接觸網剛性懸掛拉出值布置方式比較

接觸網剛性懸掛拉出值布置方式比較尹魁元【摘要】介紹了城市軌道交通牽引網架空剛性懸掛的兩種布置方式.分析了采用傳統(tǒng)正弦波拉出值布置方式時產生受電弓磨耗不均勻的原因，以及新的〃八”字形拉出值布置方式及其解決受電弓磨耗不均勻問題的方法.〃八”字拉出值布置方式是一種可靠的剛性懸掛拉出值平面布置形式，能夠保證受電弓兩側的兩個半弓磨耗一致，實現增加受電弓使用壽命、提高授流質量的目的.％Throughtheintroductionofthecharacteristicsoftherigidsuspensionoverheadcontactsystem,thereasonsofpantograph'sunevenwearcausedbytraditionalsinewaveareanalyzed,thesolutionbyadoptingthestaggerlayoutwithwirezigzagcontactisdiscussed.Thisnewlayoutarrangementisareliablewaytopulloutvalue,solvetheunevenwearofthee-lectricbowandtoextendtheservicelife.【期刊名稱】《城市軌道交通研究》【年(卷)，期】2013(016)002【總頁數】4頁(P81-84)【關鍵詞】城市軌道交通;架空剛性懸掛;受電弓;拉出值【作者】尹魁元【作者單位】鐵道第三勘察設計院集團有限公司,300251,天津【正文語種】中文【中圖分類】U225.2目前，在我國城市軌道交通中，牽引網主要采用架空柔性懸掛、架空剛性懸掛、接觸軌等3種形式，但以架空剛性懸掛為主，而且在今后新建的城市軌道交通中仍將以架空剛性懸掛為主。在已經建成運營的架空剛性懸掛線路中，普遍存在受電弓磨耗不均勻的問題，主要體現在受電弓兩個半弓磨耗不一致以及受電弓在最大拉出值附近磨耗大，磨耗嚴重的會出現凹槽。受電弓磨耗不均勻容易引起離線、產生電火花等問題，而這又加重了對受電弓及接觸線的損傷，形成惡性循環(huán)。造成受電弓磨耗不均勻的主要原因是接觸網拉出值平面布置不當。牽引網的接觸線直接與列車受電弓接觸。為保證受電弓和接觸線可靠接觸、不脫線，以及保證受電弓磨損均勻，接觸線在線路上要按技術要求安裝在固定位置。即在定位點處保證接觸線與受電弓滑板中心有一特定的距離。這個距離被稱為拉出值，用符號“a”表示。在柔性懸掛中，接觸網可以按照〃之”字形布置，這樣接觸線離線路中心的變化率是穩(wěn)定的值，受電弓在工作時與接觸線的磨耗也是均勻的。而在剛性懸掛中，由于匯流排無法按照“之”字形來布置，因此，在剛性懸掛中需要采用變通的方式來進行拉出值布置。1兩種拉出值布置方式1.1正弦波拉出值布置方式在目前已經建成運營的城市軌道交通線路中，牽引網剛性懸掛采用正弦波拉出值布置方式的線路占絕大多數。在這些線路中，接觸線及受電弓磨耗不均勻現象比較嚴重，尤其是受電弓磨耗不均勻的現象非常明顯。根據剛性懸掛正弦波的排布規(guī)律，在理論上，接觸網懸掛點在線路兩側的排布數量基本是等同的，匯流排在線路兩側的排布總長也基本是等同的，因此，受電弓在一條線路上經多年滑動之后，受電弓碳滑板上兩個半弓的磨耗分布應是均勻的。這是最理想的設計效果。但是，上述分析僅適用于直線段工程。當線路進入曲線地段以后，在早期的地鐵工程中，匯流排往往被布置在曲線外側。這種做法沿用了柔性懸掛拉出值曲線外側布置的原則。如果匯流排位于曲線內側，其軌跡往往近似于一條直線，與匯流排的正弦波軌跡不符。因此，在曲線較多的線路上，尤其是在環(huán)線線路上，受電弓兩個半弓磨耗不一致的問題非常突出。解決這一問題可以采取如下措施：統(tǒng)一將曲線地段按照直線地段考慮，不考慮正弦波的絕對軌跡，而是考慮正弦波以受電弓為中心的相對軌跡；懸掛點數量的分布以受電弓為中心，在其兩側絕對平分。這樣可以保證受電弓兩側兩個半弓磨耗一致。在最近幾年的城市軌道交通建設中一般都采用將曲線地段按照直線地段考慮的方案。但在采用此種布置方式的項目中，又出現了受電弓在最大拉出值附近磨耗非常嚴重的現象。最嚴重的會形成局部的凹槽，縮短了受電弓的使用壽命。下面以一個典型錨段為例來分析出現這種狀況的原因。當剛性懸掛拉出值的平面布置采用正弦波布置方式時，無論是直線區(qū)段還是曲線區(qū)段，均按直線區(qū)段考慮布置拉出值（見圖1、圖2）。由于匯流排的橫向剛度較小，所以通過人工操作就可以實現這種平滑自然的彎曲。