刚性悬挂接触网拉出值布置与受电弓磨耗分析

张权

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安710061）

我国新建城市轨道交通接触网采用刚性悬挂方式以来，现场多次报道受电弓碳滑板磨耗不均匀问题，如广州地铁二号线受电弓在最大拉出值附近磨耗严重，形成较深凹槽。磨耗布局不合理，不仅会降低受电弓的使用寿命，还会造成接触网拉弧、打火。研究表明，接触网拉出值平面布置方式不合理是造成受电弓磨耗不均匀的主要原因[1]。因此，为保障电气化铁路的安全稳定运行，需对刚性悬挂接触网拉出值布置方式展开分析。

1 正弦波拉出值布置方式

图1 为刚性悬挂接触网拉出值按正弦波方式布置示意图。图中黑色点划线为线路中心线，红色实线由各个悬挂点拉出值拟合而成，其中A 为全线拉出值最大点，C、D 点为关节处悬挂点。由图可知，拉出值采用正弦波方式布置时，线路两侧悬挂点个数几乎相同，汇流排在线路两侧排布总长均等，理论上受电弓在线路上滑动时，碳滑板上两半弓磨耗分布均匀。

图1 刚性悬挂正弦波拉出值布置示意图

在正弦波布置方式下，拉出值计算：

式中，λ 为正弦波长度，在平面布置图中等效为一个锚段长度；a 为最大拉出值，一般取值为250mm，x 为正弦波上任意一点与拉出值为0 的悬挂点之间的距离；y 为x 点处对应的拉出值。

2 类“之”字形拉出值布置方式

基于正弦波平面布置方式，本文通过进一步优化，对接触网拉出值采用类“之”字形布置，如下图2 所示。图中A 点为最大拉出值，一般取值为250mm；B 为次最大拉出值，通常条件下为230mm；C 点为锚段关节处悬挂点，距离锚段终端3.8m，拉出值为100mm（绝缘锚段关节为150mm）；D 点为锚段关节处悬挂点，距离C 点2m，拉出值取100mm（绝缘锚段关节为150mm）。

图2 刚性悬挂类“之”字形布置示意图

y1为任一悬挂点x 的拉出值，以非绝缘关节为例，AC 区段拉出值计算如下：

由于D、C 两点拉出值相同，可认为受电弓在此时处于水平状态，以C 点为原点建立坐标，则x 点处拉出值计算如上式（2）所示，式中xC为曲线上任意一点x 到C 点距离，LBC为B 点到C点距离，y1为x 点处拉出值。

同理，BB1 区段拉出值计算如式（3）所示：

式中，x0为BB1 区段上任意一点到拉出值为0 的点之间的距离，LBB1为BB1 之间距离，y2为x 点处拉出值。

3 两种布置方式受电弓磨耗分析

标准汇流排长度为12m，为减少汇流排截断浪费，锚段布置原则如下：5.95*2+12*n（标准汇流排长度12m，将其截断为两半，长度本应为6m，但考虑到施工过程中存在一定误差，本文误差考虑5mm，作为计算裕度）。汇流排长度不应超过250m，施工现场使用较多的主要是215.9、227.9、239.9。以215.9 标准锚段长度对接触网平面布置展开分析讨论。

3.1 正弦波布置方式磨耗分析

当一个锚段长度内只有一个正弦波时，不同拉出值位置处受电弓的磨耗距离如表1 所示。

表1 正弦波拉出值平面布置方式受电弓磨耗距离

由上表可见，在拉出值为200～250mm 范围内，受电弓磨耗距离最大，其磨耗距离占正弦波百分比高达40%以上；其他拉出值变化范围内，受电弓磨耗距离相差较小，磨耗距离与正弦波的百分比均在20%以下，且当悬挂点拉出值越接近0 时，相同拉出值变化范围内受电弓磨耗距离占正弦波比例越小。

3.2 类“之”字形布置方式磨耗分析

下表为不同拉出值位置处受电弓的磨耗距离，假定某方向拉出值为正，则另一方向拉出值为负，将拉出值划分为10 个区间。

表2 一个正弦波范围内受电弓磨耗距离

由表2 可知，在拉出值为0 附近受电弓磨耗距离较短，相应磨耗较轻，对其拉出值变化率进行计算发现，其变化率小，说明受电弓在拉出值为0 附近速度较快，并能实现平滑过渡；其他拉出值范围内，磨耗距离几乎相同，差距较小，说明受电弓在除拉出值为0 附近外，各个部位磨耗均匀。因此当接触网拉出值采用此种类型平面布置方式时，受电弓不易损伤。

4 结论

基于传统正弦波拉出值布置方式，刚性悬挂接触网拉出值采用类“之”字形布置，悬挂点均匀分布在线路两侧，受电弓在一定区段相同移动距离情况下拉出值变化率一致，从而使受电弓磨耗均匀，在设计过程中具有一定的指导意义。