接觸軌電連接板式膨脹接頭初始滑動力研究

林明磊

摘 要：以廣州地鐵四號線為例，針對廣州地鐵四號線開通運營十多年以來頻繁出現的接觸軌膨脹接頭不能實時補償問題，做了詳細介紹。并就其與膨脹接頭初始滑動力關系進行了闡述與研究，提出針對電連接板式膨脹接頭初始滑動力過大問題的解決方法。

關鍵詞：廣州地鐵；接觸軌；電連接板式膨脹接頭；初始滑動力

中圖分類號：U231 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）27-0066-02

Abstract： Taking Guangzhou Metro Line 4 as an exemplar， this paper gives a detailed introduction to the problem that the contact rail expansion joint frequently appears in more than ten years of operation of Guangzhou Metro Line can not be compensated in real time. The relationship between the initial sliding force and the expansion joint is described and studied， and the solution to the problem of excessive initial sliding force of the expansion joint is put forward.

Keywords： Guangzhou metro； contact rail； expansion joint with electric connecting plate； initial sliding force

1 研究背景

廣州地鐵四號線是國內首條采用DC1500V接觸軌供電方式的地鐵線路，線路全長59公里，有一半為高架露天段。自2006年底開通以來，接觸軌系統總體運行情況正常，未出現嚴重影響行車的重大故障。高架線路接觸軌由于受露天段溫差較大影響，因熱脹冷縮產生縱向伸縮頻繁，若膨脹接頭不能實時進行伸縮補償，使接觸軌向兩側不均勻竄動導致接觸軌中心錨結出現偏移，嚴重時導致中心錨結處支撐件開裂、斷開等情況，給運營帶來很大的安全隱患。

為有效消除該類型設備隱患，需對膨脹接頭進行研究優化，特別是四號線早期采用的電連接板式膨脹接頭初始滑動力較大，無法實時補償接觸軌熱脹冷縮造成的伸縮，因此需要對該類膨脹接頭進行改造優化，以保證接觸軌系統穩定、安全、有效的運行。

2 接觸軌膨脹接頭

2.1 膨脹接頭原理

接觸軌一般沿線路敷設在機車的側下方。為了防止接觸軌的自由竄行，接觸軌每隔一定長度必須進行中錨固定。由于環境溫度的變化或接觸軌運行中電流產生的熱量都會造成接觸軌溫度的變化，使接觸軌錨段因熱脹冷縮而產生長度變化。因此，接觸軌鋪設時，相鄰錨段之間要安裝一個膨脹接頭裝置，使接觸軌錨段因熱脹冷縮而產生的長度變化得到補償。膨脹接頭除了補償地鐵線路上接觸軌錨段伸縮量外，還起著電氣連接的作用，是接觸軌供電系統的關鍵裝置。

2.2 膨脹接頭結構

廣州地鐵四號線接觸軌系統采用的是電連接板式膨脹接頭（結構如圖1所示）。一般由膨脹接頭本體（左滑軌、中間軌及右滑軌）、錨固夾板（魚尾板）及電流連接器3 部分組成。2 個錨固夾板卡在左滑軌、中間軌及右滑軌的腰部型腔中，分別用緊固件進行緊固連接。左、右滑軌上開有長孔，可以沿線路方向開合以補償伸縮量。 中間軌和左滑軌、中間軌與右滑軌均通過電流連接器連接。電流連接器可以在沿線路方向移動或滑動，使電流連續。

2.3 膨脹接頭初始滑動力過大的危害

根據廣州地鐵四號線接觸軌設計規范：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，因此要在接觸軌錨段兩端設置膨脹接頭，用以補償接觸軌錨段長度的變化量，膨脹接頭的活動間隙的最大補償余量是200mm，滿足廣州地鐵四號線的工程需要。在運行過程中，當接觸軌錨段因熱脹冷縮產生長度變化時，膨脹接頭的左右滑軌會根據接觸軌錨段的長度變化而自由伸縮滑動，補償接觸軌錨段的變化量，使接觸軌始終處于一個平穩的運行狀態（如圖2所示）。

