接触轨电连接板式膨胀接头初始滑动力研究

林明磊

摘 要：以广州地铁四号线为例，针对广州地铁四号线开通运营十多年以来频繁出现的接触轨膨胀接头不能实时补偿问题，做了详细介绍。并就其与膨胀接头初始滑动力关系进行了阐述与研究，提出针对电连接板式膨胀接头初始滑动力过大问题的解决方法。

关键词：广州地铁；接触轨；电连接板式膨胀接头；初始滑动力

中图分类号：U231 文献标志码：A 文章编号：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

广州地铁四号线是国内首条采用DC1500V接触轨供电方式的地铁线路，线路全长59公里，有一半为高架露天段。自2006年底开通以来，接触轨系统总体运行情况正常，未出现严重影响行车的重大故障。高架线路接触轨由于受露天段温差较大影响，因热胀冷缩产生纵向伸缩频繁，若膨胀接头不能实时进行伸缩补偿，使接触轨向两侧不均匀窜动导致接触轨中心锚结出现偏移，严重时导致中心锚结处支撑件开裂、断开等情况，给运营带来很大的安全隐患。

为有效消除該类型设备隐患，需对膨胀接头进行研究优化，特别是四号线早期采用的电连接板式膨胀接头初始滑动力较大，无法实时补偿接触轨热胀冷缩造成的伸缩，因此需要对该类膨胀接头进行改造优化，以保证接触轨系统稳定、安全、有效的运行。

2 接触轨膨胀接头

2.1 膨胀接头原理

接触轨一般沿线路敷设在机车的侧下方。为了防止接触轨的自由窜行，接触轨每隔一定长度必须进行中锚固定。由于环境温度的变化或接触轨运行中电流产生的热量都会造成接触轨温度的变化，使接触轨锚段因热胀冷缩而产生长度变化。因此，接触轨铺设时，相邻锚段之间要安装一个膨胀接头装置，使接触轨锚段因热胀冷缩而产生的长度变化得到补偿。膨胀接头除了补偿地铁线路上接触轨锚段伸缩量外，还起着电气连接的作用，是接触轨供电系统的关键装置。

2.2 膨胀接头结构

广州地铁四号线接触轨系统采用的是电连接板式膨胀接头（结构如图1所示）。一般由膨胀接头本体（左滑轨、中间轨及右滑轨）、锚固夹板（鱼尾板）及电流连接器3 部分组成。2 个锚固夹板卡在左滑轨、中间轨及右滑轨的腰部型腔中，分别用紧固件进行紧固连接。左、右滑轨上开有长孔，可以沿线路方向开合以补偿伸缩量。 中间轨和左滑轨、中间轨与右滑轨均通过电流连接器连接。电流连接器可以在沿线路方向移动或滑动，使电流连续。

2.3 膨胀接头初始滑动力过大的危害

根据广州地铁四号线接触轨设计规范：由于环境温度的变化或运行中电流产生的热量都会造成接触轨温度的变化，使接触轨因热胀冷缩而产生长度变化，因此要在接触轨锚段两端设置膨胀接头，用以补偿接触轨锚段长度的变化量，膨胀接头的活动间隙的最大补偿余量是200mm，满足广州地铁四号线的工程需要。在运行过程中，当接触轨锚段因热胀冷缩产生长度变化时，膨胀接头的左右滑轨会根据接触轨锚段的长度变化而自由伸缩滑动，补偿接触轨锚段的变化量，使接触轨始终处于一个平稳的运行状态（如图2所示）。

经多年运营维护发现，部分接触轨锚段的中心锚节会出现往线路一侧偏移，锚段一侧的膨胀接头不滑动的情况。也就是说，接触轨膨胀接头并没有起到对接触轨锚段实时补偿的作用，接触轨锚段因热胀冷缩产生的长度变化量全部作用于中心锚节上。而中心锚结是锚固在中锚支撑件上的，当中心锚结偏移过大时会出现支撑件断裂情况，危害地铁运营安全。