匯流排的人工彎曲最小半徑為80m，允許的最小彎曲半徑為45m。圖1剛性懸掛半個正弦波拉出值布置示意圖圖2剛性懸掛一個正弦波拉出值布置示意圖正弦波布置的公式為：式中：a 最大拉出值，一般取值為200mm;入——正弦波半波長度，相當于柔性懸掛中的跨距；x——距離拉出值為0的懸掛點的距離；y—x點處的拉出值。在剛性懸掛平面布置中，一般采用關節(jié)式錨段關節(jié)。錨段長度通過計算一般不超過250m，每個錨段兩端均有一根長7.5m的終端匯流排。為了減少現場截取匯流排的數量，在平面布置中每個錨段均盡量采用整根匯流排。因此，錨段長度一般可以選取的值為（nx12+15）m（n為整數，錨段長度最大不超過250m）。在實際工程中，錨段長度采用最多的是219m、231m和243m。而在正弦波方式拉出值平面布置中，關鍵就是入的取值。可以選取一個范圍內的值（一般可以采用50~90m），以達到一個錨段內有整數個半波的目的。要確定入的取值，首先確定一個錨段的長度。在圖1、圖2所示的各個懸掛點中，懸掛點A為最大拉出值，取值為200mm;懸掛點C為非絕緣關節(jié)時拉出值，為100mm；絕緣關節(jié)時，拉出值為150mm。通過A,C這兩個懸掛點即可計算出入現以一個錨段長度為231m的錨段，定量分析入取不同數值時（入=95.75m時，—個錨段里有一個正弦波；入=67.02m時，一個錨段里有一個半正弦波；入=51.56m時，一個錨段里有兩個正弦波），不同拉出值位置處受電弓的磨耗距離（見表1）。由表1可見，采用正弦波拉出值布置方式時，無論入取值是多少，在相同的拉出值范圍內，受電弓磨耗距離占對應正弦波的百分比是相同的。由此可得如下結論：當采用正弦波拉出值布置方式時，入的取值對受電弓的磨耗均勻與否沒有影響，也即選擇正弦波波長的大小與受電弓的磨耗均勻與否無關。由表1還可見：在拉出值190-200mm區(qū)間內受電弓磨耗距離特別大，磨耗距離占正弦波的百分比達20%以上；其它相同拉出值變化范圍內受電弓磨耗距離很小，磨耗距離占正弦波的百分比基本在3%~8.5%之間；越是拉出值接近0的位置，相同拉出值變化范圍內受電弓磨耗距離越小。從式（1）也同樣可以發(fā)現：無論采用何種布置方式，在拉出值為0的附近，拉出值變化率大，說明受電弓在拉出值為0的附近磨耗距離短，相應磨耗就輕；而在最大拉出值附近，拉出值變化率小，說明受電弓在最大拉出值的附近磨耗距離長，相應磨耗就嚴重。因此，完全按照正弦波布置方式布置時受電弓磨耗就不均勻，在最大拉出值處磨耗最嚴重。在已經運營的線路中，受電弓甚至經常在最大拉出值附近磨出凹槽。而一旦受電弓磨耗不均勻，離線率就高，就易產生電火花，對接觸線和受電弓都會有損傷，形成惡性循環(huán)。2“八”字拉出值布置方式為了使受電弓磨耗均勻，提高受流質量，要實現受電弓在相同移動距離的情況下拉出值的變化率一致，現研究一種新的剛性懸掛拉出值平面布置方式，無論是直線區(qū)段還是曲線區(qū)段，同樣均按直線區(qū)段統(tǒng)一考慮，即不考慮匯流排的絕對軌跡，而是考慮匯流排以受電弓為中心的相對軌跡；讓懸掛點數量以受電弓為中心在其兩側絕對平分，拉出值均勻布置，以保證導線在受電弓上的變化速率基本一致。表1錨段長度為231m時不同入的受電弓磨耗距離拉出值范圍/mm入=95.75m—個正弦波內對應拉出值的磨耗距離/m磨耗距離占正弦波的百分比/%入=67.02m一個正弦波內對應拉出值的磨耗距離/m磨耗距離占正弦波的百分比/%入=51.56m—個正弦波內對應拉出值的磨耗距離/m磨耗距離占正弦波的百分比/%190~20038.7120.2227.1020.2220.8520.22180~19016.278.50398.508.768.50170~18012.656.618.866.616.816.61160~17010.815.657.575.655.825.65150~1609.665.046.765.045.205.04140~1508.864.636.204.634.774.63130~1408.274.325.794.324.454.32120~1307.814.085.474.084.214.08110~1207.453.895.223.894.013.89100~1107.163.745.013.743.863.7490~1006.933.624.853.623.733.6280~906.743.524.713.523.633.5270~806.583.434.603.433.543.4360~706.453.374.513.373.473.3750~606.343.314.443.313.413.3140~506.263.274.383.273.373.2730~406.193.234.333.233.333.2320~306.143.214.303.213.313.2110~206.113.194.283.193.293.190~106.103.184.273.183.283.18剛性懸掛拉出值一般按2.5~10.0mm/m（根據不同錨段長度確定）左右的拉出值變化率確定。