淺談控制地鐵剛性懸掛接觸網(wǎng)對(duì)受電弓磨耗的措施

王鐵成中鐵建電氣化局集團(tuán)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(yùn)輸能力。地鐵供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性決定著地鐵運(yùn)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(guó)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(jī)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(duì)施工過程的控制來改善弓網(wǎng)關(guān)系以減少其對(duì)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(yùn)營(yíng)要求的不斷提高，為了保證良好的弓網(wǎng)關(guān)系就需要?jiǎng)傂詰覓旖佑|網(wǎng)在滿足授流要求的前提下，盡量減少對(duì)受電弓的磨耗。然而目前國(guó)內(nèi)軌道交通營(yíng)運(yùn)線路中，剛性懸掛接觸網(wǎng)或多或少存在著對(duì)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(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)在一定程度上影響著運(yùn)營(yíng)安全。

圖1.1 機(jī)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(yùn)營(yíng)維護(hù)中一個(gè)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(yùn)營(yíng)的基本要求。

2 產(chǎn)生磨耗原因

地鐵列車在運(yùn)行過程中由于弓網(wǎng)關(guān)系、輪軌關(guān)系等的復(fù)雜性，機(jī)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(duì)剛性懸掛接觸網(wǎng)專業(yè)進(jìn)行分析。機(jī)車受電弓與剛性懸掛接觸網(wǎng)(簡(jiǎn)稱弓網(wǎng)系統(tǒng))的動(dòng)態(tài)受流過程是通過受電弓滑動(dòng)接觸實(shí)現(xiàn)的,因此在弓網(wǎng)運(yùn)行的過程中勢(shì)必會(huì)帶來剛性懸掛接觸線與機(jī)車受電弓滑板之間的機(jī)械磨耗和電氣磨耗。而產(chǎn)生磨耗的原因從整個(gè)剛性懸掛接觸網(wǎng)的施工過程來看主要有以下幾個(gè)：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。“T”型匯流排緊固程度高，載流量大，但重量較大，懸掛點(diǎn)相對(duì)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(jiǎn)單，施工及維護(hù)檢修方便，成本相對(duì)較低，且已經(jīng)國(guó)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(diǎn)、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(shí)不僅容易發(fā)生電流不穩(wěn)打火、拉弧等現(xiàn)象而且會(huì)對(duì)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(jī)車受電弓通過時(shí)得到緩沖，避免硬點(diǎn)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(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，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(jī)車受電弓中心線左右對(duì)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(shí)，匯流排沿機(jī)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(gè)錨段的銜接過渡段，列車受電弓需要從一個(gè)錨段過渡到另外一個(gè)錨段。如果在此處有過渡不良的情況，會(huì)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(shí)現(xiàn)錨段的平滑過渡，可以從垂直和水平兩個(gè)方向進(jìn)行完善。兩個(gè)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(yàn)收中應(yīng)對(duì)此處加強(qiáng)監(jiān)測(cè)；水平方向要保證兩端匯流排的平行距離，同時(shí)必須加強(qiáng)對(duì)施工質(zhì)量的要求。剛?cè)徇^渡處的處理，與此相類似。經(jīng)運(yùn)營(yíng)實(shí)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(zhǎng)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(shí)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(duì)于受電弓中心線對(duì)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。“對(duì)稱布置”時(shí)，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(shí)，由于受電弓的自身結(jié)構(gòu)特性存在不均勻振動(dòng)的現(xiàn)象，可能會(huì)產(chǎn)生弓網(wǎng)異常磨耗，影響道岔處的弓網(wǎng)受流。“同側(cè)布置”時(shí)，能降低對(duì)受電弓不均勻振動(dòng)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(shí)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(duì)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(shí)踐證明采用6m和8m跨距，兩者均能滿足最高運(yùn)行速度的授流要求。綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、運(yùn)營(yíng)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(jì)中合理確定過渡段與正常跨度之間的跨距布置，避免過渡跨與正常跨撓度發(fā)生突變，導(dǎo)致列車受電弓在通過時(shí)發(fā)生劇烈震動(dòng)，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(duì)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(cè)量點(diǎn))，其中心點(diǎn)偏離線路中心線不應(yīng)大于50mm，且距相鄰懸掛定位點(diǎn)的距離應(yīng)符合設(shè)計(jì)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(cè)量校準(zhǔn)，甚至多次冷滑試驗(yàn)，以確保機(jī)車正常運(yùn)行時(shí)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(guó)各大城市地鐵建設(shè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)地鐵的運(yùn)營(yíng)要求也逐漸提高。對(duì)于剛性懸掛接觸網(wǎng)模式運(yùn)行的地鐵線路，良好的弓網(wǎng)關(guān)系無疑是安全運(yùn)行的重要保障。本文通過對(duì)“Π”型匯流排方式剛性懸掛接觸網(wǎng)施工中的幾個(gè)重要環(huán)節(jié)采取有效措施來減輕網(wǎng)對(duì)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(yùn)營(yíng)成本及保障安全營(yíng)運(yùn)提供了依據(jù)。