杨雨地

摘 要：根据空中列车模式特点，对其接触轨供电系统进行研究。重点对接触轨的选型、线路及道岔布置等进行分析，为空中列车轨道交通工程建设提供有益参考。

关键词：空中列车;接触轨;道岔布置

中图分类号：U12 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）07-0067-02

0 引言

随着我国经济的发展和城市化进程的加快，城市轨道交通模式也呈多样化发展趋势，地铁、轻轨、市郊铁路、有轨电车以及磁悬浮列车等多种模式得到快速发展，近几年，空中列车模式得到越来越广泛的关注。空中列车即是以悬挂的方式在空中轨道下方運行的列车，见图1所示，这种列车最早出现在德国，已投入商业运行，但由于技术、必要性等各种原因，未能得到广泛的推广使用。同地铁及轻轨相比，空中列车具有占用土地少、投资成本低、工程周期短、适用范围广、节能环保等优势，作为一种轻型、中速、中运量和绿色环保的交通运输方式，具有广泛的适用性。

目前国内已有多家设计院和相关单位进行空中列车项目的研究工作，但由于空轨钢梁限界条件以及车辆等因素的影响，国内尚无成熟方案满足商业化运营需求。而供电轨系统作为向列车提供电能保证车辆安全平稳运行的关键，与既有轨道交通接触轨模式相比，具有安装限界小、轨随梁而动等特点，具有全新的挑战。因此，本文结合开封空轨试验线针对空中列车接触轨供电系统进行研究。

1 系统总体技术要求

根据开封空中列车系统特点，供电轨系统产品安装于箱形梁内壁，通常设置两根接触轨（一根授流轨，一根回流轨），通过与位于车顶的集电靴滑触向车辆授电。系统标称电压DC750V，接触轨需满足最小1600A持续载流量的要求，同时具备合理的弹性和刚性以满足小曲线的安装要求。

2 接触轨系统选型

目前国内钢铝复合接触轨主要有两种结构形式，即工字型轨和C型轨。两种轨型对比如表1。

根据空中列车系统限界条件参照国外应用经验，接触轨在箱形梁上有两种布置方式，一种是同侧布置，一种是双侧布置，如图2、图3所示。

由于空中列车车辆走行轨道由车辆走行轮和导向轮限制，接触轨系统安装空间有限。因此，根据车辆集电靴的布置方式不同，应选择不同的接触轨形式。当车辆正负极集电靴为同侧布置时，由于C型轨附件在垂向占用空间更小，一般不会超出轨宽，因此建议采用C型接触轨系统，中间接头安装示意图见图4的C型轨中间接头;当车辆正负极集电靴为双侧侧布置时，由于工字轨附件上下安装的便捷性，因此建议采用工字型接触轨系统，中间接头安装示意图见图4的工字轨中间接头。

由于空中列车制式线路曲线半径小，最小可达R30米，因此要求接触轨顺线路方向的刚度要小以满足线路使用要求，而接触轨随着载流量的增加，其截面面积增大，相对应的刚度也会增大。以同为侧接触使用的磁浮3000A工字轨为例，根据理论分析及试验结果测试，为保证接触轨在现场的顺畅滑移及附件的正常安装使用，其最小允许弯曲半径为R50m。结合接触轨截面积对刚度的影响，无论选择何种轨型，建议空中列车用接触轨载流量不大于2500A为宜，当线路最小曲线半径增大时，可适当增加接触轨载流设计，视具体情况而定。

3 接触轨的布置

不同于传统的地铁及跨座式单轨线路型式，空中列车桥梁由长度不同的箱型钢梁分段组成，在每段箱型钢梁接缝处由钢柱支撑，一般钢梁长度为25米，曲线段长度减小，最小10米左右，如图5所示。

由于钢梁自身的刚性影响，当车辆通过钢梁时，由于重力作用钢梁会产生竖直方向的挠度变化，并随之产生梁的振动，车辆速度越高，此现象越明显。而安装于钢梁上的接触轨及附件，也会随之振动，由于接触轨自身的弹性变形，会额外对绝缘支撑产生作用力，因此，相对于传统接触轨形式，空轨系统绝缘支撑受力更为苛刻。尤其在钢梁接缝处，当车辆通过时，两段梁接缝处会产生一个微小高度差，此处接触轨对绝缘支撑作用力更大。因此，空轨系统接触轨跨距建议不超过2.5m，具体根据接触轨挠度及轨型确定。

4 道岔处接触轨的布置

结合国内外空中列车系统道岔的设置方式，主要分为两种，一种为转辙道岔，见图6示意，一种为平移道岔，见图7示意，无论何种道岔，在实际运行时道岔处都会进行反复的偏转或平移，若此处接触轨进行连续布置，则随道岔运动而产生位移变化的接触轨会将由弹性变形引发的内力转移到绝缘支撑上，更容易产生绝缘支撑的破坏失效，而且对接触轨本身也有疲劳累积作用，易产生变形。因此，道岔处接触轨建议采用断开布置方式。

道岔处接触轨采用断开布置时，也有两种具体布置方式，一种为道岔活动段无接触轨，另一种为布设接触轨，但与道岔两端断开，接触轨系统采用单独的上网电缆供电，此方式是为了减小线路无电区，保证车辆供电稳定。但笔者认为此种布设方式不仅增加了线路布设复杂程度，而且由于采用断口设计，车辆集电靴通过时反倒增加了冲击，对车辆取流及集电靴的使用寿命都产生了一定的负面影响，因此不建议采用该布设方式。

一般情况下空中列车每节车厢都会设置集电靴，车辆在通过道岔时车速都在30km/h以下，且道岔长度一般不超过12米，即使道岔区段不设置接触轨，也不会造成车辆失电，因此，建议在道岔活动部分不布设接触轨。

5 其他影响因素

由于空轨轨道梁为箱型钢梁，虽然车辆为橡胶轮胎，但由于钢梁的特殊属性，车辆通过时的少许声音，都会被扩大，尤其是车辆集电靴与接触轨面的摩擦噪声及接触轨的振动噪声，都会被成倍放大，因此在接触轨系统设计时，如何减小接触轨系统的噪声将是一个重要课题，比如接触轨与绝缘支撑接触轨部位采用软质耐磨材料、绝缘支撑与钢梁接触部位增加弹性材料等，都能产生有益效果。

6 结语

随着城市轨道交通的快速发展，空中列车系统模式由于其特殊的优势必将有广阔的发展前景。希望本文能为空中列车模式轨道交通工程建设、设计及施工等提供有益参考。

参考文献

[1] 周美艳.悬挂式空中列车的应用发展[J].国外铁道车辆，2014，51（2）：10-14.

[2] 岳兆宏.关于“空中轨道交通”实际应用的研究[C].轨道交通建设运营及装备安全技术交流会论文集.2011：216-218.