張龍飛

摘 要：通過(guò)對(duì)廣州地鐵接觸軌供電方式中出現(xiàn)的中心錨結(jié)問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明，通過(guò)理論、試驗(yàn)對(duì)比，找出接觸軌中心錨結(jié)偏移的原因，并針對(duì)故障原因提出相應(yīng)的解決辦法，為以后應(yīng)用新型接觸軌供電的地鐵提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：接觸軌；膨脹接頭；中心錨結(jié)

1 概述

城市軌道交通的接觸網(wǎng)懸掛方式大致分為3種形式，一種為柔性架空接觸網(wǎng)，一種為剛性架空接觸網(wǎng)，第三種為接觸軌供電。接觸軌供電以傳輸電流大、重量輕、安裝方便而得到廣泛應(yīng)用。廣州地鐵4號(hào)線是國(guó)內(nèi)第一個(gè)采用1500V直流供電系統(tǒng)供電的鋼鋁復(fù)合軌接觸軌系統(tǒng)主要由鋼鋁復(fù)合軌（包括鋁軌本體和不銹鋼帶）、膨脹接頭、端部彎頭等相關(guān)部件及絕緣支撐裝置組成，為電力機(jī)車(chē)組提供電能。

由于環(huán)境溫度的變化或運(yùn)行中電流產(chǎn)生的熱量都會(huì)造成接觸軌溫度的變化，使接觸軌因熱脹冷縮而產(chǎn)生長(zhǎng)度變化，因此需要安裝膨脹接頭在機(jī)械和電氣特性?xún)煞矫孢B接兩根長(zhǎng)軌中間的空隙。高架段接觸軌一般75m需要設(shè)置一處膨脹接頭。

為了防止接觸軌向兩側(cè)不均勻躥動(dòng)，每?jī)蓚€(gè)膨脹接頭之間需設(shè)置一處中心錨結(jié)，所以，中心錨結(jié)的作用是將一段接觸軌穩(wěn)定的固定起來(lái)。

2 中心錨結(jié)偏移的危害

在廣州地鐵對(duì)接觸軌實(shí)際的檢修維護(hù)時(shí)發(fā)現(xiàn)：很多中心錨結(jié)在受力偏移后，通過(guò)連接件將絕緣支架及卡爪托架拉偏斜，絕緣支架及卡爪托架是由復(fù)合材料制成，不如中心錨結(jié)及鋼鋁復(fù)合軌堅(jiān)硬，在超出承受范圍時(shí)會(huì)發(fā)生斷裂，如下圖1，就是檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)支撐裝置卡爪托架裂開(kāi)的現(xiàn)象。

x旦絕緣支架及卡爪托架斷裂，未及時(shí)更換處理，可能造成接觸軌的整體下降，使得接觸軌參數(shù)不符合行車(chē)要求，造成集電靴與接觸軌發(fā)生碰撞，進(jìn)一步引發(fā)較大的設(shè)備故障。所以，我們?cè)谌粘＞S護(hù)中，要避免此類(lèi)情況的發(fā)生。

3 中心錨結(jié)偏移的原因分析

3.1 正常情況下中心錨結(jié)受力分析（如圖2）

正常情況下，一個(gè)錨段的接觸軌（75m）受到集電靴摩擦力，以及在大坡道及曲線段由于接觸軌重力產(chǎn)生的沿線路方向上的分力作用（如圖2），接觸軌的熱脹冷縮產(chǎn)生的熱應(yīng)力通過(guò)兩端膨脹接頭的間隙來(lái)進(jìn)行釋放。所以說(shuō)，正常情況下f3.2 異常情況下中心錨結(jié)受力分析（如圖3）

當(dāng)一端膨脹接頭補(bǔ)償間隙為0時(shí)，整個(gè)錨段的接觸軌由于熱脹冷縮的原因，熱應(yīng)力只能向行車(chē)方向釋放，導(dǎo)致中心錨結(jié)兩端接觸軌受到一個(gè)偏線路方向的熱應(yīng)力（如圖3），當(dāng)f+f2>F（中錨抗彎負(fù)荷）時(shí)，接觸軌就會(huì)向行車(chē)方向偏移。所以，一側(cè)或兩側(cè)膨脹接頭不能有效補(bǔ)償接觸軌由于溫度變化發(fā)生的長(zhǎng)度變化，這就是中錨偏移的主要原因。

