接触网弹性线夹在地铁刚性悬挂中的应用

黄冬亮

0 引言

自2003年广州地铁2 号线第一次采用刚性悬挂接触网以来，国内多个城市也相继采用了刚性悬挂技术。刚性悬挂接触网因其维护少、寿命长、接触线无张力架设、载流量大及对隧道净空要求较低等特点，正在被越来越多的线路采用。

先期建成的刚性悬挂线路一般采用B 形汇流排定位线夹和门形悬挂结构，纵横向刚度较大，没有弹性，受电弓滑过时跟随性较差。在刚性悬挂锚段关节、道岔等位置有受电弓和汇流排的碰撞、离线等情况出现，引起接触线异常磨耗的情况。通过受电弓和汇流排的碰撞受力分析比较，采用弹性线夹使汇流排具有一定阻尼特性，可缓解碰撞，降低磨耗。

1 接触线在锚段关节区段磨耗异常分析

刚性接触网汇流排刚度大，汇流排在受电弓高速通过时几乎没有抬高，与柔性接触网系统中接触线和受电弓的追随性相比相差甚远。安装调整对精度要求高，特别是在小曲线、道岔、变坡点等位置，与线路超高、变坡等因素息息相关。另外在刚性悬挂锚段关节区段也产生较大的接触线磨耗。

刚性悬挂锚段关节，由两段汇流排重叠布置，汇流排间距一般为200～300 mm。关节分为绝缘锚段关节和非绝缘锚段关节，用于补偿汇流排的热胀 冷缩，其中绝缘锚段关节兼用于电气上的分段。刚性悬挂锚段关节布置实物详见图1。

图1 刚性悬挂锚段关节实物图

锚段关节位置容易产生异常磨耗的原因有以下几点：

（1）汇流排施工安装不到位、微调精度达不到要求，可能会引起重叠段双支汇流排存在高差。

（2）刚性悬挂锚段关节采用汇流排终端平行过渡，受电弓通过时势必会对一侧汇流排产生一定的冲击，受电弓在冲击过程中会产生比较大的振动，造成离线，引起电火花，对关节的损伤较大。所以一般刚性悬挂锚段关节处火花相对比较严重，接触线有异常磨耗。

2 弹性线夹的运用及受力分析

上述情况在每条新设计的地铁线路中都会存在，而且是难以避免的。

首先列车在行驶中，由于运行速度、线路情况及接触网参数的变动（坡度、超高、不平度、拉出值等），受电弓必然会发生左右摇晃和上下抖动。因此在进入关节过渡区时，受电弓与汇流排终端翅起部位发生碰撞是可预见的，如图2所示。

图2 断面方向受电弓与关节接触线位置关系图

针对上述情况，可以设想，假如汇流排具有一定的弹性，在受电弓对汇流排产生冲击的瞬间可以有一定的缓冲效果，可避免或减轻弓网磨损。所以，在锚段关节、小曲线、道岔等受电弓容易对汇流排产生冲击的区段采用带有一定弹性的定位线夹。该种线夹采用一体化结构以及金属挤压工艺，使安装施工效率及产品性价比得到进一步的优化；此外，线夹特设的金属弹性阻尼装置可以改善弓网动态受流性能，减缓接触网局部区段异常电磨损，提高列车时速。弹性线夹如图3所示。

图3 弹性线夹示意图

弹性线夹的主要特点如下：

（1）改善弓网的动态受流性能、减缓接触网异常的电磨损，具有提高列车时速的潜力。

（2）确保定位线夹在水平方向荷重的作用下不会歪翘，弹簧的调节效率得以充分的发挥，汇流排的膨胀与收缩，在标准弯曲半径及坡度的线路（轨道）条件下，均能灵活自由，汇流排不会出现卡死于线夹中而危及绝缘子抗弯强度的情况，运行可靠性得到提高。

（3）滑块由导电性材料制成，为汇流排与定位线夹必需具备的整体电气性能、为设备在带电运行时的可靠性以及停电维修时所需接地的有效性和安全性提供了保证。

（4）定位线夹在装上汇流排和固定于绝缘子后，支架与绝缘子的连接便会牢靠锁死，互相不会脱离，运行可靠性更高。

（5）阻尼元件为金属弹簧，没有时效老化问题，使用寿命长。

安装弹性定位线夹前后受电弓与关节发生碰撞时的受力对比分析：

设：F 为汇流排终端作用于受电弓的反作用力，kg；Mp为受电弓碳板质量，kg；Δt 为碰撞作用时间，s；Vo为列车时速，km/h；V 为受电弓碳板与汇流排终端碰撞速度，m/s。

当受电弓与汇流排终端碰撞时，以下关系必然成立：

F×Δt= Mp×(V - 0)

V= Vo×(70 / 1500) ×(10/ 36)= 0.013 Vo（70为汇流排终端翘起高度，1 500 为翘起端长度。）

F= (Mp×0.013Vo)/Δt

相关数据分析详见表1。

分析总结：表1中情况A、情况B 的碰撞作用时间虽均为假设，但在弹性定位线夹阻尼作用下，因碰撞作用时间的增长而引起的碰撞冲击力相应减小是必然的，因此表中数据对弹性定位线夹改善受电弓与关节碰撞所发生的电磨损的效果可以提供一个定性的数量分析。

表1 受电弓与汇流排冲击数据分析表

3 结语

在刚性悬挂锚段关节、小曲线、道岔等区段采用金属型弹性线夹，以减缓受电弓对汇流排的冲击，降低局部区段的接触线异常磨耗。运用弹性阻尼原理，提高弓网工作性能，从而达到延长接触网系统的使用寿命，降低运营成本，具有较广泛的经济效益和社会效益。

[1]邓强.城市轨道交通刚性接触网[J].都市快轨交通，2006.

[2]江洪泽.城市轨道交通刚性接触网弓网受流理论探析[J].都市快轨交通，2010.

[3]靳守杰，何志新.广州市轨道交通接触网形式选择[J].都市快轨交通，2010.

[4]刘峰涛.刚性接触网悬吊结构的等效模型[J].电气化铁道，2009.

[5]GB 50157-2013 地铁设计规范[S].中国建筑工业出版社，2013.