刚性悬挂弹性支持装置研究

刘岗

摘 要：为增加刚性悬挂的系统弹性，改善弓网授流质量，可考虑采用增加弹性措施的悬挂部件。为此，本文通过理论分析，结合目前所采用的两种新型刚性悬挂弹性支持装置产品特点，提出合理的架空刚性悬挂支持结构选型，以及工程实施中需注意的问题，对同类型的架空接触网设计方案选择具有一定的参考性。

关键词：刚性悬挂 弹性绝缘组件 弹性线夹

中图分类号：U212 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（c）-0109-02

悬挂刚性一般采用垂直悬吊构件作为汇流排安装的支持装置，如图1所示，主要包括汇流排定位线夹、绝缘子、底座及相应的安装螺栓，通过以上装置将汇流排及接触线固定在车辆上方，从而达到可靠地向车辆授流的作用。

1 刚性悬挂悬吊结构刚度对授流质量的影响

从整体上说，刚性悬挂悬吊结构刚度的变化对接触力的影响很难用可规定或者可追寻的规律来分析，从受电弓运行过程中抬升汇流排和接触线的作用分析，可以说悬吊结构刚度变小将导致刚性悬挂整体变柔（即刚度变小），受电弓滑板的最大位移将会随刚性悬挂整体刚度的减小而变得平缓，这有利于保持受电弓具有更好的追随性，从而获得较高的受流效果。

应用非线性和动力有限元的基本原理，对受电弓、接触网系统进行的弓网耦合仿真研究结果（见图2）也表明，当悬挂刚度keq（keq为当前刚性悬挂悬挂点的刚度）降低三个数量级为（0.001 keq）时，受电弓抬升力的标准偏差最小，受流质量最好，而如果再继续降低悬挂机构刚度的数量级受流质量又明显变差。说明悬挂机构刚度的取值不是越大越好，也不是越小越好，而是要找到一个合适的值。弹性装置的弹性性能的取值在理论上应使悬挂点的刚度减少三个数量级，同时还应满足刚性悬挂力学性能的要求。

经以上分析可以看出，可通过调整刚性悬挂机构刚度，从而实现增加刚性悬挂的系统弹性，改善弓网授流质量的目的。

刚性悬挂弹性支持装置便是在此背景下进行研发的。目前主要有弹性绝缘悬挂组件和弹性定位线夹两种。

2 弹性绝缘悬挂组件

2.1 结构组成

如图3所示，弹性绝缘悬挂组件由汇流排线夹、固定连接螺栓、硅橡胶伞裙、承力弹性元件等组成。

2.2 弹性绝缘悬挂组件材质

绝缘体为高分子聚合材料，其自洁性和憎水性良好；金属连接件及各种附件、紧固件等均为优质不锈钢耐腐蚀材料。弹性元件的材料为具有高强度、耐老化、小变形的合成橡胶。

2.3 工作原理

当架空刚性接触网的汇流排安装在弹性绝缘悬挂组件上，在其自重的作用下，弹性绝缘组件的橡胶弹性元件产生变形，达到一种应力应变的平衡。运行时弓网相互作用，橡胶弹性元件的变形恢复，从而避让了受电弓可能对刚性接触网的冲击，使得刚性悬挂授流更趋平稳，也减小了接触线和受电弓自身的磨耗。

3 弹性线夹

3.1 结构组成

如图4所示，弹性线夹上部通过绝缘子螺栓与其及支持结构相连接，下部两导电滑块固定汇流排。

3.2 材质

弹性线夹由铝型材加工制造，与汇流排本体一致，重量轻，结构简单。导电滑块采用耐磨的合成材料，弹性元件由不锈钢弹簧构成，连接轴材质为1Cr18Ni9。

3.3 工作原理

弹性线夹通过具有弹性功能的悬挂部件，利用汇流排的自重，使线夹内的弹簧和橡胶保持一定的压缩，在车辆受电弓通过悬挂点，弹簧回弹，让弹性线夹变形得到一定的恢复，降低了受电弓对刚性接触网的冲击，使刚性悬挂与受电弓的追随性形成最佳的配合，并且提高架空刚性悬挂的受流质量和减少接触线的磨耗。

4 两种弹性支持装置的比较

4.1 弹性绝缘悬挂组件

从结构上来说，定位线夹、支持绝缘子组合为一体，结构复杂，因此，制造工艺也略为复杂，整体式弹性绝缘悬挂组件不能旋转，所以对安装要求较高，如果安装过程中没有调整好间隙，容易造成汇流排卡滞，一旦结构内部出现问题不易发现，局部出现问题需整体更换，工程造价比弹性线夹与绝缘子组合件高。

4.2 弹性线夹

弹性线夹与支持绝缘子分离，结构简单，制造工艺简单，线夹整体可以旋转，同时耐磨导电滑块也可相对动作，避免汇流排卡滞。弹性刚度值可以依据不同工况任意调整，安装方便；如果需要检修或者更换弹性线夹，只需要用工具敲击黑色耐磨垫，在两边耐磨垫敲出后，拆下线夹的螺栓就能取出线夹，并根据现场实际需要进行更换。

5 工程实施中应注意的一些问题

（1）若采用复合材料绝缘子，复合材料绝缘子基本可以做到免维护，但若长时间不对表面污秽进行清理，难免对绝缘子污耐及使用寿命产生影响。目前国内刚性悬挂采用瓷绝缘子时，运营部门会对绝缘子表面进行擦拭或清洗，而合成绝缘子擦洗较困难，需要购置专门的清洁设备。

（2）弓网受流作为一个系统，要想取得良好的弓网受流质量，不但要求接触网应具有优越的性能，而且还应要求与之匹配的受电弓也应具有优越的性能。根据本工程设计条件，建议采用重量轻、防震性能、弓网追随性、集电稳定性和单弓取流能力更好的气囊式受电弓，受电弓需满足运行速度80 km/h要求；受电弓静态抬升力100 N～120 N，弓头质量不大于25 kg。

6 结语

无论是采用弹性绝缘组件还是弹性线夹，都可以达到增加刚性悬挂的系统弹性，改善弓网授流质量的目的，但通过以上比较可以看出，在结构、制造工艺、安装、维护的便利性以及价格等各方面，弹性线夹与弹性绝缘悬挂组件相比具有一定的优势。

参考文献

[1] GB50157-2003，地铁设计规范[S].北京：中国计划出版杜，2003.

[2] 于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都：西南交通大学出版社，2003.endprint