陳凱

【摘 要】接觸網(wǎng)是一種露天設(shè)置，沒(méi)有備用的戶外供電裝置，經(jīng)常受冰、霜、風(fēng)等惡劣氣象條件的影響，一旦損壞將中斷行車，給地鐵運(yùn)營(yíng)帶來(lái)巨大損失。本文從臺(tái)風(fēng)區(qū)段接觸網(wǎng)車場(chǎng)懸掛類型穩(wěn)定性角度出發(fā)，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)通常采用的兩種懸掛形式的特點(diǎn)進(jìn)行分析，從而提出了懸掛類型的優(yōu)化建議，對(duì)臺(tái)風(fēng)區(qū)段柔性懸掛平面布置選型及認(rèn)識(shí)有一定的指導(dǎo)作用。

【關(guān)鍵詞】柔性懸掛 臺(tái)風(fēng)區(qū)段 接觸網(wǎng)車場(chǎng) 懸掛類型 優(yōu)化建議

1 概述

廈門地處臺(tái)風(fēng)區(qū)域，易受臺(tái)風(fēng)影響。最大風(fēng)力達(dá)12級(jí)以上，年平均風(fēng)速3.6m/s，車場(chǎng)結(jié)構(gòu)計(jì)算風(fēng)速達(dá)到45m/s，該氣象條件對(duì)架空柔性懸掛是嚴(yán)峻考驗(yàn)，本文基于廈門氣象條件，結(jié)合架空接觸網(wǎng)懸掛形式，認(rèn)真分析架空柔性懸掛類型組成特點(diǎn)，選取適合廈門地鐵接觸網(wǎng)車場(chǎng)懸掛設(shè)計(jì)方案。為滿足接觸網(wǎng)的供電和機(jī)械方面的要求，對(duì)于架空式接觸網(wǎng)而言，根據(jù)接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將其分為全補(bǔ)償簡(jiǎn)單鏈型懸掛（簡(jiǎn)稱鏈形懸掛）和補(bǔ)償彈性簡(jiǎn)單懸掛（簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)單懸掛）兩大類。根據(jù)供電計(jì)算，車場(chǎng)內(nèi)由于車速較慢且客車為W0空載，整個(gè)車場(chǎng)咽喉區(qū)瞬時(shí)僅有一列客車通過(guò)，饋線有效電流小于450A。車輛段及停車場(chǎng)的車場(chǎng)線行車速度低、列車數(shù)量少，采用帶吊索的補(bǔ)償簡(jiǎn)單懸掛完全可以滿足運(yùn)營(yíng)要求。因此國(guó)內(nèi)應(yīng)用架空接觸網(wǎng)懸掛類型的城市車場(chǎng)大都采用補(bǔ)償彈性簡(jiǎn)單懸掛。然而任何一種懸掛方式的確定，必定有其優(yōu)勢(shì)，亦有相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)。下面對(duì)兩種懸掛方案進(jìn)行分析。

2 簡(jiǎn)單懸掛方案特點(diǎn)

2.1簡(jiǎn)單懸掛的安裝組成形式

簡(jiǎn)單接觸懸掛系由一根接觸線直接固定在支柱支持裝置上的懸掛形式。國(guó)內(nèi)外對(duì)簡(jiǎn)單懸掛做了不少研究和改進(jìn)。我國(guó)現(xiàn)采用的帶補(bǔ)償裝置的彈性簡(jiǎn)單懸掛系在接觸線下錨處裝設(shè)了張力補(bǔ)償裝置，以調(diào)節(jié)張力和弛度的變化，稱為補(bǔ)償彈性簡(jiǎn)單懸掛（以下簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)單懸掛）。在懸掛點(diǎn)上加裝4～6m長(zhǎng)的彈性吊索，通過(guò)彈性吊索懸掛接觸線，這就相對(duì)減少了懸掛點(diǎn)處產(chǎn)生的硬點(diǎn)，改善了取流條件。

2.2簡(jiǎn)單懸掛特點(diǎn)

（1）簡(jiǎn)單懸掛的彈性特點(diǎn)。簡(jiǎn)單懸掛的懸掛方式比較簡(jiǎn)單，支持裝置和支柱所承受的負(fù)荷較輕，支柱高度要求較低，因而建造費(fèi)用比較經(jīng)濟(jì)，接觸網(wǎng)條公里指標(biāo)在135萬(wàn)左右。施工方便和維修簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是弛度大，彈性不均勻，不利于電動(dòng)車組高速運(yùn)行時(shí)對(duì)取流的要求。簡(jiǎn)單接觸懸掛一般用于車速較低的線路上。彈性不均勻會(huì)造成由于受電弓上下追隨速度和電動(dòng)車組運(yùn)行速度不協(xié)調(diào)而發(fā)生離線和沖擊現(xiàn)象，可能因?yàn)檐囁俅蠖€脫離，發(fā)生電弧，并且，由于對(duì)懸掛點(diǎn)的局部沖擊而增加接觸線局部的機(jī)械磨耗和損傷。因此，簡(jiǎn)單懸掛最大車速不宜超過(guò) 40km/h。

