城市轨道交通接触网刚性悬挂布置优化研究.doc

城市轨道交通接触网刚性悬挂布置优化研究 摘 要通过分析现有城市轨道交通架空刚性接触网的布置方式，发现正弦波分布的缺陷，针对性的提出了更加合理的布置形式，并提出了减少电气磨耗的布置原则。 关键字 接触网 刚形悬挂 碳滑板 地铁 中图分类号：U231+.2文献标识码： A 文章编号： 架空刚性接触网主要用于城市轨道交通地下段，由于其安全性好、可靠性高、施工较为简单、运营维护成本低等特点，目前广泛应用与国内城市轨道交通地下线路。架空刚性接触网在布置时，一般会让接触线在线路中心两侧交替变化，这样在车辆运行时受电弓与接触线在碳滑板上来回摩擦，从而使碳滑板摩擦均匀，延长使用寿命，提高受流质量。即有的正弦波布置方式造成滑板局部磨损较大，磨耗不均匀，在运营过程中会带来许多问题，比如碳滑板高低不平造成离线率增加，凹槽处放电增多，碳滑板和接触线寿命缩短，增大了维护工作量。 1、现有布置方式分析 接触线到受电弓中心的距离叫做拉出值，在柔性悬挂接触网中，接触线按照“之”字形布置，定位点处拉出值最大。架空刚性接触网由接触线和汇流排组成，汇流排刚度较大，施工时多由施工人员现场操作弯曲，所以汇流排弯曲半径较大。目前国内新建地铁的架空接触网多采用正弦波布置方式（图1），正弦波的两端锚段关节采用固定拉出值平行于线路布置。理论上讲碳滑板中心两侧磨耗相同，但是经长时间运营发现，受电弓碳滑板磨耗并不均匀，局部磨损严重，在最大拉出值附近和关节处汇流排对应位置碳滑板的磨损比其它部位严重。下面从平面布置角度分析磨耗不均匀的原因。 图1架空刚性悬挂正弦波布置 以锚段长度240m，最大拉出值200mm为例，正弦波如图2所示。为方便示意、统计，本图忽略了锚段关节处的平行段。 图2 正弦波布置图 接触线到受电弓中心的距离为： 其中：接触线距受电弓中心距离，mm 最大拉出值，mm L锚段长度，mm 因为正弦波在四个象限内对称布置，故取1/4个锚段长度60m分析即可。当受电弓正常工作时沿横轴方向移动，接触线与碳滑板不同区域的接触长度不同。为了方便分析，以20mm为单位将接触线拉出值分布区域分为10段。对1/4正弦波范围内的接触线所对应区域内的分布情况进行统计，分布图见图3。横轴代表不同拉出值分段，以每20mm为一个单位。竖轴方向代表对应拉出值范围内接触线沿行车方向的长度总和。 图3磨耗分布图 图中可以明确看出正弦波分布在不同拉出值区域内的长度是不一样的，在最大拉出值200mm附近最大，180mm段内次之，然后依次减少。这一分布与碳滑板摩擦位置的分布是对应一致的，因此可以看出碳滑板的磨耗是不均匀的，在拉出值最大值附近磨耗较大，中间区域相对平均。这一分析与文献2中对运营现场的描述是相吻合的。目前采用正弦波布置的地铁线路的碳滑板，在运行一段时间后发现拉出值最大值附近和中线两侧100mm左右对称位置的磨耗较大，特别是拉出值最大处磨损严重，有较深的凹槽。在关节处的接触线布置比较特殊，为了使受电弓在关节处平顺过渡，这一区域接触线与顺线路方向平行，距受电弓中心距离相同，每个关节处约长7.5米左右。受电弓长时间在这一固定位置来回摩擦，加上关节过渡处受电弓震动较多，因此距离受电弓中心的固定长度（关节拉出值）处磨耗较大。 碳滑板的不均匀磨耗对运营带来了诸多不利，为了保证受电弓稳定工作，较少断电及放电现象，必须增加打磨碳滑板的频率，增加了维护成本，减少了碳滑板的使用寿命。 2、优化方法 接触线如果保持一定斜率，受电弓经过时接触线在碳滑板工作范围内均匀移动，使接触线在碳滑板不同区域内的概率基本相同，即可实现均匀磨擦。刚性悬挂可采用如图4所示布置方式，类似柔性悬挂的“之”字形布置，接触线及汇流排在中心处弯曲一个汇流排允许的小半径曲线，曲线外区域汇流排和接触线呈斜线布置。这样可以使受电弓碳滑板磨耗均匀，避免在受电弓碳滑板表面形成沟槽，保证受电稳定、运营安全。同时，保持受电弓碳滑板表面平滑也能有效增加接触导线和受电弓碳滑板的接触面积，从而改善弓网关系，减少弓网间拉弧的几率。这种布置方式还有个好处就是可以将中心锚结设置在最大拉出值处，这样可以减少汇流排在曲线处发生卡滞的概率。 图4 长之字布置 图5 短之字布置 另外如图5布置方式，在同一个锚段内增加了接触线在受电弓两侧的往返频率，使车辆在通过时接触线在碳滑板同一位置摩擦的时间缩短，有利于减少碳滑板温升，降低机械磨耗和电气磨耗。这种方式可以在运行速度较低的区段使用。 锚段关节处不再顺线路方向布置，在满足两汇流排间距的情况下，锚段关节与之字形布置融为一体，这样受电弓运行更加平顺，磨耗也更均匀。 受电弓碳滑板的电气磨耗多由电火花或燃弧现象造成。一种情况是受电弓与接触网在滑动接触过程中,由于电流通过导电斑点产生热量，使导电斑点的温度迅速上升而引起电火花。这种电火花在列车取流较大及接触电阻较高时较为明显。另一种情况是在电动列车高速运行过程中,因各种原因导致滑板与接触线部分分离,在两者接触区域最后分离前的瞬间引起放电电弧现象，发生这种情况的原因有可能是碳滑板或接触线不平顺，或者车辆振动引起。以上情况均会造成碳滑板和接触线局部温度迅速升高，并发生材料软化或融化现象，最终引起碳滑板或接触线局部磨损。为了减少以上问题的发生，在接触线和汇流排布置时，当列车取流较大且车辆行驶速度较慢路段，应当加大汇流排斜率，增加接触线在碳滑板上的扫动频率，尽量减少热量在小范围区域内聚集。当列车行车振动较大区域，应尽量保持汇流排及接触线平顺布置，可以适当减少斜率，在允许范围内增加锚段长度，减少锚段关节。 3、结语 正弦波布置的优点是现场施工方便易行，但是磨耗不均匀带来了受电质量下降，接触线和碳滑板寿命降低，并引起维护工作量增大，维护成本增加。而采用类似“之”字形布置可以避免上述缺点，使得碳滑板磨耗均匀，受电质量提高，同时放电现象也会减少，这对运营维护带来很大便利。 参考文献： 1 于万聚.高速电气化铁路接触网M.成都. 西南交通大学出版社,2002. 2 谭冬华.架空刚性接触悬挂弓网磨耗异