一种直流架空刚性悬挂接触网旋臂支撑方案

林 建

0 引言

架空刚性悬挂接触网系统以其结构紧凑，系统零部件少，维护、维修成本低等优点在城市轨道交通供电领域应用广泛，成为主流牵引供电系统之一。刚性悬挂接触网的支撑悬挂装置作为其主要组成部分，装置的功能及适用性对刚性悬挂接触网的设计布局、安装、运营维护起着非常关键的作用。

1 传统直流架空刚性接触网悬挂方案

国内直流架空刚性接触网采用垂直悬挂固定方式，主要有3种结构：高净空工况下的吊柱式组合悬挂结构、常规净空工况下的U型悬挂结构、超低净空工况下的横撑悬挂结构，如图1所示。

图1 直流架空刚性接触网垂直悬挂结构

采用垂直悬挂方案的刚性接触网中，汇流排可在悬挂线夹中窜动，从而适应整个刚性锚段的热胀冷缩。由于汇流排与悬挂线夹窜动过程中会产生较大的滑动摩擦力，可导致汇流排出现卡滞现象，引起汇流排挠度增加，影响弓网受流质量，严重情况下甚至会导致悬挂线夹或绝缘子断裂，影响行车安全。为减小这种不良影响，垂直悬挂方案的刚性接触网锚段长度一般控制在250 m以下，但该不良影响也不能完全消除，需维护人员定期调整。另外，该垂直悬挂结构中悬挂点导高微调及曲线段汇流排与轨面的垂直控制均需来回松紧8个螺母，工作繁琐。

2 旋臂支撑方案

国内目前采用旋臂支撑方案（图2）的刚性悬挂接触网全部为交流供电制式。汇流排与旋臂支撑中的悬挂线夹固定，整个刚性锚段的热胀冷缩通过旋臂支撑的顺线路旋转实现，因此不会出现卡滞现象，刚性锚段长度可达到500 m以上。由于供电制式的不同，旋臂支撑方案在直流刚性悬挂接触网中不能直接采用，存在一定区别。

图2 交流供电制式旋臂支撑

2.1 直流供电制式旋臂支撑方案

旋臂支撑主要由旋转可调底座、支撑架、绝缘子、调节支架和可调悬挂线夹组成（图3），相互之间通过螺栓组件连接，装置沿隧道拱顶倾斜设置使整套装置为弓形结构，可以减小安装净空需求，通过三角底座或吊柱固定于隧道壁。该装置具有结构简单、安装调整方便、零部件少、标准化程度高、性能稳定可靠等优点，可满足多种隧道净空安装要求。

图3 直流供电制式旋臂支撑

2.1.1 旋转可调底座

旋转可调底座主要由连接本体、调整双耳和固定压板组成（图4），相互间通过螺栓固定。连接本体与压板间形成倒锥形，调整双耳设置上大下小锥形，位于连接底板和压块之间，形成楔形固定，通过楔子原理确保相互连接的稳固性，防止双耳连接的旋臂长期运行后松动下垂。调整双耳可绕连接本体在垂直轨面方向调整±7.5°（图5），可实现线路曲线段吊柱按竖直安装设计，调整后满足旋转轴及汇流排垂直于轨面，且旋臂在旋转时导高与轨面相对位置不变，保证了刚性接触网系统运行的稳定性，同时可减少吊柱规格种类，降低了施工难度，提高了施工效率。图4～图7、图9中数据单位为mm。

图4 旋转可调底座

图5 曲线段旋转可调底座调整示意

连接本体、调整双耳和固定压块均采用铝合金精密铸造或锻造工艺成型，表面经阳极氧化处理，具有重量轻、美观、精度可控、防腐性好等特点。旋转轴采用不锈钢机械加工制造而成，与调整双耳通过不锈钢轴套过渡连接，提高耐磨性同时保证配合精度。

