地铁车辆段信号系统轨连线技术的应用分析

朱光文

（中铁第一勘察设计院通信信号设计处，陕西 西安 710043）

轨连线是设置在钢轨轨缝（鱼尾夹板）两端的一种导电线缆，其主要作用是保证信号轨道电路和列车牵引回流的畅通。在地铁中，由于地铁车辆段牵引回流较大，以往在大铁路上使用的一塞一焊轨道连接线方式已不能满足当前的使用需求。往往采用大线径多根数的方式，较为常见的有 4*95mm2、2*150mm2和 2*185mm2等线径。

随着线径的增大，轨道连接线的连接方式也发生了变化。目前较为常见的连接方式主要有热熔焊式轨连线技术、胀钉式轨连线技术以及塞钉式轨道连接线等。本文将主要针对这三类产品的特点、施工安装、使用情况及轨道对信号轨连线设置要求加以简要阐述。

1 轨连线技术分类及主要特点

1.1 热熔焊式

(1)主要原理：是通过3CuO+2AL=3Cu+AL2O3+↑(2800℃)放热反应产生的液态高铜液及AL2O3残渣将导线铸于钢轨上。(2)产品构成：焊药、模具、夹具以及导线等。(3)技术特点：电气性能好，连接牢固程度一般。安装工艺要求较高，维修不便，由于是高温焊接，对钢轨有热伤影响。

1.2 胀钉式

(1)主要原理：压接。将胀钉装入钻好的孔中，利用拉钳将胀套全表面密压于钢轨的孔壁上，再用防松螺母将导线通过螺尾锥销与胀套压接上紧。(2)产品构成：胀钉、钻头、液压钳、钻机以及导线等。(3)技术特点：电气性能好，连接牢固，不松动，不脱落，施工速度快，安装工艺要求低，易于维修。但在安装时注重钻孔质量，必须采用特制钻头钻孔。

1.3 塞钉式

(1)主要原理：挤压。通过外力将锥形塞钉强行钉入到钢轨钻孔中。(2)产品构成：钻头、钻机、小铁锤以及导线等。(3)技术特点：电气性能好,连接牢固程度一般。施工速度快，安装工艺要求低。但由于钻孔与塞钉是锥形接触，易造成阻值不达标。

2 各轨连线的施工安装及注意事项

2.1 热熔焊式

2.1.1 施工安装:(1)钢轨打磨除锈。(2)钢轨加热。(3)将模具和线缆固定在钢轨上，并在模具中加入药粉。(4)点火。(5)卸模具、除渣。(6)粗打磨，完成施工。

2.1.2 施工注意事项：（1）打磨时，应注意打磨时间，打磨以除去焊接点锈迹为主，避免打磨过度，造成钢轨损害，或由于打磨时间过长，导致钢轨局部温度过高，对钢轨造成损害。（2）雨雪天及极端寒冷天气不得施工。（3）根据接头大小，控制好药量，避免温度过高造成钢轨损害。（4）焊接完毕后应敲去药渣，并进行粗打磨，避免假焊。

2.1.3 施工效果图

图1 热熔焊式轨连线

2.2 胀钉式

2.2.1 施工安装

1）根据钢轨类型及胀钉的规格型号，选择合适的钢轨钻机卡具及钻头。2）将钻机及卡具固定到钢轨上。经检查位置及尺寸无误后，开始钻孔。3）钻孔完成后，待温度降至常温时，将装有膨胀套的螺尾锥销旋入拉头的内螺纹中，同时将胀钉推入钻好的孔中。4）扳动手动回位阀，使液压钳口回到零位；将拉头拉杆放入液压钳的钳口中；往复扳动液压钳摇柄使之开始工作；直至液压钳达到标定拉力。5）扳动手动回位阀，使液压钳口回到零位；取下液压钳。6）将带有线端的轨连线压入螺杆后，旋紧防松螺母。

