一種直流架空剛性懸掛接觸網旋臂支撐方案

林 建

0 引言

架空剛性懸掛接觸網系統以其結構緊湊，系統零部件少，維護、維修成本低等優點在城市軌道交通供電領域應用廣泛，成為主流牽引供電系統之一。剛性懸掛接觸網的支撐懸掛裝置作為其主要組成部分，裝置的功能及適用性對剛性懸掛接觸網的設計布局、安裝、運營維護起著非常關鍵的作用。

1 傳統直流架空剛性接觸網懸掛方案

國內直流架空剛性接觸網采用垂直懸掛固定方式，主要有3種結構：高凈空工況下的吊柱式組合懸掛結構、常規凈空工況下的U型懸掛結構、超低凈空工況下的橫撐懸掛結構，如圖1所示。

圖1 直流架空剛性接觸網垂直懸掛結構

采用垂直懸掛方案的剛性接觸網中，匯流排可在懸掛線夾中竄動，從而適應整個剛性錨段的熱脹冷縮。由于匯流排與懸掛線夾竄動過程中會產生較大的滑動摩擦力，可導致匯流排出現卡滯現象，引起匯流排撓度增加，影響弓網受流質量，嚴重情況下甚至會導致懸掛線夾或絕緣子斷裂，影響行車安全。為減小這種不良影響，垂直懸掛方案的剛性接觸網錨段長度一般控制在250 m以下，但該不良影響也不能完全消除，需維護人員定期調整。另外，該垂直懸掛結構中懸掛點導高微調及曲線段匯流排與軌面的垂直控制均需來回松緊8個螺母，工作繁瑣。

2 旋臂支撐方案

國內目前采用旋臂支撐方案（圖2）的剛性懸掛接觸網全部為交流供電制式。匯流排與旋臂支撐中的懸掛線夾固定，整個剛性錨段的熱脹冷縮通過旋臂支撐的順線路旋轉實現，因此不會出現卡滯現象，剛性錨段長度可達到500 m以上。由于供電制式的不同，旋臂支撐方案在直流剛性懸掛接觸網中不能直接采用，存在一定區別。

圖2 交流供電制式旋臂支撐

2.1 直流供電制式旋臂支撐方案

旋臂支撐主要由旋轉可調底座、支撐架、絕緣子、調節支架和可調懸掛線夾組成（圖3），相互之間通過螺栓組件連接，裝置沿隧道拱頂傾斜設置使整套裝置為弓形結構，可以減小安裝凈空需求，通過三角底座或吊柱固定于隧道壁。該裝置具有結構簡單、安裝調整方便、零部件少、標準化程度高、性能穩定可靠等優點，可滿足多種隧道凈空安裝要求。

圖3 直流供電制式旋臂支撐

2.1.1 旋轉可調底座

旋轉可調底座主要由連接本體、調整雙耳和固定壓板組成（圖4），相互間通過螺栓固定。連接本體與壓板間形成倒錐形，調整雙耳設置上大下小錐形，位于連接底板和壓塊之間，形成楔形固定，通過楔子原理確保相互連接的穩固性，防止雙耳連接的旋臂長期運行后松動下垂。調整雙耳可繞連接本體在垂直軌面方向調整±7.5°（圖5），可實現線路曲線段吊柱按豎直安裝設計，調整后滿足旋轉軸及匯流排垂直于軌面，且旋臂在旋轉時導高與軌面相對位置不變，保證了剛性接觸網系統運行的穩定性，同時可減少吊柱規格種類，降低了施工難度，提高了施工效率。圖4～圖7、圖9中數據單位為mm。

圖4 旋轉可調底座

圖5 曲線段旋轉可調底座調整示意

連接本體、調整雙耳和固定壓塊均采用鋁合金精密鑄造或鍛造工藝成型，表面經陽極氧化處理，具有重量輕、美觀、精度可控、防腐性好等特點。旋轉軸采用不銹鋼機械加工制造而成，與調整雙耳通過不銹鋼軸套過渡連接，提高耐磨性同時保證配合精度。