2.1.2 支撑架

支撑架的主要作用是减小绝缘部件长度尺寸，减少绝缘部件负载，增加整套装置的限界，保证刚性锚段热胀冷缩过程中悬挂点参数的稳定，确保系统受流质量。

支撑架采用铝合金精密铸造工艺一体成型（图6），表面经阳极氧化处理，具有重量轻、美观、结构简单等优点，同时采用斜向上弓形结构，降低了安装净空要求。

图6 支撑架

2.1.3 绝缘子

绝缘子采用硅橡胶复合和瓷质两种方案，两端为法兰连接结构，机械及电气性能按线路使用需求设计，如图7所示。

图7 绝缘子

2.1.4 调节支架

调节支架主要采用板材整体折弯成型（图8），设置有导向滑槽和限位槽。悬挂线夹可通过导向滑槽进行拉出值调节，拉出值根据线路需求设置。悬挂线夹在安装过程中可通过其安装座底部设置的滑块与导向槽配合，保证汇流排与调节支架平行，并且连接板设置有圆弧长孔，可实现调节支架与轨面平行，保证悬挂线夹受力平衡。

图8 调节支架

2.1.5 可调悬挂线夹

悬挂线夹安装在调节支架上用于悬挂固定汇流排，可实现导高±35 mm范围内调节。悬挂调节轴通过防转卡板固定在连接本体上，对悬挂调节轴进行有效固定，提高线夹稳定性（图9）。

图9 可调悬挂线夹

线夹上下连接本体均采用铝合金精密铸造工艺制造，表面经阳极氧化处理，具有重量轻、美观、精度可控、防腐性能好等优点。

2.2 直流供电制式旋臂支撑安装净空

旋臂支撑结构紧凑，可有效节省安装空间，具体如图10、图11所示。

图10 低净空隧道安装

图11 高净空隧道安装

一般情况下，H值可调至最小290 mm，适用于现有地铁标准隧道安装；在隧道施工误差较大的低净空隧道段，可通过对汇流排的改型及旋臂改型减小H值进行适应。L值根据锚段长度、汇流排温度变化、拉出值a协同设计确定。

2.3 直流供电制式旋臂支撑性能参数

（1）整体性能参数：最大水平工作荷重1.5 kN，水平破坏荷重不小于4.5 kN；最大垂直工作荷重3 kN，垂直破坏荷重不小于9.0 kN；经200万次振动疲劳试验后，装置的破坏荷重下降不大于5%。

（2）旋转可调底座性能参数：最大水平工作荷重7.5 kN，水平破坏荷重不小于22.5 kN；最大垂直工作荷重10 kN，垂直破坏荷重不小于30 kN。

（3）支撑架性能参数：最大水平工作荷重7.5 kN，水平破坏荷重不小于22.5 kN；最大垂直工作荷重10 kN，垂直破坏荷重不小于30 kN。

（4）绝缘子主要性能参数见表1。

表1 绝缘子主要性能参数

（5）调节支架性能参数：最大水平工作荷重1.5 kN，水平破坏荷重不小于4.5 kN；最大垂直工作荷重3 kN，垂直破坏荷重不小于9.0 kN。

（6）可调悬挂线夹性能参数：最大水平工作荷重1.5 kN，水平破坏荷重不小于4.5 kN；最大垂直工作荷重3 kN，垂直破坏荷重不小于9.0 kN；经200万次振动疲劳试验后，线夹的破坏荷重下降不大于5%。

3 旋臂支撑方案优势

相比国内传统直流供电刚性接触网悬挂方案，采用旋臂支撑刚性接触网具有如下优势：

（1）最大锚段长度可以增加1倍以上，减少了关节数量，提高了弓网系统质量。

（2）标准化程度高，互换性强，旋臂支撑可提前预配，安装调整方便，降低施工难度，提高安装效率和精度。

（3）在刚性锚段热胀冷缩过程中，旋臂支撑通过自身旋转实现悬挂点位移补偿，悬挂点不会出现卡滞现象，减少弓网磨耗，提高了系统使用寿命及安全可靠性，同时减少了后期运营维护工作量。

综上所述，旋臂支撑方案具有结构简单、标准化程度高、安装调整方便、无卡滞隐患等优点，可为既有线路改造及新建线路设计提供参考。