經多年運營維護發現，部分接觸軌錨段的中心錨節會出現往線路一側偏移，錨段一側的膨脹接頭不滑動的情況。也就是說，接觸軌膨脹接頭并沒有起到對接觸軌錨段實時補償的作用，接觸軌錨段因熱脹冷縮產生的長度變化量全部作用于中心錨節上。而中心錨結是錨固在中錨支撐件上的，當中心錨結偏移過大時會出現支撐件斷裂情況，危害地鐵運營安全。

3 原因分析

將部分在線運行的膨脹接頭拆卸下來進行了初始滑動力試驗，發現膨脹接頭初始滑動力普遍在10kN以上。而接觸軌中錨支撐件額定水平荷載設計值為1.5kN，遠小于膨脹接頭的初始滑動力。即在實際運行過程中，接觸軌錨段因熱脹冷縮出現伸縮時，膨脹接頭還沒能開始滑動，接觸軌中錨支撐件就會因為承受的水平荷載過大而出現變形，接觸軌錨段因熱脹冷縮產生的伸縮量將通過中錨支撐件的形變來補償，膨脹接頭沒有起到補償的作用，與設計原則相違背。出現這種情況的直接原因就是膨脹接頭的初始滑動力過大。

4 優化改造

針對此情況，對膨脹接頭進行改造研究，優化膨脹接頭的初始滑動力，使其達到能實時補償的作用。經過不同方式改造試驗發現，影響膨脹接頭初始滑動力的因素有以下三個：（1）膨脹接頭的電連接板的摩擦力。膨脹接頭的電連接板對整個膨脹接頭的初始滑動力影響很大，但是為了使膨脹接頭更好的起到導流作用，膨脹接頭導流板不能去掉。通過調整U型螺栓的夾持力，也可以減少電連接夾板的滑動摩擦力，進而減少膨脹接頭的初始滑動力。（2）膨脹接頭夾板的摩擦力。相應減少膨脹接頭夾板和接觸軌的接觸面積，會減少膨脹接頭和夾板之間的摩擦力。（3）夾板對膨脹接頭的壓力。由試驗數據可以看出：通過減少中間以及兩側緊固螺栓的力矩，將會減少夾板對膨脹接頭的壓力。改造試驗數據如表1所示。

通過一系列的試驗，最終形成了下列優化改造方案：

（1）減少夾板和膨脹接頭的摩擦面積，對膨脹接頭本體和夾板進行倒角及打磨處理，有效減少了夾板的摩擦面積，并在本體與夾板間接觸面注潤滑油，進而減少摩擦力。

（2）減少膨脹接頭和夾板之間的壓力，通過改造減小膨脹接頭夾板處接觸壓力。在不影響膨脹接頭結構的前提下，將夾板中間螺栓力矩調小，在夾板兩端緊固螺栓處加不銹鋼軸套，進而減少膨脹接頭和夾板之間的壓力。

（3）減少膨脹接頭電連接板的滑動摩擦力，通過調節電連接板U型螺栓彈簧余量長度，在不改變電連接板導流能力的前提下，減少電連接板的滑動摩擦力。

改造后初始滑動力測試，滑動力由原來大于10kN減小到400N，大大減少了初始滑動力?？紤]到優化改造后，膨脹接頭電連接板的壓力發生了變化，可能會影響膨脹接頭的電氣性能，特地用微歐計對改造后的膨脹接頭的過渡電阻進行了測量，測量結果基本不變，滿足技術要求。

為了對改造過的膨脹接頭效果進行驗證，將改造過的膨脹接頭上線試驗，定期收集膨脹接頭運行數據。通過上線對比觀察和數據分析，發現改造過的膨脹接頭通過減少初始滑動力，可以有效的實現補償作用，消除了中心錨結的偏移情況，滿足了接觸軌的技術要求，確保了供電安全。

5 結束語

廣州地鐵四號線直流1500V接觸軌屬于國內首次應用，且高架段距離長，結構環境復雜，很多問題是設計上不可預知的。本文結合廣州地鐵四號線接觸軌設備運行多年的維護經驗，不斷積累設備運行數據，對出現的電連接板式接觸軌膨脹接頭不能實時補償問題積極探求解決方法，通過對膨脹接頭本體的一系列分析試驗研究，在不需要更換設備的前提下，形成最終的優化改造方案，消除了設備隱患，也為后續地鐵線路接觸軌設備的產品開發提供經驗借鑒。

參考文獻：

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