2.2.2 施工注意事项

1）所使用钻孔机具应夹持稳固，进刀时钻头无摆动，同时淋水降温，避免因钢轨温度过高，对钢轨造成损伤。2）钢轨钻孔应使用阶梯钻头，以确保孔的加工精度。3）胀钉推入到钢轨钻孔后，必须经液压钳（拉胀工具）拉胀后，方能有效连接。液压钳的选用需根据不同规格的胀钉选用不同拉力的液压钳。

2.2.3 施工效果图(见图2)

2.3 塞钉式

2.3.1 施工安装

1）根据塞钉的规格型号，选择合适的钢轨钻头在钢轨上打孔。2）钻孔打好后，将塞钉推入钻孔，用小铁锤打入。具体以钢轨内侧露出1－5毫米为准，且不松动为宜。

图2 胀钉式轨连线

2.3.2 施工注意事项

1）塞钉不得打弯或打堆。2）钻孔打好后应及时安装塞钉，避免钻孔生锈。

2.3.3 施工效果图

图3 塞钉式轨连线

3 目前现有各连接方式的使用情况

目前，在现有的地铁使用的连接线技术中，胀钉式及热熔焊式均有使用。对于塞钉式，由于其锥面体塞钉在轨腰看似紧配合，其实存在微观的气隙，随着昼夜温差变化，空气涨缩引发水气进入其结合面，锈蚀在所必然。信号维修人员检修过程中需要经常继续钉入。待塞钉至根部时连接线就会报废。另外由于地铁轨连线线径较粗，在钢轨上的钻孔较大，对钢轨也易造成伤害。因此，在地铁信号系统中，当采用大线径轨连线时，很少使用塞钉式。只有在非电化区段以及无牵引回流轨上使用少量的塞钉式轨连线。

胀钉式轨连线目前为新型的连接技术，使用时间不长，主要分布在广州，深圳，北京，天津，南京、长春、武汉二期以及西安等近期开通的城市轨道线中，其一般为国产居多。

热熔焊式轨连线技术，目前主要以进口产品为主。主要分布于早期的北京地铁1、2号线；上海地铁、武汉轻轨一期、天津轻轨等线路中。

4 轨道专业对信号轨连线的设置要求

信号轨连线应尽量采用栓接的方法。栓接时，在钢轨轨腰钻孔的直径不得大于25mm，孔中心间距不得小于150mm。

若采用焊接方法，则必须满足以下技术要求：(1)只能在轨腰中部实施焊接，且焊点间距不得小于300mm。(2)在钢轨上实施焊接的方法及工艺，必须保证施焊后钢轨机械性能损失在一定范围内：抗拉强度及屈服强度不小于母材80%、硬度不低于母材90%、冲击韧性不低于母材60%。(3)每一处焊点均应进行超声波探伤，探伤前需将施焊处温度冷却到50℃以下，浇水冷却时的钢轨温度不得高于240℃，施焊处不得产生过烧、裂纹等有害缺陷。(4)施焊处钢轨的金相组织应为珠光体，允许有少量铁素体，但不允许出现马氏体或明显的贝氏体组织。(5)焊接热影响区的晶粒度与母材相比，差值不得大于一级。

小结

综上所述，轨道专业对信号轨连线设置的要求，主要是针对钢轨损伤的预防，意在通过对信号设置要求的规定，尽可能的避免和减少对钢轨的损伤。而减少钢轨损伤最好的办法就是选择一种合适的连接技术。热熔焊式轨连线技术由于受环境和施工工艺影响较大，容易出现接头脱落，不易满足信号对安全性的要求。同时热熔以及对钢轨的打磨，也易对钢轨造成热伤害等。而胀钉式轨连线技术，安装及维护简单、连接牢固可靠、施工技术要求低、难度小、整体性价比较高。

通过在西安地铁二号线渭河车辆段开通近半年来的使用效果，目前尚未出现一根脱落以及阻值不达标的情况。因此，足以证明该项技术是目前地铁车辆段信号系统轨连线技术中的佼佼者，可以作为后续地铁车辆段信号系统轨连线技术的首选。

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