3 原因分析

将部分在线运行的膨胀接头拆卸下来进行了初始滑动力试验，发现膨胀接头初始滑动力普遍在10kN以上。而接触轨中锚支撑件额定水平荷载设计值为1.5kN，远小于膨胀接头的初始滑动力。即在实际运行过程中，接触轨锚段因热胀冷缩出现伸缩时，膨胀接头还没能开始滑动，接触轨中锚支撑件就会因为承受的水平荷载过大而出现变形，接触轨锚段因热胀冷缩产生的伸缩量将通过中锚支撑件的形变来补偿，膨胀接头没有起到补偿的作用，与设计原则相违背。出现这种情况的直接原因就是膨胀接头的初始滑动力过大。

4 优化改造

针对此情况，对膨胀接头进行改造研究，优化膨胀接头的初始滑动力，使其达到能实时补偿的作用。经过不同方式改造试验发现，影响膨胀接头初始滑动力的因素有以下三个：（1）膨胀接头的电连接板的摩擦力。膨胀接头的电连接板对整个膨胀接头的初始滑动力影响很大，但是为了使膨胀接头更好的起到导流作用，膨胀接头导流板不能去掉。通过调整U型螺栓的夹持力，也可以减少电连接夹板的滑动摩擦力，进而减少膨胀接头的初始滑动力。（2）膨胀接头夹板的摩擦力。相应减少膨胀接头夹板和接触轨的接触面积，会减少膨胀接头和夹板之间的摩擦力。（3）夹板对膨胀接头的压力。由试验数据可以看出：通过减少中间以及两侧紧固螺栓的力矩，将会减少夹板对膨胀接头的压力。改造试验数据如表1所示。

通过一系列的试验，最终形成了下列优化改造方案：

（1）减少夹板和膨胀接头的摩擦面积，对膨胀接头本体和夹板进行倒角及打磨处理，有效减少了夹板的摩擦面积，并在本体与夹板间接触面注润滑油，进而减少摩擦力。

（2）减少膨胀接头和夹板之间的压力，通过改造减小膨胀接头夹板处接触压力。在不影响膨胀接头结构的前提下，将夹板中间螺栓力矩调小，在夹板两端紧固螺栓处加不锈钢轴套，进而减少膨胀接头和夹板之间的压力。

（3）减少膨胀接头电连接板的滑动摩擦力，通过调节电连接板U型螺栓弹簧余量长度，在不改变电连接板导流能力的前提下，减少电连接板的滑动摩擦力。

改造后初始滑动力测试，滑动力由原来大于10kN减小到400N，大大减少了初始滑动力。考虑到优化改造后，膨胀接头电连接板的压力发生了变化，可能会影响膨胀接头的电气性能，特地用微欧计对改造后的膨胀接头的过渡电阻进行了测量，测量结果基本不变，满足技术要求。

为了对改造过的膨胀接头效果进行验证，将改造过的膨胀接头上线试验，定期收集膨胀接头运行数据。通过上线对比观察和数据分析，发现改造过的膨胀接头通过减少初始滑动力，可以有效的实现补偿作用，消除了中心锚结的偏移情况，满足了接触轨的技术要求，确保了供电安全。

5 结束语

广州地铁四号线直流1500V接触轨属于国内首次应用，且高架段距离长，结构环境复杂，很多问题是设计上不可预知的。本文结合广州地铁四号线接触轨设备运行多年的维护经验，不断积累设备运行数据，对出现的电连接板式接触轨膨胀接头不能实时补偿问题积极探求解决方法，通过对膨胀接头本体的一系列分析试验研究，在不需要更换设备的前提下，形成最终的优化改造方案，消除了设备隐患，也为后续地铁线路接触轨设备的产品开发提供经验借鉴。

参考文献：

[1]宋文义.钢铝复合接触轨膨胀接头的设置及计算[J].都市快轨交通，2005，18（5）.

[2]张鹏飞.钢铝复合接触轨滚动轴承式膨胀接头研制[J].城市轨道交通，2013（6）.

[3]肖友庆.接触轨线路靴轨关系的研究及改善分析[J].城市轨道交通，2018（4）.