张毅

摘要：随着城市轨道建设的快速发展，城轨线路日渐增多，城轨车辆的安全可靠运行直接关系到人们的日常出行。文章对城轨车辆运行过程中的轴端接地线缆设计方案进行了深入的分析和研究，并制定了相应的优化解决方案。

关键词：城轨车辆;轴端接地线缆;设计方法优化

目前城轨车辆多采用受电弓受流技术。采用受电弓受流的方式需要通过轨道实现弓网电流的回流，也就是需要将电流从受电弓经由变压器最后通过转向架的轴端接地装置进行回流，因此，需要为特定的转向架配置轴端接地线缆。本文将对城轨车辆运行过程中的轴端接地线缆设计方案进行深入的分析和研究，并制定相应的优化解决方案。

1目前的国内轴端接地线缆设计方案

目前所有国内城轨车辆轴端接地方案如图1所示，主要存在转向架侧L1和车体侧L2段线缆长度控制不良、线缆柔性不够等问题，如果线缆长度不满足相对运动的要求且柔性又不够，车辆通过曲线时，在轴端接地装置的持续振动下容易造成线缆端部断裂问题。现象主要有车体端接地线缆断裂、转向架轴端接地线缆断裂以及车体端线卡断裂等。

1.1车体端接地线缆断裂

经过分析论证，易造成车体端接地线缆断裂的主要原因为：（1）车体端接地线缆和车体接地汇流排连接处没有采取相应的固定措施，线缆与接线端子衔接处因压接需求没有线缆绝缘，在线缆随转向架摆动时接线端子根部的线缆会存在严重的应力集中。（2）线缆长度在设计时受空间环境的限制没有留有充足的活动余量，且图纸没有对长度做出明确的规定，不同车辆线缆施工长度存在较大差异。（3）在线缆端部没有额外固定情况下，车辆通过小曲线时，线缆根部裸铜线处反复拖拽折弯，经过一段时间的往复疲劳弯曲后，线缆发生了断股甚至断裂。

针对车体端接地线缆断裂，可以采用设计方案如下：（1）在车体端接地线缆端部靠近端子的位置增加了固定线卡对线缆进行固定（图2），对线缆铜线裸露的柔弱部分进行了保护，以便减小了线缆无防护部分的应力集中。（2）适当增加线缆原始设计长度，以减少线缆所受的拉力。在图纸上进行明确的规定，对施工进行规范，并经过曲线运行验证设计方案。

1.2转向架轴端接地线缆断裂

经过分析论证，易造成转向架轴端接地线缆断裂的主要原因为：转向架轴端接地线缆在轴端处依靠端子的安装孔与轴端上的铜排连接，端子和线缆连接的根部也未固定，长时间运行后，如果在转向架轴端接地线缆处未设保护装置，且线缆在轴端与构架之间也未留有足够的吸收振动的缓冲长度，造成转向架轴端接地线缆和接线端子连接的根部高频振动模式下出现疲劳断裂。

针对转向架轴端接地线缆断裂，可以采用设计方案如下：开发了一种转向架轴端接地线缆固定支架组件，利用该组件将线缆和端子的根部加强，减少线缆和端子根部的应力集中;同时加长轴端和构架之间线缆的长度，减少线缆的应力集中。采用此种方案，转向架轴端接地线缆应力集中的根部受到了加强保护，通过线缆长度的大幅增加，转向架轴端接地线缆的高频振动也得到了缓冲，可以有效地避免了线缆断股和断裂现象的发生。

1.3车体端线卡断裂

在国内城轨车辆设计过程中，为了方便调整线缆的角度，简化安装，轴端接地线缆在车体端部分通常采用Q型线卡进行固定，运行过程中 Q 型线卡易发生了断裂的现象。

经过分析论证，易造成车体端线卡断裂的主要原因为：线缆柔性不良。

针对车体端线卡断裂，可以采用设计方案如下：现有城轨车辆多采用标准壁厚聚烯烃电缆，该电缆直径大、绝缘厚、柔性差，造成线卡在线缆摆动时承受了较大的应力，进而造成断裂。将现有线缆更换为柔性指标更好的高温硅胶电缆，硅胶电缆具有更好的柔性和韧性，能有效避免线卡由于受力过大造成的断裂故障。

2轴端接地线缆设计方法优化

转向架与车体间轴端接地线缆问题产生的原因很多，涉及到长度设计、线缆选型、轴端固定方案、出线方案等多个设计技术因素，但要从根本上解决轴端接地线缆的故障问题，必须从设计工具、设计验证能力等方面进行提升，仅仅依靠原始的二维理论计算和车辆的小曲线验证无法满足当前设计精度和效率的需求。

2.1三维仿真设计方法

完成转向架轴端接地点以及传感器类线缆位置设计的三维模型后，利用专项开发的3D 仿真软件模拟转向架的转角和车体转角位移，从而确定线缆的极限工况，自动生成线缆的模型和长度。建立计算模型后，通过输入转向架旋转的角度即可以生成不同位置的线缆模型和实体长度，可以比较精确地模拟出线缆摆动到极限状态过程中线缆的状态和需要的最小长度值。

2.2地面柔性布線模拟试验台

软件仿真针对线缆的刚度值设计仍存在一定的偏差，需要通过实物模拟确定最接近实际的线缆状态和长度，因此设计建造了地面柔性布线模拟试验台对线缆长度进行仿真设计。试验台可进行±15°以内任何角度的旋转工况试验，采用伺服电机自动控制旋转角度，实现对理论仿真的线缆长度进行验证，保证长度设计更加符合实际运用情况。

总之，通过3D软件辅助以及试验台模拟等方法，可以推演转向架与车体间柔性布线的完整设计流程，减少因设计方法缺失导致轴端接地线缆出现问题。目前国内外城轨车辆轴端接地线缆的设计结构方案基本一致，故障发生的模式也大致相同，因此上述轴端接地线缆设计方法优化可在国内以及国外应用，对提高城轨车辆的运行品质、降低城轨车辆的运行故障具有重要的作用。

参考文献

[1]杨玉青. 轮轨复合故障对城轨车辆的动力学影响[D].北京建筑大学，2020.

[2]苏锐.无人驾驶城轨车辆预布线工艺优化[J].科技风，2020（18）：15.

[3]赵悦. 轮对擦伤及不圆对城轨车辆动态特性影响研究[D].北京建筑大学，2020.