中低速磁浮列车集电方案比选研究

徐斌杰

（中铁第五勘察设计院集团有限公司）

1 引言

目前，已开通运营的中低速磁浮线路有北京S1线和长沙磁浮快线，在建项目有清远磁浮线等。部分城市需要建设时速160km～200km的中速磁悬浮线路[1]。目前，100km/h以上磁浮列车的集电方案，国内外仍无相关工程案例，因此，对于不同运行速度等级的磁浮列车集电方案比选十分必要。

2 国内外已应用的磁浮列车集电方案

2.1 日本

日本的名古屋至爱知县磁浮线于2005年3月开通运营，最高运营速度为100km/h。其集电方案技术参数有：

①采用侧部受流方式，载体为受电靴与T型截面汇流排加接触线；

②供电轨与回流轨沿桥梁对称悬吊绝缘子支撑。

2.2 韩国

韩国的仁川国际机场线于2014年5月开通运营，最高运营速度为110km/h。集电方案技术参数有：

①采用侧部受流方式，载体为受电靴与工型截面复合导电轨；

②供电轨与回流轨沿桥梁对称坐式绝缘子支撑。

2.3 中国

长沙磁浮线全长18.55km，最高运营速度为100km/h。集电方案技术参数有：

①采用侧部受流方式，载体为受电靴与C型截面复合导电轨；

②供电轨与回流轨沿桥梁对称棒式绝缘子支撑。

北京S1线全长10.2km，最高运营速度为100km/h。集电方案技术参数有：

①采用侧部受流方式，载体为受电靴与工型截面复合导电轨；

②供电轨与回流轨沿桥梁对称棒式绝缘子支撑。

2.4 已应用的集电方案对比

国内外磁浮列车均为侧部受流，但所采用的集电载体和悬挂方式有一定差异。集电载体有T型汇流排加接触线、工型复合导电轨和C型复合导电轨。三种集电载体除在磁浮列车上应用外，在地铁、轻轨中也有应用。

以下将重点分析不同集电载体和悬挂方式下技术经济性和靴轨动态受流性能。

3 磁浮列车集电方案的技术经济性比较

3.1 钢铝复合导电轨的技术特点

钢铝复合导电轨在使用过程中出现的主要问题有：

①受电靴滑板磨耗过快和偏磨；

②受电靴通过导电轨的噪声较大；

③钢带和滑板有烧蚀。

3.2 汇流排加接触线的技术特点

汇流排加接触线在使用过程中出现的主要问题有：

①接触线局部磨耗和烧蚀较大；

②滑板磨耗不均匀；

③汇流排紧固件松动，接触线脱槽等零部件安装紧固问题。

3.3 技术经济性比较

表1定性比较了复合导电轨和汇流排加接触线在工程中的实用性、可靠性、可维护性、耐久性、环境适应性。

表1 集电方案的技术经济性比较

4 磁浮列车集电载体的相互作用

4.1 空间几何匹配

影响靴轨的空间姿态、几何参数的因素主要有集电靴的滑板位置、底座位置；导电轨的钢带或接触线位置、绝缘支撑位置。

横断面空间上，受电靴与钢铝复合导电轨理想情况下，集电靴与接触轨为面面接触，但实际上为滑板局部面与钢带的接触，如图1所示。

图1 靴轨横断面空间姿态

横断面空间上，受电靴与刚性接触网理想情况和实际情况均为线面接触，如图2所示。

图2 刚性接触网横断面空间姿态

纵向空间上，受电靴与钢铝复合导电轨理想情况下，接触轨之间绝对平直。但实际上，集电靴与接触轨难以实现完全平直过渡，接触轨之间可能存在一定的抬高、抬头、低头，造成接触轨表面不连续，易造成滑板磨耗增大，如图3所示。

图3 钢铝复合导电轨线路纵向空间姿态

纵向空间上，刚性接触网由于采用贯通敷设的接触线，接触面始终保持连续，如图4所示。

图4 刚性接触网纵向空间姿态

4.2 动态性能匹配

仿真计算不同运行速度下的靴轨接触力和弓网接触力，得到接触力标准差随运行速度的变化曲线，如图5所示。

图5 不同运行速度下的动态接触力标准

比较不同集电载体的接触力标准差，刚性接触网系统在不同运行速度下的接触力标准差均较小，该系统动态性能具有一定优势。

5 结语

分析国内外中低速磁浮列车集电方案的异同点，比较钢铝复合导电轨、汇流排加接触线两种集电方式的技术性和经济性指标，以及空间几何和动态性能相互作用指标，得到如下结论：

①汇流排加接触线具有实用速度较高、环境适应性较好等优势；

②20km/h运行速度以上，刚性接触网方案在弓网接触质量上有一定优势。