那么，到底這個(gè)膨脹接頭的間隙設(shè)計(jì)是否滿足實(shí)際需求，接觸軌熱脹冷縮到底膨脹了多長(zhǎng)，產(chǎn)生了多大的力呢？

3.3 是否設(shè)計(jì)問(wèn)題

通過(guò)查閱膨脹接頭安裝曲線表來(lái)看：正常情況下（25度）整個(gè)間隙為2*60mm。根據(jù)接觸軌的線膨脹系數(shù)

（a1=21.48×10-6），根據(jù)公式d=lt-l0=l0*T*a1（一般接觸軌最高溫度約為70度），所以經(jīng)過(guò)計(jì)算d=75000*（70-25）*21.48×10-6=72.5mm，就是說(shuō)，在最高溫度下，接觸軌最多膨脹72.5mm，一端膨脹36mm，按照設(shè)計(jì)膨脹間隙，完全符合要求。所以，不存在設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致中錨偏移。

3.4 接觸軌線性膨脹產(chǎn)生的力

接觸軌在熱脹情況下，75m的接觸軌最多膨脹72.5mm，那么接觸軌沒(méi)膨脹1mm產(chǎn)生的力是多少，根據(jù)接觸軌技術(shù)參數(shù)彈性模量（86387.5）和接觸軌截面積（4400），根據(jù)彈性模量公式E=（F/S）/（dL/L），得出，接觸軌每膨脹1mm，產(chǎn)生的力為F=E*dL*S/L=86387.5*1*4400/75000=5068N，就是說(shuō)，當(dāng)接觸軌膨脹達(dá)到5mm時(shí)，接觸軌產(chǎn)生的熱應(yīng)力f2=25kN>F（絕緣支架的抗彎負(fù)荷，查資料是16kN），此時(shí)，中心錨結(jié)就會(huì)產(chǎn)生偏移。

3.5 接觸軌膨脹接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題

讓我們來(lái)看一看老式的膨脹接頭設(shè)計(jì)過(guò)程中有哪些因素導(dǎo)致了其不能有效伸縮。這個(gè)阻力來(lái)源于：①膨脹間隙為0。②膨脹接頭螺栓緊固力太大（見(jiàn)圖4 膨脹接頭設(shè)計(jì)圖紙），當(dāng)右邊螺栓緊固力過(guò)大時(shí)，接觸軌膨脹接頭就不能有效起作用。③膨脹接頭上端導(dǎo)流板緊固力過(guò)大。④膨脹接頭導(dǎo)滑板摩擦力過(guò)大。

4 中心錨結(jié)偏移的解決方法

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：接觸軌膨脹接頭初始滑動(dòng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)16KN，意思就是說(shuō)當(dāng)膨脹接頭還未滑動(dòng)時(shí)，溫度應(yīng)力就導(dǎo)致了接觸軌支架的破裂，這在實(shí)際運(yùn)用中是不科學(xué)的。所以，接觸軌膨脹接頭由于設(shè)計(jì)缺陷，導(dǎo)致初始滑動(dòng)力過(guò)大，不能有效補(bǔ)償接觸軌由于溫度變化導(dǎo)致的長(zhǎng)度變化，是接觸軌中心錨結(jié)發(fā)生偏移的主要原因。

為了解決這一難題，廣州地鐵與廠家合作，設(shè)計(jì)出了一款滾動(dòng)式膨脹接頭，此膨脹接頭針對(duì)老款膨脹接頭的缺陷進(jìn)行了改造：將左右軌之間的滑動(dòng)摩擦改為了通過(guò)滾針軸承進(jìn)行滾動(dòng)摩擦，用銅線圈替代電連接板，大大減小了膨脹接頭的初始滑動(dòng)力，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)：新型膨脹接頭的初始滑動(dòng)力僅為200N，完全可以滿足現(xiàn)場(chǎng)的需求。目前，新型膨脹接頭已經(jīng)在廣州地鐵6號(hào)線運(yùn)用，而4、5號(hào)線老式的膨脹接頭也被逐步更換為新型膨脹接頭。

接觸軌作為新型的接觸懸掛形式，出現(xiàn)了很多意想不到的問(wèn)題，這就需要我們?cè)跈z修過(guò)程中加強(qiáng)巡視，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及早處理。

參考文獻(xiàn)

[1]何江海.接觸網(wǎng)檢修工[M].中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2010.

[2]李偉.接觸網(wǎng)[M].中國(guó)鐵道出版社，2003.

（作者單位：廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部）