羅 健

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300251)

中低速磁浮作為一種新型城市軌道交通方式，有著廣闊的發(fā)展前景［1］。接觸軌在城市輪軌交通中已廣泛應(yīng)用，具有導電率高、接觸面光滑、耐腐蝕、耐磨耗、便于安裝等優(yōu)點［2］。但中低速磁浮交通與傳統(tǒng)輪軌交通對比，無論機車還是線路條件等均有很大差別，中低速磁浮列車在運行狀態(tài)下處于懸浮狀態(tài)，對供電系統(tǒng)接觸軌的匹配性能要求非常高，以滿足軌靴配合平滑取流。本文主要對適合于中低速磁浮交通鋼鋁復合軌的各項技術(shù)性能進行研究分析。

1 系統(tǒng)要求

1.1 線路條件

中低速磁浮交通行車速度一般不大于100 km/h，車輛可以順利通過70‰的坡道和100 m半徑的曲線，在困難的情況下，允許通過的最小曲線半徑為50 m。道岔是磁浮列車交換運行線路的渡線工具，采用整體移梁的方式，一般由3段鋼梁組成，由液壓或電動機驅(qū)動鋼梁整體轉(zhuǎn)轍，使磁浮列車在緩和的近似圓曲線的折線上通過。接觸軌要架設(shè)在活動的道岔梁上，既要滿足道岔梁擺動變形位移的要求，又要保證列車在一定速度下良好受流［3-4］。

1.2 電氣條件［5-6］

一般采用直流供電方式，額定電壓直流1 500 V或750 V，允許電壓波動范圍直流1 000～1 800 V或500～900 V，最大啟動電流不小于3 000 A，正常工作電流不小于2 000 A。接觸軌帶電體距固定接地體絕緣距離靜態(tài)為150 mm，動態(tài)為100 mm。各類絕緣元件的爬電距離應(yīng)不小于250 mm。

1.3 受流靴使用要求

受流靴對接觸軌的安裝精度及軌寬要求很高，在Y向(接觸軌側(cè)向安裝，受流摩擦面的法向)絕對精度和相對誤差要控制在mm級，在Z向(即垂向)要滿足在列車起落過程中，受流靴的中心線始終位于接觸軌面上、下有效邊線之內(nèi)，并留有一定裕度。(注:X軸為沿線路方面，Y軸為水平垂直線路方向，Z軸為鉛垂方向)

2 受流方式選擇

受流方式選擇主要考慮以下幾個方面［7］。

(1)安全性

根據(jù)磁浮列車的技術(shù)特性，接觸軌受流方式可以分為上部受流、下部受流和側(cè)部受流3種形式。和架空接觸網(wǎng)相比，接觸軌系統(tǒng)在地面、高架線路上受風、雪等外部自然條件影響較小，同時接觸軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、截面較大、耐磨性好，所以無論采用上部受流方式、下部受流方式還是側(cè)部受流方式供電都是安全可靠的。

(2)限界

采用下部受流方式本身結(jié)構(gòu)復雜，同時會導致受流器整體結(jié)構(gòu)復雜，給受流器設(shè)計、軌靴之間配合以及在梁側(cè)面狹小空間下接觸軌安裝造成比較大的困難，因此下部受流方式不適用于磁浮交通，而上部受流和側(cè)部受流方式相對下部受流方式對受流器的影響要小得多，從限界上可以滿足要求，在線路的總體布局上顯得更加緊湊、美觀［8］。

(3)污穢影響

下部受流方式有利于防止污穢堆積和冰凍造成的受流困難，側(cè)部受流方式次之，而上部受流方式由于自身安裝方位原因存在著受流面污染的隱患，會影響受流質(zhì)量，加速接觸軌和受流器的磨損，降低接觸軌使用壽命以及增加運營維護工作量。

(4)對受流質(zhì)量的影響

由于磁浮列車存在起浮的特點，采用上部或者下部受流方式時，列車靜止、懸浮起降過程中受流器會產(chǎn)生位移，同時車輛在運行過程中受流器也會隨著車體上下位置發(fā)生動態(tài)變化，從而造成軌靴之間接觸壓力的變化，對受流質(zhì)量產(chǎn)生一定影響，而側(cè)部受流方式有效避免了這一點。

綜合上述分析，中低速磁浮交通建議采用側(cè)式受流方式。

3 接觸軌選型研究

3.1 靴軌配合

受流靴與接觸軌的配合，包括寬軌窄靴、寬靴窄軌和軌靴等寬3種情況［9］。無論采用何種配合情況，當受流靴位移發(fā)生變化時，受流靴在垂直方向上的中心線應(yīng)始終落入接觸軌有效軌面內(nèi)，并留有一定安全裕度，同時需要保證有效接觸面積滿足通流能力的要求，上述3種情況均可滿足受流要求。但在實際應(yīng)用中，由于受流靴耐磨性遠低于接觸軌不銹鋼帶的耐磨性，寬靴窄軌和軌靴同寬會造成受流靴的不均勻磨耗，影響受流質(zhì)量，需要定期打磨受電靴，所以針對磁浮列車運行特性，寬軌窄靴方案更適宜。