（2）簡(jiǎn)單懸掛的結(jié)構(gòu)高度。簡(jiǎn)單懸掛的結(jié)構(gòu)高度小，一般約為0.5m，對(duì)于檢修是很方便的，只站在車睇上進(jìn)行檢修作業(yè)， 因此，降低了檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。這一點(diǎn)對(duì)于提高工作效率和增加檢修人員的安全程度具有實(shí)際意義。

（3）簡(jiǎn)單懸掛的載流。簡(jiǎn)單懸掛由于沒(méi)有承力索，載流量沒(méi)有鏈型懸掛高，不能滿足同一股道雙列位車輛同時(shí)取流加熱的要求，部分地區(qū)運(yùn)營(yíng)在設(shè)計(jì)回訪中曾交流過(guò)此問(wèn)題。

（4）簡(jiǎn)單懸掛的設(shè)備安裝。簡(jiǎn)單懸掛分段絕緣器安裝一般采用“人字形”吊索方式，施工及運(yùn)營(yíng)調(diào)整較困難，分段絕緣器自由竄動(dòng)沒(méi)有鏈型懸掛安裝方式好，有些地區(qū)車場(chǎng)在設(shè)計(jì)時(shí)把需要設(shè)置分段絕緣器的位置，都設(shè)計(jì)成鏈型懸掛，方便設(shè)備調(diào)整。

（5）氣象條件對(duì)簡(jiǎn)單懸掛的影響。簡(jiǎn)單懸掛導(dǎo)線的機(jī)械性能，如張力、弛度、線長(zhǎng)受氣象條件的影響較大，在設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)特別注意這一點(diǎn)，若線索弛度過(guò)大，在最高溫度和風(fēng)的作用下，導(dǎo)線對(duì)地或?qū)Ь€間的絕緣安全要求就難于得到保障，從而引起導(dǎo)線對(duì)地短路或線間短路。因此在簡(jiǎn)單懸掛的設(shè)計(jì)施工中更需考慮外部氣象條件。彈性是衡量接觸網(wǎng)懸掛結(jié)構(gòu)受流性能好壞的一個(gè)重要因素，而衡量彈性的好壞由彈性的大小和彈性的均勻度決定。簡(jiǎn)單懸掛由于調(diào)整困難，在吊索處、分段處、定位處存在的硬點(diǎn)多且難于克服，因此，在其彈性分布不均勻的情況下，極易造成受電弓與接觸線之間的沖擊，導(dǎo)致瞬時(shí)離線，硬點(diǎn)下的離線將使受電弓受流惡化。根據(jù)鐵科院在環(huán)形試驗(yàn)場(chǎng)試運(yùn)行的數(shù)據(jù)表明，簡(jiǎn)單懸掛區(qū)段在運(yùn)行中的離線率與鏈型懸掛相比高出4倍。在臺(tái)風(fēng)區(qū)段的強(qiáng)風(fēng)作用下，簡(jiǎn)單懸掛的離線率會(huì)更高。在強(qiáng)風(fēng)的作用下，由于結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，使受電弓與接觸線之間的瞬時(shí)離線增加，引起電弧，導(dǎo)致電磨耗的加劇。同時(shí)使簡(jiǎn)單懸掛導(dǎo)線偏心較多導(dǎo)致接觸線易偏磨，嚴(yán)重縮短了導(dǎo)線使用壽命。

3 鏈形懸掛方案特點(diǎn)

3.1鏈型懸掛的安裝組成形式

接觸線通過(guò)吊弦（或輔助索）而懸掛到承力索上的懸掛稱為鏈形懸掛。鏈形懸掛可以在某一溫度下，使接觸線處于無(wú)弛度狀態(tài)。鏈形懸掛承力索懸掛于支柱的支持裝置上，接觸線通過(guò)吊弦懸掛在承力索上，使接觸線在不增加支柱情況下，增加了懸掛點(diǎn)，吊弦可以使跨距內(nèi)各吊弦處接觸線盡量與支柱懸掛點(diǎn)處接觸線對(duì)鋼軌面高度保持一致。這樣，在整個(gè)跨距內(nèi)，可使接觸線至軌面保持相等的高度。

3.2鏈型懸掛特點(diǎn)

（1）鏈型懸掛的彈性特點(diǎn)。這種懸掛由于接觸線是懸掛到承力索上的，因而基本上消除了懸掛點(diǎn)處的硬點(diǎn)，使接觸懸掛的彈性在整個(gè)跨距內(nèi)都比較均勻。鏈型懸掛相對(duì)簡(jiǎn)單懸掛改善了接觸網(wǎng)彈性。通過(guò)結(jié)構(gòu)高度的增加改善接觸網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性，接觸壓力的波動(dòng)相對(duì)較小。對(duì)于帶張力補(bǔ)償裝置的鏈形懸掛，導(dǎo)線的張力增量與導(dǎo)線機(jī)械安全和弓網(wǎng)受流質(zhì)量密切相關(guān)，必須加以嚴(yán)格控制。這是因?yàn)椋瑥埩Σ钜环矫鏁?huì)增大導(dǎo)線和零部件的機(jī)械應(yīng)力，對(duì)導(dǎo)線和零部件的機(jī)械安全構(gòu)成威脅，另一方面會(huì)對(duì)接觸懸掛的波動(dòng)速度和彈性產(chǎn)生不利影響，有損弓網(wǎng)受流質(zhì)量。這方面鏈形懸掛相對(duì)簡(jiǎn)單懸掛受電弓受流質(zhì)量更好。

