刚性接触网卡滞原因分析及防卡滞装置的研究

罗亚敏，崔 莹



刚性接触网卡滞原因分析及防卡滞装置的研究

罗亚敏，崔 莹

分析了目前城市轨道交通刚性接触网接触悬挂装置产生卡滞的原因，重点阐述了如何解决该卡滞现象，并研究了新型防卡滞装置。

刚性接触网；防卡滞；原因分析

0 引言

随着近几年地铁线网不断扩展，接触网作为提供列车正常取流的重要设备，其设备状态的好坏直接关系到地铁的运营质量与安全。接触网按结构特点分柔性接触网、刚性接触网和接触轨。目前国内除北京地铁供电方式多采用接触轨外，其他地区普遍采用刚性接触网，如广州地铁除四、五、六号线采用接触轨和一号线部分区段采用柔性接触网的供电方式外，一号线部分区段、二号线、八号线、三号线、三北线、广佛线均采用刚性接触网，它是目前国内地铁使用范围最广的一种供电设备类型。刚性接触网主要由具有一定刚度的汇流排和接触线及支持装置组成，其与柔性接触网相比主要优势是刚性汇流排和接触线无轴向力，不存在断排或断线的可能，从而避免了钻弓、烧融、不均匀磨耗以及受电弓故障造成的断线故障。刚性悬挂的故障是点故障，所以刚性悬挂事故范围小。

1 刚性接触网使用现状

虽然刚性接触网具有上述优点，但随着运行时间的推移，刚性接触网装置的缺点逐渐显现，即刚性接触网的汇流排和接触线通过定位线夹与隧道顶部槽钢等装置固定连接，在设计安装时考虑到汇流排在长时间运行过程中会出现轻微的位移，所以定位线夹与汇流排之间留有一定间隙，以满足汇流排因温度变化而引起的顺线路方向位移变化，允许汇流排在线夹槽内滑动，但由于列车运行，汇流排热胀冷缩和客车受电弓的惯性力始终朝向一个方向，容易使定位线夹处出现卡滞、阻碍汇流排的情况，特别是在急弯处与变坡处容易出现卡滞，长此以往会造成绝缘子受力异常，汇流排损伤，严重时造成底座开裂、绝缘子扭曲变形，进而影响接触网设备的安全运行，存在一定的安全隐患。现场卡滞情况如图1所示。

2 卡滞原因分析

2.1 刚性接触网的结构

刚性悬挂是和柔性悬挂相对应的一种接触网悬挂方式，所谓刚性悬挂就是要考虑整个悬挂导体的刚度。架空刚性悬挂是刚性悬挂的一种，一般采用具有相应刚度的导电轨或具有相应刚度的汇流排与接触线组成；整个系统由若干个锚段的机械分段结构构成，一般一个锚段长度为250 m，在锚段中间位置采用中锚进行固定，防止汇流排窜动；每隔6～8 m采用线夹、绝缘子、横撑等装置将汇流排和接触线与周边固定，该固定点习惯称为定位点。定位点的结构如图2所示。

1 化学锚栓；2、7、12 螺母；3 螺母垫片；4 T型头螺杆；5 槽钢；6 锁紧螺母；8 绝缘子；9 定位线夹；10 悬吊安装底座；11 架空地线线夹

2.2 卡滞原因定量分析

（1）当环境温度变化时，汇流排由于温度变化出现热胀冷缩，具体变化量如下：

D=×D×（1）

式中，D为汇流排随温度变化的伸缩量；为汇流排到中锚的距离；D为温度差；为汇流排的线膨胀系数（1.374×10-5mm/℃）。

从式（1）中可以看出，汇流排伸缩量与温度变化、汇流排长度成正比，温度变化越大，汇流排越长，汇流排的伸缩量就会越大，正常一个锚段长250 m（其中由于锚段的中间位置固定，则计算取值为整锚段的一半，即= 125 m），如在极限温度下，温度差为40℃时，汇流排伸缩量可达 68.7 mm。

（2）线路为小曲线半径时，机车给接触网汇流排施力，该力正交分解为水平力1和垂直力2，且1=×cos，2=×sin，其中由线路曲线的半径和线路超高决定，当线路超高越大，其产生的水平力就越大。

由此可以得出，接触网汇流排和线夹出现卡滞问题的原因是由于线路定位点按一定的拉出值布置，线路出现轨道超高时，定位点处的受电弓会对汇流排施加一个作用力，该力将通过水平分力1传递给线夹，从而出现卡滞现象。

另一个原因则是由于汇流排热胀冷缩，在末端时，由于汇流排的伸长及汇流排本身的重量，线夹和汇流排之间产生摩擦力，造成定位卡滞。

3 防止卡滞现象研究

针对上述卡滞原因，为刚性接触网研究设计了一种防卡滞装置。

刚性接触悬挂装置原结构如图3所示。

图3 原刚性接触悬挂装置结构示意图

由于线夹和汇流排之间存在一定的间隙，线夹通过上端的螺杆与绝缘子固定连接，绝缘子则与槽钢固定相连。原装置汇流排与线夹通过M10螺栓紧固，不会发生相对滑动，并通过线夹中间M20的螺栓与顶端固定的绝缘子相互连接固定。汇流排与线夹间的间隙约10 mm，容易发生相互卡滞。如图4所示。

图4 无障碍悬挂装置结构图

从第2.2节所述的卡滞原因分析：

（1）温度变化引起汇流排长度的变化，在极限温度变化下，其汇流排伸缩量为68.7 mm。

（2）线路定位点处受电弓对汇流排施加一个水平力1。

改造方案：为防止卡滞对线夹进行了优化，采用冷轧成型，并与汇流排固定，同时线夹螺杆与绝缘子固定连接，绝缘子采用可活动的杵头绝缘子。

同时，在槽钢与绝缘子之间增加一个刚性滑道，滑道长度满足因温度变化引起的绝缘子位移长度，解决了卡滞问题。如图5所示，其整体结构图略。

该装置采用定位线夹与汇流排相互固定的方式，定位线夹与汇流排间不发生相互窜动，且定位线夹与绝缘子之间不发生相对转动，在顺线路方向设置滑道，其内腔采用耐磨衬垫，当汇流排因温度变化而发生位移及扭矩时，特制的球面圆盘绝缘子金具在滑道内滑动，且可以360°旋转，满足扭转的需求，防止卡滞。其中刚性滑道装置以背角钢的形式安装在垂直悬吊安装底座上，采用方钢管增加刚度，防止绝缘子金具滑出滑道，在两端设封堵装置，从根本上解决了由于汇流排温度变化和水平分力1造成卡滞的问题。

图5 无障碍悬挂装置线夹及滑道结构示意图

4 结论

通过对定位点汇流排和线夹的卡滞原因分析，从结构上对原装置进行优化，增设滑道，解决了原装置发生卡滞的问题。目前，该装置已经在线路上投入试运行，效果良好。

[1] 张卫，沈志云. 接触网动态研究[J]. 铁道学报，1991，（4）：26-33.

The paper analyzes causes of stagnation of rigid suspension of overhead contact system for urban mass transit, illustrates with emphasis on measures to solve the stagnation and researches of a new type of stagnation protection device.

Rigid overhead contact system; stagnation protection; analysis of causes

U225.2

B

1007-936X(2017)02-0030-03

罗亚敏.广州地铁基地维修中心，高级工程师，电话：15920382485；崔 莹.中铁电气化局集团宝鸡器材有限公司，高级工程师。

2016-05-05