸掛剛度keq（keq為當前剛性懸掛懸掛點的剛度）降低三個數量級為（0.001 keq）時，受電弓抬升力的標準偏差最小，受流質量最好，而如果再繼續降低懸掛機構剛度的數量級受流質量又明顯變差。說明懸掛機構剛度的取值不是越大越好，也不是越小越好，而是要找到一個合適的值。彈性裝置的彈性性能的取值在理論上應使懸掛點的剛度減少三個數量級，同時還應滿足剛性懸掛力學性能的要求。

經以上分析可以看出，可通過調整剛性懸掛機構剛度，從而實現增加剛性懸掛的系統彈性，改善弓網授流質量的目的。

剛性懸掛彈性支持裝置便是在此背景下進行研發的。目前主要有彈性絕緣懸掛組件和彈性定位線夾兩種。

2 彈性絕緣懸掛組件

2.1 結構組成

如圖3所示，彈性絕緣懸掛組件由匯流排線夾、固定連接螺栓、硅橡膠傘裙、承力彈性元件等組成。

2.2 彈性絕緣懸掛組件材質

絕緣體為高分子聚合材料，其自潔性和憎水性良好；金屬連接件及各種附件、緊固件等均為優質不銹鋼耐腐蝕材料。彈性元件的材料為具有高強度、耐老化、小變形的合成橡膠。

2.3 工作原理

當架空剛性接觸網的匯流排安裝在彈性絕緣懸掛組件上，在其自重的作用下，彈性絕緣組件的橡膠彈性元件產生變形，達到一種應力應變的平衡。運行時弓網相互作用，橡膠彈性元件的變形恢復，從而避讓了受電弓可能對剛性接觸網的沖擊，使得剛性懸掛授流更趨平穩，也減小了接觸線和受電弓自身的磨耗。

3 彈性線夾

3.1 結構組成

如圖4所示，彈性線夾上部通過絕緣子螺栓與其及支持結構相連接，下部兩導電滑塊固定匯流排。

3.2 材質

彈性線夾由鋁型材加工制造，與匯流排本體一致，重量輕，結構簡單。導電滑塊采用耐磨的合成材料，彈性元件由不銹鋼彈簧構成，連接軸材質為1Cr18Ni9。

3.3 工作原理

彈性線夾通過具有彈性功能的懸掛部件，利用匯流排的自重，使線夾內的彈簧和橡膠保持一定的壓縮，在車輛受電弓通過懸掛點，彈簧回彈，讓彈性線夾變形得到一定的恢復，降低了受電弓對剛性接觸網的沖擊，使剛性懸掛與受電弓的追隨性形成最佳的配合，并且提高架空剛性懸掛的受流質量和減少接觸線的磨耗。

4 兩種彈性支持裝置的比較

4.1 彈性絕緣懸掛組件

從結構上來說，定位線夾、支持絕緣子組合為一體，結構復雜，因此，制造工藝也略為復雜，整體式彈性絕緣懸掛組件不能旋轉，所以對安裝要求較高，如果安裝過程中沒有調整好間隙，容易造成匯流排卡滯，一旦結構內部出現問題不易發現，局部出現問題需整體更換，工程造價比彈性線夾與絕緣子組合件高。

4.2 彈性線夾

彈性線夾與支持絕緣子分離，結構簡單，制造工藝簡單，線夾整體可以旋轉，同時耐磨導電滑塊也可相對動作，避免匯流排卡滯。彈性剛度值可以依據不同工況任意調整，安裝方便；如果需要檢修或者更換彈性線夾，只需要用工具敲擊黑色耐磨墊，在兩邊耐磨墊敲出后，拆下線夾的螺栓就能取出線夾，并根據現場實際需要進行更換。

5 工程實施中應注意的一些問題

（1）若采用復合材料絕緣子，復合材料絕緣子基本可以做到免維護，但若長時間不對表面污穢進行清理，難免對絕緣子污耐及使用壽命產生影響。目前國內剛性懸掛采用瓷絕緣子時，運營部門會對絕緣子表面進行擦拭或清洗，而合成絕緣子擦洗較困難，需要購置專門的清潔設備。

（2）弓網受流作為一個系統，要想取得良好的弓網受流質量，不但要求接觸網應具有優越的性能，而且還應要求與之匹配的受電弓也應具有優越的性能。根據本工程設計條件，建議采用重量輕、防震性能、弓網追隨性、集電穩定性和單弓取流能力更好的氣囊式受電弓，受電弓需滿足運行速度80 km/h要求；受電弓靜態抬升力100 N～120 N，弓頭質量不大于25 kg。

6 結語

無論是采用彈性絕緣組件還是彈性線夾，都可以達到增加剛性懸掛的系統彈性，改善弓網授流質量的目的，但通過以上比較可以看出，在結構、制造工藝、安裝、維護的便利性以及價格等各方面，彈性線夾與彈性絕緣懸掛組件相比具有一定的優勢。

參考文獻

[1] GB50157-2003，地鐵設計規范[S].北京：中國計劃出版杜，2003.

[2] 于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網[M].成都：西南交通大學出版社，2003.endprint