蕪湖軌道交通項目跨坐式單軌接觸軌安裝中的技術問題及解決措施

何小寶 胡 偉 劉 勇 盧勝超 熊 晨

(1.江蘇寧鐵技術股份有限公司,210032,南京; 2.國電南京自動化股份有限公司,210032,南京; 3.蕪湖市運達軌道交通建設運營有限公司,241007,蕪湖; 4.中車南京浦鎮車輛有限公司,210031,南京∥第一作者,高級工程師)

蕪湖軌道交通1、2號線是我國首例采用跨坐式單軌接觸軌系統的項目。跨坐式單軌接觸軌的安裝精度會直接影響跨坐式單軌車輛集電靴通過的安全性和平順性,而且安裝精度不高將導致閃絡拉弧現象并產生碳刷磨耗[1]。為提高跨坐式單軌接觸軌安裝質量,本文對蕪湖軌道交通1、2號線跨坐式單軌接觸軌系統(以下簡稱“蕪湖接觸軌系統”)在安裝過程中遇到的技術問題進行分析,并提出解決措施。

1 蕪湖接觸軌系統的構成及接觸軌安裝

蕪湖接觸軌系統是我國首個龐巴迪INNOVIA Monorail 300型跨坐式單軌接觸軌系統,其主要包括接觸軌隔離開關、接觸軌避雷器及接觸軌。其中接觸軌隔離開關和避雷器分開設置,與車輛無物理接觸。因此,本文僅對其中的接觸軌部分進行研究。

1.1 接觸軌構成

接觸軌是將電能直接傳送給電力牽引車輛的部件,具有導電性能好、電流容量大、耐腐蝕,價格便宜及壽命長等優點。接觸軌主要由絕緣支架、側接觸式C型鋼鋁復合軌(以下簡稱“鋼鋁復合軌”)、分段絕緣器、中間接頭、電纜連接板、中心錨結裝置、膨脹接頭、端部彎頭及過渡彎頭構成。

絕緣支架用于鋼鋁復合軌的絕緣支撐和定位,由底座本體、連接金具、銷軸及開口銷組成。鋼鋁復合軌由鋁型材和不銹鋼帶復合而成。分段絕緣器安裝于接觸軌端部對供電進行分區,主要包括用于道岔的道岔分段絕緣器,以及用于其他部位的分段絕緣器。中間接頭通過標準螺栓加雙疊鎖緊墊圈來連接固定相鄰的鋼鋁復合軌并傳導電流,其材質與鋼鋁復合軌材質相同。電纜連接板通過標準螺栓加雙疊鎖緊墊圈來連接DC 750 V電纜,以向鋼鋁復合軌供電,其最多可連接2根240 mm2電纜。中心錨結裝置通過標準螺栓加雙疊鎖緊墊圈安裝于錨段中部的絕緣底座兩側,用于防止鋼鋁復合軌向兩側不均勻移動。膨脹接頭可補償鋼鋁復合軌因溫度變化而產生的長度變化,保證接觸軌系統電氣連接的可靠性。端部彎頭用于線路斷口處,過渡彎頭用于線路道岔轉轍處。設置3個接頭均為了保證集電靴平滑過渡。

1.2 接觸軌的安裝

蕪湖接觸軌系統的接觸軌安裝流程圖如圖1所示。

圖1 接觸軌安裝流程

根據CJ/T 414—2012《城市軌道交通鋼鋁復合導電軌技術要求》,“鋼鋁復合軌之間,鋼鋁復合軌與膨脹接頭之間,鋼鋁復合軌與端部彎頭之間,通過中間接頭連接后,接縫處間隙應小于2.0 mm,左右錯牙應小于0.5 mm,其接觸面的高度差應小于0.2 mm”,且需要在施工安裝過程中持續做復測調整。可見,接觸軌安裝精度要求很高,且極易出現安裝問題。