考慮到匯流排的橫向剛度，在最大拉出值附近的兩三個懸掛點仍按照正弦波曲線布置（其中一個為最大拉出值，如圖3和圖4中的懸掛點A;另外兩個稱之為次最大拉出值，如圖3和圖4中的懸掛點B）。在錨段內剩余其它位置按照拉出值變化率布置，即可保證導線在受電弓上的變化速率基本一致，從而可以解決受電弓磨耗不均勻問題。匯流排的人工彎曲最小半徑為80m。最大拉出值附近的兩三懸掛點按照曲線布置時，彎曲半徑不能超過此值。懸掛點A與懸掛點B的距離一般為8m，拉出值可以選擇在170~200mm之間（彎曲半徑1000m以上）。在人防門、防淹門、道岔區(qū)等特殊區(qū)段可根據具體情況選取拉出值。人防門處剛性懸掛拉出值一般為0。此種布置方式形狀近似〃八”字，故稱之為〃八”字形拉出值布置方式（如圖3、圖4所示）。圖3剛性懸掛單〃八”字拉出值布置示意圖圖4剛性懸掛雙“八”字拉出值布置示意圖在〃八”字拉出值布置方式中，確定拉出值變化率是關鍵。現分別通過單〃八”字和雙“八”字兩種情況說明如何確定拉出值變化率。在單〃八”字拉出值布置方式中，先確定拉出值變化范圍，即B點拉出值（一般可取值170mm）和C點拉出值（非絕緣關節(jié)取值為100mm,絕緣關節(jié)取值為150mm）;然后確定B點和C點沿線路方向的距離。最大拉出值懸掛點A和次最大拉出值懸掛點B間距一般為8m,C點距離錨段終端為3.8m。由此可確定B點和C點沿線路方向的距離為（L/2-8-3.6）m（L為錨段長度），拉出值變化率為270/（L/2-8-3.6）或者320/（L/2-8-3.6），然后即可計算出其它各個懸掛點的拉出值。在雙“八”字拉出值布置方式中，一個錨段內采用拉出值變化率來確定拉出值的共分為三段，即錨段兩端各一段和錨段中間一段。對于錨段兩端的拉出值變化率確定方式跟單〃八”字類似，先確定拉出值變化范圍，即B點拉出值（一般可取值170mm）和C點拉出值（非絕緣關節(jié)取值為100mm，絕緣關節(jié)取值為150mm），然后確定B點和C點沿線路方向的距離；最大拉出值懸掛點A和次最大拉出值懸掛點B間距一般為8m，C點距離錨段終端為3.8m，由此可確定B點和C點沿線路方向的距離為（L/4-8-3.6）m,拉出值變化率為270/（L/4-8-3.6）或者320/（L/4-8-3.6）。對于錨段中間的那一段拉出值變化率的確定方式，首先確定直線段拉出值變化范圍，即B點拉出值（一般可取值170mm），然后確定錨段中間的兩個B點沿線路方向的距離；最大拉出值懸掛點A和次最大拉出值懸掛點B間距一般為8m，可確定錨段中間的兩個B點沿線路方向的距離為（L/2-16）m,拉出值變化率為340/（L/2-16）。然后即可計算出其它各個懸掛點的拉出值。2兩種拉出值布置方式的優(yōu)缺點2.1正弦波拉出值布置方式的優(yōu)缺點直線段匯流排軌跡完全按照正弦波布置，而在曲線段統(tǒng)一按照直線段考慮（即不考慮正弦波的絕對軌跡，僅考慮正弦波以受電弓為中心的相對軌跡，讓懸掛點數量以受電弓為中心，在其兩側絕對平分）。其優(yōu)點是可保證兩側兩個半弓磨耗一致；缺點是受電弓在最大拉出值附近的磨耗非常嚴重，最嚴重的會形成局部凹槽磨損，縮短了受電弓使用壽命。2.2“八”字拉出值布置方式的優(yōu)缺點在〃八”字拉出值布置方式中，考慮到匯流排的橫向剛度，剛性懸掛所用匯流排無法按照柔性懸掛的〃之”字方式布置，而是在最大拉出值處布置時采用滿足匯流排橫向剛度要求的正弦波布置方式，在其它懸掛拉出值處布置時采用拉出值變化率布置方式，以保證接觸線在受電弓上的變化速率基本一致。〃八”字拉出值布置方式近似柔性懸掛中的〃之”字布置方式。統(tǒng)一將曲線地段按照直線地段考慮，不考慮匯流排的絕對軌跡，而是考慮匯流排以受電弓為中心的相對軌跡，讓懸掛點數量以受電弓為中心，在其兩側絕對平分，以保證受電弓兩側的兩個半弓磨耗一致，增加受電弓使用壽命，提高受流質量。但是，采用“八”字拉出值布置方式存在一個問題，就是在最大拉出值懸掛點A處及次最大拉出值懸掛點B處，