2.1.2 支撐架

支撐架的主要作用是減小絕緣部件長度尺寸，減少絕緣部件負載，增加整套裝置的限界，保證剛性錨段熱脹冷縮過程中懸掛點參數的穩定，確保系統受流質量。

支撐架采用鋁合金精密鑄造工藝一體成型（圖6），表面經陽極氧化處理，具有重量輕、美觀、結構簡單等優點，同時采用斜向上弓形結構，降低了安裝凈空要求。

圖6 支撐架

2.1.3 絕緣子

絕緣子采用硅橡膠復合和瓷質兩種方案，兩端為法蘭連接結構，機械及電氣性能按線路使用需求設計，如圖7所示。

圖7 絕緣子

2.1.4 調節支架

調節支架主要采用板材整體折彎成型（圖8），設置有導向滑槽和限位槽。懸掛線夾可通過導向滑槽進行拉出值調節，拉出值根據線路需求設置。懸掛線夾在安裝過程中可通過其安裝座底部設置的滑塊與導向槽配合，保證匯流排與調節支架平行，并且連接板設置有圓弧長孔，可實現調節支架與軌面平行，保證懸掛線夾受力平衡。

圖8 調節支架

2.1.5 可調懸掛線夾

懸掛線夾安裝在調節支架上用于懸掛固定匯流排，可實現導高±35 mm范圍內調節。懸掛調節軸通過防轉卡板固定在連接本體上，對懸掛調節軸進行有效固定，提高線夾穩定性（圖9）。

圖9 可調懸掛線夾

線夾上下連接本體均采用鋁合金精密鑄造工藝制造，表面經陽極氧化處理，具有重量輕、美觀、精度可控、防腐性能好等優點。

2.2 直流供電制式旋臂支撐安裝凈空

旋臂支撐結構緊湊，可有效節省安裝空間，具體如圖10、圖11所示。

圖10 低凈空隧道安裝

圖11 高凈空隧道安裝

一般情況下，H值可調至最小290 mm，適用于現有地鐵標準隧道安裝；在隧道施工誤差較大的低凈空隧道段，可通過對匯流排的改型及旋臂改型減小H值進行適應。L值根據錨段長度、匯流排溫度變化、拉出值a協同設計確定。

2.3 直流供電制式旋臂支撐性能參數

（1）整體性能參數：最大水平工作荷重1.5 kN，水平破壞荷重不小于4.5 kN；最大垂直工作荷重3 kN，垂直破壞荷重不小于9.0 kN；經200萬次振動疲勞試驗后，裝置的破壞荷重下降不大于5%。

（2）旋轉可調底座性能參數：最大水平工作荷重7.5 kN，水平破壞荷重不小于22.5 kN；最大垂直工作荷重10 kN，垂直破壞荷重不小于30 kN。

（3）支撐架性能參數：最大水平工作荷重7.5 kN，水平破壞荷重不小于22.5 kN；最大垂直工作荷重10 kN，垂直破壞荷重不小于30 kN。

（4）絕緣子主要性能參數見表1。

表1 絕緣子主要性能參數

（5）調節支架性能參數：最大水平工作荷重1.5 kN，水平破壞荷重不小于4.5 kN；最大垂直工作荷重3 kN，垂直破壞荷重不小于9.0 kN。

（6）可調懸掛線夾性能參數：最大水平工作荷重1.5 kN，水平破壞荷重不小于4.5 kN；最大垂直工作荷重3 kN，垂直破壞荷重不小于9.0 kN；經200萬次振動疲勞試驗后，線夾的破壞荷重下降不大于5%。

3 旋臂支撐方案優勢

相比國內傳統直流供電剛性接觸網懸掛方案，采用旋臂支撐剛性接觸網具有如下優勢：

（1）最大錨段長度可以增加1倍以上，減少了關節數量，提高了弓網系統質量。

（2）標準化程度高，互換性強，旋臂支撐可提前預配，安裝調整方便，降低施工難度，提高安裝效率和精度。

（3）在剛性錨段熱脹冷縮過程中，旋臂支撐通過自身旋轉實現懸掛點位移補償，懸掛點不會出現卡滯現象，減少弓網磨耗，提高了系統使用壽命及安全可靠性，同時減少了后期運營維護工作量。

綜上所述，旋臂支撐方案具有結構簡單、標準化程度高、安裝調整方便、無卡滯隱患等優點，可為既有線路改造及新建線路設計提供參考。