蕪湖接觸軌系統在接觸軌安裝中主要遇到了道岔分段絕緣器與道岔的干涉問題,以及分段絕緣器與接觸軌的平面超差問題。本文將針對這兩個問題進行闡述。

2 道岔分段絕緣器安裝與道岔干涉問題

2.1 現場情況

在安裝某車輛段內部分道岔處接觸軌時發現,道岔分段絕緣器在安裝完成后無法全部搭接,相鄰的道岔分段絕緣器存在約30 mm寬的間隙(如圖2所示)。若按原安裝要求進行安裝,則道岔分段絕緣器將與道岔發生干涉。道岔分段絕緣器與道岔腹板干涉實景圖如圖3所示。

圖2 道岔分段絕緣器的間隙

圖3 道岔分段絕緣器與道岔腹板干涉實景圖

經分析,在曲線梁擺動到活動端固定段的過程中,道岔因擺動而產生了伸縮量的變化,其中,曲線半徑R為54 m道岔的伸縮量變化約為 135 mm,曲線半徑為69 m道岔及曲線半徑為100 m 道岔的伸縮量變化約為 99 mm。進一步分析可知,替換梁型道岔曲線梁的道岔分段絕緣器均會與道岔固定端腹板干涉,且曲線半徑為54 m道岔的干涉最嚴重。

2.2 道岔與道岔分段絕緣器干涉問題的解決措施

由于原道岔分段絕緣器調整完成后再次發生干涉的部位為道岔鎖定裝置支撐板,故由接觸網專業技術人員對原道岔分段絕緣器尺寸進行調整。調整尺寸后的道岔分段絕緣器如圖4所示。

a) 側視圖

完成道岔分段絕緣器尺寸調整后,根據現場調整情況及道岔擺動模擬數據,可以通過切割道岔腹板再進行調整。計算可知:對于曲線半徑為69 m或100 m的道岔,只需將道岔腹板切割約 40 mm,就能完全滿足施工圖安裝要求,使道岔分段絕緣器不再與道岔腹板發生干涉;對于曲線半徑為54 m的道岔,需在切割約 40 mm寬道岔腹板的基礎上,再將腹板干涉部位局部切割10 mm,才能以保證道岔分段絕緣器能在鎖定裝置底板處通過。曲線半徑為54 m道岔分段絕緣器切割的局部示意圖如圖5所示。

圖5 曲線半徑為54 m道岔分段絕緣器切割的局部示意圖

3 分段絕緣器與鋼鋁復合軌平面超差問題

3.1 現場情況

根據《接觸軌分段絕緣器產品說明書及維護手冊》描述,在完成分段絕緣器安裝后,分段絕緣器接觸面與鋼鋁復合軌不銹鋼帶面應無高差。然而,實際現場測量發現,二者存在一定高差,即分段絕緣器與鋼鋁復合軌存在平面超差問題。分段絕緣器的部分現場測量數據如表1所示。根據記錄,2020年12月4日的氣溫為8.0 ℃,軌面溫度為8.0 ℃,絕緣器本體溫度為4.9 ℃;2020年12月10日的氣溫為8.0 ℃,軌面溫度為8.0 ℃,絕緣器本體溫度為4.9 ℃。

表1 分段絕緣器的部分現場測量數據

結合表1分析可知:受鋼鋁復合軌與分段絕緣器的制造精度,以及軌道梁平順度等客觀因素影響,分段絕緣器接觸面與鋼鋁復合軌不銹鋼帶面存在一定高差。對此,按照CJ/T 414—2012《城市軌道交通鋼鋁復合導電軌技術要求》中的接觸軌表面高差要求,提出分段絕緣器接觸面與鋼鋁復合軌不銹鋼帶面的高差限值為0.20 mm。按此標準,表1中仍有部分數據無法滿足要求。

3.2 初步原因分析

分段絕緣器安裝如圖6所示。分析施工現場的測量數據可知,分段絕緣器與鋼鋁復合軌的平面超差問題的產生原因主要為以下兩方面:

圖6 分段絕緣器安裝示意圖

1) 型材熱膨脹系數不一致。鋼鋁復合軌不銹鋼帶的熱膨脹系數為16.5×10-6K-1,鋁軌的熱膨脹系數為23.5×10-6K-1。鋼帶和鋁軌通過鉚釘固定,故整個接觸軌的熱膨脹系數為(16.5～23.5)×10-6K-1。分段絕緣器的材料為聚四氟乙烯,在常溫下膨脹系數約為(11.0～25.6)×10-5K-1。可見,分段絕緣器熱膨脹系數約為鋼鋁復合軌熱膨脹系數的10倍,在溫度變化時很可能導致分段絕緣器和接觸軌受流面高差變化。

2) 緊固力矩作用或單軌車輛集電靴擠壓作用。按照安裝使用說明書要求,分段絕緣器與鋼鋁復合軌的連接螺栓緊固力矩為50～55 Nm。采用50～55 Nm緊固力矩緊固后,分段絕緣器本體和接觸軌本體緊密貼合,也可能扭矩過大,形成對分段絕緣器的擠壓。列車集電靴在通過時會對分段絕緣器產生向內的擠壓力(120～180 N),進而造成分段絕緣器擠壓下沉。

3.3 分段絕緣器與鋼鋁復合軌平面超差問題的解決措施

針對鋼鋁復合軌與分段絕緣器連接處平面度超差問題,本文提出以下解決措施:

1) 對已安裝完成的分段絕緣器進行檢測,將分段絕緣器接觸面與鋼鋁復合軌不銹鋼帶面高差達0.50 mm以上、且各間隙值不符合要求的(按要求,接縫寬度應不大于1.00 mm;左右錯牙應小于0.50 mm),松開緊固螺栓,調整分段絕緣器后重新安裝。

2) 對于調整后分段絕緣器接觸面與鋼鋁復合軌不銹鋼帶面高差仍不滿足要求,且高差不大于0.50 mm的,對接口處鋼鋁復合軌不銹鋼帶面進行坡口打磨,順線路方向打磨長度范圍不超過20 mm(過渡圓角除外),打磨后接口處高差不超過0.20 mm。打磨過程應避免接觸分段絕緣器表面,以防止因誤磨分段絕緣器表面而造成凹坑等,進而影響集電靴通過的平順性。若調整后分段絕緣器接觸面與鋼鋁復合軌不銹鋼帶面高差仍大于0.50 mm,則需對鋼帶棱邊進行倒鈍處理,防止棱邊對車輛集電靴造成異常磨損。

在蕪湖軌道交通項目現場,采取上述措施對分段絕緣器的安裝進行了調整。針對某處分段絕緣器的平面超差問題重新安裝緊固螺栓,并在緊固力矩要求范圍內調整緊固力矩大小。測量后發現,該處平面高差小于0.20 mm。對另一處平面超差問題采用調整后打磨的措施進行處理,最終滿足高差要求。打磨前后的接觸軌分段絕緣器連接面如圖7所示。實際使用情況表明,上述措施有效解決了采樣安裝產品的平面度超差問題。

a) 打磨前

4 結語

本文基于蕪湖軌道交通1、2號線跨坐式單軌接觸軌安裝完成后的多組施工現場測量數據,針對接觸軌安裝過程中遇到的道岔分段絕緣器與道岔的干涉問題,以及分段絕緣器與接觸軌平面超差問題進行分析。

由于施工圖設計階段未充分考慮到不同轉彎半徑道岔擺動時道岔分段絕緣器間隙的影響,故產生了道岔分段絕緣器與道岔的干涉問題。對此,可采用局部調整道岔或調整分段絕緣器施工圖尺寸的解決措施。

由軌道梁本身存在不平順,不同型材的熱膨脹系數不一致,緊固力矩存在差異,故而鋼鋁復合軌不銹鋼帶面與分段絕緣器的表面存在平面超差問題。在安裝使用說明要求范圍內調整緊固力矩,在局部無法調整位置打磨等措施可有效解決該問題。