中低速磁浮钢铝复合接触轨侧向安装受流研究

赵金凤

0 引言

目前，世界上有10 多个国家正在试验和发展磁浮交通系统。中低速磁浮交通以日本常导型常速技术比较成熟，接近或达到商业运营的要求（日本名古屋东部丘陵线按商业运行要求设计的线路）。国内，有关高校和科研院所在20 世纪80 年代开展了基础性研究，并相继建成一定规模的磁浮列车工程试验示范线。

以上研究主要集中在列车悬浮导向、牵引推进和直线电机方面，用于实验测试并向磁浮列车提供悬浮、牵引、导向、制动、信号和车载用电的供电轨主要为低碳钢轨和铜线+铝排（均为刚性接触）。该系统存在的主要问题是持续载流能力小，不能在磁浮交通长大干线工程中应用，为此进行钢铝复合接触轨在磁浮交通工程中安装和应用的研究。

1 供电总体技术要求

根据中低速磁浮列车运行特点，其地面供电系统主要是在导向轨下方轨道梁侧面敷设2 根钢铝复合接触轨（通有DC 1 500 V 或DC 750 V 电压），并通过和集电靴滑触给列车供电，要求钢铝复合接触轨系统具有3 000 A 以上的持续载流能力和较长的使用寿命。

钢铝复合接触轨具备合理的弹性和刚性，满足小曲线和竖直曲线安装并无内部应力产生，保证绝缘支撑系统使用寿命。

2 结构设计

2.1 技术思路

钢铝复合接触轨截面设计具有3 000 A 以上的持续载流能力和较长的使用寿命。

钢铝复合接触轨具备满足小曲线和竖直曲线安装并无内部应力产生，保证系统使用寿命。

2.2 截面设计和相关计算

根据磁浮列车受流特点，将钢铝复合接触轨设计为“工”字形双包式结构，采用铝镁硅和不锈钢材质，具有电导率高、线路电阻小、使用寿命长和集电取流平稳等特点；在高度方向尺寸减小，轨顶和轨腰尺寸加宽加厚，使得钢铝复合接触轨X 向（顺线路方向）可实现Y 向（垂直轨道梁侧面方向）弹性和Z 向（垂直轨道梁轨面方向）刚性，并满足系统持续载流截面需要。单根钢铝复合接触轨长度12 m，截面积4 250 mm2，重量10 kg/m，完全满足中低速磁浮系统安装供电要求。见图1 所示。

计算钢铝复合接触轨Y、Z 轴惯性矩，用于分析、确定钢铝复合接触轨安装、取流方案，保证集电靴滑行顺畅和良好的电接触（表1）。

图1 钢铝复合接触轨剖面图

表1 钢铝复合接触轨Y、Z 轴惯性矩计算表

表1 计算结果表明：该钢铝复合接触轨对Y 轴惯性矩较小，弹性较好，便于系统侧向安装时钢铝复合接触轨能更好地满足线路曲线布置安装；对Z轴惯性矩较大，刚度较好，便于系统侧向安装时钢铝复合接触轨竖向支撑跨距布置和轨靴配合。

3 侧向安装受流

3.1 限界和侧向安装技术分析

中低速磁浮交通系统土建工程多数采用高架线路，轨道与磁浮列车采用外包式耦合，图2 为中低速磁浮车辆限界示意图。目前磁浮车辆受电靴安装没有统一标准，根据中低速磁浮采用DC 1 500 V或DC 750 V 电压供电制式，确定钢铝复合接触轨安装空间为图2 所示位置，用以满足电气绝缘150 mm 绝缘间隙和安装结构调整要求。

图2 中低速磁浮车辆限界示意图

目前，中低速磁浮工程限界设计中，图2 中钢铝复合接触轨安装区域的水平使用宽度通常不大于400 mm，基本上为磁浮工程总体设计的标准值，也是磁浮列车限界与轨道梁耦合结构带来的结果。

3.2 侧向安装绝缘支撑设计研究

钢铝复合接触轨通过绝缘支撑装置安装在线路中，在Y 向400 mm 的距离内，需要实现绝缘、支撑和安装调整等多重功能，可以采用预埋带齿槽道和钢结构调整底座连接复合绝缘子的方案进行侧向安装装配。预埋的带齿槽道可以实现Z 向距离调整，钢结构底座进行Y 向距离调整，通过增减垫片来满足平面精度微调要求。

采用复合绝缘子水平安装，满足绝缘距离和耐受电压使用要求，使机械受力状态最优并便于钢结构底座通过带齿槽道与轨道梁连接。线路安装和施工调整装配如图3 所示。

图3 线路安装和施工调整装配示意图

4 试验验证

4.1 钢铝复合接触轨持续载流能力

2011 年3 月中铁电气化局集团宝鸡器材有限公司完成相关产品的研制，并对钢铝复合接触轨载流量进行试验测试和理论计算。理论计算根据载流量公式进行。

2 种结果表明，中低速磁浮钢铝复合接触轨载流量均在3 500 A 以上，并且理论值略高于实验数据，符合实际工况。

4.2 电气性能和机械性能测试

对复合绝缘子进行工频干、湿、污秽、雷电冲击耐受电压测试，同时进行绝缘子抗拉和抗弯测试，均满足行业或国家标准要求。

4.3 整体受力和曲线安装测试

钢铝复合接触轨曲线安装，通过R43 米、R75米和R200 米的曲线实际安装，验证了钢铝复合接触轨自身的弹性和刚性满足系统设计要求，同时也为轨靴受流配合提供静态模拟条件。

钢铝复合接触轨绝缘支撑通过预埋带齿槽道、钢结构底座和绝缘子共同来实现。主要承载沿线路方向和垂直线路方向的静态载荷。试验验证该套装置可以完全满足系统要求。

5 结束语

通过上述研究、验证，笔者认为钢铝复合接触轨系列适合目前的中低速磁浮交通供电。借鉴成熟的钢铝复合接触轨工程应用经验，结合中低速磁悬浮的应用特点，钢铝复合接触轨系统将得到大量的工程应用和推广。由于相关工程应用、相关标准具有各自的实际情况，希望本文能为中低速磁浮交通工程建设、设计、施工单位工作者提供有益参考。

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