3.2 軌型概況

磁懸浮交通供電系統(tǒng)接觸軌可供選擇的包括:C型鋼鋁復合軌、工字形鋼鋁復合軌和組合軌［10］，如圖1～圖3所示。C型軌、工字軌由鋁型材和鋼帶復合而成。組合軌由匯流排、銅接觸線和夾持件組成，具有構(gòu)造復雜、可靠性低、載流量小、受流接觸面積小、對受流靴磨耗不均、耐磨性差、壽命短、不利于維護等缺點，本文不作為中低速磁浮接觸軌選擇的主要軌型。

C型軌在高速磁浮上海浦東機場線DC400V有成熟運行業(yè)績。上海浦東機場線采用的C型軌是國外引進產(chǎn)品，額定載流為2 000 A，目前已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化，并提高了額定載流量。工字軌在國內(nèi)DC1500V或DC750V城市軌道交通領(lǐng)域有較好的運行業(yè)績，本文所描述的中低速磁浮工字軌為根據(jù)磁浮特點所做的改進型工字軌。

圖1 C型軌(單位:mm)

圖2 工字軌(單位:mm)

圖3 組合軌

3.3 技術(shù)分析

(1)機械性能

C型鋼鋁復合軌和工字型鋼鋁復合軌機械性能見表1。

表1 C型鋼鋁復合軌和工字型鋼鋁復合軌機械性能

(2)電氣性能

C型鋼鋁復合軌和工字型鋼鋁復合軌電氣性能見表2。

(3)道岔布置

道岔處接觸軌設(shè)計是磁懸浮設(shè)計的重點和難點。C型軌道岔處可以采用貫通布置，受流平順性好，但軌內(nèi)部承受應(yīng)力相對大，有往復疲勞問題，對支撐裝置的安裝要求高，需采用滑移和限位裝置。工字形道岔處采用分段布置，軌內(nèi)部承受的應(yīng)力很小，不存在往復彎曲疲勞問題，但在道岔轉(zhuǎn)轍處軌的過渡存在硬點，受流平順性差。當列車高速通過道岔時，接觸軌的布置應(yīng)本著優(yōu)先考慮貫通式方案的原則，因軌型特性不能貫通時，可考慮斷口方案。

表2 C型鋼鋁復合軌和工字型鋼鋁復合軌電氣性能

4 結(jié)論

通過以上分析，C型軌的主要技術(shù)優(yōu)勢在于鋼鋁復合結(jié)合力強、剛?cè)岫群谩⑹芰髅鎸?、道岔處受流穩(wěn)定;工字軌的主要技術(shù)優(yōu)勢主要在于總截面大、單位電阻低、持續(xù)載流能力強、道岔處支撐結(jié)構(gòu)形式簡單。C型軌和工字軌作為備選方案基本上都能滿足中低速磁浮交通系統(tǒng)接觸軌技術(shù)要求。目前的理論研究、論證都需要實踐檢驗，2種軌型及相關(guān)方案的功能性、穩(wěn)定性、安全性還有待于工程實踐驗證。建議進一步深入研究并提高產(chǎn)品技術(shù)性能，完善中低速磁浮交通接觸軌的設(shè)備選型。

［1］張佩竹.我國中低速磁浮交通工程的自主創(chuàng)新技術(shù)研究［J］.鐵道工程學報，2009(10):90-94.

［2］Detlef Mahlke.Die Aluminium Stahl-Stromschiene als wichtiger Bestandteil der Stromschienenanlage der S-Bahn Berlin［J］.EI-Eisenbahningenieur，2005(2).

［3］袁青平，王俊杰，王財華，王國軍.中低速磁浮交通道岔系統(tǒng)工程設(shè)計［J］.都市快軌交通，2009(22):67-70.

［4］楊其振，劉道通，于春華.中低速磁浮交通軌道工程研究與設(shè)計［J］.鐵道標準設(shè)計，2010(10):35-37.

［5］GB 50157—2003地鐵設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［6］胡基士.中低速磁浮列車牽引供電系統(tǒng)特點分析［J］.電力機車與城軌車輛，2003(4):33-34.

［7］朱俐琴.城市軌道交通系統(tǒng)供電制式與受流方式分析［J］.電力機車與城軌車輛，2003(3):29-31.

［8］劉永紅.中低速磁浮列車動力軌系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)的研究［J］.鐵道標準設(shè)計，2008(6):97-99.

［9］張興昭.對磁浮交通直流牽引供電系統(tǒng)有關(guān)技術(shù)的探討［J］.鐵道標準設(shè)計，2010(3):117-121.

［10］王財華.磁懸浮供電軌系統(tǒng)的設(shè)計研究［J］.都市快軌交通，2006(S).