架空刚性悬挂接触网新型零部件结构及其优势探讨

2014-07-05胡舜

城市轨道交通研究 2014年7期

胡舜

(深圳市地铁集团有限公司运营分公司，518000，深圳∥助理工程师)

现阶段国内地铁列车运营最高时速为80 km。考虑到城市轨道交通的未来发展，列车提速是必然趋势。在此背景下，本文分析了深圳地铁第一条采用架空刚性悬挂接触网的线路——蛇口线在运营中出现的一系列刚性悬挂问题。在诸多可改进因素中，着重论述了新型刚性悬挂零部件的结构、优势及可行性，并与蛇口线目前采用的刚性悬挂零部件进行比较。

1 新型零部件

1.1 新型汇流排

新型汇流排由瑞士Furrer_Frey AG公司研发，选用的材质与普通汇流排一样，都是6101B牌号铝合金。产品照片如图1所示。与目前国内地铁普遍使用的汇流排相比，其内部两侧各多出4条贯通全长的条形凸出。另外，汇流排与中间接头连接板的连接方式原来为通过两端共16根10 mm螺杆连接固定，现改成通过两端共8根14 mm螺杆固定，螺杆侧采用垫片加螺母的方式固定。

图1 新型汇流排

1.2 支撑悬臂

为使接触网设备满足100 km/h以上高速行车的条件，使地铁车辆保持良好的受流关系，减少弓网磨耗以及确保刚性悬挂寿命长、故障少、维护任务少，改进地铁隧道内刚性悬挂的定位方式成为攻关方向之一。本文介绍一种垂向悬挂接触网的技术——悬臂支撑方式，其现场照片及结构示意图如图2、3所示。

悬臂支撑方式在支撑结构上有很大的改进:在悬臂底座处采用了铰接式连接，在悬挂汇流排处加装了可调节的弹性旋转头［1］，使其具有可旋转、可精调的优点。

目前国内地铁隧道形状有圆形、矩形和马蹄形等。接触悬挂与隧道顶部距离基本都在500 mm以内，空间比较狭小，而悬臂支撑方式完全能满足隧道内安装空间的要求。

图2 悬臂支撑方式现场照片

图3 支撑悬臂结构示意图

2 新型零部件优势及可行性

2.1 新型汇流排的改进

刚性悬挂汇流排自20世纪60年代投入应用至今，成型过两代成熟的产品工艺。目前国内地铁刚性悬挂普遍使用的汇流排即为第二代产品。本文仅将新型汇流排与第二代汇流排进行比较分析。

新型汇流排与第二代汇流排插入中间接头连接板后照片分别如图4、图5所示。从图4中可以看出，连接板两侧的4处凹槽与汇流排内壁上的4处突出相咬合。这4处承力点可分担连接板的质量，理论上能很好地改善中间接头部位因受电弓振动及接头部位本身弛度所造成的连接螺杆与连接板螺纹滑丝的问题。另一处改进是将连接螺杆由原来的16颗螺杆单边紧固形式缩减至8颗螺杆单边紧固形式，大大减少了检修任务和时间，降低了螺杆滑丝的可能性及更换需求。

两种中间接头的连接板螺孔均有螺纹，汇流排螺孔均无螺纹。这大大提升了新旧汇流排更换过渡期间的兼容性。新型汇流排在没有增加制造成本的前提下，仅通过改善制造工艺即实现了上述改进。

2.2 悬臂支撑方式的改进

目前，包括深圳地铁蛇口线及环中线在内的绝大多数城市轨道交通刚性接触网系统采用的定位方式是:安装底座+垂直悬吊槽钢连接悬挂绝缘子及定位线夹夹持汇流排(见图6)。这种悬挂方式具有结构简单、无张力补偿、结构高度小等特点，能满足运行速度80 km/h以下时的要求。但是在运营一段时间之后，由于受电弓的往复振动能量叠加及接触网系统各种电缆随着温度变化而产生的窜动，定位点各连接部位会松脱、卡滞甚至断裂。具体表现为绝缘子与上部悬吊槽钢及下部定位线夹处的松脱、汇流排与定位线夹的卡滞甚至是汇流排的扭曲变形等［2］。某地铁线路曾因定位结构偏斜，导致悬挂绝缘子出现裂纹，经过一段时间的隧道潮湿、漏水等恶劣条件影响，最终造成绝缘子炸裂脱落的事故。

图4 新型汇流排插入中间接头连接板照片

图5 第二代汇流排插入中间接头连接板照片

图6 垂直悬挂定位安装图

采用悬臂支撑的新型定位方式如图7所示。与现阶段国内地铁普遍采用的垂直悬挂定位方式相比，其优势为:①将绝缘子与上下部零件连接做成一体化设计，精简了连接结构，省略了悬吊槽钢、T型头连接螺杆等部件，减小了连接部位出现问题的可能;②在悬臂底座处采用铰接式连接，在悬挂汇流排处加装了可调节的弹性旋转头，使整个悬臂可以旋转和精调。这很好地解决了汇流排因温度变化及附着电缆伸缩而产生的窜动问题，并增加了悬挂点的接触网弹性，提高了对受电弓振动的适应能力，同时可更加精确地调节相关悬挂参数。

图7 悬臂支撑定位方式

3 新型零部件的改进及发展

为改善刚性悬挂不能缓冲外界振动和冲击的特质，增加受电弓对刚性悬挂的跟随性［3］，国内同行研制出弹性定位线夹以提升整体悬挂的“弹性”。特别在曲线半径较小处，这种弹性定位线夹可减少列车通过时产生的拉弧和弓网设备磨损。弹性定位线夹属于系统关键设备，其设计图及照片如图8所示。

图8 弹性定位线夹

广州地铁3号线曾试挂过3个月的弹性定位线夹，出现了两个问题:

(1)在曲线半径较小处，由于汇流排本身的曲线拉力(或弹力)较大，弹性定位线夹的卡槽与汇流排之间会形成较大的摩擦力。当受到受电弓120 N的向上接触压力之后，有的地方由于摩擦力过大，使得弹性定位线夹与汇流排出现卡滞现象，弹簧的作用失效。若该现象发生严重，不仅无法优化线索磨耗，反而会恶化受流质量，增大磨耗。

(2)在弹性定位线夹试挂期间，由于隧道内环境恶劣，弹性定位线夹内部及表面吸附了各种杂质，因此，汇流排在直线区段上下滑动的过程中，接触卡滞现象屡有发生。

虽然此设备目前还有不少瑕疵，但是它的设计方向很值得深入研究。即在刚性悬挂中融入部分弹性元素，在保持刚性悬挂自身优势的同时，又能兼具柔性悬挂弓网关系良好的优点。