（2）鏈型懸掛的結(jié)構(gòu)高度。鏈形懸掛比簡(jiǎn)單懸掛的彈性性能好，但也帶來(lái)了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工程投資等問(wèn)題。鏈型懸掛的結(jié)構(gòu)高度本線設(shè)置為1100mm，因此其日常的維護(hù)工作量較簡(jiǎn)單懸掛稍多。結(jié)構(gòu)高度的增加（相對(duì)簡(jiǎn)單懸掛），鏈型懸掛接觸網(wǎng)的支柱容量也相對(duì)增加，投資較簡(jiǎn)單懸掛增加約15萬(wàn)/條公里。鏈型懸掛的結(jié)構(gòu)高度較高，對(duì)土建專業(yè)的凈空要求也自然較高，為了使接觸線和承力索的補(bǔ)償量一致，不會(huì)出現(xiàn)吊弦往一側(cè)偏移的情況，同時(shí)為了確保線岔的正常工作，承力索也需直線通過(guò)庫(kù)門，那么庫(kù)房?jī)艨崭叨缺仨?米左右。

（3）鏈型懸掛的載流。鏈型懸掛接觸網(wǎng)的速度適應(yīng)性好，干線鐵路以及高速鐵路均是采用這種懸掛方式，架空柔性懸掛接觸網(wǎng)完全可以滿足廈門市軌道交通1號(hào)線一期工程最高行車速度為80km/h的授流要求。

（4）鏈型懸掛的設(shè)備安裝。若沒(méi)有承力索，線岔及分段的調(diào)整較困難。線岔的調(diào)平與抬高，鏈型懸掛可以輕易的用吊弦來(lái)調(diào)整。

（5）氣象條件對(duì)鏈型懸掛的影響。接觸網(wǎng)懸掛線材所受風(fēng)載直接傳遞到腕臂支持結(jié)構(gòu)上，并且腕臂支持結(jié)構(gòu)本身還承受風(fēng)載影響。為確保腕臂、定位裝置在大風(fēng)作用下的穩(wěn)定性，避免弓網(wǎng)事故，應(yīng)結(jié)合支持結(jié)構(gòu)的具體安裝位置、安裝形式以及受力狀況進(jìn)行詳細(xì)的力學(xué)計(jì)算，以分析出整個(gè)腕臂結(jié)構(gòu)的受力薄弱環(huán)節(jié)，再給出加強(qiáng)措施。利用有限元分析手段可以很好地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。典型的腕臂結(jié)構(gòu)受力分析建模及計(jì)算參見(jiàn)如下模型：

圖1典型的腕臂結(jié)構(gòu)受力分析建模

通過(guò)利用有限元分析可以看出合理地設(shè)置腕臂支撐以及定位管支撐位置，能夠明顯提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的撓度控制，進(jìn)而有效提高腕臂的穩(wěn)定性，增加抗風(fēng)性能。

對(duì)于全補(bǔ)償鏈形懸掛，由于承力索和接觸線均為張力補(bǔ)償裝置下錨，它們的張力為一常數(shù)（不考慮吊弦和定位器偏斜所引起的張力差），其弛度也與溫度無(wú)關(guān)。實(shí)際上，由于全補(bǔ)償鏈形懸掛線索的長(zhǎng)度會(huì)隨大氣溫度的變化而發(fā)生變化，這個(gè)變化量一方面消耗于補(bǔ)償墜砣的上下移動(dòng)，另一方面也消耗于接觸線和承力索的弛度變化，因此，嚴(yán)格講來(lái)，接觸線和承力索的弛度會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單懸掛來(lái)說(shuō)溫度對(duì)弛度的影響很小，穩(wěn)定性更好。

4 結(jié)語(yǔ)

架空接觸網(wǎng)在車場(chǎng)可采用全補(bǔ)償簡(jiǎn)單鏈型懸掛及補(bǔ)償彈性簡(jiǎn)單懸掛兩種方式，通過(guò)上述對(duì)兩種懸掛方案的特點(diǎn)描述，鏈型懸掛從授流質(zhì)量、運(yùn)行可靠性、工程實(shí)施的可行性、臺(tái)風(fēng)區(qū)段的適應(yīng)性等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。綜上所述，車場(chǎng)的景觀要求相對(duì)較低，車場(chǎng)采用鏈型懸掛改善接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)彈性，與簡(jiǎn)單懸掛相比增加架空接觸網(wǎng)的抗風(fēng)性能，便于設(shè)備安裝及正常運(yùn)營(yíng)，施工投資增加不多，因此臺(tái)風(fēng)區(qū)段車場(chǎng)接觸懸掛設(shè)計(jì)推薦采用鏈型懸掛方案。