接触轨中心锚结偏移原因及解决方法浅析

张龙飞

摘 要：通过对广州地铁接触轨供电方式中出现的中心锚结问题进行说明，通过理论、试验对比，找出接触轨中心锚结偏移的原因，并针对故障原因提出相应的解决办法，为以后应用新型接触轨供电的地铁提供一定的参考。

关键词：接触轨；膨胀接头；中心锚结

1 概述

城市轨道交通的接触网悬挂方式大致分为3种形式，一种为柔性架空接触网，一种为刚性架空接触网，第三种为接触轨供电。接触轨供电以传输电流大、重量轻、安装方便而得到广泛应用。广州地铁4号线是国内第一个采用1500V直流供电系统供电的钢铝复合轨接触轨系统主要由钢铝复合轨（包括铝轨本体和不锈钢带）、膨胀接头、端部弯头等相关部件及绝缘支撑装置组成，为电力机车组提供电能。

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，因此需要安装膨胀接头在机械和电气特性两方面连接两根长轨中间的空隙。高架段接触轨一般75m需要设置一处膨胀接头。

为了防止接触轨向两侧不均匀蹿动，每两个膨胀接头之间需设置一处中心锚结，所以，中心锚结的作用是将一段接触轨稳定的固定起来。

2 中心锚结偏移的危害

在广州地铁对接触轨实际的检修维护时发现：很多中心锚结在受力偏移后，通过连接件将绝缘支架及卡爪托架拉偏斜，绝缘支架及卡爪托架是由复合材料制成，不如中心锚结及钢铝复合轨坚硬，在超出承受范围时会发生断裂，如下图1，就是检修时发现支撑装置卡爪托架裂开的现象。

x旦绝缘支架及卡爪托架断裂，未及时更换处理，可能造成接触轨的整体下降，使得接触轨参数不符合行车要求，造成集电靴与接触轨发生碰撞，进一步引发较大的设备故障。所以，我们在日常维护中，要避免此类情况的发生。

3 中心锚结偏移的原因分析

3.1 正常情况下中心锚结受力分析（如图2）

正常情况下，一个锚段的接触轨（75m）受到集电靴摩擦力，以及在大坡道及曲线段由于接触轨重力产生的沿线路方向上的分力作用（如图2），接触轨的热胀冷缩产生的热应力通过两端膨胀接头的间隙来进行释放。所以说，正常情况下f3.2 异常情况下中心锚结受力分析（如图3）

当一端膨胀接头补偿间隙为0时，整个锚段的接触轨由于热胀冷缩的原因，热应力只能向行车方向释放，导致中心锚结两端接触轨受到一个偏线路方向的热应力（如图3），当f+f2>F（中锚抗弯负荷）时，接触轨就会向行车方向偏移。所以，一侧或两侧膨胀接头不能有效补偿接触轨由于温度变化发生的长度变化，这就是中锚偏移的主要原因。

那么，到底这个膨胀接头的间隙设计是否满足实际需求，接触轨热胀冷缩到底膨胀了多长，产生了多大的力呢？

3.3 是否设计问题

通过查阅膨胀接头安装曲线表来看：正常情况下（25度）整个间隙为2*60mm。根据接触轨的线膨胀系数

（a1=21.48×10-6），根据公式d=lt-l0=l0*T*a1（一般接触轨最高温度约为70度），所以经过计算d=75000*（70-25）*21.48×10-6=72.5mm，就是说，在最高温度下，接触轨最多膨胀72.5mm，一端膨胀36mm，按照设计膨胀间隙，完全符合要求。所以，不存在设计缺陷导致中锚偏移。

3.4 接触轨线性膨胀产生的力

接触轨在热胀情况下，75m的接触轨最多膨胀72.5mm，那么接触轨没膨胀1mm产生的力是多少，根据接触轨技术参数弹性模量（86387.5）和接触轨截面积（4400），根据弹性模量公式E=（F/S）/（dL/L），得出，接触轨每膨胀1mm，产生的力为F=E*dL*S/L=86387.5*1*4400/75000=5068N，就是说，当接触轨膨胀达到5mm时，接触轨产生的热应力f2=25kN>F（绝缘支架的抗弯负荷，查资料是16kN），此时，中心锚结就会产生偏移。

3.5 接触轨膨胀接头结构设计问题

让我们来看一看老式的膨胀接头设计过程中有哪些因素导致了其不能有效伸缩。这个阻力来源于：①膨胀间隙为0。②膨胀接头螺栓紧固力太大（见图4 膨胀接头设计图纸），当右边螺栓紧固力过大时，接触轨膨胀接头就不能有效起作用。③膨胀接头上端导流板紧固力过大。④膨胀接头导滑板摩擦力过大。

4 中心锚结偏移的解决方法

通过试验发现：接触轨膨胀接头初始滑动力远远超过16KN，意思就是说当膨胀接头还未滑动时，温度应力就导致了接触轨支架的破裂，这在实际运用中是不科学的。所以，接触轨膨胀接头由于设计缺陷，导致初始滑动力过大，不能有效补偿接触轨由于温度变化导致的长度变化，是接触轨中心锚结发生偏移的主要原因。

为了解决这一难题，广州地铁与厂家合作，设计出了一款滚动式膨胀接头，此膨胀接头针对老款膨胀接头的缺陷进行了改造：将左右轨之间的滑动摩擦改为了通过滚针轴承进行滚动摩擦，用铜线圈替代电连接板，大大减小了膨胀接头的初始滑动力，经过试验：新型膨胀接头的初始滑动力仅为200N，完全可以满足现场的需求。目前，新型膨胀接头已经在广州地铁6号线运用，而4、5号线老式的膨胀接头也被逐步更换为新型膨胀接头。

接触轨作为新型的接触悬挂形式，出现了很多意想不到的问题，这就需要我们在检修过程中加强巡视，总结经验，发现问题及早处理。

参考文献

[1]何江海.接触网检修工[M].中国劳动社会保障出版社，2010.

[2]李伟.接触网[M].中国铁道出版社，2003.

（作者单位：广州地铁集团有限公司运营事业总部）